2018 Fiscal Year Research-status Report
マルチコアシステムによる建物・地盤連成地震動解析シミュレーションの最適化
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18K11325
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
横川 三津夫 神戸大学, 先端融合研究環, 教授 (70358307)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 部分前処理付き共役勾配法 / PSCCG法 / 地震動応答シミュレーション / 並列計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，建物・地盤連成地震動応答シミュレーションコードのマルチコアシステムにおける高速解法を開発，評価することが目的である．
建築物の耐震性を検討するために，地盤とその上に立つ建物の地震動応答を求める数値シミュレーションが行われている．このようなシミュレーションでは，複雑な領域を対象とするために，一般には3次元有限要素法による計算格子に対し，各格子点における運動方程式を立て，それらを離散化して得られる大規模連立一次方程式を解くことが行われている．有限要素法を適用して得られる全体行列は疎で不規則な形となるが，建物に対応する部分行列と地盤に対応する部分行列の性質をうまく利用したコレスキー法による部分的前処理，及びスケーリングによる部分的前処理を適用した共役勾配法（PSCCG法）を用いて，逐次計算によって解かれている．コレスキー法部分の前処理は直接法となるため並列化が困難であるが，他の部分については並列実行が可能である．本研究では，この解法による計算時間をマルチコアシステム上での並列化することにより短縮する．
2018年度は，本手法の実行可能性を検討するために，モデル問題として2次元計算領域における拡散方程式に対し，有限差分法による離散化を行った．離散化において，計算領域の部分ごとに拡散係数を変化させることにより，条件数が大きい部分行列を持つ全体行列の構成した．同時に，既存の建物・地盤連成地震動解析の時間発展シミュレーションコードで実装されているPSCCG法の計算部分に対し，プロセス並列実装を行い，スレッド数を1に固定し，かつプロセス数を増加させた時の並列性能を評価した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
建物・地盤連成地震動解析の時間発展シミュレーションコードに並列化を適用した結果，マルチコアシステム上での実行により，8プロセス並列で3.2倍の速度向上が確認でき，マルチコアシステムでの性能向上の見通しが得られた．速度向上率としては低いが，並列計算による本手法の有効性の見通しが得られた．また，モデル問題として2次元計算領域における拡散方程式に対する離散化が完了しており，プログラム作成に取り掛かれるため，おおむね予定通りの進捗であるといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度以降は，建物・地盤連成地震動解析の時間発展シミュレーションコードに対しては，さらに高い並列度までの実行を検討すると同時に，計算時間と通信時間の占める割合についても明らかにし，そのアルゴリズムから計算と通信をオーバーラップによる計算時間短縮の可能性についても検討する．
モデル問題に対して，2次元拡散方程式に対する有限差分法を用いたシミュレーションプログラムの作成，及び計算手法の収束性の確認を行う．プログラムの並列化，及び計算性能の評価の対象とする計算システムは，一般に普及しているPCクラスタシステム，メニーコアシステム，およびベクトル型システムを考慮する．特に，ベクトル型システムのスカラ部とベクトル部の非同期実行による計算時間短縮を図ることを検討すると共に，より高い並列化効率を得るために，部分行列に対するコレスキー法に対する並列計算ライブラリの適用も検討する．
2020年度には，上記のモデル問題に対する計算手法に対する評価結果を，建物・地盤連成地震動解析の時間発展シミュレーションコードにフィードバックさせ，収束性，計算時間，及び並列性能についてさらに評価を行う．
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| Causes of Carryover |
（理由）2018年度に国際会議での成果発表を行う旅費を計上していたが，2019年度以降に発表することとしたため．
（使用計画）2019年度以降に国内での研究成果の発表や国際会議International Conference on Computational Science等での成果発表，および国内外での情報収集を行うことを予定している．
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