2019 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 / ベクトル計算 |
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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，及び対角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（Intel MKL/PARADISO）のライブラリツールが利用されているため，独自の並列化が困難であるが，他の部分については並列計算が可能である．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．
2019年度は，並列計算機システムSX-Aurora TSUBASA を用いてコードの高速化を行った．SX-Aurora TSUBASAは，スカラ処理に適合した実行部分をIntel Xeon プロセッサからなるベクトルホストと呼ばれるシステムで実行させることが出来る．コレスキー法部分の前処理（Intel MKL/PARADISO）はIntel Xeonプロセッサで，対角スケーリングによる部分的前処理は，コードのベクトル化を行いベクトル部で実行することによってコード全体の最適化，高速化を行った．この結果，VE 16コアによる並列計算の結果，約2倍の速度向上が得られた．
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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を，新しいタイプの計算機システムSX-Aurora TSUBASA 上に実装することによって，コード高速化に対する新しい方法に対する知見が得られた．また，ベクトル部を計算加速部に持つこのシステムでは，Intel系で動作するライブラリをホスト部分でそのまま実行できる機能を持ち合わせており，システム自体の有効性とベクトル計算による高速化が依然として有効であることを同時に示すことが出来た．モデル問題に対するプログラムは作成途上であるが，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，おおむね予定通り進捗しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度の2020年度は，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，SX-Aurora TSUBASA のVEO機能（主計算部分をホスト部で実行し，ベクトル計算によって高速化が可能な部分をベクトルエンジン部で実行）による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試行する．これにより，コレスキー法による部分的前処理と対角スケーリングによる部分的前処理部分を同時実行できることになり，より高速化が達成できるものと予想される．また現在用いられている数値計算ライブラリ部分についても，可能であればプログラムのデータ構造を変えることによるコード全体の高速化も行う．
得られた成果については国内外の研究会，会議等で発表する．
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| Causes of Carryover |
（理由）学会での発表を予定していたが，コロナウィルス感染拡大による会議中止により旅費等が余剰したため．
（使用計画）2020年度に開催される国内での研究発表や国際会議等での成果発表を行うことにしている．
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