2020 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
| Project/Area Number |
18K11325
|
|---|
| Research Institution | Kobe University |
|---|
Principal Investigator |
横川 三津夫 神戸大学, 先端融合研究環, 教授 (70358307)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
|
| 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 / ハイブリッド並列計算 / 並列ベクトル計算 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
建築物の耐震性評価のために，地盤と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．このシミュレーションでは，広範な3次元地盤領域，及び複数の建物を対象とするため，有限要素法（FEM）による計算格子に対し，各格子点における運動方程式を離散化して得られる疎で大規模な連立一次方程式を解いている．有限要素法を適用して得られる係数行列は不規則行列となるが，建物及び建物と地盤の境界部分に対応する部分行列と地盤に対応する部分行列に分け，コレスキ―法による部分前処理，及びブロック対角行列スケーリングによる部分前処理を適用した共役勾配法（Partially sparse Cholesky conjugate gradient method, PSCCG法）を用いて，逐次計算によって解かれている．コレスキ―法を前処理に適用する部分は行列方程式の直接解法ライブラリIntel MKL/PARDISO が利用されており，ソースコードが非公開のために独自の並列化による改良が困難であるが，その他の部分は並列化が可能である．本研究では，このシミュレーションコードをマルチコアシステム上で並列化することによって高速化する．
2020年度は，並列計算機SX-Aurora TSUBASAを用いて，ベクトルホスト部（VH）及びベクトルエンジン部（VE）によるハイブリッド並列化を試みた．SX-Aurora TSUBASAのVHは，Intel Xeonプロセッサで構成されており，MKL/PARDISOを利用することが可能である．また，対角スケーリングによる前処理部分や共役勾配法のその他の計算部分はVE部でベクトル計算可能である．コード全体の修正を行った結果，大きな高速化は得られず，さらに高速化が必要である．
|
| 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，新しいアーキテクチャの計算機システムSX-Aurora TSUBASA上に実装することにより，コード高速化を試みた．
VHとVEの両方を同時に使うようにコード改良を行った結果，VH-VEハイブリッド並列実行が可能となった．これは，Intel Xeonプロセッサを搭載するVH部により，Intel MKL/PARDISOライブラリがそのまま利用できるためである．前年度はVE部からVHへの実行依頼を可能とするVH offload機能を利用していたが，この実装はやや複雑で応用分野の利用者が利用することはやや難しい．VH-VEを同時に利用するハイブリッド並列はVH部とVE部のそれぞれのコードを作成する必要があるが，その実装は直感的で簡単に行うことが出来ることが分かった．現在はまだ性能が十分でないが，これはMPIライブラリによるVHと複数のVE間のバリア同期のタイミングの問題と推察している．
|
| Strategy for Future Research Activity |
コロナ禍の影響により学会等での発表が行えなかったため，1年間の延長を行った．2021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ついて，SX-Aurora TSUBASA のVH-VEハイブリッド並列計算をさらに改良し，さらなる高速化を目標とする．また現在用いられているPARDISO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．
|
| 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）2021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．
|
