2019 Fiscal Year Annual Research Report
Innovative Methods for Scientific Computing in the Exascale Era by Integrations of (Simulation+Data+Learning)
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19H05662
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
中島 研吾 東京大学, 情報基盤センター, 教授 (20376528)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
下川辺 隆史 東京大学, 情報基盤センター, 准教授 (40636049)
岩下 武史 北海道大学, 情報基盤センター, 教授 (30324685)
片桐 孝洋 名古屋大学, 情報基盤センター, 教授 (40345434)
松葉 浩也 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, チームリーダー (30444095)
八代 尚 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球環境研究センター, 主任研究員 (80451508)
荻田 武史 東京女子大学, 現代教養学部, 教授 (00339615)
長尾 大道 東京大学, 地震研究所, 准教授 (80435833)
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| Project Period (FY) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| Keywords | スーパーコンピューティング / データ同化 / 機械学習 / 混合精度演算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究で開発する，（計算＋データ＋学習）融合を実現する革新的ソフトウェア基盤「h3-Open-BDEC」は，「変動精度演算に基づく新計算原理」層，「（計算＋データ＋学習）融合」層及び「統合・通信・ユーティリティ」層から構成される。2019年度はh3-Open-BDECの各構成要素の基礎設計，プロトタイプ開発及び検証を，東大情報基盤センター等のスーパーコンピュータシステムを使用して実施し，本研究における「計算＋データ＋学習」融合のプラットフォームであるBDECシステム（東大情報基盤センター，2021年度運用開始予定）の設計に反映させた。「変動精度演算に基づく新計算原理」のための混合精度・低精度演算については，①疎行列格納法・問題規模の計算性能，消費電力への影響，②疎行列・H行列向け反復改良法，③実用的精度保証手法の提案・検証，④並列多重格子法等，最適演算精度を自動チューニングにより動的に制御する手法の研究に向けての知見を得ることができた。更に（計算＋データ＋学習）融合シミュレーションについて検討し，「リアルタイムデータ同化と融合した三次元地震（強震動）シミュレーション」のプロトタイプを開発，検証を実施した。また，2020年度にリアルタイム実験を東大Oakbridge-CXシステム（OBCX）上で実施するための環境整備を実施した。論文発表17件（査読付き：11，国際共著：3），学会発表28件（招待講演：10，国際学会：18）を実施し，図書1件を発行した。プロジェクト概要に関しては，国内外で6件の講演を実施し，大きな反響があり，今後の国際協力にも資するものである。
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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
2019年度はh3-Open-BDECの各構成要素の基礎設計，プロトタイプ開発及び検証を，東大情報基盤センター等のスーパーコンピュータシステムを使用して実施し，本研究における「計算＋データ＋学習」融合のプラットフォームであるBDECシステム（東大情報基盤センター，2021年度運用開始予定）の設計に反映する，と言う当初の目的をほぼ達成することができた。「変動精度演算に基づく新計算原理」のための混合精度・低精度演算については，①疎行列格納法・問題規模の計算性能，消費電力への影響，②疎行列・H行列向け反復改良法，③実用的精度保証手法の提案・検証，④並列多重格子法等，最適演算精度を自動チューニングにより動的に制御する手法の研究に向けての知見を得ることができ，学会発表を通じて国内外でも高い評価を受けている。更に（計算＋データ＋学習）融合シミュレーションについて検討し，「リアルタイムデータ同化と融合した三次元地震（強震動）シミュレーション」のプロトタイプを開発，検証を実施した。また，2020年度にリアルタイム実験を東大Oakbridge-CXシステム（OBCX）上で実施するための環境整備を実施し，2020年度に，小規模ではあるが（計算＋データ＋学習）融合シミュレーションを実現できる見通しがついた。論文発表17件（査読付き：11，国際共著：3），学会発表28件（招待講演：10，国際学会：18）を実施し，図書1件を発行した。プロジェクト概要ついては，国内外で6件の講演（うち2件は国際会議での招待講演）を実施し，大きな反響があった。国外機関の研究協力者とは国際会議等で情報交換を積極的に実施したが，年度末からその機会がやや減少した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は，革新的ソフトウェア基盤「h3-Open-BDEC」の基礎設計，各構成部分に関わる基礎的な研究，プロトタイプ開発及び検証を，継続して実施し，「h3-Open-BDEC」の設計，およびBDECシステムの設計に資する。2020年度は，計算時間，消費電力を最小にするための最適演算精度を自動チューニングにより動的に制御する手法の研究に向けた取り組みに特に注力する。また，2019年度に基礎設計を実施した「統合・通信・ユーティリティ」層（h3-Open-SYS（統合・制御基盤），h3-Open-UTIL（並列ユーティリティ））のプロトタイプを実装し，（計算＋データ＋学習）融合シミュレーションに関する検討を実施する。
2019年度に実施した「リアルタイムデータ同化と融合した三次元地震（強震動）シミュレーション」のためのフレームワークに対して，常時モニタリング・データ同化を可能として地震発生時に活用が可能となるように拡張するとともに，h3-Open-SYSを使用して2019年度に東大情報基盤センターに導入された「Oakbridge-CX＋GPUサーバー」によるBDECシステムを模擬した異種混合システム環境を使用した検証を実施する。h3-Open-UTILについては，Oakforest-PACS上での「全地球大気海洋連成データ同化シミュレーション」への適用を検討する。また，「リアルタイムデータ同化と融合した三次元地震（強震動）シミュレーション」については，h3-Open-DATA，データ同化手法の高度化，観測結果に基づく地下構造モデル観測データ，シミュレーション結果に基づき，地下構造モデルの機械学習による改良に関する検討にも着手する。
当初計画では2020年度は成果物の一部公開と国際ワークショップ開催を予定していたが，後者については今後の状況も考慮して検討する。
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Research Products
(53 results)
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[Journal Article] h3-Open-BDEC: Innovative Software Platform for Scientific Computing in the Exascale Era by Integrations of (Simulation + Data + Learning)2020
Author(s)
Iwashita, T, Nakajima, K., Shimokawabe, T., Nagao, H., Ogita, T., Katagiri, T., Yashiro, H., Matsuba
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Journal Title
Project Poster, ISC-HPC 2020
Volume: N/A
Pages: 1-1
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Development of Element-by-Element Kernel Algorithms in Unstructured Implicit Low-Order Finite-Element Earthquake Simulation for Many-Core Wide-SIMD CPUs2019
Author(s)
Fujita, K., Horikoshi, M., Ichimura, T., Meadows, L., Nakajima, K., Hori, M., Maddegedara, L
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Journal Title
Proceedings of ICCS 2019, Lecture Notes in Computer Science
Volume: 11536
Pages: 267-280
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] h3-Open-BDEC: Innovative Software Platform for Scientific Computing in the Exascale Era by Integrations of (Simulation + Data + Learning)2020
Author(s)
Iwashita, T, Nakajima, K., Shimokawabe, T., Nagao, H., Ogita, T., Katagiri, T., Yashiro, H., Matsuba, H.
Organizer
International Conference on High Performance Computing in Asia-Pacific Region (HPC Asia 2020) (poster)
Int'l Joint Research
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