2019 Fiscal Year Research-status Report
Creation of 3-D hybrid parallel computing system for practical magnetic field analysis of rotating machines
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19K04324
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
河瀬 順洋 岐阜大学, 工学部, 教授 (20144735)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山口 忠 岐阜大学, 工学部, 教授 (30291777)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 三次元並列有限要素法 / 回転機 / 磁界解析 / MPI / OpenMP / ハイブリッド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
従来、回転機の高速な磁界解析を実現するためには、領域分割法を用いた三次元並列有限要素解析システム（ＭＰＩによるクラスタＰＣ上に構築されたマルチプロセス型並列計算システム・）を構築し、特性解析のため大規模計算を進めてきた。すなわち、三次元有限要素法で使用する解析モデルの解析領域を複数に分割し、ひとつのネットワーク上に複数のＰＣを連結して構築した並列計算システムに割り振り並列計算することで、計算時間の短縮を試みてきた。この方法では、領域分割数を多くすることより高速化性能は低下するとともに、解析モデルによっては連立方程式の反復解法において収束するまでの反復回数の増加を伴った。
近年は、ひとつのＰＣの中に多数のコアを含み、それらを効率よく利用するためのプログラミング環境（ＯｐｅｎＭＰを用いたマルチスレッド並列）も整ってきており、この並列化による高速化の例が多く報告されるようになっている。
本年度は、領域分割法を用いた三次元並列有限要素解析システムに対し、ＯｐｅｎＭＰを用いたマルチスレッド型並列計算を連立一次方程式を解くための解法に導入し、ＭＰＩとＯｐｅｎＭＰのそれぞれの並列化手法を用いたハイブリッド型並列計算システムを構築とした。
ＭＰＩとＯｐｅｎＭＰをどのように組み合わせることで、構築したハイブリッド型並列計算システムが回転機の磁界解析にどのようなアドバンテージを示すかを求めるため、さまざまな並列化手法の組み合わせを試し、その並列性能を評価、検討した。
その結果、従来の領域分割法のみを用いたＭＰＩによる並列化と比較して、ハイブリッド並列計算は、計算時間ならびに連立一次方程式の線形解法における反復回数の削減を実現することを確認できた。
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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
ＭＰＩによるマルチプロセス型並列計算手法と領域分割法を用いた三次元並列有限要素システムにＯｐｅｎＭＰによるマルチスレッド型並列計算手法を用いた多元連立一次方程式の解法を組み合わせたハイブリッド型並列計算システムは順調に構築され、回転機を対象とした電磁界の三次元並列有限要素解析においてその有用性を明らかにすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、同期電動機のコギングトルク解析や定常解析、誘導電動機の始動推力特性解析や各種特性解析、埋込磁石構造電動機中の永久磁石の配置の最適化など、様々なタイプの回転機の様々な運転状況に対する磁界解析において本システムを用いて解析を行い、計算時間による並列性能や解析精度を求め、比較検討していく。
また、ＣＰＵ数やコア数の異なるＰＣからなる並列計算システムにおいて、開発した手法の特性を明らかにし、高性能化を図っていく。
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