2019 Fiscal Year Final Research Report
A parallel computing framework for multi-scale evacuation simulations using particle-based models on heterogeneous computing platforms
| Project/Area Number |
19K21528
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| Project/Area Number (Other) |
18H06459 (2018)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2019)
Single-year Grants (2018) |
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| Review Section |
1001:Information science, computer engineering, and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
Tsuzuki Satori 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任助教 (60822153)
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| Project Period (FY) |
2018-08-24 – 2020-03-31
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| Keywords | 群衆シミュレーション / セル・オートマトン / 粒子法 / フロア・フィールドモデル / ヘテロジニアス型計算機 / 並列計算 |
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| Outline of Final Research Achievements |
We developed a new computing framework designed to be compatible with heterogeneous computing platforms, to realise multi-scale evacuation simulations with high computational efficiencies. A floor field model, which is a stochastic cellular automaton (CA) model, is combined with the Lagrangian particle methods. The CA simulates macroscopic collective dynamics, and the Lagrangian particle methods reproduce the microscopic interactions among particles composing the system. We perform the CA calculations using multiple cores on a scalar processor and carry out particle-based simulations on a single GPU. To improve computational performance, a load balancing technique among CPU cores using space-filling curves, and a local neighbour-particle list held by particles on the accelerator, are implemented. Consequently, we have successfully demonstrated several practical simulations using our framework.
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| Free Research Field |
大規模多粒子系力学、粒子法、粒子シミュレーション、粒子－流体連成、数理モデリング、大規模GPU計算
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
フロア・フィールド法は、距離関数場や足跡数などから算出される移動確率が最大となる方向に格子上で粒子を移動させるセル・オートマトンであり、群衆行動の本質的な振る舞いを再現できる反面、粒子間の微視的な相互作用の効果を厳密に捉えることは難しい。一方、粒子間の相互作用を精緻にモデル化できる粒子法は計算負荷が極端に高い。本研究課題は 2 種類の異なる計算手法を連成させることで群衆のマルチスケール解析の実現を試みる挑戦的な研究であり、計算力学や計算工学的な観点から学術的な意義は大きい。また、粒子法における粒子間相互作用のモデルを変更することで様々な応用問題に適用でき、実社会に有益なツールを構築できる。
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