2015 Fiscal Year Annual Research Report
ハイブリッド粒子コードを用いた無衝突衝撃波における宇宙線陽子の生成過程の研究
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26287041
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
梅田 隆行 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 講師 (40432215)
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2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 宇宙線 / プラズマ科学 / 高エネルギー天文学 / 超高層物理学 / 計算機シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
陽子を粒子、電子を流体として扱うハイブリッド粒子シミュレーションコードの高精度化及び安定化について検討を行った。従来の計算手法を用いたコードにおいて、格子幅をイオン慣性長よりも小さくしたときに、数値的熱擾乱から生じるポンデロモーティブ力によるプラズマの穴あきが生じ、計算の安定性に非常に大きな影響を及ぼすことが分かっていた。本研究では、電場の計算方法を従来の中心差分法から、MHD電場のみを１次風上差分法に変えることにより、解法の安定化を図った。コードはより安定化されたが、計算精度が落ちて波動の減衰が生じたため、より高精度かつ安定な風上差分に変更する必要があることが分かった。
名古屋大学の新スーパーコンピュータシステムであるFX100及びCX400/2550において、PIC型粒子コードの性能評価を行い、PICコードの性能特性が古いシステムであるFX10及びCX400/250と同様であることが分かった。また、粒子をソートしてキャッシュ効率を上げることが高速化につながることを確認した。
PIC型粒子コードの高速化のため、新しいスレッド並列ソーティングアルゴリズムの検討を行い、バケツソート（計数ソート）が、スレッド並列化しやすく、かつ並列性能が高いことを明らかにした。今後、計数ソートのPIC粒子コードへの導入を進めていく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
電場の計算方法を従来の中心差分法から、MHD電場のみを１次風上差分法に変えることにより、解法の安定化を図ったが、計算精度が落ちて波動の減衰が生じたため。
PIC型粒子コードの領域分割とソーティングを融合した効率のよいプログラミングにてこずっているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
風上差分法の高精度化を試みつつ、コードの安定性を両立させる。
PIC型粒子コードのデータ構造を工夫し、ノード間の粒子データの転送を効率よく行う工夫をする。
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| Causes of Carryover |
プログラム開発が思うように進まず、国内外の連携研究者や研究協力者との打ち合わせが十分に行えなかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
国内外の連携研究者や研究協力者との打ち合わせ及び、これまでに得ている成果の発表を行うため、旅費に使用する。また、並列プログラムの動作確認のため、スーパーコンピュータの利用料に使用する。
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