次世代超並列計算機用重力多体問題計算コードの開発

• Project/Area Number: 06J11376
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Astronomy
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 似鳥 啓吾 The University of Tokyo, 大学院・理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2006 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2008: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2007: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2006: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: N体計算 / GPU / 球状星団 / 数値計算 / 衝突系 / 無衝突系 / 銀河 / PCクラスタ / GPGPU / 高性能計算(HPC) / 数値積分法 / 並列計算

Research Abstract

本年度はGPU(Graphics Processing Unit)を用いた多体問題の高速化に関して、大きな進展があった。GPUは単精度、共有時間刻みという制限のもとでは多体問題において高い性能が得られることが過去の研究からわかっていたが、ツリー法等の高度なアルゴリズムとの組み合わせでは実行効率が低下するという問題があった。我々は、ツリー法のアルゴリズムを改良し、GPUにおいて高い効率を得ることに成功した。長崎大学の濱田博士との研究では、長崎大学の128ノードのGPUクラスタを用いて50Tflopsを超える性能を得ることにも成功している。また、Cambridge大学のAarseth博士との研究では、彼の多体問題計算コード「Nbody6」のGPUを用いた高速化に成功した。彼のNbodyシリーズは長い歴史と多数のユーザーを持ち、Nbody4などはGRAPEシリーズによる高速化もうまくいっていた。より高度なアルゴリズムを用いたNbody6では、しかしながら、ハードウェアによる高速化はなされていなかった。我々のNbody6/GPUコードは、2万円程度の安価なGPUを用いたのにも関わらず、500万円のGRAPE-6を用いたNbody4/GRAPEコードよりも多くの場合で高速である。

Research Products

• [Journal Article] Sixth-and eighth-order Hermite integrator for N-body simulations (2008)
  • Author(s): Nitadori, K., Makino, J.
  • Journal Title: New Astronomy 13 Pages: 498-507
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cray XD1での星団進化の高性能「小規模」シミュレーション (2008)
  • Author(s): 似鳥 啓吾、牧野 淳一郎、阿部 譲司
  • Journal Title: 情報処理学会論文誌:コンピューティングシステム Vol.48 No.SIG8 Pages: 54-61
  • NAID: 110006274062
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sixth-and eighth-order Hermite integrator for N-body simlations (2008)
  • Author(s): Nitadori, K.& Makino, J
  • Journal Title: New Astronomy 13 Pages: 498-507
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Performance tuning of N-body Codes on Modern Microprocessors : I. Direct Integration with a Hermite Scheme on <x86_64> Architecture (2006)
  • Author(s): 似鳥 啓吾
  • Journal Title: New Astronomy 12・3 Pages: 169-181
• [Presentation] Recent Progresses on Time-Symmetric Numerical Methods in Astrophysical N-Body Simulations (2009)
  • Author(s): Keigo Nitadori
  • Organizer: Workshop on Structure-Preserving Methods for Partial Differential Equations
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2009-03-17
• [Presentation] 6th/8th-order Hermite Integrator! & GPU Implementations (2008)
  • Author(s): Keigo Nitadori
  • Organizer: N-Body 2008 N-body problem : numerical methods and applications
  • Place of Presentation: Turku, Finland
  • Year and Date: 2008-08-11
• [Presentation] SIMD programming on x86 (2008)
  • Author(s): 似鳥啓吾
  • Organizer: 先駆的科学計算に関するフォーラム2008〜天文科学〜
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2008-07-21
• [Presentation] High-accuracy N-body simulationson GPU (2007)
  • Author(s): 似鳥 啓吾
  • Organizer: AstroGPU 2007
  • Place of Presentation: プリンストン高等研究所
  • Year and Date: 2007-11-09