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量子多体問題に対するアクセラレータを用いた高速化・並列化手法の研究開発

研究課題

研究課題/領域番号 15K00178
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 高性能計算
研究機関国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

研究代表者

山田 進  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主幹 (80360436)

研究分担者 大橋 洋士  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (60272134)
町田 昌彦  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主席 (60360434)
太田 幸宏  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究員 (60386597)
永井 佑紀  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究職 (20587026)
研究期間 (年度) 2015-10-21 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワード高性能計算 / アクセラレータ / 固有値計算 / 大規模並列計算 / 量子計算 / 次世代計算機 / 量子多体モデル / 並列計算 / 高速化 / 量子問題 / 固有値 / GPU / エクサスケール計算機
研究成果の概要

本研究では、現在主流になっているGPUのようなアクセラレータを用いて構成された超大規模並列計算機を用いて量子多体問題に現れる固有値計算を高速に計算する手法を研究開発することを目的とした。この目的を達成するため、問題の物理的性質や計算機のアーキテクチャを考慮した高速計算手法や省通信化手法を提案し、その有効性を実際の数値計算で確認した。また、計算の大規模化による誤差の累積による精度低下を回避する演算ライブラリを開発し、実際に固有値計算に用いてその有効性を確認した。さらに、開発したコードを実際の量子問題に適用し、物理的性質についての議論を行った。

報告書

(4件)
  • 2017 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2016 実施状況報告書
  • 2015 実施状況報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 9件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] cover Communication Avoiding Neumann Expansion Preconditioner for LOBPCG Method: Convergence Property of Exact Diagonalization Method for Hubbard Model2018

    • 著者名/発表者名
      Yamada Susumu、Imamura Toshiyuki、Machida Masahiko
    • 雑誌名

      Advances in Parallel Computing

      巻: 32 ページ: 27-36

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High Performance LOBPCG Method for Solving Multiple Eigenvalues of Hubbard Model: Efficiency of Communication Avoiding Neumann Expansion Preconditioner2018

    • 著者名/発表者名
      Yamada Susumu、Imamura Toshiyuki、Machida Masahiko
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science

      巻: 10776 ページ: 243-256

    • DOI

      10.1007/978-3-319-69953-0_14

    • ISBN
      9783319699523, 9783319699530
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Quadruple-precision BLAS using Bailey's arithmetic with FMA instruction: its performance and applications2017

    • 著者名/発表者名
      Susumu Yamada, Takuya Ina, Narimasa Sasa, Yasuhiro Idomura, Masahiko Machida, Toshiyuki Imamura
    • 雑誌名

      Parallel and Distributed Processing Symposium Workshops (IPDPSW), 2017 IEEE International

      巻: 2017 ページ: 1418-1425

    • DOI

      10.1109/ipdpsw.2017.42

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Time-reversal symmetry breaking and gapped surface states due to spontaneous emergence of new order in d-wave nanoislands2017

    • 著者名/発表者名
      Nagai Yuki、Ota Yukihiro、Tanaka K.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 6

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.060503

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Self-learning Monte Carlo method: Continuous-time algorithm2017

    • 著者名/発表者名
      Nagai Yuki、Shen Huitao、Qi Yang、Liu Junwei、Fu Liang
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 16

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.161102

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Reduced-Shifted Conjugate-Gradient Method for a Green’s Function: Efficient Numerical Approach in a Nano-Structured Superconductor2017

    • 著者名/発表者名
      Yuki Nagai, Yasushi Shinohara, Yasunori Futamura, and Tetsuya Sakurai
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 86 号: 1 ページ: 014708-014708

    • DOI

      10.7566/jpsj.86.014708

    • NAID

      40021057702

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] High-performance Eigenvalue Solver in Exact-diagonalization Method for Hubbard model on CUDA GPU2016

    • 著者名/発表者名
      Susumu Yamada, Toshiyuki Imamura, Masahiko Machida
    • 雑誌名

      Parallel Computing: On the Road to Exascale

      巻: 27 ページ: 361-369

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Superconductivity in repulsively interacting fermions on a diamond chain --- flat-band induced pairing2016

    • 著者名/発表者名
      Keita Kobayashi, Masahiko Okumura, Susumu Yamada, Masahiko Machida, and Hideo Aoki
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 94 号: 21 ページ: 214501-214501

    • DOI

      10.1103/physrevb.94.214501

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] High Performance LOBPCG Method for Solving Multiple Eigenvalues of Hubbard Model: Efficiency of Communication Avoiding Neumann Expansion Preconditioner2018

    • 著者名/発表者名
      Yamada Susumu、Imamura Toshiyuki、Machida Masahiko
    • 学会等名
      Supercomputing Asia (SC-Asia 2018)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spontaneous time-reversal breaking and topologically protected gapless states in unconventional nano superconductors2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Nagai, Y. Ota and K. Tanaka
    • 学会等名
      TMS-EPiQS 2nd Alliance Workshop; Topological Magnets and Topological Superconductors
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 自己学習連続時間量子モンテカルロ法:機械学習を用いたマルコフ連鎖モンテカルロ法の高速化2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Nagai, H. Shen, Y. Qi, J. Liu, and L. Fu
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Quadruple-precision BLAS using Bailey's arithmetic with FMA instruction: its performance and applications2017

    • 著者名/発表者名
      Susumu Yamada, Takuya Ina, Narimasa Sasa, Yasuhiro Idomura, Masahiko Machida, Toshiyuki Imamura
    • 学会等名
      Parallel and Distributed Processing Symposium Workshops (IPDPSW), 2017 IEEE International
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High Performance LOBPCG Method for Solving Multiple Eigenvalues of Hubbard Model: Efficiency of Communication Avoiding Neumann Expansion Preconditioner2017

    • 著者名/発表者名
      Yamada Susumu、Imamura Toshiyuki、Machida Masahiko
    • 学会等名
      Parallel Computing (ParCo 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] LOBPCG法を用いたハバードモデルの厳密対角化:複数固有値に対する省通信ノイマン展開前処理の有効性2017

    • 著者名/発表者名
      山田進、今村俊幸、町田昌彦
    • 学会等名
      第162回ハイパフォーマンスコンピューティング研究発表会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Second-order phase transition due to disappearance of topological protection in d-wave superconducting nanoislands2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Nagai, Y. Ota and K. Tanaka
    • 学会等名
      International Conference on Topological Materials Science 2017 (TopoMat2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Time-reversal symmetry breaking phase, gapped surface states, and vortex-antivortex pairs in d-wave nanoislands2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Nagai, Y. Ota and K. Tanaka
    • 学会等名
      16th International Workshop on Vortex Matter in Superconductors (VORTEX 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Self-learning continuous-time quantum Monte Carlo method2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Nagai, H. Shen, Y. Qi, J. Liu, and L. Fu
    • 学会等名
      Order, Fluctuations, and Strong Correlations; New Platforms and Developments (INTERTWINED C17)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] d 波超伝導ナノアイランドにおける時間反転対称性の破れた相と渦糸・反渦糸2017

    • 著者名/発表者名
      永井佑紀、太田幸宏、K. Tanaka
    • 学会等名
      第 25 回渦糸物理国内会議
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Shifted CG法を用いた超伝導自己無撞着平均場計算の実空間高速解法2016

    • 著者名/発表者名
      永井佑紀, 篠原康, 二村保徳, 櫻井鉄也
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 動的平均場理論に対する、LOBPCG法とshifted COCG法を用いた厳密対角化ソルバー2016

    • 著者名/発表者名
      永井佑紀, 篠原康, 山田進, 二村保徳, 今村俊幸, 櫻井鉄也
    • 学会等名
      日本物理学会2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Quadrature precision basic linear algebra subprograms with FMA instruction2016

    • 著者名/発表者名
      Susumu YAMADA, Yasuhiro IDOMURA, Toshiyuki IMAMURA, Narimasa SASA, Masahiko MACHIDA
    • 学会等名
      SIAM Conference on Parallel Processing for Scientific Computing (PP16)
    • 発表場所
      Universite Pierre et Marie Curie, Cordeliers Campus (Paris, France)
    • 年月日
      2016-04-12
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High performance eigenvalue solver for Hubbard model on CPU-GPU hybrid platform2016

    • 著者名/発表者名
      Susumu YAMADA, Toshiyuki IMAMURA, Masahiko MACHIDA
    • 学会等名
      SIAM Conference on Parallel Processing for Scientific Computing (PP16)
    • 発表場所
      Universite Pierre et Marie Curie, Cordeliers Campus (Paris, France)
    • 年月日
      2016-04-12
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 二次元トポロジカルs波超伝導体の秩序変数の安定性2016

    • 著者名/発表者名
      永井佑紀、 星野晋太郎、太田幸宏
    • 学会等名
      2016年日本物理学会年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学泉キャンパス(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書

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公開日: 2015-10-21   更新日: 2019-03-29  

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