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通信を最小化した代数的マルチグリッド法

研究課題

研究課題/領域番号 15K15998
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 高性能計算
研究機関工学院大学

研究代表者

藤井 昭宏  工学院大学, 情報学部(情報工学部), 准教授 (10383986)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2017年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード代数的多重格子法 / 粗格子集約 / ニアカーネルベクトル / 時間積分並列化 / 二アカーネルベクトル / 高並列多重格子法 / 時間方向並列化 / MGRIT / MGRIT前処理 / 高並列実装 / ニアーカーネルベクトル / 1節点多自由度問題 / CBCG
研究成果の概要

線形問題の解法の一つである多重格子法は大きいサイズの問題を小さいサイズの問題(粗いレベル)に近似し,それらを交互に反復的に解く手法であるが,スーパーコンピュータなどの超高並列な環境では小さいサイズの問題が全プロセスに分散され,通信が多くの時間を占めてしまう問題があった.この場合,小さいサイズの問題を解くための通信時間がボトルネックとなり,高並列時には全体性能をより悪化させてしまう.本研究ではそれを解決するため,粗いレベルにおいて並列度と通信量をうまくバランスさせる新規の手法を提案し,実装例としてプログラムに公開した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

線形問題の解法として多重格子法は流体解析も含めて,広い範囲のアプリケーションで利用されている.本研究では主に,高並列時に課題になるサイズの小さい問題の生成方法についてと,問題に応じて収束性をあげるためのニアカーネルベクトルの設定手法について新規手法を提案し,発表をしてきた.今後,本研究の考察の対象としているような超高並列な計算環境や,問題に応じて収束しにくい成分を設定して代数的多重格子法を適用する場面において,本研究の成果が取り込まれていくことを期待している.

報告書

(5件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 2015 実施状況報告書
  • 研究成果

    (39件)

すべて 2019 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (31件) (うち国際学会 13件、 招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Lawrence Berkeley National Laboratory(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Acceleration of Symmetric Sparse Matrix-Vector Product using Improved Hierarchical Diagonal Blocking Format2019

    • 著者名/発表者名
      Muro Ryo、Fujii Akihiro、Tanaka Teruo
    • 雑誌名

      Proceeding of HPC Asia 2019 Proceedings of the International Conference on High Performance Computing in Asia-Pacific Region

      巻: - ページ: 63-70

    • DOI

      10.1145/3293320.3293332

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Algebraic Multigrid Solver Using Coarse Grid Aggregation with Independent Aggregation2018

    • 著者名/発表者名
      Nomura Naoya、Fujii Akihiro、Tanaka Teruo、Marques Osni、Nakajima Kengo
    • 雑誌名

      Proceeding of 2018 IEEE International Parallel and Distributed Processing Symposium Workshops (IPDPSW)

      巻: - ページ: 1104-1112

    • DOI

      10.1109/ipdpsw.2018.00170

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 通信削減Jacobi法を前処理とした共役勾配法の性能評価2016

    • 著者名/発表者名
      熊谷洋佑,野地優希,藤井昭宏,田中輝雄,須田礼仁
    • 雑誌名

      情報処理学会研究報告

      巻: Vol.2016-HPC-153,No.3 ページ: 1-7

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 時間発展非線形偏微分方程式へのMultigrid Reduction in Timeの適用における特性評価2016

    • 著者名/発表者名
      田口 悠太,金子 重郎,野村 直也,藤井 昭宏,田中 輝雄
    • 雑誌名

      情報処理学会研究報告

      巻: Vol.2016-HPC-153,No.19 ページ: 1-7

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] SA-AMG法における粗格子領域集約と性能分析2015

    • 著者名/発表者名
      野村 直也, 野村 卓矢, 藤井 昭宏, 田中 輝雄
    • 雑誌名

      情報処理学会研究報告

      巻: Vol.2015-HPC-149, No.8 ページ: 1-9

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 謝辞記載あり
  • [学会発表] Multigrid Reduction in Time preconditioning for parallel-in-time Krylov solver2019

    • 著者名/発表者名
      Ryo Yoda, Akihiro Fujii, Teruo Tanaka
    • 学会等名
      Copper Mountain Conference on Multigrid Methods
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Parallel Time Integration Approach without Re-discretization in Time Direction2019

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Fujii, Teruo Tanaka,
    • 学会等名
      SIAM Conference on Computational Science and Engineering
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Time segment correction method for parallel time integration2019

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Fujii, Shigeo Kaneko, Teruo Tanak, Takeshi Iwashita
    • 学会等名
      Conference on Advanced Topics and Auto Tuning in High-Performance Scientific Computing (ATAT in HPSC 2019)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 共役勾配法におけるダブルバッファリング利用したRDMA通信の性能評価2019

    • 著者名/発表者名
      出蔵英真,藤井昭宏,田中輝雄
    • 学会等名
      第81回情報処理学会全国大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] MGRIT preconditioned Krylov subspace method2018

    • 著者名/発表者名
      Ryo Yoda, Akihiro Fujii, Teruo Tanaka
    • 学会等名
      Super Computing 2018(SC18), Poster
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 大規模クラスタ環境上におけるSA-AMG法のHybrid並列化に関する分析2018

    • 著者名/発表者名
      野村 直也, 中島 研吾, 河合 直聡, 藤井 昭宏
    • 学会等名
      情報処理学会 第167回HPC研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Oakforest-PACS上におけるSA-AMG法のHybrid並列化に関する分析2018

    • 著者名/発表者名
      野村 直也, 中島 研吾, 藤井 昭宏
    • 学会等名
      情報処理学会 第165回HPC研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Acceleration of sparse linear solvers using RDMA communication on PRIMEHPC FX supercomputer2018

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Fujii, Teruo Tanaka, Takahiro Katagiri
    • 学会等名
      2018 Conference on Advanced Topics and Auto Tuning in High-Performance Scientific Computing (ATAT in HPSC 2018)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Consideration on the Optimal Balance Between Space Parallelism and Time Parallelism2018

    • 著者名/発表者名
      Ryo Yoda, Akihiro Fujii, Teruo Tanaka, Kengo Nakajima
    • 学会等名
      SIAM Conference on Parallel Processing for Scientific Computing, Poster
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 空間並列度および時間並列度の割り当て方に対する考察2018

    • 著者名/発表者名
      依田 凌, 藤井昭宏, 田中 輝雄,中島 研吾
    • 学会等名
      情報処理学会ハイパフォーマンスコンピューティング研究会Vol.2018-HPC-163, No.27, pp.1-8
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Performance Analysis of SA-AMG Solver with Additional Near-Kernel Vectors at Coarser Levels2017

    • 著者名/発表者名
      Naoya Nomura, Akihiro Fujii, Teruo Tanaka, Kengo, Nakajima, Osni Marques
    • 学会等名
      18th Copper Mountain Conference on Multigrid Methods,
    • 発表場所
      Copper Mountain, Colorado, United States
    • 年月日
      2017-03-28
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 複素数電磁場解析の問題におけるSmoothed Aggregation Algebraic Multigrid法の適用2017

    • 著者名/発表者名
      朝倉豪彦, 野村直也, 藤井昭宏, 田中輝雄
    • 学会等名
      第79回情報処理学会全国大会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2017-03-16
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Comparison of Correction Method in Parallelization in Time Direction -MGRIT and TSC-2017

    • 著者名/発表者名
      Shigeo Kaneko, Hiroki Fujito, Akihiro Fujii, Teruo Tanaka, Takeshi Iwashita
    • 学会等名
      The 16th International Symposium on Advanced Technology (ISAT-16)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 複数ばねによる質点の一次元運動シミュレーションに対するMultigrid Reduction in Timeの有効性の評価2017

    • 著者名/発表者名
      藤戸 宙希,金子 重郎,藤井昭宏, 田中 輝雄, 鷲尾 巧, 岩下 武史
    • 学会等名
      情報処理学会ハイパフォーマンスコンピューティング研究会Vol.2018-HPC-162, No.16, pp.1-8
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Hierarchical Diagonal Blocking形式における疎行列ベクトル積の高速化2017

    • 著者名/発表者名
      室燎,藤井昭宏, 田中 輝雄
    • 学会等名
      情報処理学会ハイパフォーマンスコンピューティング研究会Vol.2018-HPC-161, pp.1-8
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 非線形熱拡散方程式を対象とした時間方向の並列化手法における補正手法の比較ーMGRITとTSC-2017

    • 著者名/発表者名
      金子重郎,藤戸宙希,藤井昭宏, 田中 輝雄,岩下武史
    • 学会等名
      情報処理学会ハイパフォーマンスコンピューティング研究会Vol.2018-HPC-161, pp.1-8
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Robust SA-AMG Solver by Extraction of Near-Kernel Vectors2017

    • 著者名/発表者名
      Naoya Nomura, Kengo Nakajima, Akihiro Fujii
    • 学会等名
      SuperComputing 2017, Poster session.
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The Near-Kernel Vector Extraction Method for Robustness and Scalability of SA-AMG Method2017

    • 著者名/発表者名
      N. Nomura, K. Nakajima, A. Fujii
    • 学会等名
      2nd International Symposium on Research and Education of Computational Science (RECS)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] SA-AMG法におけるニアカーネルベクトル抽出手法の性能評価2017

    • 著者名/発表者名
      野村 直也, 中島 研吾, 藤井 昭宏
    • 学会等名
      日本応用数理学会2017年度年会(JSIAM2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 解の精度の高い極大独立集合問題の並列解法2017

    • 著者名/発表者名
      根本望,藤井昭宏,田中輝雄
    • 学会等名
      第2回若手の会研究発表会, 応用数理学会 東京大学
    • 発表場所
      東京大学
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Performance Analysis of SA-AMG Method by Setting Extracted Near-kernel Vectors2016

    • 著者名/発表者名
      Naoya Nomura, Akihiro Fujii, Teruo Tanaka, Kengo Nakajima and Osni Marques
    • 学会等名
      12th International Meeting on High Performance Computing for Computational Science(VECPAR2016)
    • 発表場所
      Porto, Portugal
    • 年月日
      2016-06-28
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Coarse grid aggregation for SA-AMG method with multiple kernel vectors2016

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Fujii, Naoya Nomura, Teruo Tanaka, Kengo Nakajima, Osni Marques
    • 学会等名
      SIAM conference on Parallel Processing for Scientific Computing
    • 発表場所
      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] 極大独立集合問題における並列性と解の精度2016

    • 著者名/発表者名
      根本 望,野村直也,藤井昭宏,田中輝雄
    • 学会等名
      情報処理学会第78回全国大会,No.4H-02
    • 発表場所
      慶応大学矢上キャンパス
    • 年月日
      2016-03-11
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 時間方向のマルチグリッド法におけるレベル間自由度に関する考察2016

    • 著者名/発表者名
      金子重郎,田口悠太,野村直也,藤井昭宏,田中輝雄
    • 学会等名
      情報処理学会第78回全国大会,No.2G-06
    • 発表場所
      慶応大学矢上キャンパス
    • 年月日
      2016-03-10
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Algebraic multigrid method with multiple near-kernel vector2016

    • 著者名/発表者名
      藤井昭宏, 野村直也, 田中輝雄
    • 学会等名
      現象解明に向けた数値解析学の新展開 Ⅱ, 京都大学数理解析研究所, 京都
    • 発表場所
      京都大学数理解析研究所, 京都
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] SA-AMG法におけるニアカーネルベクトルを用いることによる収束性の改善2016

    • 著者名/発表者名
      野村直也, 藤井昭宏, 田中輝雄, 中島研吾
    • 学会等名
      第15回オープンアカデミックセッション,自動チューニング研究会(AT研究会),
    • 発表場所
      山梨大学、甲府
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 時間方向のマルチグリッド法の有効性の評価2016

    • 著者名/発表者名
      金子重郎, 田口悠太, 藤井昭宏, 田中輝雄
    • 学会等名
      計算工学講演会, No.F-1-3, 新潟
    • 発表場所
      新潟
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 代数的マルチグリッド法のパラメタ探索空間について2015

    • 著者名/発表者名
      藤井昭宏,野村 直也,田中 輝雄
    • 学会等名
      第7回 自動チューニング技術の現状と応用に関するシンポジウム(ATTA2015)
    • 発表場所
      東京大学山上会館
    • 年月日
      2015-12-25
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 京・FX10におけるChebyshev基底共役勾配法の性能分析2015

    • 著者名/発表者名
      熊谷洋佑,藤井昭宏,田中輝雄,廣田悠輔,深谷猛,今村俊幸,須田礼仁
    • 学会等名
      第12回AT研究会オープンアカデミックセッション(ATOS12)
    • 発表場所
      山梨大学甲府キャンパス
    • 年月日
      2015-10-19
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Performance Analysis of the Chebyshev Basis Conjugate Gradient Method on the K Computer2015

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Kumagai, Akihiro Fujii, Teruo Tanaka, Yusuke Hirota, Takeshi Fukaya, Toshiyuki Imamura, and Reiji Suda
    • 学会等名
      11th International Conference on Parallel Processing and AppliedMathematics (PPAM2015)
    • 発表場所
      Krakow, Poland
    • 年月日
      2015-09-06
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 代数的多重格子法の粗格子集約パラメタの最適化2015

    • 著者名/発表者名
      藤井昭宏, 野村卓矢, 田中輝雄
    • 学会等名
      OS15: エクサスケールに向けた自動チューニング技術の最新研究動向, 第20回計算工学講演会
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2015-06-08
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [備考] amgs

    • URL

      http://hpcl.info.kogakuin.ac.jp/lab/software/amgs

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] AMGS: 代数的マルチグリッド法のライブラリ

    • URL

      http://hpcl.info.kogakuin.ac.jp/lab/software/amgs

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2020-03-30  

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