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スケーラブル通信ライブラリを用いた次世代惑星電磁圏連成計算技術の創出

研究課題

研究課題/領域番号 17K18798
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
研究分野 地球惑星科学およびその関連分野
研究機関東北大学

研究代表者

加藤 雄人  東北大学, 理学研究科, 教授 (60378982)

研究分担者 深沢 圭一郎  京都大学, 学術情報メディアセンター, 准教授 (50377868)
南里 豪志  九州大学, 情報基盤研究開発センター, 准教授 (70284578)
研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2017年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
キーワードハイパフォーマンス・コンピューティング / 惑星圏科学 / 超高層物理学 / 計算物理
研究成果の概要

本研究は、複数のシミュレーションコードを動的に結合する次世代の惑星電磁圏計算技術を創出して、マルチスケール・マルチフィジックスの「“強”連成計算」を実現することを目的として実施された。次世代連成計算フレームワーク「Code-To-Code Adapter(CoToCoA)」を開発して公開した。CoToCoAライブラリを用いることにより、連成計算の技術的ハードルを下げて、異種コードの動的な結合を容易に実現できる環境を構築することが可能となった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

従来の計算機実験では、異なるシミュレーションコードを繋げて連成計算を行う上で、計算機リソースの制約もさることながら、支配方程式が異なり現象の時間・空間スケールも多様な複数のシミュレーションコードを連結するために必要な工程数の多さと人的リソースの制約が大きな困難となっていた。本課題で開発されたCoToCoAライブラリは、この本質的な困難を克服できる可能性を有するものであり、大きな発展性を秘めている。新たなコード結合のアイデア創出にも繋がり惑星圏科学にブレークスルーをもたらし得る、独創的な成果となった。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (38件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (30件) (うち国際学会 21件、 招待講演 8件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of California, Davis(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Application of Cross-Reference Framework CoToCoA to Macro- and Micro-Scale Simulations of Planetary Magnetospheres2019

    • 著者名/発表者名
      Fukazawa Keiichiro、Katoh Yuto、Nanri Takeshi、Miyake Yohei
    • 雑誌名

      Seventh International Symposium on Computing and Networking Workshops (CANDARW)

      巻: - ページ: 121-124

    • DOI

      10.1109/candarw.2019.00029

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anomalous Trapping of Low Pitch Angle Electrons by Coherent Whistler Mode Waves2019

    • 著者名/発表者名
      Kitahara M.、Katoh Y.
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research: Space Physics

      巻: 124 号: 7 ページ: 5568-5583

    • DOI

      10.1029/2019ja026493

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Performance Evaluation and Optimization of MagnetoHydroDynamic Simulation for Planetary Magnetosphere with Xeon Phi KNL2018

    • 著者名/発表者名
      Fukazawa, K., T. Soga, T. Umeda, T. Nanri
    • 雑誌名

      Advances in Parallel Computing

      巻: 32 ページ: 178-187

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Software-type Wave-Particle Interaction Analyzer on board the Arase satellite2018

    • 著者名/発表者名
      Katoh Yuto et al.
    • 雑誌名

      Earth Planets Space

      巻: 70 号: 1 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1186/s40623-017-0771-7

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Dependence of generation of whistler-mode chorus emissions on the temperature anisotropy and density of energetic electrons in the Earth's inner magnetosphere2018

    • 著者名/発表者名
      Katoh Yuto et al.
    • 雑誌名

      J. Geophys. Res

      巻: 123 号: 2 ページ: 1165-1177

    • DOI

      10.1002/2017ja024801

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Study of the Transition from MRI to Magnetic Turbulence via Parasitic Instability by a High-Order MHD Simulation Code2018

    • 著者名/発表者名
      Hirai, K., Y. Katoh, N. Terada, and S. Kawai
    • 雑誌名

      Astrophys. J.

      巻: 853 号: 2 ページ: 174-174

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aaa5b2

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Cross-Reference Simulation by Code-To-Code Adapter (CoToCoA) Library for the Study of Planetary Magnetospheres2020

    • 著者名/発表者名
      Katoh, Y., K. Fukazawa, T. Nanri, Y. Miyake
    • 学会等名
      High Performance Computing in Asia-Pacific Region (HPC Asia 2020)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cross-reference simulations by scalable communication library for the study of wave-particle interactions in planetary magnetospheres2019

    • 著者名/発表者名
      Katoh, Y., K. Fukazawa, T. Nanri, and Y. Miyake
    • 学会等名
      Conference on Magnetospheres of the Outer Planets 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theory and computer simulations on whistler-mode chorus emissions and related wave-particle interactions in planetary magnetospheres2019

    • 著者名/発表者名
      Kath, Y.
    • 学会等名
      2019 URSI-Japan Radio Science Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Simulation study of the whistler-mode chorus generation in the Earth's inner magnetosphere2019

    • 著者名/発表者名
      Katoh, Y. and Y. Omura
    • 学会等名
      3rd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Cross-reference simulations by scalable communication library for the study of wave-particle interactions in planetary magnetospheres2019

    • 著者名/発表者名
      Katoh, Y., K. Fukazawa, T. Nanri, and Y. Miyake
    • 学会等名
      Asia Oceania Geosciences Society (AOGS) 16th Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Modulation of the whistler-mode chorus generation by ULF waves in the inner magnetosphere2019

    • 著者名/発表者名
      Katoh, Y. and L. Chen
    • 学会等名
      American Geophysical Union Fall Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Coupling Framework for Macro and Micro Scale Simulations of the Magnetosphere2019

    • 著者名/発表者名
      Fukazawa, K., Y. Katoh, T. Nanri, Y. Miyake
    • 学会等名
      AOGS 16th Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of cross-reference numerical simulation framework: macro- and micro-scale simulations of the magnetosphere2019

    • 著者名/発表者名
      Fukazawa, K., Y. Katoh, T. Nanri, Y. Miyake
    • 学会等名
      Conference on Magnetospheres of the Outer Planets 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of cross-reference framework for macro- and micro-scale simulations of the magnetosphere2019

    • 著者名/発表者名
      深沢圭一郎、加藤雄人、三宅洋平、南里豪志
    • 学会等名
      地球電磁気・地球惑星圏学会 第146回総会及び講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ジオスペース・マクロダイナミクスからミクロスケールへの連成シミュレーションフレームワーク開発2019

    • 著者名/発表者名
      深沢圭一郎
    • 学会等名
      公開シンポジウム 「京」から「富岳」へ:大規模シミュレーションが拓く惑星科学の未来
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Cross-reference simulations by scalable communication library for the study of wave-particle interactions in planetary magnetospheres2019

    • 著者名/発表者名
      Katoh, Y., K. Fukazawa, T. Nanri, and Y. Miyake
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2019年大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ULF wave modulation of the whistler-mode chorus generation in the inner magnetosphere2019

    • 著者名/発表者名
      Katoh, Y., L. Chen
    • 学会等名
      地球電磁気・地球惑星圏学会 第146回総会及び講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Cross-reference simulations by scalable communication library for the study of wave-particle interactions in planetary magnetospheres2019

    • 著者名/発表者名
      Katoh, Y., K. Fukazawa, T. Nanri,
    • 学会等名
      The 20th Symposium on Planetary Sciences
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Rapid acceleration of energetic electrons in the process of whistler-mode chorus generation in planetary magnetospheres2019

    • 著者名/発表者名
      Katoh, Y.
    • 学会等名
      Max-Planck/Princeton Center for Plasma Physics (MPPC) workshop
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Rapid acceleration of relativistic electrons through wave-particle interactions in planetary magnetospheres2019

    • 著者名/発表者名
      Katoh, Y.
    • 学会等名
      Toyama International Symposium on "Physics at the Cosmic Frontier"
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The Rayleigh number required to sustain geodynamo with various inner core radii2018

    • 著者名/発表者名
      Nishida, Y., Y. Katoh, H. Matsui, M. Matsushima, and A. Kumamoto,
    • 学会等名
      Study of the Earth's Deep Interior 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Periodicity and spatial scale of wave-particle interactions in the magnetosphere2018

    • 著者名/発表者名
      Kath, Y.
    • 学会等名
      ISSI Workshop on Auroral Physics
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Electron hybrid simulations of the nonlinear processes of whistler-mode chorus generation in the Earth's inner magnetosphere2018

    • 著者名/発表者名
      Katoh, Y., Y. Omura, Y. Miyake, H. Usui, and H. Nakashima
    • 学会等名
      13th International School/Symposium for Space Simulations
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Nonlinear processes of whistler-mode chorus generation in the Earth's inner magnetosphere2018

    • 著者名/発表者名
      Katoh, Y., Y. Omura, Y. Miyake, H. Usui, and H. Nakashima
    • 学会等名
      American Geophysical Union Fall Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Study of the modulation of whistler-mode chorus generation by ULF waves2018

    • 著者名/発表者名
      Katoh, Y. and L. Chen
    • 学会等名
      Asia Oceania Geosciences Society (AOGS) 15th Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Simulation of Spacecraft Charging Processes in Time-varying Plasma Environment2018

    • 著者名/発表者名
      三宅洋平, 桐山武士, 加藤雄人,臼井英之
    • 学会等名
      2nd URSI Atlantic Radio Science Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Simulation of Spacecraft Charging Processes in Time-varying Plasma Environment2018

    • 著者名/発表者名
      三宅洋平, 桐山武士, 加藤雄人,臼井英之
    • 学会等名
      15th Spacecraft Charging Technology Conference
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Cross-reference simulations by scalable communication library for the study of wave-particle interactions in magnetospheres2018

    • 著者名/発表者名
      加藤 雄人,深沢 圭一郎,南里 豪志
    • 学会等名
      第144回地球電磁気・地球惑星圏学会講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 観測と協調したグローバル木星磁気圏MHDシミュレーションのデータベース開発2018

    • 著者名/発表者名
      深沢圭一郎, 木村智樹, 土屋史紀, 村上豪, 垰千尋, 北元, 村田健史
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2018年大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Open Numerical Simulation Data of Planetary Magnetosphere2018

    • 著者名/発表者名
      Fukazawa, K., T. Kimura, F. Tsuchiya, G. Murakami, H. Kita, C. Tao, K. T. Murata
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Simulation study of the nonlinear processes of whistler-mode chorus generation in the Earth's inner magnetosphere2018

    • 著者名/発表者名
      Katoh, Y. and Y. Omura
    • 学会等名
      AGU Chapman Conference on Particle Dynamics in the Earth's Radiation Belts
    • 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] Electron hybrid simulation of the whistler-mode chorus generation in the Earth's inner magnetosphere2018

    • 著者名/発表者名
      Katoh, Y. and Y. Omura
    • 学会等名
      The 8th biennial VERSIM Workshop
    • 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] Proposal of Interface for Runtime Memory Manipulation of Applications via PGAS-based Communication Library2018

    • 著者名/発表者名
      Nanri, T.
    • 学会等名
      Workshop on PGAS programming models: Experiences and Implementations
    • 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] Simulation Development of Planetary Magnetosphere toward Exascale Computing Era2018

    • 著者名/発表者名
      Fukazawa, K., Y. Katoh, Y. Miyake, and T. Nanri
    • 学会等名
      Symposium on Planetary Science 2018
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Global MHD simulation of Jovian magnetosphere for observations and micro scale simulations2017

    • 著者名/発表者名
      深沢圭一郎、加藤雄人、木村智樹、土屋史紀、村上豪、北元、垰千尋、村田健史
    • 学会等名
      地球電磁気・地球惑星圏学会 第142回総会及び講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] コード間結合ライブラリCoToCoA(Code-To-Code Adapter)公開ページ

    • URL

      https://github.com/tnanri/cotocoa

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-07-21   更新日: 2021-02-19  

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