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超大規模疎行列の全固有値計算に向けた研究

研究課題

研究課題/領域番号 17K19962
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
研究分野 情報科学、情報工学およびその関連分野
研究機関東京大学

研究代表者

伊田 明弘  東京大学, 情報基盤センター, 特任准教授 (80742121)

研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2019年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2017年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワード固有値 / 近似計算 / 低ランク / アルゴリズム / 並列計算 / H行列 / BLR行列 / 高性能計算 / 低ランク行列 / ハイパフォーマンスコンピューティング / 低ランク近似 / 固有値計算 / スーパーコンピュータ / 応用数学
研究成果の概要

大規模疎行列の全固有値計算に向けた研究を行った。従来手法では大規模疎行列を密行列として扱うが、本研究では低ランク構造行列として扱った。代表的な低ランク構造行列であるH行列をハウスホルダー変換により帯行列化し、全固有値計算を行う手法を開発した。密行列として扱う場合に比べて、計算オーダーを低減させられることを、理論および数値実験で示した。また、BLR行列(単純な低ランク構造行列の一種)のQR分解法およびその並列化手法を開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

行列の全固有値計算は、大量の計算機メモリと計算量を必要する。本研究の成果は、京コンピュータの全系を用いてやっと行うことが可能な数百万元規模の行列の全固有値を、研究室のパソコンを用いて現実的な時間内に、計算することができるようになる可能性を示したことにある。さらに、開発した並列計算手法は、スパコンを用いることにより、実応用アプリケーションへの適用で革新的な成果が期待できる超大規模行列(数億~数十億元)の全固有値計算が可能なことを示唆する。

報告書

(5件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 4件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 7件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Evaluation of Programming Models to Address Load Imbalance on Distributed Multi-Core CPUs: A Case Study with Block Low-Rank Factorization2019

    • 著者名/発表者名
      Yu Pei, George Bosilca, Ichitaro Yamazaki, Akihiro Ida, Jack Dongarra
    • 雑誌名

      In: 2019 IEEE/ACM Parallel Applications Workshop, Alternatives To MPI (PAW-ATM)

      巻: なし ページ: 25-36

    • DOI

      10.1109/paw-atm49560.2019.00008

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] QR Factorization of Block Low-rank Matrices with Weak Admissibility Condition2019

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Ida, Hiroshi Nakashima, Tasuku Hiraishi, Ichitaro Yamazaki, Rio Yokota, Takeshi Iwashita
    • 雑誌名

      Journal of Information Processing

      巻: 27 号: 0 ページ: 831-839

    • DOI

      10.2197/ipsjjip.27.831

    • NAID

      130007762323

    • ISSN
      1882-6652
    • 関連する報告書
      2019 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] Distributed Memory Lattice H-matrix Factorization2019

    • 著者名/発表者名
      Ichitaro Yamazaki, Akihiro Ida, Rio Yokota and Jack Dongarra
    • 雑誌名

      The International Journal of High Performance Computing Applications

      巻: 33(5) 号: 5 ページ: 1046-1063

    • DOI

      10.1177/1094342019861139

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Lattice H-Matrices on Distributed-Memory Systems2018

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Ida
    • 雑誌名

      32nd IEEE International Parallel & Distributed Processing Symposium (IPDPS 2018)

      巻: - ページ: 389-898

    • DOI

      10.1109/ipdps.2018.00049

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書 2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Parallel Hierarchical Matrices with Block Low-rank Representation on Distributed Memory Computer Systems2018

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Ida, Hiroshi Nakashima, Masatoshi Kawai
    • 雑誌名

      International Conference on High Performance Computing in Asia-Pacific Redion

      巻: なし ページ: 232-240

    • DOI

      10.1145/3149457.3149477

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] カーネルリッジ回帰へのBLR行列近似の適用法検討2020

    • 著者名/発表者名
      伊田明弘、今倉 暁
    • 学会等名
      日本応用数理学会 2020年度 年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 格子H行列法を用いた実アプリの分散メモリ並列化2020

    • 著者名/発表者名
      伊田明弘、安宅正、古屋篤史
    • 学会等名
      2020年並列/分散/協調処理に関する『福井』サマー・ワークショップ(SWoPP2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Numerical Linear Algebra Based on Lattice H-Matrices2020

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Ida, Ichitaro Yamazaki, Rio Yokota, Satoshi Ohshima, Tasuku Hiraishi, Takeshi Iwashita, Tetsuya Hoshino, Toshihiro Hanawa
    • 学会等名
      International Conference on High Performance Computing in Asia-Pacific Redion (HPC Asia 2020)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 修正グラムシュミット法によるBLR 行列の近似QR 分解2019

    • 著者名/発表者名
      伊田 明弘
    • 学会等名
      日本応用数理学会2019年度年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] ブロック低ランク行列による近似QR分解2019

    • 著者名/発表者名
      伊田 明弘
    • 学会等名
      第24回計算工学会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Improvement of HACApK Library Using Lattice H-matrices2019

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Ida
    • 学会等名
      France-Japan-Germany trilateral workshop : Convergence of HPC and Data Science for Future Extreme Scale Intelligent Applications
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Matrix Arithmetic Using Lattice H-matrix Representations2019

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Ida
    • 学会等名
      2019 Conference on Advanced Topics and Auto Tuning in High-Performance Scientific Computing (ATAT in HPC 2019)
    • 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] Lattice H-matrices for Massively Parallel Micromagnetic Simulations of Current-induced Domain Wall Motion2019

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Ida, Tadashi Ataka and Atsushi Furuya
    • 学会等名
      22nd International Conference on the Computation of Electromagnetic Fields (Compumag 2019)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 格子階層型行列法:分散メモリ並列計算機向け階層型低ランク近似手法2018

    • 著者名/発表者名
      伊田明弘
    • 学会等名
      第23回計算工学会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 格子H行列を用いた並列行列計算2018

    • 著者名/発表者名
      伊田明弘
    • 学会等名
      2018年並列/分散/協調処理に関する『熊本』サマー・ワークショップ(SWoPP熊本2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] More Efficient Structures of H-matrices2018

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Ida, Ichitaro Yamazaki, Rio Yokota, Satoshi Ohshima, Tetsuya Hoshino, Tasuku Hi-raishi and Takeshi Iwashita
    • 学会等名
      The HPC symposium Computational Science at Scale (CoSaS18)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Lattice H-matrices : A new efficient variant on distributed memory systems2018

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Ida
    • 学会等名
      ATAT in HPC 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] Efficient Low-rank Solver for Integral Equations on Distributed Memory Systems2018

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Ida
    • 学会等名
      SIAM Conference on Parallel Processing for Scientific Computing 2018(SIAM PP 18)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 大規模数値解析向け低ランク行列近似手法2017

    • 著者名/発表者名
      伊田明弘
    • 学会等名
      RIMS共同研究『数値解析学の最前線-理論・方法・応用-』
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 階層型行列における行列分割法2017

    • 著者名/発表者名
      伊田明弘, 河合直聡
    • 学会等名
      2017年並列/分散/協調処理に関する『秋田』サマー・ワークショップ(SWoPP秋田2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 階層型行列法向け低ランク行列近似手法の検討2017

    • 著者名/発表者名
      伊田明弘, 片桐孝洋
    • 学会等名
      第22回計算工学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] Post-Peta-Crest/ppOpenHPC/MATH/HACApK

    • URL

      https://github.com/Post-Peta-Crest/ppOpenHPC/tree/MATH/HACApK

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2017-07-21   更新日: 2022-01-27  

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