波動問題に対する高速多重極積分方程式法のGPUを利用した並列計算手法の開発

• 研究課題/領域番号: 22760062
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 工学基礎
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 高橋 徹 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (90360578)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2011年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2010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: アルゴリズム / 計算物理 / シミュレーション工学 / 数理工学 / 境界積分方程式法 / 境界要素法 / 高速多重極法 / GPU / 並列アルゴリズム / M2L変換 / スカラー波動問題 / 高速計算

研究概要

本研究の目的は、3次元Helmholtz方程式に対する低周波領域における高速多重極境界積分方程式法をマルチスレッド型メニーコアプロセッサであるグラフィカル・プロセッシング・ユニット(GPU)によって効率的に実行することである。特に計算負荷の高いM2L計算に注目し、算術演算に対するメモリ演算の比率を低減可能とする高性能アルゴリズムを提案し、NVIDIA社FermiシリーズGPUに向けた計算プログラムを開発した。数値解析において計算性能の向上を検証し、約560万自由度の音響散乱解析を約2. 8時間で実行することができた。

研究成果

• [雑誌論文] Optimization of the parallel black-box fast multipole method on CUDA (2012)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Cris Cecka, Eric Darve
  • 雑誌名: InPar2012,(Innovative Parallel Computing) 巻: (in CDROM)
  • 査読あり
• [雑誌論文] The fast multipole method on CPU and GPU processors (2012)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Cris Cecka, Eric Darve
  • 雑誌名: Program Guide of GPU Technology Conference ページ: 78-78
• [雑誌論文] A wideband fast multipole accelerated boundary integral equation method for time-harmonic elastod ynamics in two dimensions (2012)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi
  • 雑誌名: International Journal for Numerical Methods in Engineering ページ: 4288-4288
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimizing the multipole-to-local operator in the fast multipole method for graphical processing units (2012)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Cris Cecka, Eric Darve
  • 雑誌名: International Journal for Numerical Methods in Engineering 巻: Vol.89, Issue 1 号: 1 ページ: 105-133
  • DOI: 10.1002/nme.3240
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimizing the multipole-to-local operator in the fast multipole method for graphical processing units (2012)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Cris Cecka, Eric Darve
  • 雑誌名: International Journal for Numerical Methods in Engineenng 巻: 89 ページ: 105-133
  • 査読あり
• [雑誌論文] An acceleration of multipole-to-local operation for low-frequency fast multipole BIEM with GPU (2011)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Cris Cecka, Eric Darve
  • 雑誌名: Extended Abstracts for IABEM 2011(Symposium of the International Association for Boundary Element Methods) ページ: 303-308
• [雑誌論文] An implementation of multipole-to-local(M2L) operation for low-frequency fast multipole BIEM on GPU (2011)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Cris Cecka, Eric Darve
  • 雑誌名: Proceedings of The 11^<th> U. S. National Congress on Computational Mechanics 巻: (in CDROM) ページ: 213538-213538
• [雑誌論文] The fast multipole method on parallel clusters, multicore processors, and graphics processing units (2011)
  • 著者名/発表者名: Eric Darve, Cris Cecka, Toru Takahashi
  • 雑誌名: Comptes Rendus Mechanics 巻: Vol.339 号: 2-3 ページ: 185-193
  • DOI: 10.1016/j.crme.2010.12.005
• [雑誌論文] An acceleration of multipole-to-local operation for low-frequency fast multipole BIEM with GPU (2011)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Cris Cecka, Eric Darve
  • 雑誌名: Extended Abstracts for IABEM 2011 (Symposium of the International Association for Boundary Element Methods) ページ: 303-308
• [雑誌論文] An implementation of multipole-to-local (M2L)operation for low-frequency fast multipole BIEM on GPU (2011)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Cris Cecka, Eric Darve
  • 雑誌名: Proceedings of The 11th U.S. National Congress on Computational Mechanics 巻: (in CDROM)
• [雑誌論文] An implementation of low-frequency fast multipole BIEM for Helmholtz' equation on GPU (2010)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Cris Cecka, Eric Darve
  • 雑誌名: 計算力学講演会講演論文集 巻: (in CDROM) ページ: 319-321
• [学会発表] The fast multipole method on CPU and GPU processors (2012)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Cris Cecka, Eric Darve
  • 学会等名: GPU Technology Conference
  • 発表場所: San Jose, California, USA
• [学会発表] Optimization of the parallel black-box fast multipole method on CUDA (2012)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Cris Cecka, Eric Darve
  • 学会等名: InPar2012
  • 発表場所: San Jose, California, USA
• [学会発表] An acceleration of multipole-to-local operation for low-frequency fast multipole BIEM with GPU (2011)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Cris Cecka, Eric Darve
  • 学会等名: IABEM 2011(Symposium of the International Association for Boundary Element Methods)
  • 発表場所: Brescia, Italy
• [学会発表] An implementation of multipole-to-local(M2L) operation for low-frequency fast multipole BIEM on GPU (2011)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Cris Cecka, Eric Darve
  • 学会等名: The 11th U. S. National Congress on Computational Mechanics
  • 発表場所: Minneapolis, Minnesota, USA
• [学会発表] An acceleration of multipole-to-local operation for low-frequency fast multipole BIEM with GPU (2011)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Cris Cecka, Eric Darve
  • 学会等名: IABEM 2011 (Symposium of the International Association for Boundary Element Methods)
  • 発表場所: Brescia (Italy)
• [学会発表] An implementation of multipole-to-local (M2L)operation for low-frequency fast multipole BIEM on GPU (2011)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Cris Cecka, Eric Darve
  • 学会等名: he 11th U.S. National Congress on Computational Mechanics
  • 発表場所: Minneapolis, Minnesota (USA)
• [学会発表] 計算力学最前線 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋徹
  • 発表場所: 愛知県立横須賀高等学校
  • 年月日: 2010-10-25
• [学会発表] An implementation of low-frequency fast multipole BIEM for Helmholtz' equation on GPU (2010)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Cris Cecka, Eric Darve
  • 学会等名: 日本機械学会第23回計算力学講演会
  • 発表場所: 北見工業大学
• [備考] 本研究で作成した計算プログラムの一部は下記のホームページで公開している
  • URL: http://sourceforge.net/projects/bbfmmgpu
• [備考]
  • URL: http://sourceforge.net/projects/bbfmmgpu
• [備考]
  • URL: http://sourceforge.net/projects/bbfmmgpu/