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多階層生体機能を解明する汎用シミュレータのヘテロ計算による高速化

公募研究

研究領域統合的多階層生体機能学領域の確立とその応用
研究課題/領域番号 25136711
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関大阪大学

研究代表者

萩原 兼一  大阪大学, 情報科学研究科, 教授 (00133140)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
2014年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2013年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
キーワード汎用生体機能シミュレータ / 大規模生体モデル / 並列処理 / GPGPU / スーパーコンピューティング / ヘテロ計算
研究実績の概要

本領域では、生体機能の本質的理解のために、統合的多階層生体機能学推進のための基盤システムを構築し、汎用生体機能モデル記述言語PHML(Physiological hierarchy markup language)で記述した生体モデルを、シミュレータFlintを用いてシミュレーションしている。このシミュレーションは非常に多くの計算量を必要とするため、Flintの並列計算による高速化が重要である。
本研究では、昨年度までにいくつかの並列計算機環境におけるFlintの並列計算を実現した。具体的には、グラフィックスプロセッサGPU、マルチコアCPU、PCクラスタ、およびスーパーコンピュータ「京」で稼働するトランスレータ(コンパイラ)方式のシミュレータを開発した。
平成26年度は、GPUで動作するシミュレータに関して、より高速な並列計算の方法を確立した。シミュレーションに必要な計算を複数の部分に分割し、部分ごとに最適化したものを一つにマージすることで、全体をひとつとして最適化する従来手法と比較してGPUの利用効率を向上させた。
その結果、たとえば約12万心筋細胞、約460万個の微分方程式を含む心室モデルのシミュレーションを、GPU Tesla K20mを用いて従来手法では約2時間を要するところを約1時間20分に短縮し、約1.45倍の高速化を達成した。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2015 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 6件、 謝辞記載あり 7件) 学会発表 (7件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] A Bit-Parallel Algorithm for Searching Multiple Patterns with Various Lengths2015

    • 著者名/発表者名
      Ko Kusudo, Fumihiko Ino, and Kenichi Hagihara
    • 雑誌名

      Journal of Parallel and Distributed Computing

      巻: Vol. 76 ページ: 49-57

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 結合重み分布を高速に計算するための並列手法''. 電子情報通信学会論文誌2014

    • 著者名/発表者名
      安藤翔平, 伊野文彦, 藤原融, 萩原兼一.
    • 雑誌名

      電子情報通信学会論文誌

      巻: Vol. J97-D, No. 9 ページ: 1471-1480

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Accelerating ODE-based Simulation of General and Heterogeneous Biophysical Models using a GPU2014

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Okuyama, Masao Okita, Takeshi Abe, Yoshiyuki Asai, Hiroaki Kitano, Taishin Nomura, and Kenichi Hagihara.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems

      巻: Vol. 25, No. 8 ページ: 1966-1975

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A Fine Grained Cycle Sharing System with Cooperative Multitasking on GPUs2014

    • 著者名/発表者名
      Fumihiko Ino, Yosuke Oka, and Kenichi Hagihara
    • 雑誌名

      International Journal of Networking and Computing

      巻: Vol. 4, No. 2 ページ: 50-58

    • NAID

      130004709086

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A Versatile Platform for Multilevel Modeling of Physiological Systems: SBML-PHML Hybrid Modeling and Simulation2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshiyuki Asai, Takeshi Abe, Hideki Oka, Masao Okita, Ken ichi Hagihara, Samik Ghosh, Yukiko Matsuoka, Yoshihisa Kurachi, Taishin Nomura, and Hiroaki Kitano
    • 雑誌名

      Advanced Biomedical Engineering,

      巻: Vol. 3 ページ: 50-58

    • NAID

      130005001705

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Improving Cache Locality for GPU-based Volume Rendering2014

    • 著者名/発表者名
      Yuki Sugimoto, Fumihiko Ino, and Kenichi Hagihara
    • 雑誌名

      Parallel Computing

      巻: Vol. 40, No. 5/6 ページ: 59-69

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Efficient Acceleration of Mutual Information Computation for Nonrigid Registration Using CUDA2014

    • 著者名/発表者名
      Kei Ikeda, Fumihiko Ino, and Kenichi Hagihara.
    • 雑誌名

      IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics,

      巻: , Vol. 18, No. 3 ページ: 956-96

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A Versatile Platform for Multilevel Modeling of Physiological Systems: SBML-PHML Hybrid Modeling and Simulation2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshiyuki Asai, Takeshi Abe, Hideki Oka, Masao Okita, Kenichi Hagihara, Samik Ghosh, Yukiko Matsuoka, Yoshihisa Kurachi, Taishin Nomura, and Hiroaki Kitano
    • 雑誌名

      Advanced Biomedical Engineering

      巻: 印刷中

    • NAID

      130005001705

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Accelerating ODE-based Simulation of General and Heterogeneous Biophysical Models using a GPU2014

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Okuyama, Masao Okita, Takeshi Abe, Yoshiyuki Asai, Hiroaki Kitano, Taishin Nomura, and Kenichi Hagihara
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Towards Realizing Topology Mutation for Iterative Graph Processing on a GPU2015

    • 著者名/発表者名
      Yasuaki Mitani, Fumihiko Ino, and Kenichi Hagihara
    • 学会等名
      the 6th GPU Technology Conference (GTC 2015)
    • 発表場所
      San Jose, CA, USA
    • 年月日
      2015-03-17 – 2015-03-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] A Parallel Algorithm for Enumerating Joint Weight of a Binary Linear Code in Network Coding2014

    • 著者名/発表者名
      Shohei Ando, Fumihiko Ino, Toru Fujiwara, and Kenichi Hagihara
    • 学会等名
      Proceedings of the 2nd International Symposium on Networking and Computing(CANDAR 2014)
    • 発表場所
      Shizuoka, Japan
    • 年月日
      2014-12-10 – 2014-12-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] PACC: An Extension of OpenACC for Pipelined Processing of Large Data on a GPU2014

    • 著者名/発表者名
      Tomochika Kato, Fumihiko Ino, and Kenichi Hagihara
    • 学会等名
      the 27th International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis (SC 2014)
    • 発表場所
      New Orleans, LA, USA
    • 年月日
      2014-11-16 – 2014-11-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] PhysioDesigner and Flint: a platform for multilevel modeling of physiological systems and simulation2013

    • 著者名/発表者名
      Yoshiyuki Asai, Takeshi Abe, Hideki Oka, Masao Okita, Tomohiro Okuyama, Kenichi Hagihara, Yoshihisa Kurachi, and Hiroaki Kitano
    • 学会等名
      5th International Conference on Computational Bioengineering
    • 発表場所
      Leuven, Belgium
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] A versatile platform for multilevel modeling of physiological systems: Template/instance framework for large-scale modeling and simulation

    • 著者名/発表者名
      Yoshiyuki Asai, Takeshi Abe, Hideki Oka, Masao Okita, Tomohiro Okuyama, Kenichi Hagihara, Samik Ghosh, Yukiko Matsuoka, and Hiroaki Kitano
    • 学会等名
      35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
    • 発表場所
      Osaka, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 汎用生体モデルの高速な並列シミュレーションのための階層的依存グラフの自動分割

    • 著者名/発表者名
      吉川禎, 中村亜紀, 置田真生, 安部武志, 浅井義之, 北野宏明, 野村泰伸, 萩原兼一
    • 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ング研究会
    • 発表場所
      石川県七尾市
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] GPU クラスタを用いた大規模生体シミュレーションにおける CPU・GPU 間データ転送の効率化

    • 著者名/発表者名
      大越雄一, 置田真生, 安部武志, 浅井義之, 北野宏明, 萩原兼一
    • 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ング研究会
    • 発表場所
      北九州市
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考] http://www-hagi.ist.osaka-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] PysioDesigner

    • URL

      http://physiodesigner.org/phml/index.html

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考] 大阪大学 大学院情報科学研究科 コンピュータサイエンス専攻 並列処理工学講座 萩原研究室

    • URL

      http://www-hagi.ist.osaka-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

URL: 

公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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