超多重並列計算機による核融合プラズマシミュレ-ション

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03044157
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 佐藤 哲也 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, センター長教授 (80025395)
• 研究分担者: DUM C. マックスプランク研究所, 主任研究員 ; ADAM J.C. パリ総合技術大学, 計算機センター長 ; TROYON F. ローザンヌプラズマ物理研究所, 所長 ; CARRERAS B.A オークリッジ国立研究所, 主任研究員 ; MATSUDA Y. リバモア国立研究所, 主任研究員 ; 上村 鉄雄 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 教授 (20023731) ; 岡本 正雄 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (70115541) ; 内田 豊 東京大学, 理学部, 教授 (90012814) ; 西原 功修 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 教授 (40107131) ; 渡邉 國彦 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助教授 (40220876) ; 田中 基彦 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助教授 (80167501) ; 堀内 利得 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助教授 (00229220) ; 林 隆也 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助教授 (60156445)
• キーワード: 超多重並列計算機 / 核融合プラズマ / シミュレ-ション / 記憶方式 / 結合方式 / 演算命令方式 / 演算素子 / 記憶素子

研究概要

1名をヨ-ロッパに派遣し、1名を核融合科学研究所に招聘する事によって、現時点での国内外の並列計算機のハ-ドウェア・ソフトウェア両面にわたる計算機ア-キテクチャについての調査・検討を行った。さらに、2名を米国に派遣し、実際に並列計算機を用いたテストプログラムの実行を行う事によって、並列計算機の有効性の共同研究を行った。
この結果、(1)記憶方式として、各演算素子に専用の記憶素子を割り当てて記憶させる分散型と、どの演算素子からもアクセスできるように記憶素子を配した共有型があること。(2)情報交換のための各演算素子間の結合方式として、格子型、蝶型、超立方体型があること。(3)演算命令方式として、全演算素子に同一の命令を与え演算を実行させる単一命令型と、各演算素子が必ずしも同じ形の命令による演算を行わない複数命令型があることが判明した。(1)と(2)はハ-ドウェアの面から見た分類で、(3)はソフトウェアの面から見た分類である。
この様々な方式の中で、将来、超多重並列計算機として有望視されるのは、分散記憶ー超立方体結合構造を持った複数命令型の計算機であるが、いくつかの深刻な問題があり、その解決にはア-キテクチャの本質的変更も含めた技術開発の必要性がある事も判った。その問題の1つは、現時点では、各演算素子間で行われる情報交換の速度に制限がある事であり、一度に多数の演算素子の保有している情報を必要とする、フ-リエ変換や粒子シミュレ-ションにおける電流密度のような計算に対して、実効速度が極端に落ちてしまう事である。これらの問題の解決には、特殊演算のための専用素子をシステム内に取り込む等の、これまでにない新しい計算機ア-キテクチャの開発が必要となると考えられる。

研究成果

• [文献書誌] T.Sato: "Role of comressibility on driven magnetic reconnection" The Physics of Fluids B. 4. 450-457 (1992)
• [文献書誌] R.Horiuchi: "Simulation study of stepwise relaxation in a spheromak plasma" The Physics of Fluids B. 4. (1992)
• [文献書誌] T.Hayashi: "Magnetic surface breaking in three dimensional l=2 Heriotron/Torsatron equilibria" The Physics of Fluids B. 4. (1992)
• [文献書誌] T.Hayashi: "Suppression of magnetic surface breaking by extra coils in finite beta equilibria of helical systems" Nuclear Fusion. 31. 1767-1770 (1991)
• [文献書誌] R.Horiuchi: "Three-dimensional particle simulation study on stabilization of the FRC tilting instability" Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research. 2. 283-288 (1991)
• [文献書誌] T.Hayashi: "Equilibrium beta limit and anomalous transport studies of herical systems" Plasma Physics and Controlled Nuclear Fusion Research. 2. 143-150 (1991)
• [文献書誌] 佐藤 哲也: "プラズマ非線形物理学とコンピュ-タ・シミュレ-ション" プラズマ・核融合学会, 108 (1991)
• [文献書誌] 佐藤 哲也: "計算物理学(第III部10章)" 培風館, 10 (1991)