専用並列計算機による「場の物理」の研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04NP0601
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 岩崎 洋一 筑波大学, 物理学系, 教授 (50027348)
• 研究分担者: 渡瀬 芳行 高エネルギー物理学研究所, データ処理センター, 教授 (70018662) ; 小柳 義夫 東京大学, 理学部, 教授 (60011673) ; 宇川 彰 筑波大学, 物理学系, 教授 (10143538) ; 星野 力 筑波大学, 構造工学系, 教授 (30027130) ; 中澤 喜三郎 筑波大学, 電子・情報工学系, 教授 (90217696)
• キーワード: 並列計算機 / 場の物理 / 疑似ベクトル機能 / RISC / ハイパークロスバー / 並列アルゴリスム / 格子QCD / Tera Flops

研究概要

物理学研究者と計算機工学者の共同研究により、「場の物理」の計算に適した専用並列計算機の基本設計を行なった。この目的の為に、物理学研究者は、本研究で解決を図る物理学の諸問題に於いて重要な計算の典型的なプログラムを分析・提示した。計算機工学者は、技術的に実現可能な並列計算機の演算ユニット(演算素子、記憶素子等)の構成とその結合方法等についての検討を基に、これらの計算を超高速に処理するためにもっとも適した並列計算機アーキテクチャを選択し、物理学研究者との討議の上、システム全体の基本設計をまとめた。この基本設計を製作メーカに提示しメーカからの粗案の提出を求め、これに対して研究者側で物理学者・計算機工学者共同の検討を加え、改良・変更をメーカに指示した。この作業を繰り返すことにより基本設計の最終案を作成した。具体的な点として特記すべき点は以下のとおり。
1.汎用RISCチップの機能強化。
大型科学計算に於いては、汎用RISCチップのキャッシュが有効に機能せず、最高性能の1/10程度の能力しか発揮できない。これを解決するために、汎用RISCチップに疑似ベクトル機能を持てるよう機能強化することにした。
2.ネットワークとして3次元ハイパークロスバーの採用。
性能、価格、実装面から、種々のデータ転送ネットワーク構成を比較検討することにより、3次元ハイパークロスバーが最適との結論に達した。
3.機能強化RISCチップのコンパイラー開発の基本方針の決定。
上記のような新方式の並列計算機向きプログラムのコンパイラー・アルゴリズムについても成案を得た。
4.物理学の応用例に対する実行速度の高速化。
格子QCDのプログラムの中で一番重要な部分に対して、仮想ベンチマークを行ない、上記1.の機能強化が必要なことが明らかになった。さらに、上記2.3.の成果の結果、実効速度が最高速度の80%程度まで向上させることが可能となった。これは、並列処理システムとしては特記すべきことである。
5.最高速度300GFLOPS実現可能。
上記の点を含め、デバッグ、メンテナンス、実装など諸々の点を考察し、5年計画として、約15億円の予算で、最高速度300GFLOPSの性能をもつ並列計算機を製作することが可能であるとの結論に達した。
6.最高速度600GFLOPS及び1.2TFLOPSは技術的に可能。
ノード・プロセッサ数を2倍、4倍に増加させることにより、最高速度600GFLOPS、1.2TFLOPSの並列計算機は現状の汎用大型機の上位機種と同程度の大きさ、電力で技術的に製作可能であるとの結論に達した。

研究成果

• [文献書誌] Kisaburo NAKAZAWA: "Pseudo Vector Processor Based on Register-Windowed Superscalar Pipeline" Proc.of Supercomputing'92. 642-651 (1992)
• [文献書誌] 中村 宏: "レジスタウィンドウ方式を用いた擬似ベクトルプロセッサの評価" 情報処理学会論文誌. 34. 2-12 (1993)
• [文献書誌] Y.Oyanagi: "New parallel computer project in Japan dedicated to computational physics" Proceedings of the International Conference on Computing in High Energy Physics'92. 350-352 (1992)
• [文献書誌] Y.Iwasaki: "Finite-temperature phase transition of SU(3)gauge theory on N_t=4 and 6 lattices" Physical Review D. 46. 4657-4667 (1992)
• [文献書誌] T.Yoshie: "Quenched hadron spectrum on a 24^3X54 lattice" Nuclear Physics B(Proc.Suppl.). 26. 281-283 (1992)
• [文献書誌] K.Kanaya: "Deconfining transition of SU(3)gauge theory on N_T=6 lattices" Nuclear Physics B(Proc.Suppl.). 26. 302-304 (1992)
• [文献書誌] Y.Iwasaki: "Contamination of Excited States in Quenched QCD Hadron Propagators" to appear in the Proceedings of Lattice'92(Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.)). (1993)
• [文献書誌] Y.Iwasaki: "Quark Confinement in Multi-Flavor Quantum Chromodynamics" to appear in the Proceedings of Lattice'92(Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.)). (1993)
• [文献書誌] M.Fukugita: "Full QCD hadron spectroscopy with two flavors of dynamical Kogut-Susskind quarks on the lattice" KEK-TH-340,Phys.Rev.D. (1993)
• [文献書誌] M.Fukugita: "Finite-size effect for hadron masses in lattice QCD" Phys.Lett.B. 294. 380-384 (1992)
• [文献書誌] M.Fukugita: "Pion decay constant in full lattice QCD" KEK-TH-338,Phys.Lett.B. (1993)
• [文献書誌] M.Fukugita: "Origin of the finite-size effect for the QCD hadron masses" to appear in the Proceedings of Lattice'92(Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.)). (1993)
• [文献書誌] M.Fukugita: "Weak matrix elements with gauge invariant Kogut-Susskind operators" to appear in the Proceedings of Lattice'92(Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.)). (1993)
• [文献書誌] Akira Ukawa: "QCD Spectroscopy" UTHEP-251,to appear in the Proceedings of Lattice'92(Nucl.Phys.B(Proc.Suppl.)). (1993)