超並列計算機コネクションマシンを用いた3次元粒子コードの開発と基礎研究

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05044078
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 池辺 八洲彦 筑波大学, 電子情報工学系, 教授 (10114034)
• 研究分担者: KENICHI Nish アイオワ大学, 宇宙物理工学科, 助手 ; TORSTEN Neub ミシガン大学, 工学部, 助手 ; OSCAR Bunema スタンフォード大学, 工学部, 名誉教授 ; 伊藤 利明 神戸大学, 経営学部, 講師 (60201927) ; 蔡 東生 筑波大学, 電子情報工学系, 講師 (70202075)
• キーワード: 粒子コード / データパラレル / 並列処理 / プラズマ / TRISTAN / Eulerian / Lagrangian / Modified Lagrangian

研究概要

並列コンピュータの出現以来Particle-In-Cell(PIC)粒子コードは流体力学、気体力学、プラズマ物理において空気中の粒子もしくはプラズマにおけるイオン、電子などの複雑なダイナミックス、振る舞いを研究する上で非常に現実的なソフトウェアツールとして認識されるようになった。特に近年では米国政府の提唱する“Grand Challenge"問題の一つとしても脚光を浴びるようになってきた。これは一つにはPICコード自体が固有の性質として並列性を持つためにその並列計算の実現性が高いためである。
一般的に、PICコードにおいてシミュレーション空間はグリッドに写像される。ここで、粒子はグリッド中を動き、グリッド点と粒子の持つ両方の性質がシミュレーションによって追跡される。並列計算機では主要なデータ構造として粒子もしくはグリッドを写像することができる。第一の場合として、それぞれのプロセッサーにはある一定の数の粒子が割りつけられ、我々はその粒子を粒子データとよぶ。第二の場合として、主要なデータ構成としてそれぞれのプロセッサーにシミュレーションドメインの一定の領域が割り当てられ、粒子データはそのグリッドデータと関連づける。
本研究では、過去の並列粒子PICシミュレーションをレヴュ-しTRISTANコードを用いEulerian,Lagrangian,Modified Lagrangianコードの比較検討を行った。

研究成果

• [文献書誌] Y.Ikebe et al.: "The Eigen value Problem for Infinite Compact Complex Symmetric Matrices with Application to the Numerical Computation of Complex Zeros of J_0(Z)-iJ_1(Z) and of Bessel Functions Jm(Z) of any Real Order M" Linear Algebra and its Applications. 194. 35-70 (1993)
• [文献書誌] 菊池靖,池辺八洲彦 他: "非負実数階第1種ベッセル関数の零点計算アルゴリズム" 日本応用数理学会論文誌. 3. 425-437 (1993)
• [文献書誌] O.Buneman et al.: "Solar wind-magnetosphere interaction as simulated by a 3-D EM particle code" IEEE Trans.on Plasma Science. 20. 810-816 (1992)
• [文献書誌] O.Buneman: "Internal dynamics of a plasma propelled across a magnetic field" IEEE Trans.on Plasma Science. 20. 672-7 (1992)
• [文献書誌] T.Neubert et al.: "The dynamics of low beta plasma clouds as simulated by a three-dimensional electro magnetic particle code" J.Geophy.Res. 97. 12057-12072 (1992)
• [文献書誌] T.Itoh et al: "Symplectic Integrable Mapping and Discrete Painleve Equations" Phy.Lett.A. (accepted).
• [文献書誌] 池辺八洲彦,稲垣敏之: "数値解析入門" 昭晃堂, 188 (1994)