| 研究課題/領域番号 |
16K00175
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| 研究機関 | 分子科学研究所 |
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研究代表者 |
石村 和也 分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 特任研究員 (80390681)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 大規模並列計算 / 量子化学 / スーパーコンピュータ / 計算化学 |
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| 研究実績の概要 |
弱い相互作用を取り扱える2次の摂動(MP2)計算で、最も計算コストが大きい原子軌道2電子項から分子軌道2電子項への変換について、前年度作成した省メモリプログラムに通信時間削減アルゴリズムを開発、実装した。変換操作において前半と後半でプロセス並列のインデックスが異なるため後半の計算ではデータ送受信が必要になり、従来はブロッキングMPI通信を用いて通信と演算を独立して実行していた。演算と通信をオーバーラップさせるためにノンブロッキング通信を導入し、さらにループ及びデータ構造を改良したアルゴリズムを開発した。京コンピュータで実証計算を行ったところ、通信にかかる時間を約半分に減らすことができた。
現在Fortran90で開発している大規模並列量子化学計算プログラムSMASHでは、1回の計算で数百万、数千万回呼ばれる原子軌道2電子項計算などは全データがサブルーチン引数で受け渡しがされライブラリ化されている。量子化学計算の範囲内であればこれで十分であるが、今後ますます発展が期待される量子化学計算とその他の計算手法の融合では、エネルギー計算や構造計算全体をひとくくりにして呼び出すことも求められる。そこでプログラム全体に関して、これまで使われていたmodule変数を廃止し、引数のみでデータの受け渡しを行いデータの流れを明確化した。受け渡しのデータを分子の情報、計算条件など大きく4つに分類し、構造体を使うことで引数の数を大幅に削減している。さらにエネルギー計算などをPythonスクリプトで呼び出す実証計算を行い、実行時間を増やさずに計算の制御ができることを確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
演算と通信のオーバーラップにより、通信による待ち時間を大幅に削減することができ、通信性能と演算性能がさらに広がると予測される今後の計算機システムでの並列化効率の向上を可能にした。また、プログラム全体のデータの流れを明確化することができ、今後の効率的なプログラム開発の基盤が完成した。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成29年度に作成したmodule変数廃止及びデータ引数化プログラムを、Pythonから効率を落とさずにMPI並列計算を実行できるように引き続き整備する。SMASHプログラムを基にして量子化学計算と古典計算、さらに周期境界条件を組み合わせたMPI/OpenMP並列プログラムを開発する。組み合わせにおいては、通常の量子化学計算では表れない項が必要になるため、新たに高速計算アルゴリズムを開発し実装する。改良したプログラムコードを、マニュアルとチュートリアルも更新した上でホームページで公開する。
作成したプログラムとスーパーコンピュータを用いて、金属クラスターの化学反応、周期系における分子のエネルギー及び構造計算を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成29年度は、共同研究で直接議論して対応する問題が想定よりも早く解決したため出張回数が少なかった。
平成30年度は、海外での成果発表を複数回行う。
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