| 研究課題/領域番号 |
21K03663
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
山浦 剛 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 技師 (00632978)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 数値気象モデル / 演算精度 / 演算加速器 / FPGA / 数値誤差 |
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| 研究実績の概要 |
低精度浮動小数点演算エミュレータを組み込んだScalable Computing for Advanced Library and Environment (SCALE) 領域モデルを用いて実際の気象計算を行い、低精度浮動小数点数による初期値アンサンブル計算手法とモデルアンサンブル計算手法の比較を行った。この比較については前年度も実施していたが、本年度ではさらにアンサンブル数を増やし、より統計的に信頼できるサンプル数を確保できるようにした。これは以前に議論した中で指摘されていた事項でもある。この結果として、サンプル数を確保しながらも以前までと同様の結論が得られることを確認した。即ち、初期値アンサンブル手法では半精度浮動小数点数のような非常に低い精度の数を用いてもアンサンブルのばらつき（＝スプレッド）が足りず、モデルアンサンブル手法では単精度浮動小数点数未満まで精度を下げると、従来用いられているアンサンブル手法と同程度のスプレッドが得られた。先行研究では、このスプレッドは数値気象予報モデルがもつ自由度が小さいために過小評価されやすい。実際の予報でもスプレッドが足りず、予報がうまくいかないといった問題が挙げられている。本研究では、従来のアンサンブル手法と低精度浮動小数点モデルアンサンブル手法を組み合わせることで、二乗平均平方根誤差を抑えつつスプレッドを拡大させられることを確認した。
これらの結果について、第6回国際非静力学モデルワークショップ（札幌）、日本気象学会2023年度秋季大会（仙台）、第6回R-CCS国際シンポジウム（神戸）にて研究発表を行い、参加者と議論を交わした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本来であれば前年度までに低精度浮動小数点演算エミュレータを利用した数値気象予報モデルに関する理論的な論文を投稿し、FPGAを利用した低精度浮動小数点演算について実際にモデル構築を行う研究を進める予定であったが、遅れが発生している。一番の理由は研究代表者に子どもが誕生したことにより、従来よりも研究時間の確保が困難になったためである。特に前年度前半は母子の健康を考え、職場となる理化学研究所計算科学研究センターがある神戸から故郷の熊本へ移動してもらい、研究代表者が神戸と熊本を往復しながら勤務をしていた。リモートワークでできること、勤務地でできることを切り分けつつ作業を行っていたため、予想よりも研究が遅れることとなった。これについては理化学研究所がコロナ禍明けの勤務指針としてフルリモートワークの勤務形態を明確にしたため、研究代表者の拠点を熊本へ移すことで解決する見込みである。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度の研究方針として、年度前半のうちに低精度浮動小数点演算エミュレータを用いた理論的研究の論文を学術誌へ投稿する予定である。これについては日本気象学会が発行する国際学術誌「Journal of the Meteorological Society of Japan」における特集号「Special Edition on Research on the Frontier of Atmospheric Science with High Performance Computing」への投稿を検討している。また、フルリモートワーク下でもFPGAサーバにアクセスできるように整備を行い、研究を滞りなく進展させることができるようになった。仮にサーバを置く理化学研究所へ赴く必要が生じても、復旧までの手順をマニュアル化してあるので、必要最低限の日程・費用で復旧が可能となる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
前年度で投稿する予定だった低精度浮動小数点演算の理論的研究論文について、研究遅延のために本年度に投稿するように変更したため。また、フルリモートワークへの勤務形態変更に伴い、FPGAサーバを稼働させている理化学研究所計算科学研究センターへ出勤する必要が生じた際には旅費としての支出が必要になる。
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