ＧＰＵスパコンによる気液二相流と物体の相互作用の超大規模シミュレーション

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23360046
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 工学基礎
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 青木 尊之 東京工業大学, 学術国際情報センター, 教授 (00184036)
• 研究分担者: 小林 宏充 慶應義塾大学, 法学部, 教授 (60317336) ; 今井 陽介 東北大学, 工学系研究科, 特任准教授 (60431524)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 気液二相流 / GPU / スパコン / Immersed Boundary Method / CLSVOF / マルチグリッド / 計算と通信のオーバーラップ

研究概要

気液二相流は気液界面を含んだ複雑な流れのダイナミックスを象徴する流体現象であるが、その数値計算は負荷が大きいにもかかわらず並列化がし難いため、これまでの計算は空間解像度が不十分であった。演算性能の高いGPUを大量に搭載するスパコンを用い、新しいCLSVOF法による界面捕獲、圧力Poisson方程式を解くためのマルチグリッド前処理付BiCGSTAB法などのGPUに適した数値計算手法、複雑形状の物体に対して境界埋込み法を導入し、複数GPU計算での通信と計算をオーバーラップさせることにより、超大規模な気液二相流と物体の相互作用計算を可能にした。

研究成果

• [雑誌論文] 複数GPU による格子に基づいたシミュレーションのためのマルチGPU コンピューティング・フレームワーク (2014)
  • 著者名/発表者名: 下川辺隆史,青木尊之,小野寺直幸
  • 雑誌名: HPCS シンポジウム 2014 (一橋大学)
  • 査読あり
• [雑誌論文] GPU スパコンにおける1 億個のスカラー粒子計算の強スケーリングと動的負荷分散 (2013)
  • 著者名/発表者名: 都築怜理,青木尊之,下川辺隆史
  • 雑誌名: 情報処理学会論文誌コンピューティングシステム 巻: Vol.9, No.3 ページ: 82-93
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unexpected selection of growing dendrites by very-largescale phase-field simulation (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Takaki, T.Shimokawabe, M.Ohno, A.Yamanaka, T.Aoki
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: Volume 382 ページ: 21-25
  • 査読あり
• [雑誌論文] 格子ボルツマン法による1m 格子を用いた都市部10km 四方の大規模LES 気流シミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 小野寺直幸, 青木尊之, 下川辺隆史,小林宏充
  • 雑誌名: 情報処理学会ハイパフォーマンスコンピューティング研究会主催HPCS シンポジウム2013 (東京)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Peta-scale Phase-Field Simulation for Dendritic Solidification on the TSUBAME 2.0 Supercomputer, in Proceedings of the 2011 ACM/IEEE International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Shimokawabe, T.Aoki, T.Takaki, A.Yamanaka, A.Nukada, T.Endo, N.Maruyama, S.Matsuoka
  • 雑誌名: SC' 11 Technical Papers (IEEE Computer Society)
  • 査読あり
• [雑誌論文] GPU-accelerated phase-field simulation of dendritic solidification in a binary alloy (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Yamanaka, T.Aoki, S.Ogawa, T.Takaki
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: Vol.318 ページ: 40-45
  • 査読あり
• [雑誌論文] Patient-specific modelling of pulmonary airflow using GPU cluster for the application in medical practice (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Miki, X.Wang, T.Aoki, Y.Imai, T.Ishikawa, K.Takase and T.Yamaguchi
  • 雑誌名: Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering
  • DOI: 10.1080/10255842.2011.560842
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large-eddy simulation of turbulent channel flows with conservative IDO scheme (2011)
  • 著者名/発表者名: Naoyuki Onodera, Takayuki Aoki, Hiromichi Kobayashi
  • 雑誌名: Journal of Computational Physics 巻: Volume 230, Issue 14 ページ: 5787-5805
  • 査読あり
• [雑誌論文] 回転体に駆動される気液二相流の数値計算 (2011)
  • 著者名/発表者名: 丹愛彦,青木尊之,井上景介,吉谷清文
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集B編 巻: Vol.77, No.781 ページ: 1699-1714
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-GPU performance of incompressible flow computation by lattice Boltzmann method on GPU cluster (2011)
  • 著者名/発表者名: Xian Wang and Takayuki Aoki
  • 雑誌名: Parallel Computing ページ: 521-535
  • DOI: 10.1016/j.parco.2011.02.007
  • 査読あり
• [学会発表] Large-scale GPU Applications for Scientific Computing (2014)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Aoki
  • 学会等名: SIAM Parallel Processing 2014
  • 発表場所: Portland, US
  • 年月日: 2014-02-20
• [学会発表] GPU Computing and HPC Applications on a GPU-rich Supercomputer (2013)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Aoki
  • 学会等名: Annual Meeting of TWSIAM
  • 発表場所: Providence University (Taichung), Taiwan
  • 年月日: 2013-06-02
• [学会発表] Large-scale stencil applications using the whole TSUBAME2.0 resourcesTSUBAME 2.0 (2012)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Aoki
  • 学会等名: PRIB 2012
  • 発表場所: Tokyo Tech, Japan
  • 年月日: 2012-11-09
• [学会発表] Large-scale Stencil Applications on GPU-rich Supercomputer TSUBAME2.0 (2011)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Aoki
  • 学会等名: The annual IEEE International Conference on High Performance Computing (HiPC 2011)
  • 発表場所: Bangalore, India
  • 年月日: 2011-12-21
  • 招待講演
• [学会発表] Large scale GPU computing for CFD applications (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Aoki
  • 学会等名: 23th International Conference on Parallel Computational Fluid Dynamics (ParCFD 2011)
  • 発表場所: Barcelona
  • 年月日: 2011-05-17
• [図書] シミュレーション辞典 (2012)
  • 著者名/発表者名: 青木尊之, 他
  • 総ページ数: 415
  • 出版者: コロナ社
• [図書] GPU Solutions to Multi-scale Problems in Science and Engineering (2012)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Aoki, 他
  • 総ページ数: 720
  • 出版者: Springer Berlin Heidelberg 社
• [備考]
  • URL: http://www.sim.gsic.titech.ac.jp/