2015 Fiscal Year Annual Research Report
ものづくりHPCアプリケーションのエクサスケールへの進化
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26220002
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
青木 尊之 東京工業大学, 学術国際情報センター, 教授 (00184036)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高木 知弘 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 准教授 (50294260)
滝沢 研二 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (60415809)
森口 周二 東北大学, 災害科学国際研究所, 准教授 (20447527)
下川辺 隆史 東京工業大学, 学術国際情報センター, 助教 (40636049)
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| Project Period (FY) |
2014-05-30 – 2019-03-31
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| Keywords | ものづくり系アプリケーション / Time to Solution / 陽解法 / 非圧縮性流体計算 / 格子ボルツマン法 / MRT / 粒子計算 DEM/SPH / GPU |
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| Outline of Annual Research Achievements |
① DEMとSPH法による大規模粒子シミュレーションと空間充填曲線による動的負荷分散：エクサスケールの粒子シミュレーションを目指し、これまでのスライスグリッド法による動的領域分割から空間充填曲線による領域分割に変更し、実行性能を検証した。treeデータに基づく空間充填曲線としてHilbert曲線、Peano曲線、Morton曲線と試し、曲線が交際しないHilbert曲線、Peano曲線の実行性能が高いことが明らかになった。
②格子ボルツマン法による大規模計算の進化：単相非圧縮性流体に対して陽解法である格子ボルツマン法に基づくものづくり系アプリケーションの開発を進めた。treeデータ構造に基づいた格子細分化法では、リーフのサイズを8×8×8、16×16×16および32×32×32の実行性能を検証した。時間積分にMRT（Multiple Relaxation Time）法を導入し、精度と安定性を評価した。また、相変化を伴う流れの計算を行うために、フェーズフィールド法と組み合わせた大規模計算を進めた。
③非圧縮性流体計算に対する有限差分法の陽解法の検証：特性線に基づくセミ有限差分法の圧縮性流体解法の低マッハ数流れへの適用を進め、境界埋め込み法を導入した。方向分離計算の順序を制御することで抗力係数の評価が大きく変わるこという知見を得た。ステンシル・フレームワークの中でTemporal Blocking の導入を試みた。
④保存性と計算精度を両立する界面追跡法の探査の探査：
これまでのVOF系の界面捕獲法は非常に激しい流れ場では逆拡散機能が十分に働かない場合は多く、保存形のAllen Cahn 方程式を有限体積法に基づいて評価した。拡散項と逆拡散項のバランスを調整することで、これまでの界面捕獲法と同レベルの高い界面形状表現を維持できることが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
DEM法とSPHを組み合わせることで粒子法による流体構造連成計算においても動的負荷分散を導入することで実問題に対する1億個を超える大規模計算が可能であることを示した。この内容は国際会議Violent Flow 2016で優秀学生発表賞を受賞している。また、MRT法を導入した格子ボルツマン法の計算結果が極めて良好であるため、格子ボルツマン法と物体の相互作用など計画を上回る研究の進展があり、成果が上がっている。非球形粒子の個別要素法のGPU計算の内容は、2015年春期・粉体工学会において、ベストプレゼンテーション賞を受賞している。
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| Strategy for Future Research Activity |
格子ボルツマン法の計算結果が非常によく、エクサスケールの規模の大規模計算が可能であり、乱流・自由界面を含んだ流れなど格子ボルツマン法を中心にエクサスケールのものづくり大規模アプリケーション開発を進める。本研究に関係する大学院博士課程・修士課程の学生が極めて優秀であり、平成28年度もポスドクの雇用を減らし、平成29年度・30年度の研究員およびプログラマーの雇用に充てる。
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[Presentation] GPUによる高コスパCAE2016
Author(s)
青木尊之
Organizer
非線形CAE協会シンポジウム
Place of Presentation
名古屋, ウインクあいち・愛知県産業労働センター
Year and Date
2016-03-27 – 2016-03-27
Invited
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[Presentation] Space-Time Computation: It's Worth It2015
Author(s)
K. Takizawa, and T.E. Tezduyar
Organizer
Advances in Computational Fluid-Structure Interaction and Flow Simulation
Place of Presentation
Istanbul, Turkey
Year and Date
2015-05-11 – 2015-05-11
Int'l Joint Research / Invited
