FPGAによる混合精度浮動小数点演算を用いた数値気象モデルの実証研究

使用 FPGA 进行混合精度浮点运算的数值天气模型的实证研究

• 批准号: 21K03663
• 负责人: 山浦 剛
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research (2022)Kobe University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03663/
• 关键词: 数値気象モデル; 演算精度; 演算加速器; FPGA; 数値誤差

本研究課題の要諦は、『ユーザー側で制御可能な演算加速装置』といえるFPGAを用いて、データが肥大化しがちな数値気象モデルの演算をより効率的に行うことである。前年度では2次元浅水波モデルに実装していた演算精度エミュレータを、数値気象モデルを作成するための気象基盤ライブラリ『SCALE』に改めて実装し直し、現実的な条件下での気象現象の再現実験を行えるように調整したが、今年度はそれを用いた局所アンサンブル変換カルマンフィルタ（LETKF）によるデータ同化実験をSCALEで実施した。これにより、再現実験によるアンサンブル確率予測手法について、現業の気象予測と同様の評価手法を利用することが可能となる。実験の性能比較においては、気象庁研究ノート201号（2002）のR指数を計算し、条件の異なる複数の実験の性能比較を行った。数値実験は2019年10月15日、22日、29日0UTCの気象状態を初期条件とし、10メンバーの5日積分を行って500hPa面高度におけるジオポテンシャルのばらつきをR指数で評価した。その結果、従来の初期値アンサンブル手法と演算精度エミュレータによる数値誤差アンサンブル手法とを組み合わせたものが最も良い指数を示した。すなわち本研究で実施している数値誤差アンサンブル手法はその手法単体では従来の初期値アンサンブル手法に及ばないものの、それを補完して気象予報の精度向上に寄与する可能性があることを示している。本研究成果については年度後半に開催される理化学研究所の国際シンポジウムでの発表する予定であったが、諸事情により上記の結果についての発表を取りやめ、次年度に延期することとした。その他、コロナ禍による半導体不足により導入が遅れていたFPGAサーバについて、今年度後半に納入が完了、稼働させることができた。FPGAテストプログラムを実行し、問題なく動作することも確認した。

The main point of this research topic is that the "Computational Acceleration Device with Side Control Possibility" is used in FPGAいて, データが enlargement, しがちな number, モデルのcalculation, をより efficiency, に行うことである. The previous year's 2-dimensional shallow water wave wave モデルに実equipment していたcalculation accuracy エミュレータを, number 値気肖 モデルUnder the condition that the original するための気簗肖 base plate ライブラリ『SCALE』 has been modified and installed in a straight and current way The reappearance of the での気phenomenon, the adjustment of the えるようにしたが, and the はそれを use of the bureau of this yearブル変肫ルマンフィルタ（LETKF）によるデータassimilation実験をSCALEで実 Shiした.これにより、Reproduction of 実験によるアンサンブルAccuracy prediction technique について, the prediction of the current industry's phenomena and the evaluation method of the same industry are possible and possible.実験のPerformance comparisonにおいては,気香庁 Research No. 201 (2002)のR index calculationし, Conditional のdifferentなるComplex numberの実験のPerformance comparisonを行った. Figure 15, 22, and 29 October 2019 0UTC elephant status and initial conditions とし, 10メンバーの5-day points を行って500hPa surface height におけるジオポテンシャルのばらつきをR index でvaluation価した. The result, the initial value, the calculation method and the accuracy of the calculation are all the same. The numerical value error is the same as the numerical value and the best index is the best index of the combination.すなわちThis study is based on the numerical value error and the アンサンブル technique. The techniques are as follows: the accuracy of the predictions and the accuracy of the predictions are improved, and the possibilities are as high as possible. The results of this research will be published in the second half of the year at the Institute of Physical and Chemistry's International Research Laboratory.であったが, all things are recorded on the results of についての発表をtake りやめ, and the postponement of the next year is することとした.その他、コロナ狠による semiconductor shortage により imported が遅れていたFPGAサーバについて, the second half of this year's に is included in が is finished, and the harvest is finished. FPGA テストプログラムを実行し, problem なくaction することもconfirmation した.