Development of technology for scientific simulations only using integer arithmetic for next-generation computers

2020～2021年度において，線形反復ソルバの主要な計算部分，具体的には疎行列ベクトル積，内積演算，各種の行列・ベクトル処理を整数命令のみで実装することを可能とした．そこで，2022年度は，代表的な反復型ステンシル計算であるFDTD（Finite Difference Time Domain）法について，整数演算（固定小数点演算）のみを用いて，解析を行う方法について研究を行った．2021年度において，解析対象となる物理空間を複数の部分領域に分割し，部分領域ごとに異なるスケーリングファクタを用いることで，各領域内の物理量を与えられたビット幅の整数（固定小数点数）で表現する方式を考案し，2022年度では本方式に基づいた実装を行った．本実装に基づく数値実験の結果，考案方式が有効に機能することが明らかとなったが，一方で，大部分のテスト問題では，初期に設定したスケーリングファクタを特に変更することなく時系列の解析を実行できることが明らかとなり，スケーリングファクタの自動調節等の新たな技術開発の必要性が低いことが判明した．次世代の計算デバイスでは，高性能な整数演算処理はSIMD型の整数演算命令として実装される可能性がある．そこで，線形反復法を対象として，その代表的な前処理手法であるILU分解前処理をSIMD演算を前提として高速化する方法を考案し，性能評価を行った．提案手法は，従来のILU(0)前処理と比べ，前処理効果が高く，多くのテストデータで優位な性能を示すことが明らかとなった．2022年度には，本成果を国際学術論文誌に発表した．

2020～2021年度において，線形反復ソルバの主要な計算部分，具体的には疎行列ベクトル積，内積演算，各種の行列・ベクトル処理を整数命令のみで実装することを可能とした．そこで，2022年度は，代表的な反復型ステンシル計算であるFDTD（Finite Difference Time Domain）法について，整数演算（固定小数点演算）のみを用いて，解析を行う方法について研究を行った．2021年度において，解析対象となる物理空間を複数の部分領域に分割し，部分領域ごとに異なるスケーリングファクタを用いることで，各領域内の物理量を与えられたビット幅の整数（固定小数点数）で表現する方式を考案し，2022年度では本方式に基づいた実装を行った．本実装に基づく数値実験の結果，考案方式が有効に機能することが明らかとなったが，一方で，大部分のテスト問題では，初期に設定したスケーリングファクタを特に変更することなく時系列の解析を実行できることが明らかとなり，スケーリングファクタの自動調節等の新たな技術開発の必要性が低いことが判明した．次世代の計算デバイスでは，高性能な整数演算処理はSIMD型の整数演算命令として実装される可能性がある．そこで，線形反復法を対象として，その代表的な前処理手法であるILU分解前処理をSIMD演算を前提として高速化する方法を考案し，性能評価を行った．提案手法は，従来のILU(0)前処理と比べ，前処理効果が高く，多くのテストデータで優位な性能を示すことが明らかとなった．2022年度には，本成果を国際学術論文誌に発表した．