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メニーコアCPUに適した並列幾何マルチグリッド前処理付きCG法に基づく人体内電流解析

适合多核CPU的并行几何多重网格预处理CG方法人体电流分析

基本信息

批准号：
18H00541
负责人：
相川勝
金额：
$ 0.34万
依托单位：
University of Miyazaki
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18H00541/
关键词：
電流密度解析 SPFD法幾何マルチグリッド法

项目摘要

感電死傷事故防止に向け、人体内の電流経路の詳細を明らかにすることを目的として、CTおよびMRIにより取得した人体数値データを直接用いる数値解析手法の検討が進められている。しかし共役勾配法による線形方程式の反復解法において膨大な計算量を必要とすることや、悪収束性の観点から計算が困難である。そこで本研究では、Scaler Potential Finite Deference : SPFDに基づく人体内の数値電流密度解析の高性能化を目的として並列幾何マルチグリッド法を実装し収束性改善を試みる。SPFD法を用いた数値人体モデルの離散化として、数値人体モデルのボクセルの重心に設置されたノードにキルヒホッフの電流則とオームの法則を用いて電圧Vを未知数とする方程式を適用することで全ノードの未知数Vによる大規模連立方程式を作成し解析対象とした。幾何マルチグリッド法の実装は、ボクセルの再分割で得られる2レベルのマルチグリッドを再帰的に多段階に適用するV-Cycleマルチグリッドで作成した。粗いグリッドの作成には、数値人体モデルを構成する1辺2mmのボクセルに対して、ボクセル幅を2倍にすることで構築し、SPFD法で用いる各グリッドの導電率は粗いグリッドに対応する細かいグリッド上の導電率の平均値を用いた。幾何マルチグリッド法のスムーザーとして用いるガウスザイデル法の並列化としてマルチカラーオーダリングを適用した。さらにメニーコアCPU環境への最適化としてOpenMPによる並列化を施した。性能評価として成人男性数値人体モデル(1辺2mmのボクセル約800万個)を用いて、メニーコア計算機(Core数 : 64)上で実験を行い、従来手法であるブロックICCG法と比較して収束履歴を急峻に落とすことができた。さらに計算時間を約7割近く削減させることができた。これにより高い性能改善結果を得られることを確認した。

Inductive injury accident prevention direction, the current circuit in the human body in detail, the purpose, CT and MRI, to obtain the human body value, the direct use of numerical analysis method to discuss progress The iterative solution of linear equations by the common service matching method is necessary to increase the computational complexity of the problem. This study is aimed at improving the performance of the Scaler Potential Finite definition: SPFD for the analysis of numerical current density in human body. The SPFD method is used to discretize the numerical value of the human body, to set the center of gravity of the human body, to set the current of the human body, to set the law of the human body, to set the equation of the human body. The geometric separation method is implemented in a V-Cycle mode, and the separation of the geometric separation method is performed in a V-Cycle mode. The electrical conductivity of each grade used in the SPFD method is the average value of the electrical conductivity of each grade used in the coarse and fine grades. How to use the method of " Optimization of CPU Environment and Parallel Implementation of OpenMP Performance evaluation: Adult male number: Human body number: 1 mm, about 8 million. Use: Computer number: 64. The calculation time is about 7 minutes. The results of this improvement are confirmed.