アクセラレータ上で動作する粒子系シミュレータ開発フレームワークの開発

开发在加速器上运行的粒子系统模拟器开发框架

• 批准号: 21K11930
• 负责人: 岩澤 全規
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Matsue National College of Technology
• 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/grant/KAKENHI-PROJECT-21K11930/
• 关键词: 粒子法; フレームワーク; 高性能計算; 粒子シミュレーション; gpu; 天文学

粒子法シミュレーションは、密度コントラストの強い系や空隙のある系、物体の破壊や衝突等のシミュレーションに適しており、自然科学や工学の幅広い分野で使われている。しかし、並列粒子法シミュレーションコードの開発は容易ではなく、多くの研究者がコード開発や最適化に多くの時間を割く必要があった。そのため、我々は容易に並列粒子法シミュレーションプログラムを開発するためのフレームワークFDPS(Framework for Developing Particle Simulators)を開発した。しかし、現在のFDPSでGPGPUなどのアクセラレータを使う場合、相互作用計算のみをアクセラレータ上で計算することになる。しかし、星団や銀河など粒子の速度分散が大きい系のシミュレーションでは、相互作用リストを再利用することができないため、相互作用計算をアクセラレータで高速化しても、ホストコンピュータ上で行う木構造や相互作用リストの構築が性能ボトルネックになり、性能向上が難しい。そこで、本研究では木構造や相互作用リスト構築、その他の計算も可能な限りアクセラレータ上で動作させる、アクセラレータ対応FDPSの開発を行う。当該年度では、まず木構造や相互作用リスト構築の実装を行ったが、最適化や並列化はまだ行っていない。また、アクセラレータ上でFDPSを動作させた際のパフォーマンスモデルを作成し、ボトルネックとなる部分の洗い出しを行った。結果、粒子データをアクセラレータに転送する部分がボトルネックになる事がわかった。そのため、なるべく粒子データの転送を行わないアルゴリズムの検討を行った。また、従来のCPUベースのフレームワークに近年提案された長距離相互作用を高速に解くアルゴリズムの実装するなどの機能拡張を行った。

Particle method, density, space, object conflict, etc., are applied to the field of natural science and engineering. It is easy for researchers to develop and optimize the particle method. It is easy to develop the FDPS(Framework for Developing Particle Simulators). In addition, the current FDPS is a GPPU with a high level of interaction calculation. The velocity dispersion of the particles in the Milky Way is large, and the interaction mode is reused. The interaction mode is calculated at a high speed, and the interaction mode is constructed at a high speed. The performance is improved. In this study, the structure of structural interaction and other calculations may limit the development of FDPS. When the year is over, the structure of the interaction structure will be optimized and coordinated. The FDPS is operated on the basis of a clean and clean environment. As a result, the particle size distribution was reduced to zero.そのため、なるべく粒子データの転送を行わないアルゴリズムの検讨を行った。In recent years, the CPU has proposed long-distance interaction, high-speed solution and high-speed implementation.