Development of a Large-Scale Molecular Dynamics Framework and Application to Complex Fluids

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分子動力学法は原子レベルで物質の挙動を観察できる一方、計算コストが大きく、大きな系を計算するためには並列化が必須である。この時、短距離相互作用系であれば領域分割による並列化が主要な方法となるが、系が非一様である場合、ロードインバランスが問題となるため、ロードバランサーの性能が重要となる。従来使われてきたロードバランサーは中央処理型であり、性能は良好であるものの、全情報を中央ノードに集める必要があることから、1ノードの主記憶容量が計算規模を決めてしまう。そこで、分散処理型のロードバランサーが必要となる。今年度は、分散処理型ロードバランサーとして新しくSkew Boundary (SB)法を開発し、既存の中央処理型と分散処理型のロードバランサーの性能比較を行った。中央処理型のロードバランサとして各軸毎に座標をソートして領域分割を行うGlobal Sort法、再帰的に領域を分割するRecursive Coordinate Bisectioning法を採用し、分散処理型としては単純な一次元分割(1D)、ボロノイ分割、そして新たに提案したSB法を採用、実装した。実際に分子動力学シミュレーションコードにロードバランサーを搭載し、その性能を検証したところ、分散処理型は中央処理型に比べて遜色ない性能を示した。一方で、SB法はロードバランシングが収束しきらないうちに次のステップに進んでしまう、ボロノイ法はロードバランシングのアルゴリズムそのものの実行時間が長い、などの特徴が見られた。SB法はロードバランシングにかかるコスト、通信時間などが安定していたが、他の反復アルゴリズムに比べて収束がやや遅い傾向にあり、今後は収束を早める工夫が必要となる。