北海道大学情報基盤センター

スーパーコンピューティング研究部門

スーパーコンピュータ，クラウドシステム等の大規模並列計算環境やメニーコアプロセッサ，GPU等の最新のプロセッサ・デバイスを利用した高性能計算に関する研究を行っています。
具体的には，最新の計算環境を効果的に利用するための並列処理アルゴリズムの研究，高性能なシミュレーションプログラム，モデリングおよび数値計算ライブラリの開発を行っています。

【研究概要】

JetFDTDの開発とスパコン利用支援

大容量かつ高速処理を特徴とするスーパーコンピュータシステム向け大規模電磁界解析システムJetFDTDを開発しています。 このアプリケーションソフトウエアは，数百MHz以上の高周波数帯から光の領域におけるデバイスの設計や電波伝搬などの評価・解析に有効です。本センタースーパーコンピュータシステム(北大スパコン)上でJetFDTDを利用することで，高精度なシミュレーションを合理的な時間内に実行することができます。

図は，周波数2442MHz帯無線LANアクセスポイントの屋内および屋外における受信信号強度(RSSI)の可視化結果です。オフィスビルの1フロアをまるごと解析対象とし，それを空間分解能5mmで離散化することで数値モデルを作成しました。その結果，解析空間には230億個以上の格子が含まれることになります。そのような大規模な解析対象であっても，北大スパコンを利用することで数値解析が可能であり、論理演算ノード40台を使用することで，20時間以内に解析結果を得ることができます。

上記のアプリケーションソフトウエアJetFDTDを，研究支援として北大スパコンユーザに利用提供するとともに，機能追加を継続的に行っています。
また，要望に応じて利用講習会の実施，数値モデルの作成および解析結果の可視化に対応しています。

▲受信信号強度分布の可視化結果

シミュレーションを支える高性能計算技術

計算機上で行われる様々な数値シミュレーションを支える，高性能計算技術について研究を行っています。例えば，反復型ステンシル計算と呼ばれる代表的な計算パターンに対する時空間タイリング手法や，有限要素解析等を用いたシミュレーションで生じる大規模連立一次方程式に対する反復解法などについて，コンピュータの性能を引き出すことに主眼を置いて研究を進めています。近年の最先端のスーパーコンピュータは，その構成が大規模化・複雑化しており，効率的なシミュレーションを行うためには，数理的な視点に加えて，並列化等の高性能計算（HPC）の視点からも計算手法を研究することが必要です。我々は，計算科学上重要な幾つかの問題や解法に着目し，それらに対する高性能計算技術の研究と，その成果を生かした，シミュレーションを支援するソフトウェアフレームワークやライブラリの開発を行っています。

▲反復型ステンシル計算に対する時空間タイリング手法のイメージ

【スタッフ】