計算科学研究機構
大規模並列数値計算技術研究チーム
チームリーダー 今村 俊幸 (Ph.D.)
研究チームでは、「京」コンピュータ上での大規模・高並列・高性能な数値計算ソフトウェアライブラリの研究開発を推進します。シミュレーションプログラム開発には、連立一次方程式や固有値計算、高速フーリエ変換、非線形方程式など様々な数値計算アルゴリズムが欠かすことでできませんが、「京」の能力を最大限に利用するには、「高並列」「高性能」「高精度」「耐障害性」「大規模化」といった観点からアルゴリズムを選定しライブラリとして整備する必要があります。これらの研究は、計算科学（シミュレーション）、計算機科学（ハードウェア、ソフトウェア）と応用数学などの強固な連携によって達成されます。AICSにおける強固な協力体制のもとに次世代の高性能計算システムも視野に入れた数値計算ライブラリKMATHLIBにおける基盤技術の確立を進めたいと考えています。
研究テーマ
- 並列数値アルゴリズムの研究と並列数値計算ライブラリの開発
京コンピュータを使いこなすためには、並列度に応じたアルゴリズムを使用した数値計算ライブラリが必要です（低並列の数値計算ライブラリは、高並列のアプリケーションに導入できません）。低並列で高速なライブラリ開発から数万並列に対応しうる高度な数値解法の研究及び数値計算ライブラリパッケージ（疎行列ソルバ―、固有値ソルバ―、３次元FFTなど）を京コンピュータ上に整備します。
- Tofuネットワークに最適化したデータ分散方式と再分散機構の実現
京コンピュータにはTofuと呼ばれる6D-Torusネットワークが採用されています。利用者には6Dのうち4Dが割り当てられ、3Dビューが可能です。一般的な利用者アプリケーションと数値計算ライブラリ単体の適切なTofuネットワーク上マッピングは異なることが多くネットワークの効率利用がなされません。２次元領域の適切な折り畳みやネットワークトポロジー理論を駆使して、適切な高次元マッピング理論を構築します。
- 耐故障性を考慮した数値計算ライブラリ構築のためのフレームワークの研究
京コンピュータのように10万ノード級のシステムでは、接続されている部品の総数も増大するため、故障率を低く抑えることが困難となります。シミュレーションの実行中に故障する可能性もあります。そのため、数値計算ライブラリへのcheckpoint restart機能の追加、「ソフトエラー」をアルゴリズムにより検出し故障によるプログラム中断を回避する手法の研究を進めます。
- 計算の高精度化に対応する数値計算ライブラリとそのフレームワークの研究
主要論文
- Toshiyuki Imamura, Susumu Yamada, and Masahiko Machida:
"A High Performance SYMV Kernel on a Fermi-core GPU"
Lecture Note in Computer Science 7851, Springer Verlag (to appear in 2013)
- Toshiyuki Imamura, Susumu Yamada, and Masahiko Machida:
"Eigen-K: high performance eigenvalue solver for symmetric matrices developed for K compute"
The 7th Workshop on Parallel Matrix Algorithms and Applications, PMAA2012, London, UK, June, 2012
- Susumu Yamada, Yasuhiro Idomura ,Toshiyuki Imamura, and Masahiko Machida:
"High performance Krylov subspace method for asymmetric linear system on fusion plasma simulation code GT5D"
The 7th Workshop on Parallel Matrix Algorithms and Applications, PMAA2012, London, UK, June, 2012
- Susumu Yamada, Yasuhiro Idomura, Toshiyuki Imamura, and Masahiko Machida:
"Convergence property of Krylov subspace methods for asymmetric linear system on fusion plasma simulation code GT5D"
The Proceedings in 31th Annual Conference JSST2012, International Conference on Simulation Technology, Kobe, Japan, Sep. 2012
- 今村俊幸, 山田進, 町田昌彦:
"Eigen-Exa: ポストペタ スケール環境での 密行列固有値ソルバー開発"
第17回計算工学会講演会, 京都教育文化センター, 2012年5月30日
- Toshiyuki Imamura, Susumu Yamada, Masahiko Machida:
"Preliminary Report for a High Precision Distributed Memory Parallel Eigenvalue Solver"
The Proceedings in the International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis, SC12, Salt Lake City, US, Nov. 2012