次世代超並列計算機用重力多体問題計算コードの開発

下一代大规模并行计算机引力多体问题计算代码开发

• 批准号: 06J11376
• 负责人: 似鳥 啓吾
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J11376/
• 关键词: N体計算; GPU; 球状星団; 数値計算; 衝突系; 無衝突系; 銀河; PCクラスタ; GPGPU; 高性能計算(HPC); 数値積分法; 並列計算

本年度はGPU(Graphics Processing Unit)を用いた多体問題の高速化に関して、大きな進展があった。GPUは単精度、共有時間刻みという制限のもとでは多体問題において高い性能が得られることが過去の研究からわかっていたが、ツリー法等の高度なアルゴリズムとの組み合わせでは実行効率が低下するという問題があった。我々は、ツリー法のアルゴリズムを改良し、GPUにおいて高い効率を得ることに成功した。長崎大学の濱田博士との研究では、長崎大学の128ノードのGPUクラスタを用いて50Tflopsを超える性能を得ることにも成功している。また、Cambridge大学のAarseth博士との研究では、彼の多体問題計算コード「Nbody6」のGPUを用いた高速化に成功した。彼のNbodyシリーズは長い歴史と多数のユーザーを持ち、Nbody4などはGRAPEシリーズによる高速化もうまくいっていた。より高度なアルゴリズムを用いたNbody6では、しかしながら、ハードウェアによる高速化はなされていなかった。我々のNbody6/GPUコードは、2万円程度の安価なGPUを用いたのにも関わらず、500万円のGRAPE-6を用いたNbody4/GRAPEコードよりも多くの場合で高速である。

今年，使用GPU（图形处理单元）加速多体问题，取得了很大进展。先前的研究表明，在单个精度和共享时间间隔的局限性下，GPU可以在多体问题中实现高性能，但是有一个问题是，与高级算法（例如树方法）结合使用时，执行效率会降低。我们已经成功提高了树方法算法，并在GPU中实现了高效率。与长崎大学的Hamada博士进行的一项研究还成功地使用了Nagasaki University的128节点GPU集群获得了50多个TFLOPS的研究。此外，在与剑桥大学Aarseth博士的一项研究中，他使用他的多体问题计算代码“ Nbody6”成功地加速了该系统。他的Nbody系列历史悠久，用户数量很大，而Nody4和其他人的速度在葡萄系列方面已经成功。但是，使用更高级的算法的Nbody6并未使用硬件提高速度。在许多情况下，我们的Nbody6/GPU代码比使用葡萄6的Nbody4/葡萄代码要快，即使我们使用了约20,000日元的廉价GPU，它的价格约为20,000日元。

项目成果

Sixth-and eighth-order Hermite integrator for N-body simlations

用于 N 体模拟的六阶和八阶 Hermite 积分器

• 发表时间: 2008
• 期刊: New Astronomy 13
• 作者: Nitadori;K.& Makino;J
• 通讯作者: J

Cray XD1での星団進化の高性能「小規模」シミュレーション

Cray XD1 中星团演化的高性能“小规模”模拟

• 发表时间: 2008
• 期刊: 情報処理学会論文誌:コンピューティングシステム Vol.48 No.SIG8
• 作者: 似鳥 啓吾;牧野 淳一郎;阿部 譲司
• 通讯作者: 阿部 譲司

SIMD programming on x86

x86 上的 SIMD 编程

• 发表时间: 2008
• 作者: Nitadori;K.& Makino;J;似鳥 啓吾;Keigo Nitadori;Keigo Nitadori;似鳥啓吾
• 通讯作者: 似鳥啓吾

High-accuracy N-body simulationson GPU

GPU 上的高精度 N 体模拟

• 发表时间: 2007
• 作者: Nitadori;K.& Makino;J;似鳥 啓吾;Keigo Nitadori;Keigo Nitadori;似鳥啓吾;似鳥 啓吾
• 通讯作者: 似鳥 啓吾

Sixth-and eighth-order Hermite integrator for N-body simulations

用于 N 体模拟的六阶和八阶 Hermite 积分器

• 发表时间: 2008
• 期刊: New Astronomy 13
• 作者: Nitadori;K.;Makino;J.
• 通讯作者: J.