負荷分散技法OhHelpによる粒子・流体ハイブリッドプラズマシミュレーションの並列化

Abstract

本論文では, 粒子・流体ハイブリッドプラズマシミュレーションの, 負荷分散技法 OhHelp を用いた並列化について述べる.すでに OhHelp を適用して良好な結果が得られている全粒子シミュレーションに比べ, ハイブリッドシミュレーションは電磁場の計算負荷が相対的に大きいため, 計算と通信のバランスを大幅に見直した実装を行った.特に Cyclic Leapfrog 法による電磁場計算に関する, 通信回数削減と計算量増加のトレードオフポイントを見出すことが可能な設計とした.また実用的なシミュレーションに不可欠な, スナップショットやダンプファイルの出力方式も検討し, 並列 I/O を用いて並列性能と利便性の両立を図る設計・実装を行った.性能評価の結果, 256 プロセスでの実行で 241-456 倍の台数効果が得られること, 電磁場計算では計算量増加を抑えることが効果的であること, およびスナップショットと Weak/Strong Scalability との関係が明らかになった.

This paper describes a parallel implementation of particle-fluid hybrid plasma simulation with our load balancing method OhHelp. In hybrid simulation, the cost to simulate the progress of electromagnetic field is more significant than that in full-particle simulation whose OhHelp'ed parallelization has already been proved efficient. Thus in this work we revisited the issue of the cost balance between computation and communication, especially for Cyclic Leapfrog method and the trade-off between reducing the number of communications and increasing computational amount. We also designed and implemented parallel-I/O for snapshot and dump, being essential for practical use of our simulator, to reconcile parallel performance and convenience of users. Our evaluation exhibited that the speedup with 256 process is 241- to 456-fold and that suppressing computational cost is the first priority in Cyclic Leapfrog. We also obtained valuable insights about the relationship between weak/strong scalability and snapshot frequency.