エクサスケールコンピューティングに向けたHaloスレッドの電磁流体シミュレーションに対する効果

Abstract

電磁流体 （MHD） シミュレーションは，マクロスケールのプラズマシミュレーションに用いられており，ステンシル計算である．我々が惑星磁気圏研究に利用している MHD シミュレーションは現在 weak スケーリングであり，スケーラビリティも高いが，エクサスケール時の性能見積りでは，スケーラビリティが 20%以上も劣化することが予想される．そこで，本研究では並列ステンシル計算において，通信が必要となる袖領域 （Halo 領域） での処理を専門に担当するスレッド （Halo スレッド） を導入し，計算性能，通信性能においてどのような効果があるかを調べた．1 スレッドを通信スレッドのように計算スレッドから割り当てるために，計算性能が悪くなると想定されるが，計算サイズやスレッド数によって，Halo スレッドを導入した場合の全体計算性能が良くなることが分かった．この場合のエクサスケールにおけるスケーラビリティ見積においても 3%程度の劣化で収まることが想定される．

Magnetohydrodynamic (MHD) simulation is stencil code and often used to study the macro scale plasma. We presently perform the weak scaling of MHD simulation and have obtained good scalability, however in the exascale era the scalability will decrease by over 20% from our estimation. In this study we introduce the Halo thread which covers the communication and calculation in the halo region to MHD simulation and examine the effects of Halo thread. It seems that the calculation performance will be worse due to the decrease of calculation thread using the Halo thread, but we obtain the good performance depending on the number of thread and size of grid in the MHD simulation.