研究紹介

計算科学研究センター

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.)
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。R-CCS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

  1. Toshiyuki Imamura, Takeshi Fukaya, Yusuke Hirota, Susumu Yamada and Masahiko Machida.:
    "CAHTR: Communication-Avoiding Householder TRidiagonalization"
    Proc. ParCo2015, Advances in Parallel Computing, Vol. 27: Parallel Computing: On the Road to Exascale, pp. 381-390, 2016.
  2. Yusuke,Hirota.,and Toshiyuki Imamura.:
    "Divide-and-Conquer Method for Banded Generalized Eigenvalue Problems"
    Journal of Information Processing Computing System, Vol.52,Nov,20,2015.
  3. Kawamura,Takuma.,Idomura,Yasuhiro.,Miyamura,Hiroko.,Imamura,Toshiyuki.,and Takemiya,Hiroshi.:
    "Visualization technique for large-scale data by particle-based volume rendering"
    Transactions of ISCIE,Vol.28, No.5,pp.221-227,May,15,2015.
  4. Seikichi,Matsuoka.,Shinsuke,Satake.,Yasuhiro,Idomura.,and Toshiyuki,Imamura.:
    "Quality and Performance of a Pseudo-Random Number Generator in Massively Parallel Plasma Particle Simulations"
    Proceedings of ANS MC2015 - Joint International Conference on Mathematics and Computation (M&C), Supercomputing in Nuclear Applications (SNA) and the Monte Carlo (MC) Method
  5. Takeshi,Fukaya., and Toshiyuki,Imamura.:
    "Performance evaluation of the EigenExa eigensolver on Oakleaf-FX: tridiagonalization versus pentadiagonalization"
    Parallel and Distributed Processing Symposium Workshop (IPDPSW), 2015 IEEE International, pp. 960-969, May 25 2015
  6. T,Imamura.:
    "The EigenExa Library – High Performance & Scalable Direct Eigensolver for Large-Scale Computational Science"
    International Supercomputing Conference (ISC14), Leipzig, June (2014). (invited talk)
  7. D,Mukunoki., T,Imamura., and D,Takahashi.:
    "Fast Implementation of General Matrix-Vector Multiplication (GEMV) on Kepler GPUs"
    23rd Euromicro International Conference on Parallel, Distributed and Network-based Processing (PDP 2015), March 2015 (2015).
  8. T,Fukaya., Y,Nakatsukasa., Y,Yanagisawa., and Y,Yamamoto.: CholeskyQR2.:
    "A Simple and Communication-Avoiding Algorithm for Computing a Tall-Skinny QR Factorization on a Large-Scale Parallel System"
    Proceedings of the 5th Workshop on Latest Advances in Scalable Algorithms for Large-Scale Systems (ScalA), (2014).
  9. T,Miyoshi., K,Kondo., and T,Imamura.:
    "The 10,240-member ensemble Kalman filtering with an intermediate AGCM"
    Geophysical Research Letters, Vol.41 (2014)
  10. Y,Idomura., M,Nakata., S,Yamada., M,Machida., T,Imamura., T,Watanabe., M,Nunami., H,Inoue., S,Tsutsumi., I,Miyoshi., and N,Shida.:
    "Communication-overlap techniques for improved strong scaling of gyrokinetic Eulerian code beyond 100k cores on the K-computer"
    International Journal of High Performance Computing Applications, 28(1) 73-86 (2014), SAGE publications, doi: 10.1177/1094342013490973

メンバーリスト

主宰者

今村 俊幸
チームリーダー

メンバー

TAN Yiyu
研究員
椋木 大地
研究員
工藤 周平
特別研究員
伊奈 拓也
テクニカルスタッフⅠ
高橋 大介
客員主管研究員
櫻井 鉄也
客員主管研究員
FRANCHETTI Franz
客員主管研究員
廣田 悠輔
客員研究員