SiC/SiO2材料の境界面に生じる負の電荷の原因を解明-次世代パワーデバイス設計指針を計算科学によって構築-

プレスリリース

平成24年6月8日
筑波大学
つくばイノベーションアリーナナノテクノロジー拠点運営最高会議
つくばパワーエレクトロニクスコンステレーション(TPEC)

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ポイント

筑波大学計算科学研究センターの神谷克政助教と白石賢二教授を中心とする研究グループは、SiC/SiO2材料の境界面に生じる「負の固定電荷」の原因を解明しました。SiCは、省エネルギー社会実現の決め手となる次世代パワーデバイス(電力用半導体素子)開発に、最も適した材料と考えられています。ところが、表面にSiO2絶縁膜を形成させると、負の固定電荷が発生してしまう問題がありました。今回、その発生原因を解明したことで、SiCによるパワーデバイス開発に大きなブレークスルーを与えることができました。

筑波大学計算科学研究センターは、わが国のナノテクノロジー拠点であるつくばイノベーションアリーナ(TIA-nano)の中核機関であり、TIA-nanoの中でパワーデバイス開発を担当するコンソーシアム、つくばパワーエレクトロニクスコンステレーション(TPEC)にも参加しています。神谷助教らの研究グループは、筑波大学計算科学研究センターのスーパーコンピュータ「T2K-Tsukuba」を用い、最先端の計算科学手法「第一原理計算」により、SiC材料表面での化学反応過程を明らかにしました。この研究成果は、米学術誌「Applied Physics Letters」の100巻21号に掲載されました。

1.研究の背景

次世代の省エネルギー社会のあり方として期待される「スマートシティ*1」構想の実現には、画期的なパワーデバイス*2の実現が不可欠と考えられています。パワーデバイスは、送電線から送られる何万ボルトにも及ぶ電圧を、家庭や工場で用いる100 V程度の電圧に変換するときに主力となるデバイスです。家庭内でも近年、インバータ型エアコンの出現で省エネが進んだことはよく知られています。このインバータこそが、パワーデバイスの最も身近で典型的な例です。

省エネルギー社会実現のために不可欠なパワーデバイスですが、その材料には検討の余地が残されています。現在、主流となっているのはシリコン(Si)材料です。しかし、最もパワーデバイスに適した材料と考えられているのは、高い電圧耐性、高い熱伝導度をもつ炭化ケイ素(SiC)です。そのため、SiC材料で構成するパワーデバイスの研究・開発が盛んに行われています。SiをSiCに変えることで極めて高い省エネルギー効率が得られ、今後の超省エネルギー型スマートシティの実現に大きなブレークスルーを与えると考えられています。

パワーデバイスの中心となる「電界効果トランジスタ(MOSFET)」は、図1に示すように電子を取り出す「ソース」、電子が流れる「チャネル」、電子を受けとる「ドレイン」、それに電圧をかけて電子の流れをオン/オフする「ゲート」電極から構成されています。これまではソース、ドレインともにSi材料が用いられ、ゲート電極の下には電極から電流が下地に流れ込んでこないようにする絶縁膜として酸化ケイ素(SiO2)が用いられてきました。「チャネル」材料をSiからSiCに転換することで、大きな省電力効果が得られると考えています。

ところが、SiをSiCに変えたうえで絶縁膜であるSiO2を熱酸化によって形成するとき、大きな問題が生じることが知られています。代表的なSiCの熱酸化方法として、水によって酸化を進めるウエット酸化があります。酸化が速いために量産性の点で適していますが、この方法によって形成されたSiC/SiO2界面には、大量の負の固定電荷が生じます。これがSiCを材料とするMOSFETの特性を悪化させ、その実現を阻んできました。負の固定電荷が発生する原因を解明してそれを抑制することは、SiC材料によるパワーデバイスの実現にとって重要な課題の1つですが、20年近く未解明のままでした。

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図1 電界効果トランジスタ(MOSFET)

2.研究成果

筑波大学計算科学研究センターの神谷克政助教と白石賢二教授を中心とする研究グループは、上記の問題を解決するために、最先端の計算科学手法「第一原理計算」を用いて、原子レベルでSiCのウエット酸化過程で何が起こっているのかをスーパーコンピュータ「T2K-Tsukuba」の中で再現しました。その結果、SiC/SiO2界面に生じる負の固定電荷の原因を世界で初めて解明し、SiC材料で構成される次世代パワーデバイスの実現に大きなブレークスルーを与えました。

SiCが酸化されてSiO2絶縁膜になる際、余った炭素(C)原子がSiO2側に放出されます。放出されたC原子はウエット酸化で用いられる水に含まれる水素原子の影響によって、負の電荷をもつ炭酸イオン(CO3イオン)としてSiO2絶縁膜中に残ります。図2に示すように、SiO2中のC不純物の周囲のSi-O-C結合を水素原子がアタックすると、負電荷をもつ炭酸イオンが形成され、SiC/SiO2界面は負に帯電してしまうのです。

このように、SiC材料で構成されるMOSFETの負の固定電荷の原因が、水素原子の影響による炭酸イオンの形成であることが解明されました。この成果は、米国の学術誌「Applied Physics Letters」100巻21号に掲載されています。

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図2 SiO2中のC不純物の水素の影響による炭酸イオン化
新しい原理から得られるSiCパワーデバイス設計指針。SiCの熱酸化後に水素原子の残存量を低減することで、炭酸イオン(負電荷の起源)の形成を抑制できる。

3.波及効果と今後の展開

負の固定電荷の原因解明は、今後のSiCパワーデバイスの実現に大きな指針を与えることになります。SiC-MOSFETの技術が本研究成果により飛躍的に向上し、SiCパワーデバイスがインフラとして社会に本格的に普及し、スマートシティ実現に多大な貢献をすることが予想されます。今後の省エネルギー社会実現には、パワーデバイスに最も適した材料によるデバイスの実現がキーとなります。

4.TIA-nanoとTPEC

TIA-nano 世界水準の先端ナノテク研究設備・人材が集積するつくばにおいて、世界的なナノテクノロジー研究・教育拠点構築を目指しています。内閣府、文部科学省及び経済産業省からの支援を得て、産業技術総合研究所、物質・材料研究機構、筑波大学、および高エネルギー加速器研究機構が中核機関となり、産業界とも連携した取り組みです。2009年6月に中核機関の代表者及び日本経済団体連合会による共同宣言により誕生しました。

TPEC TIA-nanoを活用してパワーエレクトロニクス・オープンイノベーションの推進を目指す民活型の共同研究体です。2012年4月に発足しました。パワーエレクトロニクスに関連するわが国のグローバル企業が研究開発資金の大半を賄うことで、パワーエレクトロニクスのオープンイノベーション拠点を自立的に運営しています。研究開発と同時に、優秀な人材育成も行います。

5.用語解説

*1 スマートシティ
太陽光や風力など天候によって電力供給が左右される発電を利用する場合に、電力供給量に応じて都市全体としてエネルギー消費量を自動的に制御するシステム。自然エネルギーを用いた発電による社会の実現には不可欠です。

*2 パワーデバイス
発電所、電車、自動車などにおいて電圧変換、直流-交流変換に用いられるデバイス。パワーデバイスの損失の低減が、将来の省エネルギー社会実現へのキーとなります。

6.関連URL

筑波大学計算科学研究センター 量子物性研究部門

つくばイノベーションアリーナ

問い合わせ先

白石賢二
筑波大学計算科学研究センター/数理物質系教授
TEL 029-853-5911 E-mail:shiraishi [at] omas.frsc.tsukuba.ac.jp([at]を@に変えてください)
神谷克政
筑波大学数理物質系助教
TEL 029-853-5922 E-mail:kkamiya [at] comas.frsc.tsukuba.ac.jp([at]を@に変えてください)

報道担当:
筑波大学計算科学研究センター広報室
TEL 029-853-6260 E-mail:pr [at] ccs.tsukuba.ac.jp([at]を@に変えてください)
筑波大学広報室
TEL 029-859-2040 FAX 029-859-2014

GPUコンピューティングとOpenACCに関するセミナー(2012年5月31日)

本セミナーは終了しました。
講演資料をアップロードしました。(2012/6/1)

日時:2012年5月31日(木)13:00~15:30
場所:筑波大学計算科学研究センター ワークショップ室
主催:筑波大学計算科学研究センター、クレイジャパン

趣旨:
筑波大学計算科学研究センターの大規模GPUクラスタHA-PACSの運用開始にちなみ、GPUコンピューティングの最新情報及び新しいアクセラレータ向け言語拡張であるOpenACCに関するセミナーを開催します。セミナーではNVIDIA社の最新GPU動向、OpenACCの基礎及び応用事例の紹介、HA-PACSの見学会を行います。

プログラム

13:00~13:05  開催挨拶
佐藤三久(筑波大学計算科学研究センター センター長)

13:05~13:30  “NVIDIA GPU コンピューティング最新情報“(日本語)
吉田圭二(エヌビディア ジャパン Tesla Quadro事業部 セールス・マネージャー)

13:30~15:00  “OpenACC: A High Level Parallel Programming Model for Accelerated Computing“(英語)
Luiz DeRose (Sr. Principal Engineer, Programming Environment Director, Cray Inc)

15:00~15:30  “HA-PACSの概要説明と見学”
朴 泰祐(筑波大学計算科学研究センター 副センター長)

講演概要

“NVIDIA GPU コンピューティング最新情報” [pdf]
吉田圭二(エヌビディア ジャパン Tesla Quadro事業部 セールス・マネージャー)

GPUコンピューティングはアカデミック分野の最先端の研究から利用が始まり、徐々に適用分野を広げ、今や多くの分野で活用されてます。今年はNVIDIAのGPUアーキテクチャが一新され、GPUコンピューティングのさらなる飛躍が期待されてます。本講演では2012年5月14日~17日に米国サンノゼで行われたGTC 2012の最新情報をご紹介します。

“OpenACC: A High Level Parallel Programming Model for Accelerated Computing” [pdf]
Luiz DeRose (Sr. Principal Engineer, Programming Environment Director, Cray Inc)

現在のHPCシステムでは各種アクセラレータなどで構成されるヘテロジニアスシステムが台頭して来ています。その大きな課題の一つにプログラミングが非常に複雑になってきている事があります。Crayはこの問題解決の為、コンパイラ、ライブラリ、デバッガ、プロファイラその他開発ツールを相互に応用しプラグラミングの生産性を上げ、効率よく性能を引き出す為の研究開発を行っています。業界標準を目指したOpenACCはディレクティブを用いて、出来るだけ簡単にアクセラレータを活用したプログラム開発を可能にします。今回、OpenACC概要及びそのプログラミング例と性能事例、さらにCray開発ツー ルとOpenACCを組み合わせた利用方法についてもご紹介します。

1. Introduction and motivation
2. OpenACC overview
  o Execution and memory models
  o OpenACC Directives
  o CUDA Interoperability
3. Development cycle of application porting
  o Static analysis of the application (finding “hot loops”)
  o Scoping Analysis
  o Debugging OpenACC applications
  o Performance tuning of OpenACC applications
  o Scientific Libraries support
4. Practical case examples

LBNL and CCS-Tsukuba Joint Workshop 2012

Lawrence Berkeley National Laboratory and University of Tsukuba
March 19-20, 2012

CCS Workshop Room, Center for Computational Science, University of Tsukuba
1-1-1 Tennodai, Tsukuba, Ibaraki, 305-8573, Japan
https://www.ccs.tsukuba.ac.jp/eng/

This joint workshop aims at exploring the issues developing possible research collaboration and partnerships between the Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) and the Center for Computational Science, University of Tsukuba (CCS-Tsukuba).

AGENDA

Monday, March 19, 2012, CCS Workshop Room

 9:30 – 9:45       Opening Remarks
 
 9:45 – 10:15     Mitsuhisa Sato, CCS-Tsukuba Director, Univ. of Tsukuba
Update of CCS [pdf 3.1MB]

10:15 – 10:45     David Brown, LBNL Division Director, LBNL
Computational Research at Lawrence Berkeley National Laboratory [pdf 5.6MB]

10:45 – 11:15     BREAK

11:15 – 11:45     Taisuke Boku, Univ. of Tsukuba
HA-PACS: A New Challenge for Accelerated Computational Sciences [pdf 2.6MB]

11:45 – 12:15     Costin Iancu, LBNL
Scalable Runtimes for Manycore Systems [pdf 1.1MB]

12:15 – 13:30     LUNCH

13:30 – 14:00     Khaled Ibrahim, LBNL
Efficient Virtualization for HPC Applications [pdf 1.0MB]

14:00 – 14:30     Yuetsu Kodama, Univ. of Tsukuba
Tightly Coupled Accelerator for HA-PACS [pdf 2.7MB]

14:30 – 15:00     Jun Terasaki, Univ. of Tsukuba
Large-Scale Calculations of Excited States of Heavy Nuclei [pdf 3.6MB]

15:00 – 15:30     BREAK

15:30 – 16:00     Peter Nugent, LBNL
Nyx: The Lyman Alpha Forest Cosmology Simulator [pdf 3.2MB]

16:00 – 16:30     Mitsuo Shoji, Univ. of Tsukuba
Computational Bioscience Utilizing Supercomputers: Performance and Applications [pdf 3.1MB]

16:30 – 17:00     DISCUSSION

 

Tuesday, March 20, 2012, CCS Workshop Room

 9:30 – 10:00     Osni Marques, LBNL
The ACTS Project: An Overview and Future Directions [pdf 2.4MB]

10:00 – 10:30     Miwako Tsuji, Univ. of Tsukuba
A Hierarchical Programming Model for Integration of Parallel Components with a Scientific Workflow Toward and Beyond Petascale Computing [pdf 2.0MB]

10:30 – 11:00     BREAK

11:00 – 11:30     Esmond Ng, LBNL
Matrix Computation in Large-Scale Nuclear Structure Calculations[pdf 17.1MB]

11:30 – 12:00     Tetsuya Sakurai, Univ. of Tsukuba
z-Pares: A Complex Moment Based Parallel Sparse Eigenvalue Solver Package [pdf 2.9MB]

12:00 – 12:30     DISCUSSION

 

 

 

 

筑波大学2011 BEST FACULTY MEMBER表彰式(2/28)

計算科学研究センター 高性能計算システム研究部門の髙橋大介准教授が、筑波大学2011 BEST FACULTY MEMBERに選ばれました。表彰式は以下のとおり行われます。式の模様はWeb中継されます。

日 時:2月28日(火)15:00~17:00
場 所:筑波大学 大学会館ホール
式次第:15:00~15:30 表彰式
    15:30~17:00 表彰教員による講演

詳しくは大学ホームページをご覧ください。

平成23年度 年次報告会(2012年2月20日)

日時:2月20日(月)9:30~18:45
会場:計算科学研究センター1F 国際ワークショップ室

計算科学研究センター平成23年度年次報告会を行います。 研究員が、今年度の報告とこれからの計画について発表します。どなたでもご参加いただける公開の報告会ですので、ご興味のある方はご参加ください。

プログラム

セッション1(9:30-11:00 座長:矢花一浩)

9:30 佐藤三久 (高性能計算システム研究部門)

9:45 吉江友照(素粒子物理研究部門)

10:00 児玉祐悦(高性能計算システム研究部門)

10:15 白石賢二(量子物性研究部門)

10:30 山口佳樹(高性能計算システム研究部門)

10:45 仝 暁民 (量子物性研究部門)

セッション2(11:15-12:30 座長:北川博之)

11:15 朴 泰祐(高性能計算システム研究部門)

11:30 寺崎 順(宇宙・原子核物理研究部門)

11:45 高橋大介(高性能計算システム研究部門)

12:00 矢花一浩(宇宙・原子核物理研究部門)

12:15 亀田能成(計算情報学研究部門)

セッション3(13:30-14:45 座長:朴 泰祐)

13:30 梅村雅之(宇宙・原子核物理研究部門)

13:45 北川博之(計算情報学研究部門)

14:00 橋本幸男 (宇宙・原子核物理研究部門)

14:15 塙 敏博(高性能計算システム研究部門)

14:30 石塚成人 (素粒子物理研究部門)

セッション4(15:00-16:15 座長:梅村雅之)

15:00 根村英克(素粒子物理研究部門)

15:15 川島英之(計算情報学研究部門)

15:30 稲垣祐司(生命科学研究部門)

15:45 建部修見(高性能計算システム研究部門)

16:00 前島展也 (量子物性研究部門)

セッション5(16:30-17:45 座長:児玉祐悦)

16:30 田中 博 (地球環境研究部門)

16:45 藏増嘉伸 (素粒子物理研究部門)

17:00 多田野寛人 (高性能計算システム研究部門)

17:15 日下博幸 (地球環境研究部門)

17:30 天笠俊之(計算情報学研究部門)

セッション6(18:00-18:45 座長:佐藤三久)

18:00 小泉裕康(量子物性研究部門)

18:15 庄司光男(生命科学研究部門)

18:30 谷口裕介(素粒子物理研究部門)

新型スーパーコンピュータ「HA-PACS」が稼働開始

プレスリリース

平成24年2月1日
筑波大学

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ポイント

筑波大学計算科学研究センターは、最先端の超並列演算加速器クラスタ型スーパーコンピュータ、密結合並列演算加速機構実証システム「HA-PACS」(Highly Accelerated Parallel Advanced system for Computational Sciences)を平成24年2月1日より稼働開始しました。HA-PACSは、宇宙・素粒子・生命などの研究をけん引する目的で、平成23年度より導入を進めてきました。本システムにより、今後のエクサ1スケールへの展開を視野に入れたアプリケーション開発と、計算科学による成果獲得を目指します。

HA-PACSは、各計算ノードに高性能の演算加速装置を搭載し、コンパクトながら極めて高い演算性能を実現します。2基のCPUと4基のGPU*2を搭載した計算ノード単体のピーク演算性能は2.99テラフロップス(毎秒2兆9900億回)。これはGPUを搭載した超並列クラスタ型スーパーコンピュータのノード単体として世界最高性能となります。本システムは計算ノードを268台結合して構成され、総ピーク演算性能は802テラフロップス(毎秒802兆回)に達します。

計算科学研究センターでは、先端計算科学推進室を中心に分野間連携および学外連携のもと、素粒子・宇宙・原子核・物質・生命・地球環境の各分野におけるブレイクスルーを目指します。また、次世代計算システム開発室においてGPU間の直接通信を可能とする「密結合並列演算加速機構」を開発・実装し、GPU間並列処理の一層の高速化を目指します。

1.概要

国立大学法人筑波大学【学長 山田信博】計算科学研究センター【センター長 佐藤三久】は、宇宙・素粒子・生命などの研究をけん引する最先端の超並列演算加速器クラスタ型スーパーコンピュータ、密結合並列演算加速機構実証システム「HA-PACS」(Highly Accelerated Parallel Advanced system for Computational Sciences)の導入を平成23年度から進めて来ましたが、平成24年2月1日に稼動を開始しました。

本システムは、各計算ノードに従来以上の演算加速装置を搭載し、コンパクトながら極めて高い演算性能を実現する超並列クラスタ型スーパーコンピュータで、今後のエクサスケールまでの展開を視野に入れたアプリケーション開発と計算科学による成果獲得を目指します。

HA-PACSは、米インテル社製の最新CPUを2基と米エヌビディア社製の最新GPUを4基搭載したコンパクトで先進的な計算ノードを268台結合した超並列システムです。ノード単体のピーク演算性能は2.99テラフロップス(毎秒2兆9900億演算)で、これはGPUを搭載した超並列クラスタ型スーパーコンピュータとして世界最高性能となります。システム全体としての総ピーク演算性能は802テラフロップス(毎秒802兆演算)に達します。

現在、高性能計算システム分野ではGPUを用いたクラスタ型計算機が注目されており、日本国内でも東京工業大学のTSUBAME2.0が国内最高性能のGPUクラスタとして稼働中です。しかし、これらのGPUクラスタではGPUとCPU間の通信チャネル性能に限界があり、ノード内のGPU数の制限やこの通信チャネル部分が性能ボトルネックとなるケースがありました。HA-PACSに搭載される最先端CPUでは、従来機の4倍に相当する高性能なPCI Express*3チャネルが提供され、4基のGPUを通信ボトルネックなしにCPUと結合しています。これにより、GPUの持つ本来の性能を最大限に活かすことが可能になりました。

計算科学研究センターではHA-PACSを使って、様々な計算科学アプリケーションの開発と演算加速装置向けアルゴリズムの開発を進めていきます。先端計算科学推進室を中心として、素粒子・宇宙・原子核・物質・生命・地球環境の各分野におけるブレイクスルー達成のために、分野間連携および学外連携のもと、主要アプリケーションのホットスポット解析とGPU化を進めています。これらのアプリケーション開発は、HA-PACSの大規模並列資源を長時間占有使用することで加速され、加えてセンター内の計算機科学研究者との協業により、システム特性を活かした次世代演算加速システムにつながる成果が得られるものと期待されます。

また、GPUに代表される演算加速装置を用いた並列処理において、演算加速装置間の通信には大きな問題があり、現状ではCPUの助けを借りた間接的通信のみが可能です。計算科学研究センターでは「密結合並列演算加速機構」と呼ばれる新たなノード間通信機構を開発中であり、これにより従来不可能だった計算ノードをまたいだGPU間の直接通信を可能とします。現在この機構のハードウエア及びソフトウエアのプロトタイプ開発が進められており、今回、稼働開始するHA-PACSの機能拡張として、密結合並列演算加速機構を実装する計画です。これにより、GPU間の並列処理が一層加速され、幅広い科学技術計算の性能が加速されることが見込まれます。

2.背景

10ペタフロップス級のスーパーコンピュータが京速コンピュータ「京」によって実現された現在、演算性能をエクサフロップス級まで高めるための研究がすでに始まっています。しかし、1台の計算機で使用可能な電力や設置面積の制限から、このような超高性能を実現することはますます難しくなっており、何らかの演算加速装置を持つシステムが不可欠です。これらのシステムには、演算加速装置とCPUの間の通信や、並列演算加速装置間の通信における様々なボトルネックが存在します。加えて、超並列規模の演算加速装置を用いた大規模プログラムの開発には、アルゴリズムレベルからの改良など大きな人的コストと時間がかかります。

筑波大学計算科学研究センターでは、高密度超並列GPUクラスタを、最先端コモディティ技術と我々独自の技術の組合せにより実現し、これらの問題に挑戦します。このための研究基盤がHA-PACSです。最先端CPUとGPUの組み合わせによる超並列GPUクラスタを従来にない規模で定常的に並列利用することにより、エクサスケール時代につながる演算加速型アプリケーションの開発と、我々が提唱する密結合並列演算加速機構アーキテクチャに基づく次世代GPUクラスタを実現します。ここで培われたハードウエア及びソフトウエアのシステム開発技術をエクサスケールシステム実現への基盤技術として熟成していきます。

3.開発経緯

計算科学研究センターは、平成23年度から文部科学省の国立大学法人運営費交付金特別経費を受け、3カ年計画で「エクサスケール計算技術開拓による先端学際計算科学教育研究拠点の充実」事業(責任者 センター長 佐藤三久)を推進しています。

この事業は、超並列演算加速型クラスタ計算機「HA-PACS」を開発・製作し、これを用いて宇宙・素粒子・生命の先端的な研究を推進し、さらに次世代の演算加速型並列システムの要素技術となる密結合並列演算加速機構の技術開発を行うものです。HA-PACSの基本部分となる超並列GPUクラスタは最先端コモディティ技術に基づくCPUとGPUを搭載したシステムとして調達します。密結合並列演算加速機構については、計算科学研究センターにおいてハードウエアからアプリケーションまでの開発を行い、HA-PACSの拡張部分として実装していきます。

4.成果

システムの特徴
HA-PACSは、268台の計算ノードを2本の並列QDR InfiniBandネットワーク4でFat Tree結合した超並列型のGPUクラスタ計算機です。全体で802テラフロップス(毎秒802兆回)のピーク計算性能、34テラバイトのメモリ、504テラバイトの共有ディスクを持っています。計算科学の大規模計算を実現可能とする特徴は次のとおりです。

1) 豊富なPCI Expressチャネル数を持つ米インテル社の最新CPUであるE5 (SandyBridge-EP)プロセッサを2基搭載することにより、4基の最新型GPU(米エヌビディア社製Tesla M2090)をストレスなくCPUと結合させることを可能にした。これにより、GPUへの通信性能を損なうことなく、2.99テラフロップスという世界最高のノード単体性能を2U相当のコンパクトな構成で実現した。

2) 最新GPU技術とCPU技術を最大限に利用した結果、802テラフロップスのピーク演算性能をわずか26台のラックにコンパクトに実装し、総電力も428kWに抑えた。

3) 2系統のFat Tree構成のQDR InfiniBandネットワークにより、2.1テラバイト/秒のバイセクションバンド幅を持つ超高性能並列ネットワークで全ノードを結合し、ノード間に偏りのない並列通信性能と共有ファイルシステムへのアクセスを実現した。

4) InfiniBandネットワークを介して全ノードと結合される504テラバイトのLustreファイルシステムによる共有ファイルシステムを提供し、全ノードに均質なI/O機能と性能を提供した。

5.関連情報

「HA-PACS」プロジェクト特設ページ

6.用語解説

*1 エクサ
10の18乗。ペタ(10の15乗)の1000倍。エクサフロップスとは、現在、京速コンピュータ「京」が持つ10ペタフロップスの性能の100倍、すなわち毎秒100京回の演算性能に相当する。

*2 GPU
Graphics Processing Unitの略。本来PCサーバにおけるグラフィクス処理を目的として作られた専用プロセッサだが、近年はその高い演算性能とメモリバンド幅を利用した高性能計算への転用が活発化している。

*3 PCI Express
PCサーバにおいてCPUとネットワーク、ハードディスク、GPUなどあらゆる周辺機器を接続するための標準バス。米インテル社製の最新CPUであるSandyBridge-EPでは、PCI Expressの最先端規格であるGeneration 3を標準サポートし、さらに1 CPUあたり40本ものPCI Express I/Oチャネルを提供する。これにより、CPUあたり2基のGPUをストレスなしに接続可能となっている。

*4 QDR InfiniBandネットワーク
高性能クラスタ型計算機で多用される高性能ネットワーク。Ethernetなどに比べて数倍~数十倍の通信性能を持ち、さらに数百~数千ノード規模のシステムをFat Treeと呼ばれるネットワーク構成で結合可能。

問い合わせ先

佐藤三久(研究代表者)
筑波大学計算科学研究センター長/システム情報系教授
TEL 029-853-6485 E-mail:msato [at] cs.tsukuba.ac.jp([at]を@に変えてください)

朴 泰祐(HA-PACS開発担当主査)
筑波大学計算科学研究センター/システム情報系教授
TEL 029-853-5518 E-mail:taisuke [at] cs.tsukuba.ac.jp([at]を@に変えてください)

報道担当:
筑波大学計算科学研究センター広報室
TEL 029-853-6260 E-mail:pr [at] ccs.tsukuba.ac.jp([at]を@に変えてください)

FIRST STARS IV (May 21-25, 2012)

FIRST STARS IV – From Hayashi to the Future –

May 21-25, 2012, at Heartpia Kyoto, Japan

Sponsored by:
Center for Computational Sciences, University of Tsukuba
Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University
Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, University of Tokyo
Japan Society for Promotion of Science

Inportant dates:
Feb. 29 (Wed.), 2012: Abstract submission deadline
Mar. 31 (Sat.), 2012: Registration deadline
May 20 (Sun.), 2012: Welcome reception
May 21 (Mon.) – 25 (Fri.), 2012: Conference

Please see here for more details.

“K computer” Research Results Awarded ACM Gordon Bell Prize

Press Release

RIKEN
University of Tsukuba
The University of Tokyo
Fujitsu Limited
November 18, 2011
[pdf] 203KB
 

“K computer” Research Results Awarded ACM Gordon Bell Prize

Genuine application achieves execution performance of over 3 petaflops


Tokyo and Tsukuba, Japan, November 18, 2011 – A research group from RIKEN, the University of Tsukuba, the University of Tokyo, and Fujitsu Limited today announced that research results obtained using the “K computer” were awarded the ACM Gordon Bell Prize (*1), Peak-Performance at SC11, the International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis taking place in Seattle, on November 17 (US Pacific Standard Time).

The award-winning results, presented at SC11, revealed the electron states of silicon nanowires, which have attracted attention as a core material for next-generation semiconductors. To verify the computational performance of the K computer, quantum-mechanical computations were performed on the electron states of a nanowire with approximately 100,000 atoms (20 nanometers in diameter and 6 nanometers long), close to the actual size of the materials, and achieved execution performance (*2) of 3.08 petaflops (representing execution efficiency of 43.6%). The results of the detailed calculations on the electron states of silicon nanowires, comprised of 10,000 to 40,000 atoms, clarified that electron transport characteristics will change depending on the cross-sectional shape of the nanowire.

The award marked the first time that a research group from Japan won the Gordon Bell Prize for Peak-Performance since 2004, when a team led by Professor Akira Kageyama, currently based at Kobe University, won the prize for performing a simulation of a geomagnetic dynamo using the first-generation Earth Simulator installed at the Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC).

The application used in this current research is one of the core applications developed as part of the “Grand Challenges” program (which, in the field of nanotechnology, is led by the Institute for Molecular Science at Japan’s National Institute of Natural Sciences) of the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT).

Background

As a part of the High-Performance Computing Infrastructure (HPCI) initiative led by MEXT, both RIKEN and Fujitsu have been working together to develop the K computer and high-speed communications software (MPI library) for use on the K computer, with the aim of beginning shared use by November 2012.

Since the start of the “Development of a Next-Generation Supercomputer” project (now renamed HPCI Initiative”) in 2006, RIKEN, the University of Tsukuba, and the University of Tokyo have been working to develop optimal calculation methods and programs to verify the performance of the K computer using real applications. Researchers of computational science, whose aim is to elucidate natural phenomena using computer simulations, and researchers of computer science, whose aim is to drive technological advances in the application of supercomputers, have been working together to efficiently develop massively parallel code (*3) or RSDFT (*4) based on density functional theory by discretizeing it in real space, which is used to compute the energy states and electron states of matter. In the current research, the K computer was used to compute the electron states of silicon nanowires (Figure 1), ultrafine traces made of silicon atoms that have potential for use as a next-generation semiconductor material that generates rapid switching speeds and low current leakage.

Research Methods and Results

In results computed using approximately two-thirds of the K computer system’s capacity, execution performance of 3.08 petaflops was achieved. The research team succeeded in calculating the electron state of a silicon nanowire measuring 10 nm in diameter and 10 nm in length comprised of 39,696 atoms. These results were presented at the SC11 being held November 12–18 in Seattle, USA. The findings won the ACM Gordon Bell Prize for Peak-Performance in a genuine application program.

The Gordon Bell Prize was established in 1987 by noted American computer scientist Gordon Bell to promote the development of parallel computing technology, and it is administered by the Association for Computing Machinery (*5). Every year, the prize is awarded to the group that has applied parallel computing to practical scientific problems and produced outstanding results.

From among five finalist papers that had passed the first round of selections, the judges for this year’s Gordon Bell Prize selected the paper “First-principles calculations of electron states of a silicon nanowire with 100,000 atoms on the K computer” for the Peak-Performance Prize. The Peak-Performance Prize is given for research that shows high real-world performance in a practical application, and underscores both the practical value of this research and the K computer’s practical effectiveness.

The silicon nanowires that are the subject of this research, which serve as electron channels in next-generation field-effect transistors (*6), comprise 10,000 to 100,000 silicon atoms and measure 10–20 nm in diameter and roughly 10 nm in length. These results represent the world’s first attempt at calculating the electron state, using quantum theory, for a 107,292-atom nanowire measuring 20 nm in diameter and 6 nm in length. Execution performance of 3.08 petaflops was achieved (representing execution efficiency of 43.6%), showing that high-precision simulations are possible at the nanoscale level that will be used in future devices. This work also examined the electron states of nanowires comprising 10,000 to 40,000 atoms, and measuring approximately 10 nm, but in different cross-sectional shapes (round, oblong, and dumbbell-shaped), and found that electron-transport characteristics were highly dependent on the nanoscale shape, showing that computational material sciences using the K computer can contribute greatly to nanoscale design decisions.

Future Expectations

As the real applications running on the K computer received a very high evaluation, the research group was awarded the Gordon Bell Prize for Peak-Performance. This is significant in that it shows the international high performance computing (HPC) community has recognized the K computer’s potential to advance science and technology. While continuing to gain a deeper understanding of silicon nanowires, researchers will also use these research experiences to raise the level of sophistication of other applications so that the K computer can bring results faster to a wider range of scientific fields.

Paper awarded the Gordon Bell Prize for Peak-Performance

“First-principles calculations of electron states of a silicon nanowire with 100,000 atoms on the K computer”

Authors

Yukihiro Hasegawa (RIKEN), Junichi Iwata (University of Tokyo), Miwako Tsuji (University of Tsukuba), Daisuke Takahashi (University of Tsukuba), Atsushi Oshiyama (University of Tokyo), Kazuo Minami (RIKEN), Taisuke Boku (University of Tsukuba), Fumiyoshi Shoji (RIKEN), Atsuya Uno (RIKEN), Motoyoshi Kurokawa (RIKEN), Hikaru Inoue (Fujitsu), Ikuo Miyoshi (Fujitsu), and Mitsuo Yokokawa (RIKEN).

Glossary and Notes

1. ACM Gordon Bell Prize

The ACM Gordon Bell Prize, sponsored by the Association of Computing Machinery, is awarded to promote advancements in parallel computing technology, and is presented every November at the International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis (SC, Supercomputing Conference) to the papers that show the most outstanding results in hardware and applications development.

2. Execution performance

In contrast to theoretical performance, this is the computational performance obtained in running a given program, and acts as a practical measure of a computer’s performance.

3. Massively parallel code

An application program that can run efficiently on a massively parallel computer.

4. RSDFT

Real-Space Density Functional Theory. A simulation technique using the density functional theory that is based on first principles of quantum mechanics and then capable of treating complex condensed matters, and exploiting advantages of the real-space scheme. y al RSDFT is a density-functional computer code based on the discretization of the Kohn-Sham equation in real-space. Compared to the previous method by expanding the equation by plane wave functions, the real-space method does not require the Fast Fourier Transformation (FFT) in part of its core calculations, making it advantageously amenable to parallelization.

5. Association for Computing Machinery

A noted academic association for computer science headquartered in New York, founded in 1947.

6. Field-effect transistor

A type of electronic device that has an amplification effect, characterized by low power requirements. The complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) circuits widely used in computers today are combinations of a type of FET called MOSFET (metal-oxide semiconductor field-effect transistor). Applying voltage perpendicular to the surface of the semiconductor is used to control electrical transmission through a field effect.

Figure 1: Diagram of a next-generation field effect transistor using a silicon nanowire

Voltage is applied to the gate (yellow) which controls the flow of current (electrons) between the source and drain (blue) via the oxide (grey).

 

Figure 2: Relationship between number of transmitted electron states and energy in silicon nanowires

Varying the cross-sectional shape and side smoothness of silicon nanowires affected the number of transmitted electron states, which carry energy, shown on the horizontal axis.

Press Contacts

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Office for Research Communications
Tel: +81-78-940-5623, 5624

Center for Computational Sciences, University of Tsukuba
Public Relations Office
Tel: +81-29-853-6260 pr [at] ccs.tsukuba.ac.jp

School of Engineering, The University of Tokyo
Public Relations Office
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Fujitsu Limited
Public and Investor Relations Division
Inquiries: https://www-s.fujitsu.com/global/news/contacts/inquiries/index.html

About RIKEN

RIKEN is Japan’s flagship research institute devoted to basic and applied research. Over 2500 papers by RIKEN researchers are published every year in reputable scientific and technical journals, covering topics ranging across a broad spectrum of disciplines including physics, chemistry, biology, medical science and engineering. RIKEN’s advanced research environment and strong emphasis on interdisciplinary collaboration has earned itself an unparalleled reputation for scientific excellence in Japan and around the world. For more information, please see: http://www.riken.jp/

About University of Tsukuba

The University of Tsukuba aims to establish free exchange and close relationship in both basic and applied sciences with educational and research organizations and academic communities in Japan and overseas. The university makes a contribution to the world through its educational system that seeks to make the most of students’ creativity and individuality.
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About The University of Tokyo

The University of Tokyo, also known as “Todai” was established in 1877 as the first national university in Japan. As a leading research university, Todai offers courses in essentially all academic disciplines at both undergraduate and graduate levels and conducts research across the full spectrum of academic activity. The university aims to provide its students with a rich and varied academic environment that ensures opportunities for both intellectual development and the acquisition of professional knowledge and skills.

About Fujitsu

Fujitsu is a leading provider of information and communication technology (ICT)-based business solutions for the global marketplace. With approximately 170,000 employees supporting customers in over 100 countries, Fujitsu combines a worldwide corps of systems and services experts with highly reliable computing and communications products and advanced microelectronics to deliver added value to customers. Headquartered in Tokyo, Fujitsu Limited (TSE:6702) reported consolidated revenues of 4.5 trillion yen (US$55 billion) for the fiscal year ended March 31, 2011. For more information, please see: www.fujitsu.com

All other company or product names mentioned herein are trademarks or registered trademarks of their respective owners. Information provided in this press release is accurate at time of publication and is subject to change without advance notice.
 

 

京速コンピュータ「京」による成果がゴードン・ベル賞を受賞

プレスリリース

京速コンピュータ「京」による成果がゴードン・ベル賞を受賞
-実アプリケーションで実効性能3ペタフロップスを達成

平成23年11月18日

独立行政法人理化学研究所
国立大学法人筑波大学
国立大学法人東京大学
富士通株式会社

印刷用PDF[597KB]

概要

独立行政法人理化学研究所(理事長野依良治、以下「理研」)、国立大学法人筑波大学(学長山田信博、以下「筑波大」)、国立大学法人東京大学(総長濱田純一、以下「東大」)、および富士通株式会社(代表取締役社長山本正已、以下「富士通」)による研究グループは、理研と富士通が共同開発中の京速コンピュータ「京」を用いた研究成果を、ハイ・パフォーマンス・コンピューティング(高性能計算技術)に関する国際会議SC11(米国・シアトル開催)で発表し、17日(米国太平洋標準時間/日本時間18日)、ゴードン・ベル賞*1の最高性能賞を受賞しました。

受賞の対象となった成果は、次世代半導体の基幹材料として注目されているシリコン・ナノワイヤ材料の電子状態を計算したものです。現実の材料のサイズに近い10万原子規模(直径20ナノメートル、長さ6ナノメートル)のナノワイヤの電子状態について、計算性能を確認するための量子力学的計算を行い、実効性能*23.08ペタフロップス(実行効率約43.6%)を達成しました。また、10,000個から40,000個の原子規模からなるシリコン・ナノワイヤについて電子状態を詳細に計算した結果、断面の形状によって電子輸送特性が変化することも明らかにしました。

日本のグループによるゴードン・ベル賞の最高性能賞受賞は、2004年に独立行政法人海洋研究開発機構が保有する地球シミュレータ(初代)を用い、地磁気ダイナモシミュレーションを行った神戸大学の陰山聡教授(当時独立行政法人海洋研究開発機構)らのグループが獲得して以来のことです。

本研究で用いたアプリケーションは、文部科学省「グランドチャレンジプログラム(ナノ分野、代表:分子科学研究所)」で開発されている中核アプリケーションの1つです。

1.背景

理研と富士通は共同で、文部科学省が推進する「革新的ハイパフォーマンス・コンピューティング・インフラ(HPCI)の構築」計画のもと、2012年11月の共用開始を目指し、京速コンピュータ「京」とそれを利用するための高速な通信用ソフトウエア(MPIライブラリ)の開発を行ってきました。

また、理研、筑波大および東大は、「最先端・高性能汎用スーパーコンピュータの開発利用」プロジェクト(現「HPCIの構築」)の開始当初の2006年度から、実アプリケーションによる「京」の性能確認を行うための最適な計算手法とプログラム開発を進めてきました。これまでに、物質のエネルギー状態や電子状態などを求めることができる実空間密度汎関数法(RSDFT)3の高並列コード*4を、計算機シミュレーションにより現象の解明を目指す計算科学分野と計算機利用技術の高度化などを目指す計算機科学分野の研究者が協力することによって効率的に開発しています。今回、スイッチング速度が高く、リーク電流が少ないとされる次世代半導体の材料で、シリコン原子からなる微小な線材「シリコン・ナノワイヤ(図1)」の電子状態について、実際に「京」を用いて計算を行いました。

図1 シリコン・ナノワイヤ材を用いた電界効果トランジスタのイメージ

図1 シリコン・ナノワイヤ材を用いた電界効果トランジスタのイメージ
ゲート部分(黄色)に電圧を加え、酸化物(灰色)を介して、ソースとドレインの間(青)に流れる電流(電子)を制御する。

2.研究手法と結果

「京」全体の約3分の2のシステムを用いて計算した結果、実効性能3.08ペタフロップスを得ることができました。また、39,696原子のシリコンからなる直径10ナノメートル、長さ10ナノメートルのシリコン・ナノワイヤの電子状態の計算に成功し、この結果を、米国ワシントン州シアトルで11月12日~18日に開催されている「ハイ・パフォーマンス・コンピューティング(高性能計算技術)に関する国際会議SC11(フォームの終わりInternational Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis)」で発表し、ゴードン・ベル賞が対象とするいくつかの部門のうち、実効性能部門で最高性能賞を受賞しました。

ゴードン・ベル賞は、計算機設計者として著名な米国のゴードン・ベル氏が、並列計算機技術開発の推進のために1987年に創設した賞で、米国計算機学会(ACM)*5によって運営されています。毎年、並列計算機を実用的な科学技術計算に応用し、科学的成果を含め優れた成果を出したグループに与えられます。

今年のゴードン・ベル賞の審査では、5件の論文が第1次選考を通過し(ファイナリスト)、その中から研究グループが発表した「『京』による100,000原子シリコン・ナノワイヤの電子状態の第一原理計算」が、実効性能部門の最高性能賞に選出されました。最高性能賞は、実用に供するアプリケーションの性能において真に世界最高性能を実現した研究に対して与えられるもので、今回の研究の実用的価値と「京」の実運用での性能が高く評価された結果といえます。

計算対象としたシリコン・ナノワイヤは、電界効果トランジスタ6の電子の通り道(チャネル)の材料となるもので、約10,000~100,000のシリコン原子から構成され直径が約10~20ナノメートル、長さは約10ナノメートルです。今回の成果は、107,292個のシリコン原子からなるナノワイヤ(直径20ナノメートル、長さ6ナノメートル)に対する、量子論に基づく電子状態計算を世界で初めて行ったものであり、実効性能3.08ペタフロップス(実行効率約43.6%)を達成しました。これにより、次世代デバイスのサイズであるナノレベルの高精度シミュレーションが可能となることを示しました。また、約10,000個から40,000個のシリコン原子からなる、円、楕円、ダンベルなどさまざまな断面形状を持つ長さ約10ナノメートルのナノワイヤの電子状態を解明し、電子輸送の特性がナノスケールの形状に大きく依存することを初めて明らかにしました。「京」が行う先端的物質科学計算が、ナノデバイスの設計指針に大きく貢献することを示しています。

図2 シリコン・ナノワイヤの伝導電子の状態数とエネルギーの関係

図2 シリコン・ナノワイヤの伝導電子の状態数とエネルギーの関係
シリコン・ナノワイヤの断面形状や側面の滑らかさを変えた時の、横軸の各エネルギーを持つ伝導電子の状態数。

3.今後の期待

京速コンピュータ「京」による実アプリケーションが評価され、ゴードン・ベル賞の実効性能部門最高性能賞を受賞することができました。このことは、今後の科学技術の発展に「京」が大きく寄与することを、国際的な学会が認めたことを意味します。引き続き、シリコン・ナノワイヤの性質を明らかにしていくとともに、今回の成果を他のアプリケーションの高度化にも活かし、「京」がもたらす多様な分野の科学的成果の早期創出に向けて、貢献していきます。

実効性能部門【最高性能賞】の受賞論文

受賞論文
First-principles calculations of electron states of a silicon nanowire with 100,000 atoms on the K computer
和文:「京」による100,000原子シリコン・ナノワイヤの電子状態の第一原理計算

著者
長谷川幸弘(理化学研究所)、岩田潤一(東京大学)、辻美和子(筑波大学)、高橋大介(筑波大学)、押山 淳(東京大学)、南 一生(理化学研究所)、朴 泰祐(筑波大学)、庄司文由(理化学研究所)、宇野篤也(理化学研究所)、黒川原佳(理化学研究所)、井上 晃(富士通株式会社)、三吉郁夫(富士通株式会社)、横川三津夫(理化学研究所)

用語解説

*1 ゴードン・ベル賞
ゴードン・ベル賞(ACM Gordon Bell Prize)は、並列計算技術の向上を目的に米国計算機学会(ACM) によって運営され、毎年11月に開催されるハイ・パフォーマンス・コンピューティング(高性能計算技術)に関する 国際会議SC11(International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis)で,ハードウエアとアプリケーションの開発において最も優れた成果を上げた論文に付与される賞。

*2 実効性能
理論性能であるピーク性能に対して、あるプログラムを実行した時の計算性能が実効性能であり、これが計算機の実質的な性能とされる。

*3 実空間密度汎関数法(RSDFT)
多体電子系の物理量を空間的に変化する電子密度の汎関数として表現する密度汎関数法に基づく量子力学的第一原理計算を用いて、物性研究を進展させるために開発された実空間法によるシミュレーション手法。RSDFTは、実空間法による密度汎関数計算コードである。 実空間法は、従来の平面波展開法に比べ演算の核となる部分で高速フーリエ変換が必要ないため、並列化の点で有利な手法となっている。

*4 高並列化コード
並列数の高い計算機で効率よく実行できるアプリケーションプログラム。

*5 米国計算機学会(ACM)
米国・ニューヨークに本部を置くコンピュータ科学の著名な学会の1つ。1947年設立。

*6 電界効果トランジスタ
増幅作用を示す電子素子の1種で、消費電力が少ないのが特徴。現在多くのコンピュータなどで使われている相補性金属酸化膜半導体(CMOS)回路は、FETの1種であるMOS(金属酸化膜半導体)FETを組み合わせたもの。半導体表面に垂直に加えた電圧によって界面の電気伝導を制御する。

問い合わせ先

独立行政法人理化学研究所 計算科学研究機構 広報国際室
担当:岡田昭彦
TEL:078-940-5625 FAX:078-304-4964 E-mail: aics-koho [at] riken.jp

報道担当:
独立行政法人理化学研究所 広報室 報道担当
TEL:048-467-9272 FAX:048-462-4715
国立大学法人筑波大学 計算科学研究センター 広報室
TEL:029-853-6260, 6487(代表) FAX:029-853-6489 E-MAIL:pr [at] ccs.tsukuba.ac.jp
国立大学法人東京大学大学院工学系研究科 広報室
TEL:03-5841-1790 FAX:03-5841-0529
富士通株式会社 広報IR室
TEL:03-6252-2174

京速コンピュータ「京」がHPCチャレンジ賞 4部門すべてで第1位を獲得

プレスリリース

京速コンピュータ「京」がHPCチャレンジ賞 4部門すべてで第1位を獲得

-LINPACKに続き、スパコンの総合的な性能を評価するベンチマークでも高性能を実証

平成23年11月16日

独立行政法人理化学研究所
国立大学法人筑波大学
富士通株式会社

印刷用PDF[219KB]

概要

独立行政法人理化学研究所(理事長 野依良治、以下「理研」)、国立大学法人筑波大学(山田信博学長、以下「筑波大」)、および富士通株式会社(代表取締役社長 山本正已、以下「富士通」)は、理研と富士通が共同で開発中の京速コンピュータ「京(けい)」*1で測定した、スパコンの総合的な性能を評価するHPCチャレンジベンチマークの実測結果により、2011年「HPCチャレンジ賞*2」の4部門すべてで第1位を獲得しました。15日(米国太平洋標準時間:日本時間16日)、米国・シアトルで開催中のHPC(ハイパフォーマンス・コンピューティング:高性能計算技術)に関する国際会議「SC11」で発表されました。HPCチャレンジ賞で第1位を獲得したのは、(1) 大規模な連立1次方程式の求解における演算速度、(2) 並列プロセス間でのランダムメモリアクセス性能、(3)多重負荷時のメモリアクセス速度、(4) 高速フーリエ変換の総合性能 の4部門すべてです。京は、LINPACKの演算速度のランキングであるTOP500リストでも6月と11月に連続して第1位を獲得していることに加え、汎用スパコンとしての総合的な性能においても高い評価を得たことになります。

詳細

理研と富士通は共同で、文部科学省が推進する「革新的ハイパフォーマンス・コンピューティング・インフラ(HPCI)の構築」計画のもと、2012年11月の供用開始を目指し京速コンピュータ「京(けい)」の開発を進めています。

HPCチャレンジベンチマークは、科学技術計算で多用される計算パターンから抽出した28項目の処理性能によって、スパコンの総合的な性能を評価するベンチマークプログラムです。この中でも特に重要な (1)Global HPL(大規模な連立1次方程式の求解における演算速度) (2)Global RandomAccess(並列プロセス間でのランダムメモリアクセス性能) (3)EP STREAM(Triad) per system(多重負荷時のメモリアクセス速度) (4)Global FFT(高速フーリエ変換の総合性能)の4つについては、HPCチャレンジ賞(クラス1)として各部門の第1位が表彰されます。

筑波大は4つのプログラムのうちGlobal FFTの高速化に大きく貢献しました。その上でこれら4つのベンチマークプログラムの性能をHPCチャレンジ賞(クラス1)に登録しました。

2011年HPCチャレンジ賞(クラス1)4部門の上位3位は以下の通りです。

Global HPL 性能値(TFLOP/s) システム名 設置機関
1位 2.118 理研 計算科学研究機構
2位 1.533 Cray XT5 オークリッジ研
3位 736 Cray XT5 テネシー大学
Global RandomAccess 性能値(GUPS) システム名 設置機関
1位 121 理研 計算科学研究機構
2位 117 IBM BG/P ローレンスリバモア研
3位 103 IBM BG/P アルゴンヌ研
EP STREAM(Triad) per system 性能値(TB/s) システム名 設置機関
1位 812 理研 計算科学研究機構
2位 398 Cray XT5 オークリッジ研
3位 267 IBM BG/P ローレンスリバモア研
Global FFT 性能値(TFLOP/s) システム名 設置機関
1位 34.7 理研 計算科学研究機構
2位 11.9 NEC SX-9 海洋研究開発機構
3位 10.7 Cray XT5 オークリッジ研

HPCチャレンジ賞(クラス1)では、4つの異なった視点からスパコンの特性を多角的に評価しますが、そのすべてにおいて京はトップ性能を発揮しています。

京は、開発当初から、広く内外の研究者、技術者の利用に供することを念頭に、高い演算性能と幅広い範囲のアプリケーションに対応できる汎用性を兼ね備えたスパコンを目指して開発を進めてきましたが、今回の結果はそれを実証するものであり、京の汎用スパコンとしての総合的な能力の高さを示すものです。

関連リンク

TOP500リスト
HPCチャレンジ
第38回TOP500リスト(2011年11月)の結果について
理化学研究所次世代スーパーコンピュータの開発・整備
計算科学研究機構
富士通「次世代スーパーコンピュータ」紹介サイト

用語解説

*1 京速コンピュータ「京(けい)」
文部科学省が推進する「革新的ハイパフォーマンス・コンピューティング・インフラ(HPCI)の構築」プログラムのもと、理研と富士通が共同で開発しているスーパーコンピュータで、2012年の共用開始を目指している。「京(けい)」は理研が決定したスーパーコンピュータの愛称(2010年7月に決定)で、10ペタ(10の16乗)を表す万進法の単位であるとともに、もともとは大きな門を表し、「計算科学の新たな門」という期待も込められている。

*2 HPCチャレンジ賞
HPCチャレンジ賞にはベンチマークの性能値を競うクラス1と、実装における生産性の高さを競うクラス2がある。クラス1は以下の4つの部門で構成され、それぞれシステムを構成する主要な要素(CPUの演算性能、メモリへのアクセス性能、ネットワークの通信性能)の性能が評価される。
・Global HPL:大規模な連立1次方程式の求解における演算速度
・Global RandomAccess:並列プロセス間でのランダムメモリアクセス性能
・EP STREAM(Triad) per system:多重負荷時のメモリアクセス速度
・Global FFT:高速フーリエ変換(FFT)の総合性能

問い合わせ先

独立行政法人理化学研究所 計算科学研究機構 広報国際室
担当:岡田昭彦
TEL:078-940-5625 FAX:078-304-4964 E-mail: aics-koho [at] riken.jp

報道担当:
独立行政法人理化学研究所 広報室 報道担当
TEL:048-467-9272 FAX:048-462-4715
国立大学法人筑波大学 計算科学研究センター 広報室
TEL:029-853-6260, 6487(代表) FAX:029-853-6489 E-MAIL:pr [at] ccs.tsukuba.ac.jp
富士通株式会社 広報IR室
TEL:03-6252-2174

HA-PACSプロジェクトの特設ページを公開しました。

密結合並列演算加速機構実証システム「HA-PACS」(Highly Accelerated Parallel Advanced system for Computational Sciences)プロジェクトの特設ページを公開しました。

HA-PACSは、筑波大学計算科学研究センターのスーパーコンピュータPACS/PAXシリーズの最新システムです。これからの計算科学に必要とされるエクサフロップス(毎秒100京回演算)の実現に向けて、演算加速装置を中心とする超並列計算機におけるアプリ ケーションおよび多数の演算加速装置を効率的に結合する並列システムの研究開発のため、ハード・ソフト双方の要素技術の確立と、計算科学の重要アプリケーションの革新に取り組みます。

本システムは、2012年1月にベースクラスタ部の導入を行い、続いてTCA部の拡張を経て2012年度中に完成の予定です。

HA-PACSプロジェクト 特設ページ

Shutdown of PACS-CS

We have done a shutdown of PACS-CS on September 30, 2011. PACS-CS started operation on July, 2006. It contributed greatly to the researches of Center for Computational Sciences for about 5 years.

The next generation of PACS series, “HA-PACS”, will start operation on 2012.

スーパーコンピュータ「PACS-CS」をシャットダウンしました

高性能超並列クラスタ「PACS-CS」を2011年9月30日17:00にシャットダウンしました。稼働開始は2006年7月。およそ5年間、筑波大学計算科学研究センターの研究推進に大きく貢献しました。

PACS-CSプロジェクトについてはこちらをご覧ください。

PACSシリーズの次世代機、密結合並列演算加速機構実証システム「HA-PACS」は、2012年に稼働開始予定です。

第2回「学際計算科学による新たな知の発見・統合・創出」シンポジウム -PACS-CSによる計算科学の発展と次世代コンピューティングへの展開-

「学際共同利用プログラム」成果報告会/中間報告会のプログラムを掲載しました(9/9)
ポスターを掲載しました(8/24)
参加申込みを開始しました(8/5)。web申込みは締め切りました。

開催案内

主催 筑波大学 計算科学研究センター
日程 平成23年9月12日(月)13日(火)
プログラム こちら
会場 筑波大学大学会館 国際会議室(9月12日)
筑波大学計算科学研究センター ワークショップ室(9月13日)
懇親会 平成23年9月12日(月)18:30~
参加費 シンポジウム参加無料、懇親会4,000円

poster110912[PDF 718KB]

開催時間中はシンポジウムの模様を視聴できます。映像を見るにはリアルプレーヤーが必要です。

 *映像データの提供を終了しました。

開催趣旨

筑波大学計算科学研究センターでは、共同利用・共同研究拠点「先端学際計算科学共同研究拠点」として、諸科学の計算科学の研究者とそれを支える計算機科学の研究者の密接な協力関係のもと、最先端の大規模計算科学を推進してきました。これまで、文部科学省特別教育研究経費による「計算科学による新たな知の発見・統合・創出」事業(平成17年度~19年度)において、2560ノードの超並列計算機「PACS-CS」を開発し、平成18年6月より素粒子物理学や物性物理学をはじめとする様々な大規模計算科学の研究を進めてきました。平成19年度からは、この計算機システムは共同利用・共同研究拠点として実施する学際共同利用プログラムにおいて、共同研究の大規模計算機設備として運用されてきました。

この度、PACS-CSは平成23年9月末をもって、5年3カ月の運用期間を終了することとなりました。文部科学省をはじめとして本システムの開発・運用にご支援いただいた関係者の皆様に感謝するとともに、今回のシンポジウムにおいてはPACS-CSによって支えられた本事業を振り返り、プロジェクトの意義と成果、さらに今後の先進的計算科学の推進のためのシステムとアプリケーションの協業のあり方に関する議論を行います。これからの計算科学と次世代コンピューティングについての展開について、PACS-CSの後継プロジェクトとして、今年度から始まった文部科学省特別経費による「エクサスケール計算技術開拓による先端学際計算科学教育研究拠点の充実」事業(平成23年度~平成25年度)の計画と進捗を報告します。

プログラム

9月12日(月)13:00~18:30 筑波大学大学会館 国際会議室

※プログラムは変更する可能性があります
※当日の模様はRealNetworks社のストリーミング技術である RealMedia形式を用いてライブ中継します。

13:00 開会・学長挨拶
山田信博(筑波大学 学長)
13:05 センター長挨拶
佐藤三久(筑波大学計算科学研究センター センター長)
13:15 来賓挨拶
文部科学省ご来賓
13:25 計算科学研究センター フェロー表彰
13:30 PACS-CSプロジェクトについて
宇川 彰(筑波大学 副学長・理事)
13:50 PACS-CSについて
朴 泰祐(筑波大学計算科学研究センター 副センター長)
14:20 コーヒーブレーク
14:35 PACS-CSシステムハードウェアについて
飯島兆二(日立製作所エンタープライズ事業部 主任技師)
14:50 PACS-CSシステムソフトウェアについて
住元真司(富士通研究所 ITシステム研究所 主管研究員)
15:05 PACS-CSにおける素粒子物理学研究
蔵増嘉伸 (筑波大学計算科学研究センター 准教授 素粒子物理研究部門)
15:30 PACS-CSにおける物性物理学研究
押山 淳(東京大学大学院工学系研究科)
15:55 コーヒーブレーク
16:10 特別招待講演「京速コンピュータ『京』の現状について」
横川三津夫 (理化学研究所 次世代スーパーコンピュータ開発実施本部
       開発グループ グループディレクター)
16:40 招待講演「TSUBAME 2.0 における大規模GPUアプリケーション」
松岡 聡(東京工業大学学術国際情報センター)
17:10 「HA-PACSプロジェクト紹介」
児玉祐悦(筑波大学計算科学研究センター 教授 高性能計算システム研究部門)
17:30 「密結合加速機構研究開発」
塙 敏博(筑波大学計算科学研究センター 准教授 高性能計算システム研究部門)
17:45 「HA-PACSにおける次世代計算科学」
梅村雅之(筑波大学計算科学研究センター 副センター長)
18:05 2011年度素粒子メダル功労賞表彰式
18:15 閉会挨拶
佐藤三久(筑波大学計算科学研究センター センター長)
18:30 閉会
18:30頃 懇親会

9月13日(火)9:30~17:00 筑波大学計算科学研究センター ワークショップ室 

計算科学研究センター「学際共同利用プログラム」平成22年度 成果報告会/平成23年度 中間報告会

※プログラムは変更する可能性があります

●発表10分間+質疑2分間

  座長 朴 泰祐(筑波大学)
9:30 「複雑地形・都市を対象とした並列版LESモデルの開発とWRFモデルによる都市気候シミュレーションに関する進捗報告」
日下博幸(筑波大学)
9:42 「系統樹の新しい信頼性評価法Effective Bootstrap法の開発と現実のデータへの適用」
田邉晶史(京都大学)
9:54 「チャーモニウム原子核の可能性を探る」
佐々木勝一(東京大学)
10:06 「密度汎関数計算による核構造・核反応の研究」
中務 孝(理化学研究所)
10:18 「物質中の光伝播を記述するMaxwell-TDDFTマルチスケール・シミュレータの開発」
矢花一浩(筑波大学)
10:30 「モンテカルロ殻模型によるエキゾチックな核構造研究の中間報告」
清水則孝(東京大学)
  座長 矢花一浩(筑波大学)
10:48 「次世代型大気大循環モデルNICAMを持ちた地球環境研究と予測実験」
田中 博(筑波大学)
11:00 「EMC-MD法による極微細半導体デバイス中のキャリア輸送シミュレーション」
渡邉孝信(早稲田大学)
11:12 「第一世代天体から宇宙大規模構造に至る宇宙史解明」
梅村雅之(筑波大学)
11:24 「金属酵素反応機構解明の為の第一原理分子動力学法超並列コードの開発」
庄司光男(筑波大学)
11:36 「固液界面の大規模第一原理計算」
隅田真人(物質・材料研究機構)
11:48 「マルチコア・マルチレール・クラスタにおける計算科学アプリケーション性能特性について」
朴 泰祐(筑波大学)
12:00
-13:00
昼食
  座長 田中 博(筑波大学)
13:00 「QRPA calculation for use on passively paralleled computers」
寺崎 順(筑波大学)
13:12 「格子ゲージ理論を用いたクォーク・グルオンプラズマ相の研究」
野中千穂(名古屋大学)
13:24 「ナノスケール系の量子伝導シミュレーション」
小林伸彦(筑波大学)
13:36 「格子QCDによる K中間子崩壊振幅の研究」
石塚成人(筑波大学)
13:48 「計算機マテリアルデザイン先端研究事例」
笠井秀明(大阪大学)
14:00 「宇宙論的N体シミュレーション中の暗黒物質ハローの空間分布」
西道啓博(東京大学)
14:12 「2+1フレーバーQCDを用いた軽い原子核の研究」
山崎 剛(名古屋大学)
14:24 「ハイブリッドQM/MM計算および分子動力学計算による生体機能メカニズムの解析」
舘野 賢(兵庫県立大学)
14:36 「実空間差分法に基づく第一原理電子構造・量子輸送特性シミュレーション」
小野倫也(大阪大学)
  座長 梅村雅之(筑波大学)
15:00 「On the phase of quark determinant in lattice QCD with finite chemical potential」
武田真滋(金沢大学)
15:12 「次世代スーパーコンピュータに向けたグランドチャレンジ・アプリケーションの開発」
高橋大介(筑波大学)
15:24 「系統樹探索のための最適化アルゴリズムの構築」
田邉晶史(京都大学)
15:36 「オーダーN法DFT計算プログラムCONQUESTによる大規模並列計算」
宮崎 剛(物質・材料研究機構)
15:48 「大規模固有値問題の並列アルゴリズムとその高性能ソフトウエアの開発」
櫻井鉄也(筑波大学)
16:00 「物理的クォーク質量における1+1+1フレーバー格子QCD」
宇川 彰(筑波大学)
16:12 「格子QCDによる中間子二体系の散乱位相に関する研究」
佐々木 潔(東京工業大学)
16:24 「原子核におけるα粒子凝縮」
船木靖郎(理化学研究所)
16:36 「QCDによるバリオン間相互作用」
井上貴史(日本大学)
16:48 「RSDFTの機能拡張とナノ構造体への応用」
古家真之介(東京大学)

参加申込み

シンポジウムの参加は無料です。
懇親会(会費4,000円)に参加されない場合でも登録をお願いします。

申し込みフォーム締め切り:9月12日 9:00 (これ以降は直接受付で申し込みをお願いします。)

お問合せ

シンポジウムに関するお問い合わせは電子メールにて、
sympo2011 [at] ccs.tsukuba.ac.jp
までお送り下さい。

※[at]を@に置き換えてください

大気科学特別セミナー(2011年9月2日)

演者:Dr. Baek-Min Kim(韓国極地研究所)
演題:Arctic Warming and Cold Winter(北極温暖化と中緯度の寒冬について)

日時:9月2日(金)16:00-17:00
場所:筑波大学計算科学研究センター 会議室A

kim1109 [PDF 293KB]

Abstract(要旨)
A number of extremely cold winters have occurred in recent years over central North America, northwestern Europe, and east Asia and have exerted a severe social and economic impact in spite of the long-term global warming trend. The negative phase of the Arctic Oscillation (AO) has been suggested as a cause of these anomalous mid-latitude cold winters and a clear understanding of the cause for this negative trend in AO index embedded in the global warming becomes central to the debate. This study reviews possible mechanism of the negative AO in recent decades and focuses on the relation between Arctic amplification (warming) and recent abnormal winter variability.

近年、北極域(特にグリーンランド)の温暖化が進行する一方で、中緯度の多くの地域では毎年のように異常な寒冬に見舞われるようになった。その背後には負に転じた北極振動指数があり、その長期的変動の原因を解明することが地球温暖化研究の最前線的研究として注目されている。本講演では、その原因について考え、北極増幅メカニズム(Arctic Amplification)との関係について最新の研究成果を報告する。

日本が最も暑かった日-2007年8月16日の熊谷猛暑40.9℃の要因解明(新説)

プレスリリース

平成23年7月21日
筑波大学

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概要

ポイント

・2007年8月16日、埼玉県熊谷市で日本の観測史上最高気温となる40.9℃を記録しました。

・この要因は、断熱昇温によるフェーン現象「力学的フェーン」であると一般的には考えられていました。

・しかしながら、筑波大学計算科学研究センターの日下博幸研究室に所属する髙根雄也大学院生(大学院生命環境科学研究科(博士後期課程)地球環境科学専攻2年)が、熊谷猛暑のメカニズム解明に取り組んだ結果、力学的フェーンとは異なる、おもに3つのメカニズムによって記録的な猛暑となったことがわかりました。

  1. フェーンに類似しているが、それとは異なるタイプの山越え気流の現象(foehn-like wind)が発生していた。
  2. 前日までの連続した晴天が、このフェーンに似た現象を強めていた。
  3. このフェーンに似た風が、東京湾や相模湾からの海風と「収束線」を形成していた。

概要

筑波大学の髙根雄也大学院生(大学院生命環境科学研究科(博士後期課程)地球環境科学専攻2年)と、筑波大学計算科学研究センターの日下博幸准教授は、2007年8月16日に熊谷猛暑*1が起こったメカニズムについて新説を提案しました。

2007年8月16日の14時42分、埼玉県熊谷市で日本の観測史上最高気温となる40.9℃を記録しました。この熊谷猛暑は、これまで、上空の空気塊の断熱圧縮によって風下側の地上付近の気温上昇がもたらされる「力学的フェーン」が主な要因と考えられていました。

しかし髙根大学院生らは、この熊谷猛暑を引き起こした主要因は、力学的フェーンではなく、フェーンに類似しているものの、それとは異なる山越え気流の現象(foehn-like wind)であるという、従来とは異なる説を提唱しました。さらには、この猛暑が発生する前に晴天日が続いていたこと、フェーンに似た風が東京湾・相模湾海風と「収束線」を形成していたことも重要な要因となったことをつきとめました。これらは、過去11年間の観測データを用いた統計解析や領域気象モデルと、筑波大学計算科学研究センターのスーパーコンピュータ「T2K-Tsukuba」を使った数値実験によって明らかになりました。

この研究成果は、米国気象学会の学術誌「Journal of Applied Meteorology and Climatology」に受理され、現在、同学会のウエブサイトに掲載されています。

1.研究の背景

2007年8月16日の14時42分、埼玉県熊谷市で日本の観測史上最高気温40.9℃を記録しました。この極端な猛暑の主要因は、上空にある高い温位*2の空気塊が、風下側の地上付近まで下降することにより高温をもたらす「力学的フェーン」であると、複数の先行研究によって指摘されていました。しかしながら、いずれの先行研究においても、状況証拠に基づく定性的な説明しかなされておらず、定量的な証拠は示されていませんでした。そのため、この猛暑のメカニズムについては、仮説の域にとどまっていました。

2.研究手法

気象庁によって観測された過去11年間のデータを用いた統計解析、数値シミュレーション結果の解析;熊谷の昇温要因を定量的に調べる「カラム大気の熱収支解析」、山越え気流のルートを調べる「後方流跡線解析」、山越え気流の水平・鉛直構造を調べる「オイラー・トレーサー実験」、山越え気流の空気塊が保有する熱量の変化を調べる「ラグランジュアン熱収支解析」、山岳表面から供給された熱エネルギーの効果を調べる「土壌水分量の感度実験」など、定量的な解析を行いました。

3.成果の内容

2007年8月16日の熊谷猛暑(図1a)の形成メカニズムを、過去11年間の観測データを用いた統計解析や領域気象モデルと筑波大学計算科学研究センターのスーパーコンピュータ「T2K-Tsukuba」を使った数値実験によって解析しました。その結果、以下のことがわかりました。

  • (i) 8月16日の熊谷の日照時間は過去11年間の7、8月の統計値で72番目に高い値でした。したがって、日射は猛暑発生の必要条件ではありますが十分条件ではありません。
  • (ii) 上空1,500 m付近(850 hPa)の気温は過去11年間の7、8月の統計値で30番目に高い値でした。したがって、日本列島を覆うような大きなスケールでの高温は、熊谷猛暑の必要条件ではありますが十分条件ではありません。
  • (iii) 8月16日の前7日間は晴天日が持続していました。この連続晴天は土壌の乾燥化をもたらします。熊谷の風上の中部山岳域における土壌の乾燥化が、8月16日の熊谷猛暑に寄与していたことが、数値シミュレーションによって確かめられました。
  • (iv) 熊谷猛暑の際に風が通った道筋を調べると、大きく分けて高い高度からのものと低い高度からの2つの流れがあることがわかりました。高い高度の流れは力学的フェーン(図2)と考えられ、それに加えて別のフェーンの存在が考えられました。これを詳しく調査した結果、これは、空気塊が山岳地帯や平野部の大気境界層内を吹走する際に、地表面から加熱されながら、山岳の風下側に高温をもたらす現象(図3)であることがわかりました。通常の力学的フェーンの性格も併せ持ちますが、地面から加熱を受けながら空気塊が吹走する点が異なります。髙根大学院生らはこの現象を「foehn-like wind」と呼んでいます。
  • (v) このフェーンに似た、しかし物理的には異なる山越え気流は東京湾や相模湾からの海風と収束線を形成し(図1b)、相対的に冷たい海風の侵入を阻み、収束線の北側の高温を維持していました(図3)。

以上の要因の組み合わせ、特に、(iii)-(v) によって、2007年8月16日の記録的な猛暑が発生したことがわかりました。

2007年8月16日14時40分における地上気温 2007年8月16日14時40分における地上風の水平分布
図1:2007年8月16日14時40分における(a)地上気温と(b)地上風の水平分布

 

力学的フェーンの概念図
図2:力学的フェーンの概念図

 

foehn-like windの概念図
図3:foehn-like windの概念図

4.今後の予定

高根大学院生らは、現在、2011年6月24日に熊谷市で発生した39.8℃の猛暑(日本の6月の最高気温の記録を更新)についても、観測データの解析や領域気象モデルとT2K-Tsukubaを使用した数値シミュレーションによって、その原因を調査しています。

髙根大学院生を含む日下研究室のメンバーは熊谷市だけでなく、岐阜県多治見市も研究対象としています。2010年5月、筑波大学計算科学研究センターは多治見市と、共同研究の協定を結びました。多治見猛暑の実態と原因を探り、対策につなげるのがねらいです。2010年から継続的な調査を行っており、2年目となる2011年も7月から8月にかけて実地観測を行います。

観測と数値シミュレーションから猛暑のメカニズムを解明することは、暑さに対しての適切な対策を考えるために欠かせない材料となります。

5.関連情報

論文の概要|米国気象学会(AMS)
http://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/JAMC-D-10-05032.1?prevSearch=[all%3A+Takane]&searchHistoryKey=
*本文の閲覧には契約が必要です。契約者以外は概要(Abstract)のみ閲覧可能です。

6.用語解説

*1 猛暑:同じ日に岐阜県多治見市でも、日本の観測史上最高気温40.9℃を記録しました。

*2 温位:上空の乾燥空気塊を断熱的に基準圧力(ふつう1気圧)にもってきたときの空気塊の温度。ポテンシャル温度ともいう(日本気象学会編、気象科学事典)

問い合わせ先

筑波大学計算科学研究センター 准教授 日下博幸(Hiroyuki Kusaka)
筑波大学大学院生命環境科学研究科 博士後期課程2年 髙根雄也(Yuya Takane)

報道担当:
筑波大学広報室
電話029-853-2040 FAX 029-853-2014
筑波大学計算科学研究センター広報室
電話029-853-6487 FAX 029-853-6406 E-MAIL:pr [at] ccs.tsukuba.ac.jp

多国間国際研究協力事業(G8RCI)の採択について

プレスリリース

平成23年7月20日
筑波大学

印刷用PDF[195KB]

概要

ポイント

 国際的かつ分野横断的な研究課題をG8の多国間共同で実施するにあたり、各国の学術支援機関が資金を提供する「多国間国際研究協力事業(G8RCI)」が平成23年度から始まり、筑波大学計算科学研究センターの教員を研究代表者とする2つの研究グループが採択されました。

 79件の応募の中から採択されたのはわずか6件であり、このような高倍率の中で2件も採択されたことは、計算科学研究センターが国際的に高く評価されている表れといえます。

多国間国際研究協力事業について

 多国間国際研究協力事業(G8 Research Councils Initiative:G8RCI)は、国際的で分野横断的な研究に対して、G8各国の学術振興機関が協力して研究資金の提供を行い、多国間の共同研究を推進する事業です。3カ国以上の研究プロジェクトからなるコンソーシアム単位で採択するのが特徴です(図1)。

 2008年に京都で開催されたG8の学術支援機関長会議(G8-HORCs)において、多国間共同研究の支援事業の設立について提案があり、日本、カナダ、フランス、ドイツ、ロシア、イギリス、アメリカの7カ国が参加して事業を行うことになりました。各国の学術振興機関、日本学術振興会JSPS(日本)、NSERC(カナダ)、ANR(フランス)、DFG(ドイツ)、RFBR(ロシア)、RCUK(イギリス)、NSF(アメリカ)が協力して、研究資金の提供を行います。

 平成22年度から5年間にわたって3回の公募を実施する予定で、採用期間は2~3年間です。第1回(平成22年度)の公募テーマは「エクサスケール*1・コンピューティングを視野に入れた地球規模課題のための応用ソフトに関する学際的プログラム」で、79件の応募の中から6件の研究コンソーシアムが採択されました。1回の公募あたりの3年間の予算総額は、全参加学術支援機関を合わせて、およそ1000万ユーロ(約11億2000万円)です。

研究コンソーシアムの例

図1 研究コンソーシアムの例(提供:日本学術振興会)

筑波大学計算科学研究センターが関係する研究コンソーシアム

 第1回公募で採択された6件のコンソーシアムのうち2件で、筑波大学計算科学研究センターの教員を研究代表者とするプロジェクトが採択されました。佐藤三久教授(センター長)は「ECS:エクサスケール・コンピューティングによる精緻な気候シミュレーションの実現」において、朴 泰祐教授(副センター長)は「NuFuSE:エクサスケール・コンピューティングにおける核融合シミュレーション」においてです。

○ ECS:Enabling Climate Simulation at Extreme Scale
エクサスケール・コンピューティングによる精緻な気候シミュレーションの実現
研究プロジェクト代表者 佐藤三久教授(筑波大学計算科学研究センター長)

 「ECS」には日本のほか、アメリカ、フランス、ドイツ、スペイン、カナダの6カ国の研究者が参加します。エクサスケール・コンピューティングでは、超高解像度のモデルの導入や、より複雑な計算ができるようになり、より精度の高い気候変動予測が可能になります。このプロジェクトにはアメリカのBlue Waters、スペインの Marenostrum2 、ドイツのJUGENEが使用されます。日本では、京速コンピュータ「京」とTSUBAME2.0のほか、筑波大学計算科学研究センターのT2K-Tsukubaが使用されます。

 また「ECS」の国内研究プロジェクトとしては、佐藤センター長のプロジェクト以外に、東京工業大学学術国際情報センターの松岡 聡教授のプロジェクトも選ばれています。

 「ECS」は3年間で総額約125万ユーロ(約1億4000万円)の研究経費を見込んでおり、佐藤センター長のプロジェクトには日本学術振興会から3年間で約1600万円が提供される予定です。


○ NuFuSE:Nuclear Fusion Simulations at Exascale
エクサスケール・コンピューティングにおける核融合シミュレーション
研究プロジェクト代表者 朴 泰祐教授(筑波大学計算科学研究センター副センター長)

 「NuFuSE」はイギリス、ドイツ、フランス、アメリカ、ロシアを含めた6カ国の研究者らと協力して研究を行います。核融合反応は恒星のエネルギー源であり、将来のエネルギー資源として期待されています。国際熱核融合実験炉(ITER)などの大規模実験を進める上で重要となる、GT5D、GKV、MEGA、GpicMHD等*2の国内開発核融合シミュレーションコードのエクサスケールに向けた大規模並列化・高性能化を、計算工学と計算機科学の協調と、多国間協力関係の下で進めます。さらに新しい世代の並列言語による核融合シミュレーションコード開発にも挑戦します。

 これらを実現するためには、アプリケーション(計算科学)からシステム(計算機科学)への全領域において国際的な連携が必要です。具体的にはまず、アプリケーション側で各国内のコード開発を進め、システム側はそれをサポートするという国単位のローカルな形で進めます。一方で、アルゴリズム、コード、システムのレベルごとに、国際的に連携しつつ最適化を議論していくことになります。

 このプロジェクトではT2K-Tsukubaのほか、青森県六カ所村のITERマシン、核融合科学研究所のスーパーコンピュータを用います。さらにプロジェクトの後半には、筑波大学計算科学研究センターに導入される次世代スーパーコンピュータにも展開する予定です。

 「NuFuSE」は3年間で総額約175万ユーロ(約1億9600万円)の研究経費を見込んでおり、朴副センター長のプロジェクトには日本学術振興会から3年間で約2600万円が提供される予定です。

用語解説

*1 エクサスケール:エクサは1018を表し、エクサスケールのスーパーコンピュータでは1秒間に1018回の演算が可能になります。これは京速コンピュータ「京」の100倍の速さに相当します。

*2 GT5D, GKV, MEGA, GpicMHD等:核融合シミュレーションでは、磁気流体力学に基づく場のシミュレーションと粒子シミュレーションを複合的に行う必要があり、様々な手法が研究されています。これらのシミュレーションプログラムは、日本国内で研究開発が進められている国際的にも認知されているもので、どのような計算手法を用いるかがそれぞれ異なります。いずれも高精度・大規模なシミュレーションを行うべく開発が進められています。

関連情報

  日本学術振興会(JSPS)ホームページ
事業概要:http://www.jsps.go.jp/j-bottom/01_b_gaiyo.html
申請・採用状況:http://www.jsps.go.jp/j-bottom/04_b_jyoukyou.html
DFG(第1回公募事務局)ホームページ
http://www.dfg.de/en/research_funding/international_cooperation/research_collaboration/g8-initiative/
「ECS」研究課題概要:
http://www.dfg.de/download/pdf/foerderung/internationale_kooperation/g8-initiative/enabling_climate_simulation.pdf
「NuFuSE」研究課題概要:
http://www.dfg.de/download/pdf/foerderung/internationale_kooperation/g8-initiative/nuclear_fusion.pdf
「ECS」フランス研究代表者所属機関(INRIA)発表資料
http://en.inria.fr/news/news-from-inria/g8-enabling-climate-simulation
 

問い合わせ先

担当者:
佐藤三久(筑波大学計算科学研究センター教授/センター長)
朴 泰祐(筑波大学計算科学研究センター教授/副センター長)

報道担当:
筑波大学計算科学研究センター広報室
電話 029-853-6487 FAX 029-853-6406 E-mail:pr [at] ccs.tsukuba.ac.jp
筑波大学広報室
電話 029-853-2040 FAX 029-853-2014

「三好甫先生記念 計算科学シンポジウム」9/10(土)開催

三好甫先生記念 計算科学シンポジウム

初代地球シミュレータの生みの親である三好甫先生の、没後10周年を記念した計算科学シンポジウムが開催されます。スーパーコンピュータの開発あるいはユーザーとして携わった方々による講演、さらに、会場を交えた議論の場も準備されています。
これからのスーパーコンピュータの高度利用、研究開発の担い手となる若手の方々を含め、多くの皆さまのご来場をお待ちしています。

詳しくはこちらをご覧ください。

日時:2011年9月10日(土)10:00~17:20
場所:工学院大学新宿キャンパス高層棟3F アーバンテックホール

参加:8月10日(水)までに、こちらから事前申込みをお願いします。参加費は無料です。
 ※ シンポジウム終了後に、懇親会が用意されています(会費\3,000)

主催:三好甫先生記念計算科学シンポジウム実行委員会
協賛(順不同):
 (独)宇宙航空研究開発機構 研究開発本部
 筑波大学計算科学研究センター
 (独)海洋研究開発機構 地球シミュレータセンター
 (独)日本原子力研究開発機構 システム計算科学センター
 HPF推進協議会
 日本電気株式会社
 株式会社日立製作所
 富士通株式会社

講演者

◆基調講演
 山本卓眞氏:富士通(株)顧問

◆ユーザーサイドから見たこれまでの経験と将来像
 数値風洞NWT 松尾裕一氏:元 科学技術庁航空宇宙技術研究所(現 JAXA)
 計算物理学計算機CP-PACS 金谷和至氏:元 筑波大学計算物理学研究センター(現 筑波大学)
 地球シミュレータES 谷 啓二氏:元 地球シミュレータ研究開発センター(現 日本アドバンストテクノロジー(株))

◆システムサイドから見たこれまでの経験と将来像
 数値風洞NWT 北村俊明氏:元 富士通(株)(現 広島市立大)
 計算物理学計算機CP-PACS 河辺 峻氏:元 (株)日立製作所(現明星大学)
 地球シミュレータES 平野 哲氏:元 日本電気(株)(現 JAMSTEC)

展示コーナー

三好先生に関わる想い出の品、関連ハードウェア・モジュール、ポスター、設計資料、成果事例などの展示を行います。