Transcript ppOpen-MATH/MP（1/2）

分野1：UT-Heart （1/2）
マルチスケール心臓シミュレーション（久田俊明教授（東大））
• 計算力学，医学，計算機科学の専門家の協力，冠循環マ
ルチスケール解析手法によるシミュレーションコードを大
規模並列環境（T2K東大）へ展開し，冠循環の毛細管レベ
ルまでの詳細シミュレーションを世界で初めて実現
– 「京」全系システムによる生理学的に正しい心臓拍動シミュレー
ション（興奮波の心筋壁内伝搬） 8,000コア→640,000コア
• 64万細胞（1,280億自由度）：1拍に2日程度を要する
• 成果は計算科学，計算機科学分野における最高峰の国
際会議であるSC10においてTechnical Paperとして採択
– Hosoi, A., Washio, T., Okada, J., Kadooka, Y., Nakajima, K.
and Hisada, T., A Multi-Scale Heart Simulation on Massively
Parallel Computers”, ACM/IEEE Proceedings of SC10, 2010
– SC10における「特筆すべき研究事例」として紹介される
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分野1：UT-Heart （2/2）
マルチスケール心臓シミュレーション（久田俊明教授（東大））
• 細胞挙動を考慮したマルチレベルシミュレーションモデル
• 悪条件問題を安定で効率的に解くための画期的な並列前
処理付き反復法
ek
macro to micro
u , u , X  on e
k
S , g 
k
k
micro to macro
2
マルチスケール心臓シミュレーションの概念図
６４万コア
コア５
コア４
コア３
コア２
コア１
通信
１０００ コア
細胞間の直接的通信は発生しない
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第3分野：ppOpen-MATH/MP（1/2）
連成シミュレーションツール
• ppOpen-HPC（東京大学情報基盤センター）
− メニィコアに基づく計算ノードを有するポストペタスケールシステ
ムの処理能力を充分に引き出す科学技術アプリケーションの効
率的な開発，安定な実行に資する「自動チューニング機構を有
するアプリケーション開発・実行環境：ppOpen-HPC」
− 科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業（CREST）研究領
域「ポストペタスケール高性能計算に資するシステムソフトウェア
技術の創出（Post-Peta CREST）」（2011～2015年度）
− 東大（情報基盤センター，大気海洋研究所，地震研究所，大学
院新領域創成科学研究科），京都大学術情報メディアセンター，
北海道大学情報基盤センター，海洋研究開発機構
− 様々な分野の専門家によるCo-Design
− http://ppopenhpc.cc.u-tokyo.ac.jp/ppopenhpc/
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User’s Program
Framework
Appl. Dev.
ppOpen-APPL
FEM
FDMii
FVM
BEM
Math
Libraries
ppOpen-MATH
MG
ii
GRAPH
VIS
MP
ppOpen-AT
STATIC
ii
DYNAMIC
ppOpen-SYS
COMM
FTii
Automatic
Tuning (AT)
System
Software
ppOpen-HPC
Optimized Application with
Optimized ppOpen-APPL, ppOpen-MATH
DEM
第3分野：ppOpen-MATH/MP（2/2）
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連成シミュレーションツール
• FVMやFEMなど異なる離散化手法を持
つ複数モデル結合，大規模データ転送，
データ変換のための弱連成カップリング
ツール（カプラー）ppOpen-MATH/MPを
開発
• 正二十面体格子大気モデルNICAMと海
洋モデルCOCOの結合が本来の目的
– NICAM（佐藤教授（東大・大気海洋研）），
COCO（羽角教授（東大・大気海洋研））は京
コンピュータで稼働する代表的アプリ
NICAM
IO component
Icosahedral grid
ppOpenMATH/MP
COCO
Latitude-Longitude
grid
Tri-Polar
grid
• 構造＋準構造格子を結合した先駆的事例，従来のスペクトル法で
は不可であった高解像度気候シミュレーションの可能性を開く。
• 大気－海洋用カプラーを一般問題向けに拡張
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ppOpen-MATH/MP利用事例（1/2）
大気海洋連成：海表面温度内挿，海面で情報交換
COCO (Ocean: Structured)
NICAM (Atmospheric:
Semi-Unstructured)
ppOpen-MATH/MP利用事例（2/2）
連成地震シミュレーション：広域地震波動伝搬モデル（差分
法，古村教授（東大・地震研）），建造物＋周辺地盤詳細モデ
ル（有限要素法，奥田教授（東大・新領域））
Seism3D+
FrontISTR++
ppOpen-APPL/FDM
ppOpen-APPL/FEM
Velocity
ppOpen-MATH/MP
Displacement
Principal Functions
 Make a mapping table
 Convert physical variables
 Choose a timing of data
transmission
…
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連成地震シミュレーション：広域地震波動伝搬モデル（差分法
（FDM），古村教授（東大・地震研）），建造物＋周辺地盤詳細モデ
ル（有限要素法（FEM），奥田教授（東大・新領域））
2,560 nodes for FDM +
2,000 nodes for FEM = 4,560 nodes of Fujitsu FX10
(1) 地震動（FDM）シミュレーション
計算領域： 80x80x400 km
シミュレーション時間： 240 s
空間分解能： 0.1 km（規則格子）
時間分解能： 5 ms (有効周波数f<１Hz）
(2) 構造物・表層地盤振動（FEM）
計算領域： 400x400x200 m
シミュレーション時間： 60 s
空間分解能： 1 m
時間分解能： 1 ms
ppOpen-MATH/MP
（空間補間、時間補間、FDM-FEM格子のＭａｐｐｉｎｇ）
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DE-CDSE at UC Berkeley（1/4）
http://citris-uc.org/initiatives/decse/
• DE-CDSE：Designated Emphasis in Computational
Data Science and Engineering
• 理学，工学を専門とする学生にいわゆるHPC教育を行い，
CDSEを副専攻とした学位（Ph.D.）を与える
– 但しComputer Science専攻の学生も少なからず居る
– PhD in X with a Designated Emphasis in Computational
Data Science and Engineering
– 2008年～，「Data」が入ったのは最近
– HP上でもDE-CSE（Computational Science and Engineering）
と記載が混在している
• 条件は（一見）それほど厳しくない
– HPC，数値解析，データ解析等の講義を履修する（3単位）
– CSE関連分野の教員を博士論文審査委員に加える：内容重要 11
DE-CDSE at UC Berkeley（2/4）
概要（ http://citris-uc.org/initiatives/decse/ ）
• The core thesis of the DE-CSE program is that
students need training in numerical analysis, scientific
computation, and an application area.
• The DE-CSE approach is as follows:
– It operates under the assumption that there is a large,
diverse, set of students who are interested in CSE, but that it
may not be their primary core area of study.
– It targets students who may be interested in large-scale data
analysis, not just simulation.
• The DE-CSE is designed for all these students and is
open only to students who are already enrolled in a
Ph.D. program at UC Berkeley.
• Lawrence Berkeley Natl. Lab.（DOE）のスパコン使える 12
DE-CDSE at UC Berkeley（3/4）
要件等（1/2）
• Essentially, Berkeley’s DE-CSE program is meant to
build on the student’s graduate expertise in a
particular field and augment it with a focused addition
on computational science.
• The basic requirements of the DE-CSE are as follows:
– Students must have training in the following three CSE
components (all three courses must be taken for a grade):
• 1 graduate course in applied math/numerical analysis or
statistics/data analysis (Category 1)
• 1 graduate course in high performance computing (Category 2)
• 1 graduate course in an application area that utilizes the above tools
in a significant way (Category 3)
– Computer Scienceの学生にとってはこのカテゴリが「学際領域」になる
– このカテゴリのコースを各分野（理学，工学）ごとに開設する必要がある
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DE-CDSE at UC Berkeley（4/4）
要件等（2/2）
• The basic requirements of the DE-CSE are as follows
(cont.):
– Students must have a DE-CSE component in their qualifying
exam, with a DE-CSE faculty member on the exam
committee.
– Students must petition to add the DE-CSE before taking
their qualifying exam.
– At least one member of the DE-CSE faculty be on the
dissertation committee.
• http://citris-uc.org/decse-faculty/
• Horst Simon (Lawrence Berkeley National Laboratory)もAdjunct
ProfessorとしてDE-CSE facultyに参加
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参加専攻（Department）,学生数
青字：参加専攻のリストにはないが学生が在籍
イニシャルで記述されているため定かではない
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AST (Appl. Sci. & Tech.)
Astronomy
Bioengineering
Biophysics (?)
Biostatistics
Business (?)
Chemical Engineering
Chemistry
Civil & Environmental Engineering
Earth & Planetary Science
Electrical Engineering & Computer Sciences
Industrial Engineering & OR
School of Information
Integrative Biology
Materials Science & Engineering
Mathematics
Mechanical Engineering
Neuro Science (?)
Nuclear Engineering
Physics
Political Science
Psychology (?)
Statistics
Vision Science
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