スーパーサイネットを用いた大規模レーザープラズマのシミュレーション解析
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター
長友英夫、三間圀興、西原功修、城崎知至、中村龍史
核融合科学研究所
坂上仁志、堀内利得
摂南大学
田口俊弘
平成１９年３月９日<<関連共同研究>>
大型シミュレーション共同研究 ；「超高強度レーザーとプラズマ相互作用による高エネルギー粒子生成と輸送」（代表：西原功修）「高速点火核融合の計算機シミュレーションによる研究 」（代表：三間圀興）
一般共同研究；「高エネルギー密度レーザープラズマの理論研究」（代表：三間圀興）SNET利用に至った背景（１）•

核融合研のプラズマシミュレーターを利用する場合、実際には出力された大容量データの転送がネックとなってその能力を十分に活用できない。
（例） ２次元PICコード、ハイブリッドコード
２次元輻射流体コード
２次元Fokker-Planckコード

40-80GB
10-20GB30-40GB

このため、遠隔地にある超大型計算機より、近くに大型計算機がメインマシンとなっている。
⇒SNETを用いることによってデータ転送の時間が大幅に短縮化される。
⇒セキュリティの高いネットワークに直接接続できることによって遠隔地で可視化アプリケーションを起動し、必要な画像だけを直接閲覧、転送すればよいので、研究の利便性が格段に向上する。

レーザープラズマにおける大規模シミュレーション例
Fokker-Planckシミュレーション

Density輻射流体シミュレーション

ALE radiation-hydro code

104 ncr

Collective PIC code
(Laser plasma interaction)

粒子シミュレーション

Relativistic Fokker-Planck Hydro
code (hot electron transport )(cf. 米国; LSPÎ Hybrid code)

2000 ncr
PW Laser

Laser for implosion~ncrradius

SNET利用に至った背景（2）• グリッドを利用したレーザープラズマシミュレーション
コードの開発を行いネットワークを介した大規模シミュレーションの協調実行を実施してきた。
– 異機種計算機による多階層シミュレーション– 計算機の負荷状況に応じて計算機の分散処理を制御する
シミュレーションコード
（計算機、ネットワーク環境上実施可能か検討する）

遠隔地のマシン間で協調シミュレーションを行う例

高速点火統合コード（３つの異なるコードを連携して稼動する

Bulk plasma profile

Radiation-hydro. Code(PINOCO)(implosion)

Collective PIC code
FISCOF1(laser plasma interaction)ｇlkBuon

ileofiti
osprpdeasmyrgp lae
EnDCCPteraRe(co turncldele urre
ctr nton)Ho
dis t eletri ctrbu
tio onnfunction

Ponderomotive pressure

Relativistic Fokker-Planck-hydro code
(hot electron transport)

Data flow in FI3 system. (Black arrows are already executabledata flows, and gray arrows are next plan to be considered.)ILE Osaka遠隔地のマシン間で協調シミュレーションを行う例

計算機の負荷を考慮しながら分散処理をする
SX5

ILE Osaka

SX7

1. Initial
decomposition

4. Decomposition
for SX5-SX7 in the
exclusive usage mode

2. Voronoy
decomposition.
Start point for
MD simulation

5. Decomposition
for SX5- SX7 loaded
by other users

3. Decomposition
for overloaded SX5and SX7 low loaded
by other users

5. Vx- velocity mapof two colliding bodies

核融合研＜－＞レーザーエネルギー学研究センター 接続概要図

１階 パッチパネル

２階 パッチパネルパッチ盤 7/1/1
パッチケーブルスーパー
SINETルータ
15m（SC-FC)

パッチケーブル

9:6ポート10m（SC-FC)

SX-GBICBlack Diamond（bd16-cmc002)
1:1ポート
2:1ポートBlack Diamond（bd16-cmc001)

133.75.273.193/30
サイバーメディアセンター NW棟 １階

6:7ポートサイバーメディアセンター NW棟 ２階
VLAN（VID:787)
VLAN名（ile787)
1:1ポート133.75.8.32/27

L3SW
Cat3560

パッチケーブル 6:2ポート
3m（SFP-SC)

SX-GBIC

Alpine（al08-ile001)

133.75.273.194/30
レーザーエネルギー学研究センター研究棟 ４階

大阪大学レーザーエネルギー学研究センターにおけるSuperSINET接続概要図
大阪大学サイバーメディアセンター
入出力棟

SNET

１F

Super Sinetルーター

２F

ODINS BlackDiamond（ｂｄ１６－ｃｍｃ００１）
既存光ケーブル（VLAN)

大阪大学
レーザーエネルギー学研究センター
研究棟

ミニクラスターマシン（既設; H19年度に移設予定)

４F

Alpine（Al08-ile001)
1000BaseT 専用ポート

専用端末（H18.11 接続）
ファイルサーバー
4TB (CSI受託事業; H18年度設置予定)

ｅ－サイエンス研究分野の振興を支援するＣＳＩ委託事業「高出力レーザーによる高エネルギー密度状態の科学」①レーザー核融合研究： 核融合科学研究所との双方向型共同研究として、コンパクトなレーザー核融合炉の実現に向けた新方式レーザー核融合「高速点火」の原理実証実験計画（FIREX）第１期に着手し、加熱用レーザーLFEXの建設、クライオターゲットの開発と加熱実験などを行っている。（H15-20）
次世代半導体リソグラフィー用極端紫外（EUV）光源の開発研究： 本研究は、文科省リーディングプロジェクト「極端紫外（EUV）光源開発等の先進半導体製造技術の実用化」として、１２大学、３研究機関、ならびに経産省のプロジェクトEUVAとの連携共同研究により、EUV光源物理の解明と最適条件などの実用化の指針を与える研究を行っている。（H15-19）③ ペタワットレーザー(PW)駆動単色量子ビームの科学： 本研究は、原子力機構関西研との連携融合研究として、PWレーザーを集光照射することにより発生する広波長領域の電磁波、及び種々の高エネルギー粒子ビームの高輝度単色化と発生物理の研究を行っている。（H18-２２）④ レーザー宇宙物理研究： 本研究は、国立天文台などとの連携により、宇宙物理の検証実験などを計画している。今年度は、複数の予備的な共同実験を行う。（H19-23）⑤ GRIDを用いた大規模シミュレーション手法の開発：本研究では、上記研究課題①、②に関連して行っている
高速ネットワークで接続された異なる研究機関（東北大など）の複数のスーパーコンピュータを用いた大規模シミュレーション手法の開発とそれを用いた「高速点火」、「EUV光源」、「Worm Dense Matter(WDM)」に関する物理研究を行っている。
これらの多機関にまたがるプロジェクト研究(VO)を支えるグリッド基盤を構築するため、1．高速ネットワークで接続されたスーパーコンピュータを用いた大規模シミュレーション（分子動力学(阪大―東北大)、および多階層複数プログラム(阪大―核融合科研）) をNAREGIミドルウエアにより試行し、問題点を明らかにする。2．既存のRDBをベースにした実験データベース（DB）を将来XML－DBと連携させることを考慮し、既存DBとXML-DBの連携に関してNAREGI－DATA GRIDとの親和性、およびLAN内に構築されている研究支援システムとNAREGI－PSEとのシームレスな連携の可能性の調査・検証を行う。

まとめ• 大規模シミュレーションの計算結果データ転送、ポストプロセス作業などの効率化のために核融合科研と阪大レーザー研間に高速ネットワーク接続が必要となっていた。
• 今年度；– １１月に回線接続– CSI事業によって専用ファイルサーバー(4TB)を設置• 来年度– クラスターマシンをSNET内に移設– 遠隔地のマシンを利用した分散処理の実施
単にデータ転送に止まらず、双方のマシンによる遠隔地での分散処理についてコードについてはほぼ準備が整った。
– ＣＳＩ事業との連携