SNETタスク会合、2007/3/9、核融合研研究棟６階セミナー室

スーパーサイネットによるデータグリッド
DATA GRID VIA SUPER-SINET

核融合におけるマルチスケールシミュレーションの研究
矢木雅敏
九州大学応用力学研究所

発表内容
（１）背景
ITER BA
BPSI（２）九大応力研の取り組み
先端計算科学
核融合研究グリッド（３）スーパSINETの使用例

核融合計算機シミュレーションセンター
次世代グリッドコンピュータを用いて、ＩＴＥＲの燃焼プラズマ挙動、サテライトトカマクの先進定常プラズマ挙動、次世代核融合炉設計、先進材料開発等に関連するシミュレーションを実施。
ITER計画の効率的・効果的推進や核融合エネルギーの早期実現
プラズマ挙動

材料挙動

ITER
燃焼

プラズ

遠隔実

マデー

験 ：予

サテライトトカマク
先進プラ

測の確

ズマ

実
遠隔

二相熱流動

タ

グリッド
コンピュータ

認

設

タデー

予
験：

測

認の確

計算機性能：~百テラFLOPS

原型炉設

計計

変要

更件

原型炉設計

ＩＴＥＲ遠隔実験センター
ＩＴＥＲ実験施設とＩＴＥＲ遠隔実験センターを高速ネットワークで結び、遠隔地からＩＴＥＲの実験条件の設定・データ収集・解析等を行う。ＥＵと日本のセンターから６極の研究者が、時差を利用して実験及び解析を行うことが可能。

ITER実験施設センター
ITER実験施設

遠隔実験センターは、ITER実験施設
センターの実験タスクフォースが実験パラメータを提案する上で必要となる設備と同じ設備を有す。

安全性・装置の健全性の確認、運転等//
実験
条
件
設定

咍
咽咅
収集
咼
解析

ITER遠隔実験センター

ITER機構職員
ITER参加極の研究者

実
験
条
件
設定

咍
咽咅
収集
咼
解析

核燃焼プラズマ統合コード
BPSI:Burning Plasma Simulation Initiative
ITERに向けて自立性の高い核燃焼プラズマの定量的記述が必要
複数のコードを統合したシミュレーション研究「核燃焼プラズマ統合コード構想とその進展」
福山淳、矢木雅敏
J. Plasma Fusion Res. Vol.81 (2005) 747.

特色統合コード：
コアーコード(TASK)、既存のコードとのインタフェイス新しい物理モデル：時空間スケールの異なる現象を結合・階層連結型物理モデル
新しい計算手法： ネットワーク並列分散処理

先端計算科学「最先端情報基盤(Cyber Science Infrastructure:CSI)構築」プ
ロジェクト(NII)の推進
スーパSINETによるネットワーク化された研究スキーム開発
今年度内にインフラ整備は完了予定。

次年度以降

スパーSINETを用いた核融合研のスパコン利用
スーパSINETを用いたSTトカマク遠隔実験に関して実績を上げていく。

グリッドコンピューティング技術(BPSI,ITBL)
遠隔実験のノウハウ

遠隔実験基盤ソフト

ITER遠隔実験センターへフィードバック

ITER

核融合研究グリッドの構築
ITERのプロトタイプ
ST
大型シミュレーション研究用解析装置

Kyushu U.
RIAM

カデラッシュ

国際核融合エネルギー研究センター
ITER遠隔実験センター

Kyoto U.

Super SINET (10Gbps)
SINET(1Gbps)

NIFS

JAEA
U. Tokyo

大規模シミュレーション
LHD

遠隔実験・遠隔解析

SX7

SAN
ジョブサブミット
ファイル転送tsuru.nifs.ac.jp

Opteron Dual Core 2.4GHz 2way (8 node 32 core)（九州大学応用力学研究所）

toki.theory.nifs.ac.jp

1.tsuru.nifs.ac.jpにlogin
yagi@sarry01:~> ssh a0602@tsuru.nifs.ac.jpa0602@tsuru.nifs.ac.jp‘s password: xxxxxxxx
Last login: Tue Dec 12 18:36:45 2006 from snetcmp-riamgw.nifs.ac.jp
2.toki.theory.nifs.ac.jpにlogin[a0602@tsuru ~]$ ssh toki.theory.nifs.ac.jpa0602@toki.theory.nifs.ac.jp‘s password: xxxxxxxx
Last login: Tue Dec 12 17:51:15 2006 from tsurusx
3.SX7にjob投入[a0602@toki2 ~]$ cd yagi
[a0602@toki2 ~/yagi]$ cd ITG_NON24R2SX/[a0602@toki2 ITG_NON24R2SX]$ newsx3 gompi.cif
最初はgompi.cif、２度目以降はstaamain.f90を変更し再コンパイルした後、gompi2.cifを使用してjobを投入する。
4.job statusを見る。
[a0602@toki2 ITG_NON24R2SX]$ qstatr=================================================NQSII (R2.00) BATCH REQUEST HOST:osidori=================================================
REQUEST ID NAME OWNER QUEUE MEMORY ELAPSE STT ORDER66155.osidori1 ip3d.05* b0604 1n1h256 0 0 QUE 166146.osidori1 gompi.c* a0602 1n1h32 12G 440 RUN 66180.osidori1 t5.cif a0601 1n1h32 446M 307 RUN 65830.osidori1 fv8.1 ishizawa 1n5h256 9G 13993 RUN 65981.osidori1 hpf2x32* lbin 2n5h512 115G 1243 RUN 66159.osidori1 run-pre* ryu 2n5h512 0 0 QUE 1
コマンドに関しては http://www.tcsc.nifs.ac.jp/workgr/man/index.shtml を参照。

ファイル転送 tsuru.nifs.ac.jp->snetcmp-raimgw.nifs.ac.jp (sarry01.localdomain)yagi@sarry01:~/fort> cd ITG_NON24R2SXyagi@sarry01:~/fort/ITG_NON24R2SX> sftp a0602@tsuru.nifs.ac.jp
Connecting to tsuru.nifs.ac.jp...
a0602@tsuru.nifs.ac.jp's password: xxxxxxxx
sftp> cd /mdps20/a0602
sftp> get HISTORY.DAT
Fetching /mdps20/a0602/HISTORY.DAT to HISTORY.DAT/mdps20/a0602/HISTORY.DAT 100% 4259KB 1.4MB/s 00:03
sftp> get PROFILE.DAT Fetching /mdps20/a0602/PROFILE.DAT to PROFILE.DAT/mdps20/a0602/PROFILE.DAT 100% 239MB 1.6MB/s 02:34
sftp> quityagi@sarry01:~/fort/ITG_NON24R2SX> cd PLOT2
yagi@sarry01:~/fort/ITG_NON24R2SX/PLOT2> makepgf90 -fast -byteswapio -c nrtype.f90
pgf90 -fast -byteswapio -c graph.f90
pgf90 -fast -byteswapio -c main.f90
pgf90 -fast -byteswapio -c arrayallocg.f90
pgf90 -fast -byteswapio -c profile.f90
pgf90 -fast -byteswapio -c history.f90
pgf90 -fast -byteswapio -c cont.f90
pgf90 -fast -byteswapio -c spctl2.f90
pgf90 -fast -byteswapio -c Argbfunc.f90
pgf90 -fast -byteswapio -c swap.f90
pgf90 -fast -byteswapio -c contl.f90
pgf90 -fast -byteswapio -c chi.f90
pgf90 nrtype.o graph.o main.o arrayallocg.o profile.o history.o cont.o spctl2.o
Argbfunc.o swap.o contl.o chi.o -fast -byteswapio -L/usr/local/lib -lgsp-pgf64 -lgdumpgf64 -L/usr/X11R6/lib64 -lX11 -lm -o plotyagi@sarry01:~/fort/ITG_NON24R2SX/PLOT2> ./plot磁場配位
反転磁気シア配位
Safety factor

2q(r) = qmin + C2 (r2 − rmin)2

ただし、rmin = 0.6q2+C3 (r2 − rmin)33
2.8
2.6
2.4
2.22qmin = 1.35

1.8

C2 = 4.66

1.4

C3 = −0.987

1.6
1.2
00.2

0.4

0.6

0.8

1r
Garbet X, Bourdelle C Hoang G T et al. 2001 Phys. Plasmas 8 2798.

熱源項
２種の熱源項についてシミュレーションを行った。
2(1−2r)−3S1 (r) = 8.0 × 10
(1 − rs2 )2!

8.0 × 10r
S2 (r) =exp−
(1 − rs2 )22σ 2−32"

ただし、 rs = 0.6
σ 2 = 0.136658

0Fluctuating internal energy

結果内部エネルギー揺動の時間発展

case S1
10-2
10-4
10-6-81010-1010-12
10-14
10-16

( 1/ 0)( 4/ 3)( 7/ 4)(11/ 7)(30/20)(29/20)(68/50)(70/50)(28/20)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120t

• t~50に(30,20),(68,50)等の揺動がr~0.4,r~0.6付近でそれぞれ不安定化し、線形成長を始める。

• 非線形相互作用により(7,4)(4,3)(11,7)等のlow(m,n)モードが強く励起され、グローバルな構造の変化をもたらす。

結果

輸送障壁の形成と崩壊

case S1(7,4) (11,7)‣ t~60からr~0.6近傍で急峻な(68,50)

温度勾配が形成される。

1‣ しかしt~96で障壁は崩壊し、(70,50)0.8

r>0.6で温度が急激に上昇する。

Ti0.6
t=60t=70t=80t=90t=100t=110
t=120t=130
t=1400.4
0.2
000.20.4
r

0.60.81(4,3)は非共鳴モード‣ その後、r~0.3で勾配が成長する。

‣ 障壁が形成される位置は左図に示すモードの有理面とほぼ一致している。

結果

輸送障壁の崩壊プロセス

case S10.005

2.00.004
t=85
t=90t=91
t=92
t=93t=94
t=95
t=96!

0.003
0.002
0.001
00.2

0.3

0.4

0.5

r

0.60.7

^
!

1.5
t=85
t=90
t=91
t=92
t=93t=94
t=95
t=96

1.00.500.2

0.80.012

0.3

0.40.5r0.60.7

0.8

2.00.010!

0.008

t=96.0t=96.1t=96.2t=96.3t=96.4t=96.5t=96.6t=96.7

0.006
0.004
0.002
00.2

0.3

0.4

0.5

r

0.6

0.7

0.8

^!

1.5
t=96.0t=96.1t=96.2t=96.3t=96.4t=96.5t=96.6t=96.7

1.0
0.5
00.2

0.3

0.4

0.5

r

0.6

0.70.8• 飽和直後に形成される厚い障壁がt<92まで存在。
• その後弱い輸送障壁がr~0.68に形成されアバランチと共に緩和。

結果

温度勾配の緩和と準周期的熱輸送

case S1
0.012

0.012

r=0.5
r=0.7

ITB collapse

0.010

0.0100.008
Heat flux

0.008

0.006

0.006

T~3.5

0.004

0.004

{

Heat flux

r=0.5
r=0.7

{

T~4.70.002

080

850.002

90t

95

100

0130

135140t

145150• 熱流束は輸送障壁崩壊前後でr=0.6の両側とも大きく変化する。

まとめ

スーパーSINET経由で応用力学研究所のPCクラスターとSX7を接続。
tsuruとsnetcmp-raimgwの間でファイル転送し、可視化はPCクラスター上で実行。
今後の課題データ転送の自動化。
Real timeでの可視化。