スーパーサイネットを用いた大規模レー
ザ プラズマのシミュレ ション解析
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
核融合科学研究所
坂上仁志、堀内利得
摂南大学
田口俊弘
日本原子力研究開発機構関西研究所
中村龍史
平成20年2月15日

SNET利用に至った背景•

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。こ
大容量デ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。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SNETを用いることによってデ 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 シ ンを起動し 必要な画像だけを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。

•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
異機種計算機による多階層シミ レ シ 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）

関連する研究
核融合研との共同研究
核融合研と共同研究• 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超高強度レ ザ とプラズマ相互作用による高 ネルギ 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；
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）•

科研費；学術創成研究「ペタワットレーザーを用いた高エネルギー密度研究」(H.15-19年度)

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 ザ による高エネルギ 密度状態の科学」「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 LFEXの建設、クライオタ ゲットの開発と加熱実験などを行っている。（H15 20）
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 ている （H15 19）
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
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接続された なる 究機 東北大など
複数
パ
ピ
タをた大規模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れらの多機関にまたがるプ ジ クト研究( O)を支えるグリッド基盤を構築するため、 高速ネットワ 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の連携関して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との親和性、および内 構築されて る研究支援シ テ 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。

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

Dennsity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 Hydrocode (hot electron transport )2000 ncr(cf. 米国; LSPÎ Hybrid code)

PW Laser

Laser for implosion~ncrradius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高速点火統合コド（３つの異なるコ ドを連携して稼動する

Radiation-hydro. Code(PINOCO)((implosion)p)

Bulk plasma profile

Ponderomotive pressure

ILE Osaka

Collective PIC code
FISCOF1(laser plasma interaction)ｇ

DCCP

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

Data flow in FI3 systemy. (Black arrows are alreadyy
executable data flows, and gray arrows are next plan
to be considered.)FI3 and DCCP(Distributed Computing CollaborationProtocol)
Radiationhydro. Code(PINOCO)(implosion)
Energydeposition
rate

Bulkplasma
profileCollective PICcodePonderomotive
pressureBulkB
lkplasma
profile(laser plasmainteraction)

ReturnR
current (coldelectron)

Relativistic FokkerPlanck-hydro codeHotelectrondistribution function(hot electron transport)

Data flow in FI3 system.
system Black arrows are
already executable data flows, and grayarrows are next plan to be considered.

SNET ; NIFS ÅÆOsaka Univ.

FI3システムの実行環境イメージ
S
SuperSINET接続概要図
S接続概要図核融合科学研究所

クラスターマシンtsuru

大阪大学レーザーエネルギー学研究センター
４F
1000BaseT 専用ポート

ファイルサーバー
ファイルサバ
4TB (CSI受託事業; H19年３月設置)
SX-8/6A

ミニクラスターマシン
ミニクラスタマシン 専用端末（H18.11 接続）（既設; H18年度末に購入、SNETへ移設予定)

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
パッチケーブル

9:6ポート Black Diamond
10m（SC-FC) SX-GBIC （bd16cmc002)
1:1ポートパッチ盤 7/1/1
パッチケーブル
スーパーSINETル タ
SINETルータ
15m（SC-FC)

2:1ポートBlack Diamond（bd16cmc001)
6 7ポ ト
6:7ポート133.75.273.193/30
サイバーメディアセンター
サイバ
メディアセンタ
NW棟 １階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S
SuperSINET接続概要図
S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
棟

１F

Super Sinetルーター
Sinetル タ

ネットワークを２本接続（ルーティングはしない）

２F

ODINS BlackDiamond（ｂｄ１６－ｃｍｃ００１）

SNET

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
４F
（未接続）

ファイルサーバー
ファイルサバ4TB (CSI受託事業; H19年３月設置)
SX-8/6A

Alpine（Al08-ile001)
1000BaseT 専用ポート

ミニクラスターマシン
ミニクラスタマシン 専用端末（H18.11 接続）（既設; H19年度に移設予定)

利用状況と今後の予定• 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 ザ 研
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。
• 平成18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)を購入
CSI事業によって専用ファイルサ バ (4TB)を購入• 平成19年度（今年度）– 遠隔地のマシンを利用した分散処理用コードの開発、調整。
遠隔地の シンを利用した分散処理用ドの開発 調整– クラスターマシンをSNET内に移設（保留）– レーザー研所有のSXをSNETに接続（保留）– ＣＳＩ事業との連携（未実施）

まとめ• リモートシステムを連携したシミュレーションを実行する、ハードウエア およびソフトウエアの準備は揃った
ハードウエア、およびソフトウエアの準備は揃った。
• ネットワークカードの２枚刺しが認められることによって、実現の可能性が見えてくる

問題点• このプロジェクトのコアになっていた学術創成研究のプ ジ クトの アになっていた学術創成研究（代表：三間圀興）が今年度末で終了•プロジェクトメンバーの拡散•阪大ネットワーク更新が続く（現在ODINSの更新を実施
新が続在
新施中）