J. Plasma Fusion Res. Vol.87, No.3 (2011)２２２‐２２９研究技術ノート

大規模シミュレーションを中心に据えた遠隔研究システム!
菅 原 章 博，岸 本 泰 明
京都大学大学院エネルギー科学研究科（論文受付：２０１０年１１月９日／論文受理：２０１１年２月１日）

近年，理工学分野における大規模シミュレーションの重要性はますます高まっている．このような状況を受け，我々は，大規模シミュレーションを中心に据え，地域的・分野的に分散した研究者が共同で研究を推進するシステム"SIMON (SImulation MONitoring) system"［１］を開発している．本システムは，スーパーコンピュータ上で起動しているシミュレーションコード（クライアント）が，その実行中に，データ解析や可視化，Web 配信等の依頼情報を外部計算機（サーバ）に送り，これを受けたサーバが依頼情報に従って自動的に処理を行うクライアント・サーバモデルに基づくものである．
本論文では，システムのネットワーク接続における信頼性を高めるために，SSH の login shell を動的に構築する方法や，パスワードを複数の暗号化によって変換する方法を導入し，セキュリティレベルの向上を図った．
また，Web 上での効率的な解析環境を構築するため，可視化アプリケーションの持つ機能を目的に応じて階層化する手法を考案した．そして，これらの機能を有した本システムを大規模シミュレーション研究に導入し，その有効性・有用性を検証した．
Keywords:
large scale simulation, remote collaboration, simulation monitoring, update processing, trigger method,hierarchical visualization, network security

１．はじめにレーションの途中経過を配信するシステムである．このシ近年，様々の物理現象を高い精度で予測できるシミュ

ミュレーションモニタリングは，研究者が実時間で向きレーション研究が，多くの科学・技術プロジェクトや基礎合って解析を行う「リアルタイムモニタリング」［３‐５］と研究分野で重要な役割を果たしている．これは，計算機性は異なった概念によって行われる．それは，長時間を要す能が日増しに向上し，また，様々な先進的な数値アルゴリる大規模シミュレーションの進行状況や最新結果を研究者

ズムや並列計算手法が進展していることからもわかる．しにとって最適な時間間隔で更新・入手する方法であり，かし，このような計算機性能や計算手法の進展だけでは，我々はこれを「アップデート処理」と呼んでいる．また，本シミュレーション研究を成功に導くことはできない．近年

システムの起動やトラブルがシミュレーションの実行そのの大規模シミュレーションは，装置を用いた大規模実験にものに影響しないよう，「トリガー送信手法」と名付けた，近く，膨大なデータから目的に適った現象を見出すのは研アップデート処理に関する依頼情報だけをシミュレーショ

究者個人というよりは，研究グループの総合的な能力によンが発行する手法を開発し，これによってシミュレーショるところが大きい．大規模な実験では，多くの研究者・技ンの実行と研究活動という異なった時間スケールにおける術者が様々な役割分担の下に研究に参画することで目標が動作の連動を図った．

達成される．同様に，シミュレーション研究でも，計画のまた，可視化アプリケーションの機能を利用者のニーズ立案やシミュレーションの実行，データ処理や画像解析に従って階層的に分割し，Web の持つ相互通信機能と融合等，すべてを一人の研究者が行うには困難であり，研究グさせることで効率的な可視化環境を構築する．これによっループとしての取り組みが不可欠になる．てシミュレーション結果を共同研究者が OS 環境等に依存

この視点に基づいて，我々は，大規模シミュレーションせず，同等の可視化環境で閲覧することができる．

を中心に据え，容易に入手可能で標準的な可視化技術や一方，本システムは，クライアント・サーバ間で密接にネットワーク技術を応用し，多くの共同研究者が時間と場情報交換を行うため，セキュリティに格段の配慮が要求さ所を選ばず密接に連携を図りながらシミュレーション研究れる．このため，本システムでは，SSH と Expect コマンドに 参 加 で き る シ ス テ ム SIMON（SImulation MONitor-を利用して動的な接続を行う一方，接続の際に要求されるing）system を考案した［１，２］．これは，大規模シミュレー

パスワードは，RSA 暗号［６］，乱数，換字式を組み合わせたションのモニタリングに主眼を置き，Web を用いてシミュ独自の方式で暗号化する方法を考案した．

Remote Collaboration System Based on Large Scale Simulation II
SUGAHARA Akihiro and KISHIMOTO Yasuaki
authors’ e-mail: sugahara@center.iae.kyoto-u.ac.jp and kishimoto@energy.kyoto-u.ac.jp

２２２!2011 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion ResearchResearch and Technology Note

Remote Collaboration System Based on Large Scale Simulation IIA. Sugahara and Y. Kishimoto

２章では SIMON システムの概要を解説し，３章では，直接組み込んでシミュレーション実行中に解析作業を行う

大学・研究機関におけるネットワーク環境を考慮したセリアルタイム可視化とは基本的に異なった概念である．実

キュリティ強化型のトリガー送信手法の導入経緯やその内際，数時間から数１０時間，数日から数カ月に及ぶ大規模シ容を述べる．また Website からの再描画や，可視化アプリ

ミュレーションでは，これらの解析作業をリアルタイムでケーションの起動，可視化シナリオの構築等，可視化を階行う意味はなく，シミュレーションが進行する典型的な時層的に取り扱う方法について４章で解説する．５章では，間スケールと連動した適切な時間間隔で行うことが重要で本システムを大規模シミュレーション研究に導入し，そのある．SIMON は，シミュレーションから送信されるトリ際に現出した問題点とその解決方法等について述べる．６

ガーのタイミングを調整することでこれを実現する．ま章ではまとめと今後の課題について議論する．

た，同様のタイミングで解析・可視化結果を Web Serverによって配信することで（図１中右側），地域的に分散し２．SIMON システムの概要た共同研究者への情報共有を図り，大規模シミュレーショ

SIMON は，１章でも述べたように，シミュレーションのン全体の最適化・効率化を図る．

実行中にデータ転送や解析，可視化作業などの依頼を外部
SIMON-Server が対になってシミュレーションの実行から

３．SIMON-Client・SIMON-Server 間のセキュリ
ティ

解析までを遠隔環境で行う「クライアント・サーバモデ

トリガー 送 信 を 行 う 際 のクライアント（SIMON-Client）

ル」を用いて制御するシステムである．図１は SIMON でからサーバ（SIMON-Server）へのアクセスや，SIMON-構成されたシミュレーション研究環境を模式的に示したもServer から計算機へのファイル転送等の通信は SSH で行のである（参考文献［１］の図３参照）．大型計算機（図１中う．これは，現在の各大学・研究機関におけるセキュリの Super Computer）で実行されている SIMON-Client を組ティポリシーに対応するためであり，従来の計算機の接続み込まれたシミュレーションコードは，指定されたタイミ方法と同じ方法を利用することで特殊な許可を求めること

ン グ で 外 部 計 算 機 に「依 頼」（図１中 の Trigger）を 行なく SIMON システムが利用できるように考慮した．当初

う．この際，「依頼」はシミュレーションの実行に影響をは，TCP/IP の SOCKET を用いたデータ通信を利用する手与えないトリガー送信手法で行い，依頼を受けた SIMON-法も検討したが，いずれの大学・研究機関も一般的に必要

Server はデータ転送（図１中の Data transfer）や，そのとされる PORT 以外は開放を認めない場合が多いため，現データを基にした解析・画像処理（図１中の Simulation

在はこの方法を採用していない．

計算機に送る SIMON-Client と，その依頼内容を実行する

data から Visual data への工程）などを自動的に実行する．

一方で，ポートを固定した SSH による接続方法はセキュ

この一連の動作は，「依頼」のタイミングと連動した擬リティに対して解決すべき課題が存在する．SIMON は動似的なリアルタイムで行われ，一般的に呼ばれる「リアル的な自動接続が必要であり，手法として２種類の方法が考タイム処理」や，シミュレーションの終了後に行う「ポスえられる．一つは，SIMON-Server と SIMON- Client の間のト処理」とは区別して「アップデート処理」と呼んでいる

接続許可を設定し，常時，パスワードを必要としない login［１］．これは，本体プログラムに画像処理等のルーチンをのアクセス方法が考えられる＊１．しかし，この場合，SI-

図１

SIMON システム概要図．

＊１ 一般的には，Non Password SSH Login と呼ばれる手法やパスフレーズをメモリ上に記憶させる ssh-agent を利用する手法がある．

２２３

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.87, No.3 March 2011

MON システムが利用する以外にも設定が有効になってしティホールはないと判断している．

まい，SIMON-Server を設定する外部計算機とコードを運

４．可視化の階層化用する計算機のどちらか一方でもパスワードが盗まれた場
合などに被害の拡大する恐れがあり，運用方法として好ま２章で説明したように，SIMON は，シミュレーションのしくない．したがって，ここでは次に述べる２つ目の方法

実 行 に 影 響 を 与 え る こ と な く 外 部 計 算 機（SIMON-を選択する．

Server）で自動的に可視化作業を行うことができる．しかそれは，SIMON システム内で，パスワードを含んだ Ex-し，そのためには，基本データの他にいくつかの制御パラ

pect スクリプトを動的に作成し，これを実行することにメータが必要になる．例えば１次元グラフを作成するによって計算機へのアクセスを行う方法である．この場合，は，縦軸・横軸の最大値・最小値等のパラメータが，２次パスワードのファイル保存が必要であるが，一般的にパス元・３次元の可視化で等値面表示やベクトル表示を行う場ワードをファイル等の媒体に保存すべきではない．このた合には更に多くのパラメータが必要になる．自動可視化をめ，SIMON では，パスワード文字をそのままファイルに保行う場合，状況に応じて経験的に設定することもできる存するのではなく，パスワード文字に SIMON 特有の暗号が，新しい現象の発見をめざしたシミュレーションでは，化を行い，利用直前に復元して接続する方法を採用していこれらパラメータを予想することは困難である．これは，る．これにより，信頼性の高いセキュリティが保証される．

可視化アプリケーションを起動してインタラクティブな環

以下に SIMON システムにおけるパスワードの暗号化およ

境で可視化作業を行えば克服できる問題である．これらのび復号化について解説する．

問題に対して柔軟に対応するため，我々は可視化アプリ

現在，暗号化は共通鍵暗号方式（秘密鍵暗号方式）と公ケーションの機能と Web の持つ相互通信機能を合わせる

開鍵暗号方式の２種類が主流であり，安全性や高速性，ことで，ユーザの利用環境に応じた可視化機能の構築を試

様々な用途等によって使い分けられる．前者の方式で有名みた．以下に，可視化作業の役割を階層別に述べる．

な の は DES 暗 号 で あ り，後 者 の 方 式 は RSA 暗 号 で あ

４．
１ 第１階層「基本解析階層」

る．SIMON では RSA 方式の基本的な機能を利用する．以

第１階層はトリガー送信によって行われる画像や動画の下は，暗号化（（１）式：平文 m を c に暗号化）および復号作成，表示のためのフォーマティング（Web ページの設化（（２）式：暗号文字 c を平文 m に復号化）に用いられる定）を行うものであり，これを「基本解析階層」とする．

式である．

ユーザは事前に予測した可視化パラメータを SIMON 専用
c＝me（mod n）（１）

m＝cd（mod n）（２）のインプットファイルに記入しておく．この際，各項目を空白指定することで可視化アプリケーションの持つ自動スケーラビリティ機能を利用して，有限数値を表示すること一般的な RSA 暗号化では，e に６５５３７（＝216+1）を利用は可能である．
この結果については Web Browser から確認することがしているのに対して，SIMONでは複数の e を導入する．つまり，−1eに対応した n（＝p×q）
やd（＝e （mod（p−1）（q−1））：p，できる．利用する HTML（本システムでは Perl によって作q は素数）も合わせて用意し，それらをユーザは暗号化パ成）は，文字，画像，動画といった異なるデータを容易にスワードの作成の際に選択できるようにした．また，このリンクすることが可能であり，導入予定のデータベースに他に，暗号化は文字（英数字（６２文字）・特殊文字（３０文ついても一般的に相性が良いとされている．

字））の換字による数値化および乱数によるスライド等をまた，情報共有を目的としているため，シミュレーショ行っている．乱数の導入は，一般的に暗号化にとって惰弱ン結果を Web 上に公開しているが，Website 閲覧や可視化とされる文字（１文字だけもしくは，同一文字）からの解処理の Web Server に掛かる負荷等を考慮し，研究プロ読を防ぐためである．

ジェクトの規模は多くとも１００人以下を想定している．こまた，これら暗号化・復号化プログラムにおいては，セのため，閲覧に必要な ID とパスワードの配布 や，Webキュリティホールの有無を確認するため，オーバーフロー

Server の設定によって Website への接続制限を設けて対応等による調査を行った．プログラムは異なる言語の結合にしている．

よって構成されているため，変数引き渡しの都合上，取り４．
２ 第２階層「Web 解析階層」

扱うパスワード文字を４０字以内としている．暗号化の際，可視化アプリケーションの持つインタラクティブ性を発対象とする文字が既定の４０字を超えていると，暗号化プロ揮するため，Web Browser から可視化パラメータを変更すグラムが起動する前に強制的に停止する仕様となっているる機能を持たせ，画像の再描画等を行えるようにする．こため，基本的にはバッファオーバーラン等の誤作動は起きの機能を「Web 解析階層」とする．Web 解析階層ではグラない．また，復号化の際には４０文字以上の暗号化パスワー

フの各軸における最大値・最小値の設定やタイトルの追記ド（本システムにおいて復号可能な４０文字以上の暗号化文等，一般的に変更する必要が多いパラメータについて操作字は存在しない）を与えると文字数を確認するルーチン内できるようにした．図２はWeb解析階層によって画像を再で復号化対象から外れ，正しく復号できずにトリガー送信描画させた例である．例えば，図２右上で示すグラフでは，に失敗する手続きと同様の動作を行うことを確認した．以シミュレーション実行前に縦軸・横軸の最大値・最小値を上の評価結果から暗号化・復号化プログラムのセキュリ予想して描画した．しかし，このグラフから現象を十分に
２２４

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把握することは困難である．そこで図２左上のように，空ションと合わせれば，使い慣れた環境で解析作業を行うこ欄だった各項目（縦軸，横軸の最大値や最小値や，X 軸のとができる．この他にも，ユーザは X window system の環

log スケールおよび各タイトル）を埋めることで（図２左境を整えることで，可視化アプリケーションを遠隔利用す下），図２右下に示すような詳細なグラフを作成することる こ と が で き る．ま た，Paraview［７］の よ う な Client-ができる．

Server 機能を有するアプリケーションを起動することで一方，シミュレーション研究では，複数の入力パラメー状況に応じた解析作業を行うことができる．このようにSI-タに対するシミュレーション結果の解析を行う場合や，一MON は，Web 上からの可視化アプリケーション起動をつのシミュレーション結果に対して複数の解析コードを用「詳細解析階層」としてサポートしている．なお，現在，いて解析を行う場合がよくある．このような場合には，可「詳細解析階層」での対応可能な可視化アプリケーション

視化パラメータを統一して結果を比較・検討しなければな

は，Gnuplot と Paraview である．ただし，マクロ処理が可らない．通常，この種の問題に対応するため，可視化アプ能であり，かつ，UNIX OS 対応の可視化アプリケーションリケーションにはマクロ機能が搭載されており，この機能であれば本システムへの導入は可能である．

を用いて作業効率を向上させることができる．本システム

５．SIMON システム導入の手順と留意点

でも，可視化の制御パラメータや工程を Visualization ファイルとして保存することで（シナリオ化），可視化アプリ

ここでは，これまでに概説した SIMON システムをシケーションの持つマクロ機能と同様の効果を引き出していミュレーション研究に適用した例について述べる．シミュる．また，シナリオ化された Visualization ファイルは Web

レーションコードには，高強度レーザーと物質との相互作上で選択することが可能であり，共同研究者による共同作用などの研究をするための実空間三次元の相対論的粒子業を行うこともできる．

コード：EPIC3D［８］を使用する．またハードウェア環境

４．
３ 第３階層「詳細解析階層」

は，大型並列計算機・T2K（京都大学学術情報メディアセ前章で述べたように，Web 解析階層では Web Browser

ンター）［９，１０］と SIMON-Server を 設 置 し た Linux の PC

から可視化結果の再描画が可能である．しかし，更に細密を用いる．いずれの計算機も学内に設置されているが，な画像を作成する必要がある場合や３次元描画における視ネットワークはグローバルアドレスを持ち，学外からでも点の変更などは，Web 解析階層における再描画機能では対接続が可能である．

応しにくい．また，端末 PC の計算能力が向上している昨５．
１ SIMON-Client の導入

今，可視化アプリケーションをエンドユーザ側で直接扱っ

SIMON-Client は，Fortran サブルーチン（ライブラリ：た方がよい状況も考えられる．このような場合を考慮しlibSIMON.a）の形で提供する．そのため，シミュレーショて，SIMON では出力データと各アプリケーション対応のンコードのメインソースに SIMON-Client ルーチンの呼びマクロファイルを Web Browser からダウンロードできる出し文（CALL SIMONsystem̲＊＊＊＊）を挿入し，ソーようにしており，端末 PC で起動する可視化アプリケースのコンパイル時にライブラリを指定するだけで導入できる．また，最新システムで用意されている SIMON-Clientの各ルーチンは，表１のとおりである．ユーザは状況に応じて，これらルーチンを使い分けることができる．図３は，メインソースに対して SIMON-Client ルーチンの呼び出しを挿入した一例である．
（図３中１５行目が時系列データの可視化に関するルーチン"SIMONsystem̲plot"の挿入例および２５行目がスナップデータの転送・可視化に関するルーチン"SIMONsystem̲snap"の挿入例）
また，導入するシミュレーションコードが MPI（Message Passing Interface）対応の場合，SIMON ルーチンは１CPU で実行されなければならないため，図３中の２行目から４行目に示したような MPI 関数を用いた計算 CPU の番号付けおよび図３中の９行目で示したような計算 CPU によって動作を限定することにより（図３においては，計算CPU に割り振った番号が０番であった場合のみ，SIMON
表１

図２

SIMON-Client ルーチン．

SIMON ルーチン名
SIMONsystem̲init
SIMONsystem̲plotSIMONsystem̲snap
SIMONsystem̲anim

Web 解析階層における可視化の一例．

２２５

用途
SIMON 利用の初期設定：必須
時系列データの可視化
スナップデータの転送・可視化
アニメーション作成

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Client は Expect スクリプトを二つ作成し，トリガーの二段送信を行う．スクリプトの一つは，プライベート IP アドレスを使って計算 CPU から Front CPU へのトリガー送信を行うものであり，もう一つは，グローバル IP アドレスを使って外部計算機へのトリガー送信を行うスクリプトである．ただし，SIMON-Serverから実行するデータ転送は，上記のような２段実行に対応していないため，NFS 等のファイル共有設定により Front CPU からデータ格納位置が特定できなければならない．
５．
３ データ出力タイミングへの適応シミュレーションコードにおける出力データ作成のタイミングは，図５に示すような３つのタイプが一般的に考えられる．図５中の Type A は一般的なファイルの出力方法を示し，計算ループが終わると密度や温度等の変数別にファイルが出力される．この場合，解析作業が行いやすい
一方，ファイル数が膨大になる．図５中の Type B は，計算ループ毎に一つ の フ ァ イ ル が 出 力 さ れ る 方 法 で あ り，Type A と比べるとファイル数が軽減する．しかし，解析作業の際には Filter 等でファイルを分割する必要がある．
図５中の Type C は，並列計算機で実行するシミュレーションコードによく見られるデータ出力方法であり，並列書き出しの観点から有効である．
Type A や Type B は計算ループが終了すると一定の間隔
図３

プログラムソースへの SIMON-Client 導入例．

ルーチンが実行するよう プ ロ グ ラ ミ ン グ さ れ ている），SIMON-Client ルーチンの実行を制限する必要がある．
５．
２ 並列計算機におけるトリガー送信
並列計算機で SIMON-Client を起動する場合，トリガー送信は外部計算機にアクセスできない可能性が高い．これは計算を行う CPU（計算 CPU：図４中の CPU 1〜n）がプ
ライベート IP アドレスを使用しており，外部計算機への接続を考慮していないためである．しかし，このような計算機では，通常，グローバル IP アドレスを持った Front CPUが設定されており，計算機を利用する際，ユーザはこのFront CPU に接続する．したがって，ト リ ガ ー も Front
CPU を介して外部計算機に送信するように構築した．
並列計算機は，通常，MPI で複数の CPU が協調動作を行うよう設定されている．この際のネットワーク構成は MPI構築上（例えば MPICH［１１］で構築した場合），プライベー
ト IP アドレスと RSH，もしくは SSH のようなシェルコマンドでリングを構築している．（図４）．この特徴を利用して，並列計算機上でトリガー送信を行う場合，SIMON-

図４

並列計算機におけるトリガー送信．

図５２２６

シミュレーションコードにおけるファイル出力形式．

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Remote Collaboration System Based on Large Scale Simulation II

で計算結果をファイルに出力し，以後，ファイルは追記さA. Sugahara and Y. Kishimoto

た場合を含むれることなく書き込みを終了する．この場合，SIMON は，B ）SIMON 専用インプットファイルの有無作成されたファイルを転送し，可視化作業等を行うことがC ）SIMON 専用インプットファイルの作成ミス（トリできるため，シミュレーションの疑似的なモニタリングをガー情報：Server および Client のユーザ名やパス行うことができる．ただし，シミュレーション実行中におワード，ホスト情報等）

いて，write 文（ファイルへの書き込み命令）を実行したにD ）SIMON 専用インプットファイルの作成ミス（可視もかかわらず，メモリ内にデータを保存したままで，ディ化情報：データ保存位置（ディレクトリ）や，格子スクへの書き込みが完了していないか，あるいは，書き出サイズ，可視化パラメータ等）しが行われていない状況が実際に確認されている．この場E ）ファイル出力形式 Type C におけるファイル作成時

合，ファイル作成の完了を待たずにトリガー送信を行ってにおけるオーバーフロー

ファイル転送を開始してしまう可能 性 が あ る た め，SIMON 内では，Fortran ライブラリとして用意された flush

実行した結果，仮定した A），B），C）のトラブルについを呼び出すことでこの問題に対応している．ただし，実行ては，トリガー送信が正常に行われないが，シミュレー環境によっては，稀に flush の呼び出しだけでは不十分なションの実行が停止することはなかった．また，シミュ可能性が残されているが，現在，この問題には対応していレーションは正常に終了したため，解析に必要なファイルない．また，ファイル出力形式が Type A や Type B であるはすべて出力された．したがって，シミュレーション終了

場合，システム導入には，図３中２５行目に書かれたような後に，再度，正常な環境下で手動によるトリガー送信＊２をSIMONsystem̲snap における各引数（i̲time, SIMONS行うと，シミュレーション結果のWeb配信等が正常に行わ等）の設定は必要ない．この場合，ファイル名やタイミンれることを確認した．

グの指定はすべて SIMON 専用インプットファイルで行う．

次に，D）については，Web 上でシミュレーション結果

一方，Type C のように計算が終了するまでファイルへの適切な表示が行われなかったが（設定によっては画像の書き込みが終了しない場合，書き込み中のファイルを転ファイルの作成が失敗），大半は Web 解析階層による再描送することはできないため（転送は可能であるが，ファイ画によって画像が正常に作成され，表示することができルが壊れてしまう可能性が高い），モニタリングを行うこた．画像が作成できなかった事例は，SIMON 専用のインとができない．そこで Type C のような，ファイルの出力形プットファイルに誤ったメッシュサイズを与え，Filter 起式を持つシミュレーションコードに対してもモニタリング動時（図５中 Type B および Type C にあるような Filterが可能 と な る よ うに，SIMON-Client は 解 析 対 象 となるによるファイル分割作業）に正常なファイル分割が行われデータ変数を Call 文の引数として指定することで，時間毎なかった場合である．ただし，これは６章で述べる今後導のファイル作成を行えるようにした．これによって SI-入予定のインプットファイルの簡略化で対応できると考え

MONsystem̲snap が起動される毎にファイルの作成・転られる．

送・可視化までの工程を自動的に行うことができ，シミュ最後に，E）については，ファイル出力が SIMON 専用のレーションのモニタリングが可能となった．図３は，シインプットファイルで設定した範囲を超えないようにプロ

ミュレーションコードの出力形式が Type C である場合のグラムしているため，一つの変数に対して宣言領域を超え導入例を示しており，図３中１９行目〜２２行目に示したようるようなデータを与えても，指定した範囲内しかでファイに各データ変数の内容（電子密度，イオン密度，電子温度，ル出力が行われない．したがって，出力エラー等は発生せイオン温度の４変数）を変数名 SIMONS に代入した後，SI-ず，シミュレーションが停止することもなかった．

MONsystem̲snap に SIMONS と格 子 数（図３中 で は Nx

以上の結果から，SIMON のトラブルによってシミュ̲d,Ny̲d，１と記載），データ変数の数（図３中 で４と記

レーション実行が停止することは高い確率でないと判断さ載）を引数として渡している．なお，ここで示したようなれる．ただし，SIMON 専用インプットファイルに誤りがあ

導入例は，ファイル出力をまったく行わないようなシミュる場合，Web 配信への適用等が困難になることを確認しレーションコードに対しても用いることができる．

た．

５．
４ システムトラブルによるシミュレーション実行への５．
５ 適用例（EPIC3D）

影響

図６は，EPIC3D における放電現象の解析結果を示した

SIMON 実行時において，考え得るトラブルとして以下ものである．これは，高圧ネオンガス中（密度：1.2×1020を想定し，意図的にこれらのトラブルが発生するような環

6［cm−3］，粒子数９００万個）に高電圧（2.5×10［V/cm］）を印加したとき，初期に配置した Ne＋２の微小な電離スポット境を作って実行した．

から放電が進行する様子をシミュレーションした結果であA ）ネットワークの停止（SIMON-Server 設置 Work Station の停止およびシミュレーション実行中に復帰しる．シミュレー シ ョ ン 領 域 は（x, y）＝（32,128［ mesh］）＝（0.2×10−3，8×10−3［cm］）で あ る．計 算 時 間 は，64CPUで２０時間程度である．

＊２ トリガー送信は，SSH によって実行可能なため，ssh user@SIMON-Server-host "./trigger optionA, optionB, optionC"というよ
うな状況に応じた正しいオプション群を用いて実行することで，ユーザが手動で行うことができる．

２２７

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図６①は，異なった電荷を持つイオン密度の時間発展をり，それを受け取った SIMON-Server が依頼内容を処理す示しており，シミュレーションの実行中に，これらの値がるものである．これを実現するため，開発したトリガー送一定時間間隔で更新されている．これは，シミュレーショ

信手法は，ネットワークのセキュリティや，並列計算機をンの正常動作の目安になる．また，スナップデータについ使用した場合の対応について格段の配慮が必要である．こても，図６②で示しているような画像がおよそ２時間毎にのため，セキュリティ強化型のトリガー送信手法や並列計追加され Web 上に表示されている．図６③は，作成された算機に対応した二段送信手法を考案し，実装した．また，スナップ画像を連続的に並べたものである．計算領域中心

共同研究の効率化を目的として可視化機能を階層化し，に置いた電離スポットが，ある時点から爆発的に増加してWeb を積極的に利用することで情報の共有化を図った．

いる様子が確認できる．図６④は，同時刻における電子密

これらのシステムは，前稿［１］でも述べたように，システ度，イオン密度，電子温度を並べて Web 上に表示したもの

ムの汎用性を高めるため，既存技術の応用やそれらの組みである．

合わせによって構築している．したがって，システムの導なお，本論文で導入対象とした EPIC3D は，既に投稿し入や Web 解析階層等，システムの利用については，特別なた論文［１］と同様のものを採用しているが，シミュレー知識を必要とすることなく利用できる．また，５．
４節でも述ションの利用環境やコードのファイル出力形式の大幅な変べたように，本システムの導入や関連トラブルの発生によ更等があり，前回の対象としたコードとは異なったものとるシミュレーション実行の停止はなく，システムの有用考えてよい．

性・有効性を確認した．

６．まとめと今後の課題

果のデータベース化やデータマネージメントに関連したシ

今後は，前稿［１］から未解決であるシミュレーション結前稿［１］および本稿では，科学・技術研究において重要ステムの拡張を行う必要がある．また，トリガー送信手法性を高めているシミュレーション研究を効率的に進めるたの拡張や可視化の階層化を行ったため，SIMON 専用イン

め，大規模シミュレーションを中心に据え，地理的およびプットファイルには，多くの情報が必要になってきてい分野的に分散した多くの共同研究者が参加できる新しいシる．このため，容易に本システムの導入を行うためには，ミュレーション研究環境「SIMON システム」の提案を行っインプット情報の簡略化が望まれる．したがって，今後た．このシステムはシミュレーションコードに組み込んだ

SIMON-Client 内で入力値のチェックを行う機能（チェッSIMON-Client が指定されたタイミングでデータ転送・解

クユーティリティの導入）や，シミュレーションの実行状

析，および可視化作業等に関する依頼を外部計算機に送態（トリガー送信に必要な計算機のホスト名・アカウント

図６

EPIC３D 適用例（Lightning 解析）

２２８

Research and Technology Note

Remote Collaboration System Based on Large Scale Simulation II［２］Y. Kishimoto, A. Sugahara and J.Q. Li, Fusion Eng. Des.
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［７］Paraview ホームページ http://para view.org/［８］Y. Kishimoto and T. Masaki, J. Plasma Phys. 72, 971 (2006).
［９］T2Kホームページ http://www.open-supercomputer.org/［１０］京都大学学術メディアセンターホームページ Open Supercomputer http://web.kudpc.kyoto-u.ac.jp/hpc/supercomputer［１１］MPICH2 ホ ー ム ペ ー ジ http://www.mcs.anl.gov/research/projects/mpich2［１２］ITBL ホームページ http://www.itbl.jp/

情報や，可視化に必要なメッシュ数等のシミュレーション規模に関する情報）を把握できる機能を導入することで，ユーザの負担を軽減したい．
さらに，より汎用的で多様な研究環境に対応するため，トリガー送信手法については SSH が許可されていないネットワークエリアへの接続手法を確立しなければならない．例えば，ITBL［１２］を利用する方法や，SIMON-Serverを各大学・研究機関で分散的に配置し，Server が連動することで各研究者に必要な情報を共有できるシステム等の構築が考えられる．本研究は科学研究補助金（No.２１３４０１７１）の一環として実施されました．

謝A. Sugahara and Y. Kishimoto

辞

本論文におけるシステム開発について貢献および有益な助言をいただいた今寺賢志博士に感謝します．また，本文５章におけるシステム導入に際しては，正木知宏博士に支援していただき，感謝いたします．

参考文献［１］菅原章博，岸本泰明：プラズマ・核融合学会誌 84, 51(2008).

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