学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 23 年度共同研究 最終報告書 2012 年 5 月

11-NA26

超並列宇宙プラズマ粒子シミュレーションの研究
大村 善治（研究課題責任者・京都大学）、
三宅洋平（神戸大学）、小路真史（宇宙航空研究開発機構）、臼井英之（神戸大学）、
中島浩（京都大学）、岩下武史（京都大学）
概要 Particle-in-Cell（PIC）方式に基づく宇宙プラズマ粒子シミュレーションの大規
模クラスタ型システムにおける効率的な並列計算を実現するため、高度な動的負荷分散
技法や並列計算手法の適用を推し進める必要がある。本課題では、シミュレーション全
般にわたる負荷分散戦略については、従来と同様に動的負荷分散機構 OhHelp を踏襲し、粒子移送や負荷均衡検査等にかかるオーバーヘッドを削減する最適化により、性能のさらなる向上を目指す。本レポートでは前回の中間報告には含まれなかった、1024 プロセ
ス並列までの性能評価結果を報告する。高速化を行ったシミュレーションコードの実応用の一環として、全粒子シミュレーションを行い、衛星周辺で想定される電子スケールの宇宙プラズマ擾乱を数値的に再現することに成功した。また、これらの擾乱がプラズ
マ中電場観測など衛星ミッションに与える影響について評価を行った。一方で、イオンスケールの現象解析としては、粒子・流体ハイブリッドシミュレーションを行い、太陽
風中の特異な局所的磁場構造の再現に成功したのに加え、そうした磁場構造の原因となる素過程であるミラー不安定性の成長メカニズム解明につながる計算結果を得た。

密による負荷不均衡が問題となるが、OhHelp では

1. 研究の目的と意義
本研究の目的は、Particle-in-Cell (PIC）方式に一つのプロセスを除く全てのプロセスが本来の担基づく宇宙プラズマシミュレーションを対象に、当（1 次担当領域）とは別の部分領域を一つだけ担T2K オープンスパコンに代表される大規模クラス

当し（2 次担当領域）、その領域に含まれる粒子のタ型システムにおける効率的な並列計算を実現す

一部分について電磁場との相互作用計算を行うこることにある。PIC 粒子シミュレーションは、膨とで、この問題を解決している（図 1）。OhHelp

大な数のプラズマ代表粒子と空間格子点上の電磁

は前年度までに総粒子数が時間的に変動するモデ場の相互作用計算がシミュレーションの大部分をルでの粒子シミュレーションコードに実装され、占める。流体モデルとは違って、個々のプラズマ

その有効性が確認されている。

粒子はシミュレーション空間の任意の位置に存在

上述のように OhHelp は粒子法と格子法の連成

しかつ時間的に移動するため、従来の均等型領域計算における適切な負荷分散戦略を与えるトップ

分割方式による MPI 並列では、プロセッサ間の負荷バランスが崩れる。このため PIC シミュレーシ
ョンの効率的な並列計算は、特に大規模な分散メ
モリ環境では困難であるとされてきた。しかしNakashima et al. [2009]により提案された PIC シ
ミュレーション用動的負荷分散技法 OhHelp を宇宙プラズマシミュレーションに適用することにより、分散メモリ並列計算機においても優れた並列計算効率が得られることが実証された。
OhHelp は領域を均等分割し、各々の部分領域と図 1: OhHelp アルゴリズムにおける 1 次担当

それに含まれる粒子を各々のプロセスに割り当て

領域（黒字のプロセス番号）および 2 次担当領る。この簡明な領域分割法では粒子の空間的な粗域（青字のプロセス番号）割り当ての一例．
1

学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 23 年度共同研究 最終報告書 2012 年 5 月

ダウン型のアプローチと見ることができる。これするのに適したシステムである。

に対して、適切に分散された計算要素を、いかに

また、OhHelp は、粒子と格子という２つの異効率的に処理していくかというボトムアップ的思なる並列計算の効率性を同時に達成する一般的手想に基づく最適化も同じく重要である。現在は後法の一つとして捉えることができ、またそのアル者の検討段階に入りつつあり、具体的には負荷のゴリズムは木構造を用いた負荷均衡状況の再帰的大きい電流密度計算のキャッシュチューニングや、 なチェックなど、計算機科学的かつ非数値的な発粒子移送・負荷均衡検査にかかるオーバーヘッド

想に基づいている。したがって、非数値的な並列の削減に向けた検討を進めている。

計算アルゴリズムによる並列数値シミュレーショ

また今年度は、高速化を行ったコードの実問題

ンへの貢献ということができ、計算科学と計算機への適用も本格化させていく。その課題の一つは、 科学の分野間連携の有効性・重要性を示す好例と粒子・流体ハイブリッドシミュレーションコード

なっている。こうした分野間連携をさらに強固にを用いた、マグネトシース中の局所的磁場減少にしていく上で、本課題を共同研究として遂行する関する大規模かつ高解像度な 3 次元シミュレーシ

ことの意義は大きい。

ョンである。これによりミラーモード不安定性の非線形発展との関連を定量的に明らかにし、磁場3. 研究成果の詳細と当初計画の達成状況

減少メカニズムを解明することを目的とする。

(1) 衛星周辺プラズマ環境擾乱の大規模全粒子シ

もう一つの研究課題は、昨年度 OhHelp 適用を

ミュレーション

行った衛星プラズマ環境シミュレーター

宇宙空間を航行する衛星はプラズマ粒子の衝突（EMSES）による衛星周辺プラズマ擾乱の大規模により帯電し、周辺のプラズマ密度分布、電位構

数値解析である。この課題では、結果として得ら造を大きく変化させる。またイオンエンジンに代れたプラズマ環境擾乱が実際の人工衛星システム

表される電気推進システムは能動的にプラズマ放や科学衛星ミッションにどのような影響を及ぼす

出することにより、衛星周辺のプラズマ環境にダかという工学的観点も重視して研究を進めていく。 イナミックな擾乱を引き起こす可能性がある。こ上述した 2 課題を遂行することは OhHelp 手法

うした環境擾乱は人工衛星システムや科学衛星にの有効性の実証という数値アルゴリズム的観点、よるプラズマ観測に悪影響を及ぼす可能性があり、および、超大規模モデルによる宇宙プラズマ粒子

数値解析によるメカニズム解明が急がれている。

シミュレーションの実現と最先端研究成果の創出

通常、宇宙プラズマダイナミクスの空間スケーという宇宙科学的観点の双方において大きな意義

ルとしては電子デバイ長（数～数十 m）が最小単がある。本報告書では、第 3 節において実問題解位となるが、衛星構造やその最近傍の密度・電位

析によって得られた研究成果とコードの高効率化の空間スケールはこれよりさらに小さくなることに向けた取り組みを紹介し、第 4 節で研究課題のがしばしばある。この衛星近傍空間スケールを解今後の展望について報告する。

像しつつ、背景宇宙プラズマダイナミクスを追うためには多大な計算資源を要する。具体的には、

2. 当拠点公募型共同研究として実施した意義

衛星の微細構造として電界アンテナを進展するた

当課題は超大規模数値計算系応用分野の共同研

めのブームの半径が数 mm 程度であり、また衛星究として、京都大学 T2K オープンスパコンの 64

周辺の光電子雲のデバイシールド長は数～数十ノード分（1024 コア）を用いて進められた。当計

cm 程度であることが知られている。一方、本共同

算機システムは各ノードに 4 個の AMD 社製クア研究で提供される計算資源（メモリ規模～1.8 TB）

ッドコア Opteron プロセッサを搭載した Fujitsu

により最大で一辺 512 グリッド、1 セル辺り 64

HX600 クラスタとなっており、当研究課題を遂行

個程度の超粒子を組み込んだ 3 次元シミュレーシ
2

学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 23 年度共同研究 最終報告書 2012 年 5 月

図 2: 衛星下流に形成されるウェイク（イオン低密度）領域の 3 次元シミュレーション結果．
ョンが可能であると見込まれる。このことから、

すなわちウェイクが形成されている。

ブーム形状を直接取り込むのはなお困難だが、光特徴的なのは衛星本体のみならずブーム金属の電子雲の空間スケールを解像可能なシミュレーシ

後方にもウェイクの特徴が見られることである。

ョン解析が実現すると期待される。

この結果は、ブーム半径（半径数 mm 程度）はプ

初めに科学衛星観測に悪影響を及ぼすことで知ラズマデバイ長（数～十数 m）に比べて非常に小られている衛星ウェイクに関するシミュレーショ

さいため、ウェイク形成にはほとんど寄与しない

ン解析を紹介する。衛星ウェイクは、衛星から見とする従前の予想を覆すものである。解析の結果、てプラズマが相対速度を持つ場合に衛星後方に形

これはブームが+35 V まで正に帯電していること成されるプラズマ構造であり、一般的にはイオンにより、プラズマにとっての実効的なブーム径が密度が低下し、それに伴い負電位領域が形成され実際より大きく見えるためであることが明らかとる。この負電位領域中に電場センサーが存在するなった。こうした効果は、ウェイクに起因するス

ときに電場が測定される。これは衛星観測本来のプリアス電界の強度を増幅させる可能性があるた目的である自然の電場ではなく、衛星自身と周辺

め、衛星観測では細心の注意を払う必要がある（研プラズマの相互作用によって発生したものである

究成果リスト(2)-3）。

ため、スプリアス（不要）電界と呼ばれている。

次に衛星周辺の高密度光電子雲に関するシミュ

実際の科学衛星ミッションでも確認されており、レーションを紹介する。衛星表面は通常太陽光に正確な電場観測を行う上での障害の一つである。

晒されているため、光電効果により電子が放出さ

衛星周辺のウェイクの 3 次元詳細構造を解析す

れ、衛星周辺に濃い電子雲を形成する。図 3 に、るため、512×512×128 の空間グリッド、3×109 個

電場センサーを搭載した衛星周辺の光電子密度分以上の超粒子を扱う大規模シミュレーションを、布（図中央）と光電子雲に起因してセンサーに測HX600 クラスタ 64 ノード分を用いて実施した。

定された電界値（右図）のシミュレーション解析

図 2 は衛星電位が+35 V 程度まで達することがあ

結果を示す。太陽光の照射角度に依存して、有限る地球極風中のプラズマ環境を模擬したシミュレのスプリアス（不要）電界値がセンサーによってーション結果である。図はイオン密度が周辺プラ測定されている。本数値解析では、光電子が衛星

ズマの 1/2 となる点の集合からなる等値面図であとセンサーをつなぐブームと呼ばれる金属棒に沿り、衛星の周りを取り囲む様にイオン低密度領域ってセンサー部に到達することにより、このスプ
3

学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 23 年度共同研究 最終報告書 2012 年 5 月
太陽



光電子密度

 = 45º

ガード電極未使用

80 m (128Dr)

光電子放出

衛星

電界強度 vs 太陽照射角度

10233 m (54Dr)

センサー

[/cc]
103

101

センサー

ブームに沿って光電子が移動ブーム

100

ガード電極使用

10-1

背景宇宙プラズマ

図 3: 衛星周辺光電子環境とそれに起因する不要電界発生のシミュレーション結果．
リアス電界が引き起こされていることが見出され磁気圏への遷移領域であるマグネトシースにおいた。この結果を踏まえ、光電子を跳ね返すガードて、非常に特異な磁場構造が複数の科学衛星によ電極のブーム先端部への設置をシミュレーション

り観測されている。その磁場構造は、局所的に背で模擬したところ、スプリアス電界が 1 桁程度抑景磁場レベルから数十%大きくなる、もしくは小制された。今回のシミュレーション結果はこうし

さ く な っ て お り 、 そ れ ぞ れ magnetic peak 、

た工夫の有効性を実証し、観測機器設計上の指針

magnetic dip 等と呼ばれている。我々は 3 次元大を与えるという意味で意義深いものとなった（研規模ハイブリッドシミュレーションをこの領域に究成果リスト(1)-3）。

適用することにより、こうした特異な磁場構造の上記のような大規模数値解析を地球周辺宇宙空再現に成功した。

間の様々な領域に対して行うことにより、解析的

本共同研究中で行った最大規模の計算は、5123には取り扱いが困難な衛星環境を定量評価するこの格子点をもつ 3 次元空間中に、およそ 80 億個とが可能である。実際に衛星観測データ研究者との計算粒子を配置したモデルであり、およそ 1.5の情報交換も開始しており、科学衛星観測データ

TB の主記憶容量を必要とする。これは従来の同格の較正や観測機器設計にシミュレーション結果を子点数での計算に比べて、粒子数を 4 倍にしたもフィードバックすることが期待されている。

のに相当する。粒子シミュレーションにおいて粒子数の少なさは数値的なノイズの原因となる。特(2) 太陽風中の特異な局所的磁場構造のメカニズに従来は計算初期段階での数値的な擾乱により、ム解明に関する 3 次元大規模ハイブリッドシミュ

詳細な物理過程の解析が困難であったが、本大規

レーション

模計算によりそれが可能になると強く期待される。

地球近傍の宇宙空間では、太陽から放出される

図 4 は、ハイブリッドシミュレーションにより高速のプラズマ流である太陽風と地球固有の磁場再現された特異磁場構造の一例である。この例でとの相互作用により、地球磁気圏と呼ばれる領域

は葉巻状の 3 次元構造を持った magnetic peak がが形成されている。太陽風は惑星間空間磁場を伴確認された。このような構造は、衛星観測によりって吹いているため，地球磁場との間に様々な相

実際のマグネトシースでも観測されている。これ互作用を引き起こし、複雑な地球磁気圏構造を形とは別に、空間的な非一様性が２次元方向のみに成する。このような物理現象過程を解明すること存在する（残り 1 方向に関しては非一様性の空間

は、宇宙科学的な視点はもとより人類の宇宙環境

スケールが十分に大きいような）状況を想定し、2利用の観点からも重要である。

次元ハイブリッドシミュレーションを行ったとこ

近年、太陽風に満たされた惑星間空間から地球ろイオンベータと呼ばれるプラズマのパラメータ4

学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 23 年度共同研究 最終報告書 2012 年 5 月

図 4: 3 次元モデルにおける、背景磁場並行成分に現れる magnetic peak 構造．左下のパネルは、各方向の断面を合わせたものを示し、周りのパネルは断面図を示す．
の値に依存して、magnetic dip もしくは magneticて現れることが明らかとなった。 本解析では上述

peak が形成されることが確認された。この結果も、 のように衛星で観測されているような磁場構造を観測による統計的な解析結果と一致する。

シミュレーションで再現するのみにとどまらず、さらに、我々はこれらの特異な磁場構造が、プその原因となる素過程を詳細に解析することで磁ロトンの非等方的な速度分布が原因となって起こ

場構造の形成メカニズムの解明に成功した。

るミラー不安定性と呼ばれる現象の卓越によって今回の一連の研究成果は、高度な並列計算技術形成されることを明らかにした。以上の結果からによって初めて可能になる大規模かつ高精細なシマグネトシースにおいて、空間的に 2 次元的な（背ミュレーションを複数回行うことにより、従来で景磁場に対して垂直な一方向が、ミラーモード磁は謎とされていた物理過程の解明に実際に貢献し場構造の波長に比べて無視できるような）構造とた実例ということができる。

なっていて、かつ低ベータのイオンが存在する領域でのみ、magnetic dip が形成されることがわか(3) OhHelp 適用粒子シミュレーションコードのった。magnetic dip の形成過程において、粒子はさらなる高効率化に向けた取り組み

磁場構造内にトラップされる必要がある。従って、前年度までに OhHelp アルゴリズムに基づく負低イオンベータという、粒子の温度が低い条件に荷分散戦略と、OhHelp 用に最適化されたノード

おいて、多くの粒子が磁場構造内に閉じ込められ間データ通信機能を提供する OhHelp ライブラリやすくなっている場合に、magnetic dip が卓越す

付属 API 関数の利用により、1024 並列まで良好ることが明らかとなった。この磁場構造内においなスケーラビリティが得られることが確認された。

て、粒子の速度分布関数は内部での磁気ミラー運

これを踏まえ、今年度はキャッシュチューニング

動によって特異な形状を取る。一方で magneticに基づく逐次実行性能の向上と、隣接プロセス間

peak は、高温のため、もしくは空間 3 次元性によの重複領域導入による粒子移送およびそのためのって（空間の運動の自由度が増えたことによって）スケジューリングの実行回数低減に取り組んだ。

magnetic dip 内に閉じ込められない粒子が多数存

粒子シミュレーションのようにメモリバウンド

在するために崩壊した magnetic dip の残りとしなアプリケーションの逐次実行性能を向上させる
5

学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 23 年度共同研究 最終報告書 2012 年 5 月には、キャッシュメモリのヒット率を向上しメイ
粒子移送

ンメモリへのアクセスによる性能劣化を軽減する必要がある。ただし、粒子シミュレーションの主要ルーチンである電流密度・速度更新計算においては、シミュレーション中に時々刻々値が変化

Novl
Novl

Novl-1

Novl-1する粒子位置座標によって決定される格子番地
nstep (> Novl)
タイムステップ後にアクセスが発生するため、メモリアクセスパターンは一定ではない。従って、統計的な意味で参

重複領域

照の局所性を向上させる方法を考える。

(a)粒子移送直後

この目的のために常套的に用いられる手法と(b)ある粒子が(Novl-1)番目の重複領域層を横切った後して、粒子位置座標に基づく粒子配列のソーティ

図 5: 重複領域導入による粒子移送回数の低減．

ングがある。ここでは最も簡便な実装で粒子ソー粒子が移動する度に、プロセス境界を横切った粒トの効果を確認することにした。具体的には、子をモニターし、負荷均衡が保たれるように粒子

Fortran の 3 次元配列のメモリ上での配置が移送スケジューリングを行う。また同時に、あるColumn major であることを考慮し、粒子位置の z

プロセスが担当していた粒子が他のプロセス領域

座標を基準に昇順にソートする。なおソートにはに移動することによって生じる粒子配列の空き番

C 言語の標準ライブラリで提供されているクイッ

地を埋めるため、粒子配列のパッキングを行う。

クソートルーチンを使用する。

これらには、大域通信や粒子配列の走査が含まれ京都大学 T2K オープンスパコン上の 1CPU コており、その作業は条件次第では粒子シミュレー

アを用いて逐次実行を行い、キャッシュミス率のション本来の演算コストに対して無視できないオ計測を行うことで粒子ソートの効果を確認した。

ーバーヘッドとなり得る。そこで粒子移送を毎タ計算モデルは 5.6×106 個の粒子を一辺 32 グリッ

イムステップ行わず、数ステップに一度だけ行う

ドの 3 次元空間上に一様に配置したものである。

ように変更することで性能向上を図る。

また粒子は初期状態においてマクスウェル分布に

具体的には各プロセスがプロセス境界の外側に従う速度成分を有しており、シミュレーション中Novl セル分の層から成る重複領域を持つ。そしてにランダムな運動を行う。このモデルにおいて粒ある粒子が(Novl - 1)番目の層の外側境界を横切っ

子ソートの有無によるキャッシュミス率の変化にた時のみ、重複領域の粒子をまとめて移送する。

着目する。なおソートは 500 タイムステップに 1

移送後は粒子がプロセス境界の内部のみに分布す回の頻度で実行した。粒子ソートの効果により、ることになるので、再び粒子が移動し、(Novl - 1)

L2、L3 キャッシュミス率がそれぞれ 1.5 % →番目の層の外側境界を横切るまでの間は粒子移送0.15 %、1.2 % → 0.20 %に低減することが確認さを行わなくても良いことになる。

れた。ソート直後以外のタイムステップでは、ラこの手法により性能が向上すると予測する根拠

ンダムな熱運動により粒子の z 座標の昇順は完全

は次の２つである。一つは、粒子配列の走査や大には保たれないが、1 タイムステップに粒子が移域通信等に、移送される粒子個数のみならず、移動する距離は一般的には空間グリッド幅より十分

送の回数に比例する作業コストが含まれているこに小さいため、ソート後しばらくの間はその効果とである。このコストは明らかに粒子移送回数のが持続する。このため、平均的に見ると参照の局

制限により削減可能である。二つ目は、シミュレ

所性が向上したものと考えられる。

ーション全タイムステップ中に移送される粒子の次に、OhHelp 適用コードの計算手順の見直し述べ個数自体も、粒子移送を数ステップに 1 回のにより、計算コストの削減を試みた。現状では、みとする方が少なくなる点である。これは例えば、
6

学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 23 年度共同研究 最終報告書 2012 年 5 月

図 7: 改良前後のコードの実効効率．

図 6: 改良前後のコードの性能．
磁力線の周りを旋回運動する粒子が、プロセス境

ードでは粒子が均一なケースと極端に不均一なケ界を何度もまたぎながら往復する状況を考えるこースを評価対象にした。ここで「極端に不均一」とによって理解できる。

としたのは、初期状態において全粒子が単一の部

一方で、この手法の導入に起因するオーバーヘ

分領域に集中しており、シミュレーションの経過

ッドも存在する。あるプロセス領域に付属する重とともにそれらの粒子が 1 方向に移動していくよ

複領域での電流密度を正しく求めるためには、隣うな設定のことである。簡単のため、外部境界をのプロセスで求まった電流密度値との和を計算す

周期境界条件とし、導体やそれに伴う粒子消失・る必要がある。隣接プロセスの重複領域の重なり注入が無いモデルとした。

度合いを考慮すると(2Novl + 1)の幅の領域にわた

図 6 に、改良前後のシミュレーションコードのって境界通信を行う必要があり、これに伴って通性能を示す。
図より 1024 並列での実行において、信コストが増大する。また各プロセスの重複領域

粒子ソートの導入により、1.6 倍の性能向上が確認

も含めて電磁場更新や 1 次／2 次担当領域間電流された。またこれに加えて重複領域も導入するこ

総和計算を行う必要があることも、オーバーヘッとにより、全体として改良前から 1.6 × 1.3 ~ 2.1

ド増加の一因となる。このオーバーヘッドと前述

倍の性能向上を得ることができた。また重複領域の有効性はトレードオフの関係にあり、Novl = 2

導入後のコードで、粒子配置を著しく不均一にしのときに、最高性能が得られることが判明した。

た場合の性能低下は 17 %程度であった。上記に加

これまでに述べた 2 種類のチューニングを踏まえ、富士通プロファイラを用いて測定したメイン

え、プロセス数に比例して全体の領域サイズと粒ループの実効効率の測定結果を図 7 に示す。ここ子数を増加させる Weak Scaling の手法により性では名古屋大学 HX600 クラスタの 1 計算コアあ能評価を行い、粒子ソートと重複領域導入によるたりの理論ピーク演算性能 10 GFlops から算出し効果を確認する。ただし当性能評価の実施時には、た各並列数でのピーク性能に対する実際の演算性

本研究課題における京都大学 T2K システムの大能の比を実効効率としている。図より、改良前の規模ジョブ実行期間が終了していたため、別途名

コードでは実効効率は 5.5 %前後であったのに対古屋大学の HX600 クラスタを使用して性能を取し、改良後は粒子が均一なケースで 11 %に到達す得した。プロセスあたりの領域サイズを 323 の立ることができた。粒子配置が極端に不均一な場合

方体に固定し、P = 2p（p = 0～10、不均一な粒子

は 10 %に到達していないが、多くの実問題におけ配置の場合のみ p = 0～9）の MPI プロセス数に対る不均一の度合いは今回のテストモデルより大幅して測定を行った。改良前とソートのみ導入後のに緩和されることを勘案すると、おおよそ 10 %前

コードでは均一な粒子配置、重複領域導入後のコ

後の実効効率で実問題の解析が可能であると推測
7

学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点 平成 23 年度共同研究 最終報告書 2012 年 5 月される。ただし、不均一なケースで並列数増加に

5. 研究成果リスト

伴う若干の効率低下がみられる点については、原(1) 学術論文

因と対策の検討が必要である。

1. Shoji, M., Y. Omura, and L. C. Lee,

以上の取り組みにより、粒子ソートと重複領域

Three-dimensional Nonlinear Mirror-modeの導入により、OhHelp 導入プラズマ粒子シミュ

Structures in the Earth's Magnetosheath,

レーションのさらなる性能向上が実現された。たsubmitted to J. Geophys. Res. （投稿中）

だし現状ではいずれの取り組みについても、性能

2. Miyake, Y., H. Usui, and H.Kojima, Effects

向上効果の外観を掴むために非常に簡略化されたof the Guard Electrode on the Photoelectron

実装方法を用いているため、キャッシュサイズをDistribution

より定量的に考慮したソート手法や重複領域導入

Sensor, J. Geophys. Res., Vol. 116, A05211,に伴うオーバーヘッドの削減法など今後より厳密

2011.

Aroundan

Electric

Field

3. Miyake, Y., H. Usui, H. Kojima, and H.

な検討を行う必要がある。

Nakashima, Plasma Particle Simulations on
Stray Photoelectron Current Flows Around4. 今後の展望

a Spacecraft, submitted to J. Geophys. Res.

最後に、本研究課題の今後の展望について述べる。これまでに OhHelp 実装済の衛星プラズマ環（投稿中）

境シミュレーター（EMSES）を科学衛星搭載観測機器と宇宙プラズマ間の相互作用の実問題に適(2)国際会議発表

用し、着実に研究成果が生まれつつある。これに1.

Y. Miyake, H. Usui, and H. Kojima, Plasma

加え、前年度とは異なる視点からチューニングをParticle Simulations on Electric Antenna

行うことにより、OhHelp 適用粒子シミュレーシ

and Spacecraft Environment, XXXth URSI

ョンコードのさらなる性能向上が期待できる結果

GASS, Istanbul, Turkey, 2011 (Invited).
2.

が得られた。一方で、提案したチューニング手法

Y. Miyake, and H. Nakashima, A scalableの実装上の最適化や並列ポアソンソルバーの性能

load-balancing

algorithm

for

評価が、今後の課題として残っていることから、

massively-parallel

plasma

当初目標の達成度は 85 %と自己評価する。

simulations, US-Japan JIFT Workshop

particle

2011, Toki, Japan, 2011 (Invited).

今後の課題遂行の方針としては、OhHelp の適3.

用によって初めて可能となる大規模数値解析結果

Y.

Miyake,

and

H.

Usui,

Particle

を応用分野の論文誌に発表していくことを目標とSimulations of Wake Effects on Electric

したい。具体的には、太陽風中の特異な局所的磁Field Measurements in Multi-species Cold

場構造の 3 次元大規模数値解析に関しては、現実

Ionの宇宙環境で見られる非一様な背景磁場の影響をTechnology Conference, Kitakyushu, Japan,

数値解析の中に取り入れることにより、magnetic

2012.

Flows,

12th

Spacecraft

Charging

dip 等の特異な磁場構造と地球固有磁場の内側への高温の太陽風プロトンの輸送過程との関連を明(3)国内会議発表

らかにする。衛星プラズマ環境シミュレーション

1.

三宅洋平、臼井英之、小嶋浩嗣、衛星帯電環に関しては、より現実の衛星ミッションに即した境下におけるダブルプローブ電場観測に関す

宇宙飛翔体・プラズマパラメータモデルを導入す

るプラズマ粒子シミュレーション, 第 8 回宇ることにより、衛星観測データの較正や衛星搭載

宙環境シンポジウム、東京、2011.

機器設計に応用可能な知見を得ることを目指す。
8