ポストペタアプリ性能 WG 成果報告書「アプリ高速化事例集」(WG 活動期間:2014 年 3 月-2016 年 2 月)

2016 年 3 月 31 日
サイエンティフィック・システム研究会
ポストペタアプリ性能 WG

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■著作権について著作権は各原稿の著者または所属機関に帰属します。無断転載を禁じます。

■測定マシンについて
WG では以下の環境を利用させていただきました。
・スーパーコンピュータ「京」・宇宙航空研究開発機構 JSS(JAXA スーパーコンピュータシステム)(FX1)、JSS2(FX100)
・核融合科学研究所 プラズマシミュレータ（FX100）
・九州大学 FX10・高度情報科学技術研究機構

FX10

・諏訪東京理科大学 PC(Haswell)・東京大学 Oakleaf-FX(FX10)
・名古屋大学 CX400/250、CX400/2550 、FX10、FX100
・理化学研究所 RIKEN Integrated Cluster of Clusters (RICC)(PRIMERGY RX200 S5 PC サーバ)、
SCLS 計算機システム(FX10) 、HOKUSAI GreatWave(FX100)
・富士通社内機[謝辞] 当 WG の測定結果は、記載の測定マシンを利用して得られたものです。

ポストペタアプリ性能 WG 成果報告書 目次
1. はじめに
1.1
1.2

当報告書について
WG 活動概要(1) 活動期間(2) WG メンバー
(3) 活動実績

2. アプリケーションの測定評価
2.1 圧縮性流体解析プログラムによる FX100 の性能評価と高速化チューニング
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 高木亮治（JAXA）
2.2 ハイブリッド非構造格子 CFD ソルバのメモリ階層構造への対応および有限体積法における再帰参照と SIMD 化 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・坂下雅秀（JAXA）
2.3 惑星磁気圏 MHD コードの性能評価 ・・・・・・・・・・・・・・深沢圭一郎（京大）
2.4 LexADV-AutoMT および AutoLinAS ライブラリの性能評価
・・・・河合浩志（諏訪東京理科大）
2.5 LAMMPS/ReaxFF の FX100 における性能評価とチューニング ・・・・平井宏俊（豊田中研）
2.6 2次元プラズマ粒子(PIC)コードの測定評価および宇宙プラズマ５次元ブラソフコードVlasov5の測定評価・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・梅田隆行（名大）2.7 電磁場解析コード ADVENTURE_Magnetic 性能評価 ・・・・・・・・荻野正雄（名大）2.8 核融合プラズマ流体解析コード GT5D および GKV の性能測定 ・・・井戸村泰宏（JAEA）
2.9 生体分子粗視化シミュレータ CafeMol の FX100 での性能評価・・・検崎博生（理研）
2.10 N 体計算ベンチマーク ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・似鳥啓吾（理研）
2.11 NGS データ処理プログラム BWA の評価について ・・・・・・・・・野田茂穂（理研）
2.12 FMO プログラム ABINIT-MP の富士通系マシンでの性能評価 ・・・・望月祐志（立教大）

3. システムへのフィードバック
3.1 フラグメント分子軌道法「ABINIT-MP」d 関数積分ルーチンの結果異常について・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 千葉修一（富士通）
3.2 核融合プラズマ流体解析「GKV」SSL2 の性能改善について・・・・千葉修一（富士通）
3.3 圧縮流体解析「UPACS-L」tune1 コード:プレ処理の性能劣化について・・千葉修一（富士通）
3.4 電解磁場解析「ADVENTURE_Magnetic」DAXPY の SIMD 化について・・千葉修一（富士通）
3.5 圧縮流体解析「UPACS-L」レジスタの不足、大きなループボディに対する最適化の適用・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・千葉修一（富士通）

4. まとめ別冊

PRIMEHPC FX100 チューニングチュートリアル(仮) （富士通）(5 月ご提供予定)
第1章
第2章
第3章
第4章
第5章
第6章
第7章
第8章
第9章

ハードウェア編
プログラミング開発環境とプログラミング概略
PA イベント編
Fortran 編
C/C++編
チューニングツール編
ラージページ編
ノード内チューニング編
MPI およびノード間チューニング編※当チュートリアルは SS 研会員クローズのため、Web サイトでの PDF 閲覧時に Web-ID が必要です。
Web-ID は SS 研会員機関にご所属の方に発行します。TOP ページ右上「■登録/変更」で申請できます。

1 はじめに
1.1 当報告書についてスーパーコンピュータ「京」や FX10、FX100 などマルチコアクラスタマシンの利用が広がりつつある。これらのマシンではコア数が 8、16、32 と急激に増加しており、多くのコア数（FX100
ではもはやメニーコアと呼んで良いであろう）を活用する技術がユーザーに求められている。
そのため、多くのコアを持つクラスタマシンに適したプログラミング技術を広く一般ユーザーに広めることを目的に当 WG は発足した。
本 WG では会員が開発した各分野のアプリケーションプログラムを対象に、前半では「京」および FX10 を用いて、後半では最新鋭の FX100 を用いて性能分析・評価およびチューニングを実施することで、マルチコアクラスタマシンに向けた並列プログラミングスタイルの検討/ノウハウ共有を行った。本 WG では、これまで比較的対象とする機会が多かった連続体系のアプリケーションに加えて、分子動力学系、遺伝子解析など新しいアプリケーションプログラムの評価も実施できた。
本 WG の活動を通じて得られた成果である各アプリケーションプログラムの性能測定結果及びその評価、並列化プログラミングおよび高速化チューニングの各種ノウハウなどは実践的事例として本報告書にまとめられた。また別冊として PRIMEHPC FX100 チューニングチュートリア
ルも作成した。これらの成果が、今後のマルチコアクラスタ方式のスーパーコンピュータを利用する上で広く一般ユーザーの一助となれば幸いである。

1.2 活動概要(1)活動期間2014年3月～2016年2月(2)WG メンバー
氏名
石井 克哉
(まとめ役) 高木 亮治
坂下 雅秀
深沢 圭一郎
河合 浩志
堀之内成明
平井 宏俊会員
梅田 隆行
推進委員荻野 正雄
井戸村泰宏
検崎 博生
似鳥 啓吾
野田 茂穂
南一生
望月 祐志
(まとめ役) 井上 晃
青木 正樹
山中 栄次
三吉 郁夫
推進委員
千葉 修一
賛助会員
内藤 俊也
(富士通)
本藤 幹雄
錦龍生
向井 優太
森重 博司
オブザーバ
市川 眞一
担当幹事

機関(2016 年 2 月 22 日現在)
名古屋大学
宇宙航空研究開発機構
宇宙航空研究開発機構
京都大学
諏訪東京理科大学(株)豊田中央研究所(～2014年12月)(株)豊田中央研究所(2015年1月～)
名古屋大学
名古屋大学
日本原子力研究開発機構
理化学研究所
理化学研究所
理化学研究所
理化学研究所立教大学
富士通(株)
富士通(株)
富士通(株)
富士通(株)
富士通(株)
富士通(株)
富士通(株)
富士通(株)
富士通(株)
富士通(株)
富士通(株)

(3)活動実績■第 1 回会合 : 2014 年 3 月 25 日(火) 富士通(株)本社 出席者:会員=12 名/富士通=8 名
・メンバー紹介・各アプリケーションプログラムの紹介
・富士通からの情報提供（Post-FX10 関連）
・活動の進め方の検討
・成果物の検討■第 2 回会合 : 2014 年 7 月 1 日(火) 富士通(株)本社 出席者:会員=12 名/富士通=8 名
・会員からの情報提供-「京」でのアプリケーションカーネル性能評価 [南委員]
・富士通からの情報提供-FX10 後継機の基礎性能 [青木委員]-FX10 後継機 PA ツールの説明 [青木委員]■第 3 回会合 : 2014 年 10 月 1 日(火) 富士通(株)本社 出席者:会員=12 名/富士通=9 名
・アプリ性能評価報告-UPACS [高木委員]、-MHD コード [深沢委員]、-ADVENTURE_Magnetic [荻野委員]-BWA [野田委員]
・富士通からの情報提供-理研チェックスイートでの FX10 後継機の性能評価 [青木委員]-FX10 後継機における通信オーバーラップ [三吉委員]■第 4 回会合 : 2014 年 12 月 10 日(水) 富士通(株)本社 出席者:会員=10 名/富士通=8 名
・アプリ性能評価報告-非構造格子 CFD ソルバ [坂下委員]、-構造コード [河合委員]-GT5D、GKV [井戸村委員]、-ABINIT-MP [望月委員]
・前回のアプリ性能評価の追加調査報告-ADVENTURE_Solid [内藤委員]、-BWA [錦委員]
・富士通からの情報提供-FX100 紹介 [青木委員]■第 5 回会合 : 2015 年 3 月 17 日 (火) 富士通(株)本社 出席者:会員=13 名/富士通=11 名・WG メンバーの交代について
・アプリ紹介-加速分子動力学法 [平井委員]
・アプリ性能評価報告-プラズマ粒子コードの性能測定 [梅田委員]-生体分子粗視化シミュレータ「CafeMol」の性能測定 [検崎委員]-N 体計算ベンチマーク [似鳥委員]
・前回までのアプリ性能評価の追加調査報告-UPACS-L [千葉委員]、-MHD コード [内藤委員]、-GKV [千葉委員]、-ABINIT-MP [千葉委員]
・今後の測定評価スケジュールの検討
・「SS 研会員見学･意見交換会」「合同分科会の若手検討会」について■第 6 回会合 : 2015 年 7 月 1 日(水) 富士通(株)本社 出席者:会員=10 名/富士通=9 名
・会員からの情報提供-UPACS [高木委員]、-LAMMPS [平井委員]、-CafeMol [検崎委員]、-N 体計算ベンチマーク [似鳥委員]
・富士通からの情報提供-ADVENTURE_Magestic(荻野委員)で出た A/I の報告 [千葉委員]-GT5D(井戸村委員)で出た A/I の報告 [三吉委員]■第 7 回会合 : 2015 年 10 月 8 日(木) 富士通(株)本社 出席者:会員=11 名/富士通=9 名
・会員からの情報提供-有限体積法における再帰参照と SIMD 化 [坂下委員]-電磁場解析 ADVENTURE_Magnetic の FX100 性能評価 [荻野委員]-有限差分カーネルの最適化 [井戸村委員]
・富士通からの情報提供- GKV カーネルの通信/演算オーバラップ [三吉委員]

■第 8 回会合 : 2015 年 12 月 3 日(木) 富士通(株)本社 出席者:会員=12 名/富士通=11 名
・会員からの情報提供-LexADV-AutoMT および AutoLinAS (FX100 でのベンチマーク) [河合委員]-プラズマ粒子(PIC:Particle-In-Cell)コードとブラソフコードの性能測定 [梅田委員]-BWA の FX100 性能報告 [野田委員]
・富士通からの情報提供-圧縮流体解析「UPACS-L」
レジスタの不足、大きなループボディに対する最適化の適用 [千葉委員]-核融合プラズマ流体解析「GT5D」
FMA 命令の適用について [千葉委員]
・報告書の目次作成■第 9 回会合 : 2016 年 1 月 13 日(水) 富士通(株)本社 出席者:会員=12 名/富士通=10 名
・会員からの情報提供-MHD コードの FX100 における最適化 [深沢委員]-LAMMPS/ReaxFF の FX100 における性能評価とチューニング [平井委員]-FMO 計算プログラム ABINIT-MP の現状の評価と今後の展開 [望月委員]
・富士通からの情報提供-核融合プラズマ流体解析「GT5D」 [千葉委員]-Vlasov5D 性能評価（ご報告）[内藤委員]-GT5D カーネルのプリフェッチ強化余地について [三吉委員]
・FX100 チューニングチュートリアルの目次案の検討■第 10 回会合 : 2016 年 2 月 22 日 (月) 富士通(株)本社 出席者:会員=9 名/富士通=9 名
・報告書レビュー、FX100 チューニングチュートリアルレビュー、報告書完成
・次期 WG のテーマ検討