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CAEユーザが欲しい計算環境
ＣＡＥユーザが欲しい計算環境 計算機も商品でなければならない 売れない計算機は，長続きしない 計算機は道具であり，目的では無い 2013/02/13 福井 義成 1 エンド・ユーザがやりたいこと • 事故解析からフロントローディングへ • 事故解析 – 事故解析では，問題が限定されており，その原因が理解できれば良い • 自明なことの説明がつけば良い – 解析モデルは，限定的でも良かった – 高性能化やコストダウンには繋がらない • フロントローディングでの解析 – 設計の戻りが無くなれば，大幅なコストダウン，期間短縮が可能 – 事故解析の様に問題が限定されていない – 解析モデルは，全体をカバーしなければならない • 概念設計時と詳細設計時では，モデルの解像度は，異なる – 詳細設計時の全体モデルは，大規模計算となる • （例）原子炉丸ごとシミュレーション 2 シミュレーションの要望は，広い分野で増大 • • • • • 蒸気タービンの連成解析 車輪とレールの接触解析 CCSの解析 非線形構造（大規模変形） 電磁界解析 – – – – 現在，1,000万要素 → 現象が把握できそう 1億要素データを準備中 最終的に30億要素を計画 電磁解析用のメッシュ生成で難航 • 大変形解析 – PCで，解析モデルの検討中 • 塑性加工解析 – モデルを検討中 • ・・・・ 3 ユーザの要望 • • • • 計算機が速いことではなく，結果が早く得られること 普通に書いたプログラムがそのまま動くこと 同じソフトが，数年間は使えること（継続性，ソフトの資産性） 高速化が容易なこと（高速化が不要なこと） – １コアでの高速化，および並列化 • • • • • • アプリケーションの価格が適正であること メッシュ生成が容易なこと（ソフト＆人的要因） 可視化が容易（可視化装置へのデータ転送時間がかかる） バグが発見し易いこと システムとしての安定性，容量，サポート，運用の容易性 ファイル・システムの速度，安定性 4 ユーザの要望（詳細１） • 計算機が速いことではなく，結果が早く得られること – ピーク性能が高くても，実効性能が悪くては，ダメ – 計算精度が不足で，収束に時間がかかることがある（精度不足でランダム探索等） • • • （例）CCDの半導体デバイス・シミュレーション 倍精度演算が50倍遅くては，使いものにならない → 専用回路無しでも実現可（CDC7600，北村先生） 普通に書いたプログラムがそのまま動くこと – コンパイラー，ミドルウェア，OSの互換性 Intel,PGI,gcc等 • 今は，移植に半年以上かかることも • 同じソフトが，数年間は使えること（継続性，ソフトの資産性） – 計算結果の検証に移植の倍以上の時間が必要なことも – ベクトル計算機は，１０年変わらなかった – マイクロ・プロセッサのアーキテクチャは，良く変わる • データ・キャッシュ，命令キャッシュ対応の変更 – GPGPUのアーキテクチャは，更に良く変わる 5 計算機 ・スカラー計算機 ・SMP ・ cc-NUMA 高速化が容易なこと（高速化が不要なこと） ・PCクラスター ユーザの要望（詳細２） • – – – – – • 並列化の手段 ・自動並列化 ・OpenMP ・ﾏｲｸﾛ･ﾀｽｷﾝｸﾞ ・ﾏｸﾛ・ﾀｽｷﾝｸﾞ ・MPI(PVM) 性能測定ツールの充実 何もしないで３０％の性能 ・Co-array Fortran 少し高速化して６０％の性能 高速化，並列化がバグの原因やソフトの保守性の悪化にならないこと ・UPC ・Chapel 高速化，並列化を楽しんではいけない • MPI並列化は，コスト大（現状では，使わざるを得ないこともあるが） ・X10 アプリケーションの価格が適正 並列化のコストと効果を検証 – 価格は，安いだけではダメで，維持できなければいけない – 有償ソフトは，並列化でハードよりも高価になる場合がある • • 定額性？ CPU数比例？ 従量量制？ 成果制？ 計算機，OS等の多さ → コスト増 （デファクト・スタンダードではない環境では，さらにコスト増） – 無償のソフトは，間接費用が以外と大きくなる（カスタマイズ，保守等） – 自作ソフトは，最先端の事が出来るが，コスト大 • メッシュ生成が容易なこと（ソフト＆人的要因） – 良いメッシュが出来れば，解析が成功する （名人が必要？） – 答えが分かれば，良いメッシュがきれる 6 ユーザの要望（詳細３） • 可視化が容易なこと（可視化装置へのデータ転送時間がかかる） – 計算と同時に可視化 • バグが発見し易いこと – 検証システムの充実 • • システムの安定性 システム容量 – 急なシミュレーション要求が可能 • システムのサポートの充実 – システム側面，人的側面 • ファイル・システムの速度，安定性 – 実際の運用時点での影響大 蛇足：現在の計算機の問題点 プロセッサ・メモリー間のデータ転送速度 メモリー・ウォール問題 データ転送能力の有効利用にはベクトルが有利 命令のデコード削減がポイント インテルもベクトル命令を強化 ﾉｰﾄﾞ間通信 問題とネットワーク・トポロジーの適合性が重要 （ユーザと元半導体屋としての視点から） 7 CAEユーザが欲しい計算機の使用環境 • インターフェースは使い慣れたもの – Windows,iPad等 – インターフェースの開発コストの削減，計算以外のコスト不要 • 計算の実行は，CAE向き計算機 – 高効率，安価，使い易い • アプリケーションが直ぐ使えること – プリインストール，メモリー・スティック化 Windows NetWork ステーションソフト CAE Computer Cyber-176 CRAY X-MP Wireless LAN iPad NetWork Mainframe IBM NetWork 8 小規模環境 開発環境の容易さ 手元でも，一応のチェックが可能 ソフト開発から，大規模シミュレーションまで 統一された環境で利用可能 研究室 個人環境 計算能力の増強も容易 中規模環境 同じプログラムで動作 部門サーバー 大規模環境 全社サーバー，それ以上 9 SC2012（ソルトレーク）で ポスターを展示 10 マーケット （事業として成立するCAE向き計算環境） • CAE分野 – 産業分野でのシミュレーションの要望が大きくなっている • • • • 流体解析 非線形構造解析 電磁界解析 これらの連成解析 – 可視化機能を強化し，計算と同時に可視化 • 計算結果の検証，プレゼンテーションを容易に – 使い易ければユーザは，広がる • IBM7090やCRAY-1は，最初，世界に数台あれば良いと言われていた • 医療画像処理 – SIMDによる大量データ処理＋可視化 – 固定アプリ • セキュリティ分野 11 ご清聴ありがとうございます 12