超並列シミュレーションとビジュアライゼーション

Abstract

コンピュータ・シミュレーションは、様々な科学技術分野で用いられ実用規模の数値模擬実験には巨大なメモリ空間と膨大な計算時間が必要とされている。現在、この分野ではスーパーコンピュータに代わって多数の高速プロセッサからなる超並列コンピュータが注目され、最先端分野の大規模シミュレーション法および可視化に関する研究が切に望まれている。本研究では、基礎物理・化学・物性材料設計・流体問題や神経回路学習などの最先端分野におけるコンピュータ・シミュレーションを疎結合型超並列コンピュータで実行する超並列シミュレーションとその可視化について詳しく検討してきた。その結果、超並列コンピュータは、その巨大実メモリと多数の高速プロセッサにより、従来困難であった大規模シミュレーションが出来ることが明かになった。例えば、物理・化学分野での分子の振舞いをシミュレーションする分子動力学法では、分子数が数千個に限られていた物を数万個に容易に拡張できる。また、シミュレーションデータの可視化により気体から液体への相移転などの分子の振舞いを確認できた。更に、超並列シミュレーションの高速化については、プロセッサ間ネットワーク、メッセージパッシング、データ配置を考慮した動的負荷分散並列シミュレーション・アルゴリズムの提案を行ないその有用性を確認した。本論文では、分子動力学の他に流体シミュレーション、3次元ウェーハスタック構造超並列コンピュータの発熱シミュレーション、脳における視覚野神経細胞の学習時の活性化シミュレーションや自己組織化の超並列シミュレーションを行ないその高速性と有効性を明らかにした。更に、超並列シミュレーションからの膨大なシミュレーションデータの可視化を3次元コンピュータ・グラフィックスを用いた行なった。その結果、超並列シミュレーションデータのカラ._._可視化や3次元可視化手法の有効性を明かにした。リサーチレポート（北陸先端科学技術大学院大学情報科学研究科