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粒子系シミュレータ研究チーム（牧野）
粒子系シミュレータ研究チーム（牧野）
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チームリーダー 牧野 淳一郎（まきの じゅんいちろう）
- 1985
- 東京大学教養学部基礎科学科第二卒業
- 1987
- 東京大学大学院総合文化研究科広域科学専攻修士課程修了
- 1990
- 東京大学大学院総合文化研究科広域科学専攻博士課程修了（学術博士）
- 1990
- 東京大学教養学部助手
- 1994
- 東京大学教養学部助教授
- 1999
- 東京大学大学院理学系研究科助教授
- 2006
- 国立天文台理論研究部教授（2008 国立天文台天文シミュレーションプロジェクト教授）
- 2011
- 東京工業大学大学院理工学研究科理学研究流動機構教授
- 2012
- AICS粒子系シミュレータ研究チーム チームリーダー（兼務）
- 2013
- 東京工業大学地球生命研究所 教授
- 2014
- AICSエクサスケールコンピューティング開発プロジェクト（現FS2020プロジェクト）副プロジェクトリーダー（兼務）
- 2016
- 神戸大学大学院理学研究科 惑星学専攻 教授（現職）
キーワード
- 大規模天体物理シミュレーション
- 計算機アーキテクチャ
- 高性能計算
研究概要
数値シミュレーションで扱われるシステムは、規則格子系、不規則格子系、粒子系に大別されます。計算機環境が進歩し、大規模なシミュレーションが可能になるに従って、より現実的で複雑なシステムを扱うことが可能になり、そのために、形状や境界条件に柔軟に対応できる不規則格子系や粒子系の手法が重要性を高めています。
しかし、不規則格子系や粒子系を、「京」や「富岳」のような大規模並列システムで効率よく扱えるプログラムを開発することは容易ではありません。適切なロードバランスを実現するための領域分割、領域間の粒子等の移動、領域にまたがった相互作用計算等の複雑な処理を効率よく実現する必要があるからです。一方、大規模な粒子系シミュレーションでは必ずこのような処理が必要になります。
本研究チームでは、粒子系シミュレーションであればどのようなものにでも使える「粒子シミュレーションソフトウェア開発フレームワーク」FDPSを開発しています。
FDPSは、アプリケーション側で定義した粒子データ型や粒子間相互作用を計算する関数を受け取り、それらを扱うための関数群を提供します。それらを使うことで、アプリケーション開発者は並列化やチューニングに多大な時間を割くことなく、解きたい問題に集中できます。
主な研究成果
汎用・超高速の粒子系シミュレーションソフトウェア開発フレームワーク開発に世界で初めて成功
本研究グループで開発している粒子系シミュレーションソフトウェア開発フレームワーク「FDPS」は、世界で初めて、並列化を意識しないで書かれたユーザープログラムを「京」のような世界トップレベルのスパコンで高効率で動作させることに成功しました。「京」では、重力多体問題、重力+ 流体の複合問題の両方で、「京」全系までで性能がスケールし、50% を超える実行効率を達成しました。さらに、GPGPU システムにも適応し、アプリケーション開発言語も C++ の他に Fortran もサポートしました。さらに、メニーコア、アクセラレータだけでなく、ヘテロジニアスマルチコアシステムでも効率のよい実行ができるような改良を進めています。
FDPS はさまざまな大規模シミュレーションに利用されるようになってきており、月形成の最有力モデルである巨大衝突の世界最大規模のシミュレーション（図）や、世界で初めての小惑星周りのリングのフルシミュレーション等、従来不可能であった研究を可能にしています。
主要論文
- Iwasawa, M., Tanikawa, A., Hosono, N., Nitadori, K., Muranushi, T. and Makino, J.:
"Implementation and performance of FDPS: a framework for developing parallel particle simulation codes"
Publications of the Astronomical Society of Japan, Volume 68, Issue 4, id.54 (2016)
- Hosono, N., Saitoh, T. R., Makino, J., Genda, H. and Ida, S.:
"The giant impact simulations with density independent smoothed particle hydrodynamics"
Icarus, Volume 271, p. 131-157. (2016)
- Hosono, N., Saitoh, T. R. and Makino, J.:
"A Comparison of SPH Artificial Viscosities and Their Impact on the Keplerian Disk"
The Astrophysical Journal Supplement Series, Volume 224, Issue 2, article id. 32 (2016)
- Saitoh, T. R. and Makino, J.:
"Santa Barbara Cluster Comparison Test with DISPH"
The Astrophysical Journal, Volume 823, Issue 2, article id. 144 (2016)
- Hosono, N., Iwasawa, M., Tanikawa, A., Nitadori, K., Muranushi, T. and Makino, J.:
"Unconvergence of Very Large Scale GI Simulations"
Publications of the Astronomical Society of Japan (2016)
- Yamamoto, S. and Makino, J.:
"A formulation of consistent particle hydrodynamics in strong form"
PASJ, Volume 69, 35 (2017)
- Iwasawa, M., Oshino, S., Fujii, M. S., Hori, Y.:
"PENTACLE: Parallelized particle-particle particle-tree code for planet formation"
PASJ, Volume 69, Issue 5, id.81 (2017).
- Namekata, D. et al.:
"Fortran interface layer of the framework for developing particle simulator FDPS"
PASJ, Vol 70, Issue 4, id 70. (2018).
- Karato, S. I.; Hosono, N.; Makino, J.; Saitoh, T. R.:
"Terrestrial magma ocean origin of the Moon"
Nature Geoscience 12, 418-423 (2019).
- Yamamoto, S. and Makino, J.:
"Hermite integrator for high-order mesh-free schemes"
PASJ, Vol 71, Issue 1, id 18. (2019).
