[M-GI35] 計算科学が拓く宇宙の構造形成・進化から惑星表層環境変動まで

[MGI35-11] 惑星系N体計算コードGPLUMの開発

*石城 陽太^1,2、小久保 英一郎³、牧野 淳一郎⁴、藤本 正樹² (1.東京大学、2.宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所、3.国立天文台、4.神戸大学)

キーワード：惑星形成、N体計算

一般に，惑星系は，中心星を取り巻く原始惑星系円盤から形成したと考えられている．固体惑星やガス惑星のコアは，原始惑星系円盤内でkmサイズの天体(微惑星)の集積により形成したとされている．微惑星の集積過程は，主に微惑星系の重力多体計算(N体計算)によって議論されている．

本研究では，微惑星系N体計算を大規模に行っていくため，Particle-particle Particle-tree 法(P³T法)を用いた新しいN体計算コードGPLUMを開発した． P³T法では，カットオフ半径より近距離の粒子間の重力相互作用を4次エルミート法で計算し，それより遠距離の粒子間重力相互作用を，ツリー法を用いて計算する． GPLUMでは，カットオフ半径を各粒子独立に定めるより効率的な新たなアルゴリスムを実装することで，従来のP³T法コードより数倍程度高速な計算を実現した．さらに，速度分散を考慮してカットオフ半径を定めることにより，より精度の良い計算を実現した．また，大規模並列粒子法シミュレーションのための汎用高性能ライブラリFDPSや相互作用計算カーネルジェネレータPIKGを用いて，大規模なスーパーコンピューターでも高い性能を実現した．現在，スーパーコンピュータ富岳を用いた大規模計算に向けて，チューニングと計算性能の評価を行なっている．

GPLUMの性能は，従来のP³T法コードと比較して，大きな質量比のついた質量分布を持つ粒子系のシミュレーションに対しては大幅に改善される． GPLUMによって，これまでN体計算で扱うことができなかった広範囲，高解像度のN体計算を行うことができる．さらに，計算コストが向上することで，N体計算によるパラメータサーベイなど，新たな議論も可能となることが期待される．
本発表では、GPLUM の富岳での性能評価や，大規模惑星集積計算の結果について報告する．