[P-EM17] 宇宙プラズマ科学

[PEM17-P02] 惑星上層大気モンテカルロ直接法シミュレーションにおける動的負荷分散技法の検討

釜江 祥史¹、*三宅 洋平¹、寺田 直樹²、寺田 香織² (1.神戸大学大学院システム情報学研究科、2.東北大学大学院理学研究科)

キーワード：惑星上層大気、惑星外気圏、モンテカルロ直接法、動的負荷分散、並列数値シミュレーション

宇宙空間への惑星大気の流出過程を明らかにすることは、火星などの惑星の大気進化を理解する上での中心的な科学課題である。流体として扱えるほど衝突頻度が高くない一方で、気体分子間の衝突過程が重要な役割を果たす火星上層の希薄大気に対しては、DSMC（Direct Simulation Monte Carlo）法に基づく全粒子モデルが整備されてきた [Terada et al., 2016]。DSMC法では、同一計算セル内に含まれる粒子同士の衝突演算が主要な計算処理となる。当該手法は地球型惑星の大気の熱的・非熱的流出を自己無撞着に解くことが可能な数値モデルとして発展を遂げてきたが、大気流出率の太陽EUV放射依存を明らかにするためには、分散メモリ型の大規模並列計算システムにおいてさらなる計算高効率化を推し進める必要がある。
粒子シミュレーション向けの並列化手法は、大きく粒子分割法と領域分割法に大別されるが、粒子同士の衝突過程を計算するDSMCでは粒子集団を任意に分割して異なるMPIプロセスに割りつけることは困難であるため、領域分割法を採用するのが自然である。一方、領域分割を実施した際に生じる粒子密度の非一様性に伴う演算負荷不均衡が、並列性能の主要阻害要因である。本研究では、元来Particle-in-Cell法に基づくプラズマ粒子シミュレーション向けに開発された動的負荷分散技法OhHelp [Nakashima et al., 2009] をDSMC計算に適用することで上述の性能阻害要因を排除し、高効率な大規模並列シミュレーションを実現することを目的とする。講演では、OhHelpのキーコンセプトを概観した上で、これをDSMC計算に実装する際の検討事項について議論する。また並列計算性能評価の初期結果についても報告を行う。