マルチフェーズフィールド法による多結晶粒成長シミュレーションの複数GPU計算

抄録

多結晶構造を有する材料中のミクロ組織形成過程を解析するための最も強力な数値解析手法のひとつとして, マルチフェーズフィールド(MPF)法が注目されている. しかしながら, MPF法は複数のフェーズフィールド変数と同数の時間発展方程式を解く必要があるため, ひとつの秩序変数を用いる従来のフェーズフィールド法に比べて計算コストが大きいことが問題である. そこで本研究では, MPF法を高速に計算するために, CUDAとMPIを用いた新しい複数GPU計算法を構築した. 特に, 複数GPU計算を行うための領域分割法を採用し, さらにCPU間とCPU-GPU間のデータ通信時間を計算時間で隠蔽するための独自のオーバーラッピング法を提案した. さらに本研究では, 多結晶粒成長の3次元シミュレーションを複数GPU計算ではじめて実施した. その結果, 本研究で提案するオーバーラッピング法を用いることにより, データ通信時間の完全な隠蔽に成功し, 良好な弱スケーリング性能および強スケーリング性能を実現した.