アンサンブル

特集「グラフィックボードを用いた数値計算の高速化」

特集「グラフィックボードを用いた数値計算の高速化」にあたって

古石貴裕

2012 年 14 巻 2 号 p. 71
発行日: 2012/04/30
公開日: 2013/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.14.71

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GPUを使ったシミュレーションの高速化

成見哲

2012 年 14 巻 2 号 p. 72-75
発行日: 2012/04/30
公開日: 2013/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.14.72

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CUDA を使ったGPGPU を始める際に，「そもそも対象とする計算コードをGPU で実行すべきかどうか」，「とりあえずはGPU 化したが今後最適化すれば速くなる可能性があるかどうか」を見極めることはなかなか難しいことです．ここでは，GPU での高速化で注意すべき点に重点を置き，独自ツールの紹介を交えて解説します．

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GPUを使った古典分子動力学シミュレーションの高速化

坂牧隆司

2012 年 14 巻 2 号 p. 76-80
発行日: 2012/04/30
公開日: 2013/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.14.76

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グラフィックカードを用いて古典分子動力学シミュレーションの高速化を行った．具体的にはLJ ポテンシャルと，Particle Mesh Ewald 法を用いた際の静電ポテンシャルの近距離成分と遠距離成分の計算を実装した．また，LJ ポテンシャルおよび静電ポテンシャルの近距離成分の計算においては，使用する変数の精度が計算結果に与える影響を調べた．

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GPU の導入を容易にする2 つのツール: Goose とDS-CUDA

川井敦, 福重俊幸, 中里直人, 成見哲

2012 年 14 巻 2 号 p. 81-84
発行日: 2012/04/30
公開日: 2013/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.14.81

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GPU を使用するためにはアーキテクチャや開発環境の使用法を学び，既存のプログラムに変更を加えねばなりません．PC クラスタのような分散環境を用いる場合には，プログラムの変更はさらに煩雑になります．これらの手間を軽減するために，我々はGoose とDS-CUDA という2 つのツールを開発しました．

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GPU上でのFMMの木構造の構築について

横田理央

2012 年 14 巻 2 号 p. 85-89
発行日: 2012/04/30
公開日: 2013/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.14.85

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Treecode やFMM などのアルゴリズムはN 個の粒子同士の相互作用の計算量を精度と引き換えにO(N²) からO(N logN) もしくはO(N) に軽減することができる．これらの手法では，粒子をセルに分割し木構造を構築した後，その木構造を走査しながらセル単位で相互作用を計算する．このとき，木構造の走査は並列化が容易でありGPU 上での計算に向いているが，木構造の構築はGPU への実装の際に多少の工夫を要する．ここでは，GPU 上での木構造の構築の一例を示すとともに，性能向上に必要なアルゴリズム上の工夫に関する検討を行う．

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ポストペタスケールにおけるGPUコンピューティング

丸山直也

2012 年 14 巻 2 号 p. 90-93
発行日: 2012/04/30
公開日: 2013/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.14.90

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GPU 等のHPC 向けメニーコアアクセラレータの研究開発が盛んである．既存CPU と比べて大幅に優れた電力効率を達成可能であり，アクセラレータを用いたスーパーコンピュータなどの大規模システムの構築も進んでいる．本稿ではメニーコアアクセラレータのこれまでの普及および今後の進展について特にGPU を中心に紹介する．

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GPGPU登場の背景とプログラム環境構築について

古石貴裕

2012 年 14 巻 2 号 p. 94-97
発行日: 2012/04/30
公開日: 2013/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.14.94

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GPU を用いて数値計算を行うGPGPU (General-Purpose computations on Graphics Processing Unit) は最近科学技術計算の分野においても広く使用されるようになってきた．本稿ではGPGPU が登場するに至った背景と，GPGPUを使用するための環境構築法やGPU の構造とプログラム作成の関連性等について述べる．

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連載

QM/MM 法と溶液の理論の融合による凝縮系の化学過程の自由エネルギー計算

(15) 凝縮系の第一原理計算の方法論について

高橋英明

2012 年 14 巻 2 号 p. 98-101
発行日: 2012/04/30
公開日: 2013/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.14.98

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前号に続いて、溶質—溶媒間相互作用の分布関数を基本変数として自由エネルギーを構築するエネルギー表示の方法を紹介する。松林のオリジナルのエネルギー表示のアプローチでは、溶液系と純溶媒系の分布関数は、それぞれ分子シミュレーションによって構築される。このように、溶質—溶媒のカップリングパラメータの変域の端点で分布関数を数値的に厳密に計算することがエネルギー表示の方法の１つの特徴である。これにより、自由エネルギーの近似的な汎関数における積分の精度が良くなる。本文では、溶液系と純溶媒系の分布関数によって、HNC やPY 近似が具体的にどのように表されるかを見る。また、空間分布関数に基づく溶液論と比較して、エネルギー分布関数による方法の利点を論ずる。

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電子状態理論の初歩

I

志賀基之

2012 年 14 巻 2 号 p. 102-105
発行日: 2012/04/30
公開日: 2013/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.14.102

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近年の大型並列計算機の発展とともに分子シミュレーションと電子状態計算を統合した第一原理シミュレーションが普及し，国際標準になりつつある．これを用いて，従来では扱えなかった複雑な化学反応動力学や，光吸収や電磁場応答のような電子状態由来の物性などを対象に，さまざまな応用研究が広まっている．本稿では，電子状態理論の基礎をなす Hartree-Fock 法について，分子シミュレーションとの接点を少し意識しながら再考したい．

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博士論文紹介

Conformational transition of single semiflexible polymer chain as a coarsegrained model of DNA

樋口祐次

2012 年 14 巻 2 号 p. 106-109
発行日: 2012/04/30
公開日: 2013/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.14.106

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DNA等の堅さのあるセミフレキシブル鎖の高次構造転移に注目して, シミュレーションを用いて研究を行った. 鎖長に依存した高次構造転移の変化を, 無秩序・秩序転移の平衡論の立場から議論を行った. また, 高分子鎖が球状たんぱく質と複合体を形成する時の安定性をトポロジーと関連させることにより, 新たな視点を見出した. 最近では, DNA が生体内では核内に閉じ込められていることを考慮して, 狭い空間に閉じ込められた高分子鎖の構造転移の研究を行った. 粗視化モデルを用いることで, DNA 構造転移において重要な要素を明らかにしてきたので紹介する.

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海外紹介

アメリカ国立衛生研究所滞在記

伊藤暁

2012 年 14 巻 2 号 p. 110-113
発行日: 2012/04/30
公開日: 2013/04/30

DOIhttps://doi.org/10.11436/mssj.14.110

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