変形, 流体, 電磁場などが相互に影響を及ぼす連成現象は, 研究・開発などの高度化・高精度化において重要になることが多く, 連成効果を考慮した連成有限要素解析は幅広い分野で必要とされている. この連成解析には流体・構造連成解析, 電磁場・構造連成解析などの2連成解析のほかにも, 構造・電流・熱伝導3連成解析などもあり, さらに, 連成解析アルゴリズムも一体型連成解析アルゴリズムや分離型連成解析アルゴリズムなどがあるため, 連成解析には多くの種類がある. 連成解析コードとしては, ユーザ開発の連成解析コードや連成解析機能を有する汎用解析コードのほかにも, 汎用解析コードのユーザ・サブルーチンを利用した連成解析コードや連成解析用のインターフェイスを利用した連成解析コードが開発されている. ユーザ開発の連成解析コードは開発コストや解析の信頼性の問題, 連成解析機能を持つ汎用解析コードは解析対象の連成問題に対応している必要があることやコードの変更が必要な最新理論は導入が困難である問題がある. また, 汎用解析コードのユーザ・サブルーチンにユーザ開発コードを組み込む方法では汎用解析コードとユーザ開発コードのデータの受け渡しがそのユーザ・サブルーチン内に制限されるため高度な連成解析アルゴリズムの利用が困難なことや並列解析を行うときにはユーザ開発コードも並列解析に対応させる必要があり, 連成効果に関するデータをファイルにより受け渡す方法ではデータ・ファイルの処理が複雑になることやファイルのI/O時間および同期に関する問題が生じる. 連成解析用のインターフェイスの利用ではこれらのインターフェイスが対応していない汎用解析コードもあり, また, 高度な連成解析アルゴリズムは実装が難しいと考えられる. 以上のように, これらの方法は利点と問題点が混在している状況であり, さらに, 拡張性や自由度の高い方法が必要であると考えられる.
本研究では, ユーザ開発コードと汎用解析コードを汎用解析コードのユーザ・サブルーチンおよびMPIにより組み合わせる連成解析方式を提案する. 本方式を実装するために必要な解析コードの条件, MPIの条件, ユーザの開発環境の条件について述べるとともに, 本方式におけるMPI_COMM_SPAWNを利用した解析コードの起動方法, MPI環境の初期化方法, ユーザ・サブルーチンを利用したデータの通信方法, ユーザ開発コードと汎用解析コードの通信方法について述べる. また, この方式を実装するときの解析コードの起動方法の問題点, 通信方法の問題点, 並列解析の集団通信の問題点, 汎用解析コードの利用上の問題点とこれらの対応方法について述べる. さらに, 本方式により抵抗スポット溶接の弾塑性接触変形・電流・熱伝導3連成解析システムを, 弾塑性接触解析を行う汎用解析コードMSC. Marcと電流・熱伝導連成解析を行うユーザ開発コードを組み合わせて実装する. 本システムより抵抗スポット溶接解析を行い, ユーザ開発コードと汎用解析コードを組み合わせた3連成解析が実現されていることを確認する. さらに, この3連成解析に接触電気抵抗を求めるためのミクロスケール弾塑性接触・電流連成解析を組み合わせたマルチスケール連成解析システムを実装する. 本システムによりユーザ開発コードと汎用解析コードを利用したマルチスケール連成解析が実現されていることを確認するとともに, 本方式が拡張性・自由度が高いことを示す. また, これらの解析により, 本方式により汎用解析コードの利用による信頼性の高い連成解析, 汎用解析コードのみでは実現できない連成解析, MPIの利用による連成解析の自由度・拡張性の向上, コミュニケータの分離による並列解析の容易な利用が実現できることを確認する.

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2進数における循環小数である10進数の0.1を10⁹回逐次加えるプログラムと10⁴回の部分和をとり、これを10⁵回加え最終的に10⁹回加えるプログラムを作成し、メッセージ通信ライブラリMPIを用いてプログラムの並列化を行った。これらプログラムをAlta Technology AltaCluster、Hitachi　SR8000、IBM RS/6000 SP、SGI Origin2000の計4種類の並列計算機を用いて8CPUまでの実行速度および計算精度の評価を行った。その結果、通信量が演算量に比べて小さいため、いずれの並列計算機でもほぼCPU数に応じた高速化が図ることができた。また、計算精度はそれぞれのプログラムとも4つの並列計算機で全く同一であった。逐次加えていく場合は、情報落ちにより正確な解が得られないが、並列化により精度向上が観測された。10⁴回の部分和を加える場合は、逐次計算でも正しい解が得られるが、並列処理によりわずかな精度劣化が見られた。

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Non-blocking communication in the MPI ( ) standard provides us with the functionality to overlap communications with calculations. However, the standards only specify the semantics of the APIs (Application Program Interfaces), and actual implementations only assure the context of communications. In fact, the MPI libraries presently installed on a Compaq AlphaServer ES40, a Hitachi SR8000 and the Earth Simulator can not communicate with calculations. We propose a novel parallel strategy to perform the communication and calculations simultaneously by assigning the communication task into one of the physical processors installed on each node. Consequently, we confirm that the present method hides the communication cost behind the calculation one on a Compaq AlphaServer, a Hitachi SR8000 and the Earth Simulator.

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We present a new model for distributed shared memory systems, based on remote data accesses. Such features are offered by network interface cards that allow one-sided operations, remote direct memory access and OS bypass. This model leads to new interpretations of distributed algorithms allowing us to propose an innovative detection technique of race conditions only based on logical clocks. Indeed, the presence of (data) races in a parallel program makes it hard to reason about and is usually considered as a bug.

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In this paper, we propose a scalable distributed memory system with a low-cost hardware - . The proposed interface improves the communication performance between nodes to decrease the overhead synchronization with a receiver reservation technique. The simulation results indicate that the performance is increased by 20% on 4x4 communications. The synthesis result of the proposed MPI indicates that the area was only 4.49% of each computing node. As a result, the proposed system is a useful embedded MPSoCs (Multiprocessor System on a Chip) for its low-cost implementation and scalability.

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In recent years, FEM has been wideley used in a variety of field. One of them is application of welding problem. Welding problem is modeled by heat conduction problem with a moving heat source and thermo-elastic-plastic problem. It is necessary to interconnect nodal flux data at the boundary interface for the numerical implementation of moving heat problem for the Domain Decompositin Method (DDM) when calculating equivalent nodal flux. Moreover, material properties change with drastic temperature change during welding process. And then, In this research, assuming that heat source is point heat source, proposed method is implemented in ADVENTURE Thermal, which is a parallel finite element analysis software using domain decomposition method.

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　ネットワークの高速化やパーソナルコンピュータ(PC)の高性能化により，PC間をネットワーク結合したPCクラスタを利用した並列計算機がスーパーコンピュータ並みの高速計算処理能力を有するまでになってきた．本稿では，地下水中の物質輸送解析法の一つである特性曲線法を分散メモリ型のMPI( )を用いて並列化し，PCクラスタ上で実行させて並列化手法の有効性を検討した．その結果，PC8台を利用した場合の演算速度の向上は最大6倍となり，並列実行の効果が大きいことがわかった．

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For small memory communications in the exascale computing, we are developing an Advanced Communication Primitives (ACP) library based on one-sided communication. ACP library uses Global Address (GA) data for identifying a logical address of a process. We estimated memory requirements of ACP library for four communication patterns of the OpenFMO application. The maximum memory requirement of GAs is about 1 MByte for the master process of master-worker communications. This result shows the memory requirement of GAs is considerably smaller than the available memory size of one process of exascale computer.

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A new image processing technique for three-dimensional measurement of fluid velocity field is proposed in this paper. The technique is based on cross-correlation method and requires gray-level digital data of three-dimensional flow field. They are reconstructed on the EWS from the series of pictures that shows vertical section of flow field visualized by moving laser light sheet. One of the matters with this technique was that it took huge computational processing times. To reduce this problem, the program code is parallelized with MPI, standard portable message passing system. This technique is applied to vortex flow. And the results are compared with the results measured by LDV.

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マルチコア計算機が主流となり，MPIやOpenMPを用いた並列処理法が計算効率を高める手段としてよく用いられている．これらの技術を用いれば，規格に沿ってソースコードを編集し並列化ライブラリを通してプロセスを投げることで，比較的簡単に処理速度の向上を見込める．しかしながら，全解探索型の計算では多くの繰り返し計算を行うため，一回の計算処理(例えば内部エネルギーの算出や構造最適化計算)を行う毎に並列化処理を行う従来の方法では高速化が見込めない場合がある．それを解決する方法のひとつとして入力ファイルの前処理とデータベースによる分散処理法を提案する．この方法では，ソースコードを修正して並列化処理を挿入する一般的な方法とは大きく異なり，計算ソフトウェアに渡す入力ファイルを分割して別々のジョブとして処理させ最終的にはデータベースを利用してまとめて解析する手法をとることで，計算速度の向上，計算結果の信頼性の担保，データアクセスの利便性の向上が見込める．本研究ではこれらの方法を実装した分散処理システムIPDPを開発し，分子動力学ソフトウェアCharmmによるエネルギーマップ作成を行った．

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In order to provide a set of magnetohydrodynamic (MHD) equilibrium database which is indispensable for both the studies on improvement of energy confinement and stabilization of MHD activities in tokamaks, a high speed data-processing system synchronizing with JT-60 discharge sequence was newly developed by utilizing the latest model of high speed workstation and by optimizing the parallel processing technique to perform fast calculation of MHD equilibria. This high speed system was found to have a sufficient ability to complete the whole equilibrium calculations during each inter-shot period. Cooperating with the mass data storage subsystem preserving the latest equilibrium database automatically, the animated discharge monitoring subsystem provides valuable information for the JT-60 operator to determine control parameters of the succeeding discharge. This report describes the system performance realized in the JT-60 experiment.

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膨大な2電子積分の一部をメモリに保存して、2回目のSCFサイクル以降再利用する計算手法（partially direct SCF, PDSCF）法を提案し、PCクラスタを用いて、その性能評価を行った。非常に簡単な改良であるにもかかわらず、PDSCF法を用いたFock行列作成時の並列処理の性能を大きく向上させることが分かった。また、積分値１つ当たりの計算コストを考慮すると、軌道量子数の和が小さな(ss,ss)タイプの積分から保存したほうが有利であることも分かった。この計算手法を用いることで、我々が開発してきた2電子積分専用LSIを多数搭載し、ディスクレス構造を採るFock行列作成のための超並列専用計算機でも、高い効率を保ったまま並列計算ができる。

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To numerically solve linear equations with large sparse matrices derived by the finite element method, a solution method that can be computed in parallel is required to take advantage of their sparsity. Iterative methods are one group of available methods, but they may not converge. In contrast, direct methods can solve such equations. We can use the multifrontal method as a part of a direct method to utilize two factors mentioned above. This paper explores how to implement the method that incorporates parallelization using MPI to achieve efficient solution in a variety of environments. Numerical experiments using sequential calculations were conducted as a preparatory step for parallelization. The results showed that there was still a large difference in execution time between the existing library and the application created here, especially in the factorization, which is the core of the multifrontal method. Therefore, it is necessary to parallelize the factorization operation to achieve efficient computation and to address bottlenecks that cannot be parallelized in the future.

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プラズマのMHD平衡解を求める場合，Grad-Shafranov方程式の境界値問題は非線形固有値問題となる．同問題は非線形であるため，線形化した後SOR法を用いて計算し，固有値，関数値の近似値を修正しながら反復する手法を用いている．そのため，計算に時間を費やしてしまうという欠をもつ．さらに，殆どの計算は線形化方程式を解く手続きに費やしていることがわかっている． SOR法等の収束速度は長波長成分誤差の緩和速度に依存していることが知られている．一方，Multigrid法（MGM）は長波長成分誤差を高速に緩和する手法である．プラズマMHD平衡解は長波長成分を主にもっており， MGMが最適な手法であると考えられる．本研究では，MHD平衡解析にMGMを適用し，さらに， (MPI)を用いて並列化を行うことにより計算速度の向上を図る．

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OHyMoS is hydrological modeling framework designed on the basis of the object-oriented programming concepts. Using OHyMoS as a library, the user can develop his own element models and easily build the total system model for hydrological simulations. However, serial implementation is required to get probabilistic estimation as the original version is based on a deterministic modeling approach. In this study, OHyMoS is modified for parallel computing via (MPI) and for data assimilation based on particle filtering. Our parallelized version takes better advantage of the computational power of a distributed computer system. The capability of the proposed framework is checked from a lumped model to distributed hydrologic one.

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