著者
村田 健史 上田 裕子 上岡 功治 臼井 英之 岡田 雅樹 大村 善治 松本 紘
出版者
一般社団法人電子情報通信学会
雑誌
電子情報通信学会論文誌. B, 通信 (ISSN:13444697)
巻号頁・発行日
vol.85, no.8, pp.1411-1425, 2002-08-01
被引用文献数
7

現在,プラズマ粒子シミュレーションは,プラズマ観測・応用の様々な分野において用いられている.本研究では,既存のコードをもとに,オブジェクト指向開発技法によりプラズマ粒子シミュレーションコードを設計した.設計したモデルは,プラズマ粒子コードの基本的な機能を有するスケルトンモデルである.オブジェクト指向分析設計方法論によるプラズマ粒子コードの設計については,これまで,詳しい報告がなかった.したがって本論文では,本設計をもとに独自のプラズマ粒子コードを設計できるよう,オブジェクトクラスの洗い出しからデザインまでを詳細に説明した.更に,このデザインに基づき,オブジェクト指向プラズマ粒子シミュレーションコードを,C++言語により実装した.実装コードの基本動作及びコードの再利用性を確認し,更に,既存の手続き型言語によるコードとの,処理速度の比較を行った.その結果,実装したオブジェクト指向コードは,Fortranによる既存コードと比較し,最大3倍程度の計算時間を必要とするが,高い再利用性を有することがわかった.
著者
臼井 英之 杉崎 由典 冨田 清司 大村 善治 三宅 洋平 青木 正樹
出版者
情報処理学会
雑誌
情報処理学会論文誌コンピューティングシステム(ACS) (ISSN:18827829)
巻号頁・発行日
vol.1, no.2, pp.250-260, 2008-08-21

プラズマ粒子シミュレーションで電磁界成分を更新する際には電流値が必要であり,そのために,個々の粒子の運動量を各空間格子点に集める必要がある.しかし,粒子が空間的にランダムに分布しているため,電流計算の並列演算による高速化は容易ではなく工夫を要する.本論文では,粒子の位置情報を利用して各スレッドに粒子を明示的に割り当てるスレッド並列化アルゴリズムを新しく提案し,OpenMPを用いた実装によりその有効性を検証した.動作検証により,提案手法のCPU台数効果はシミュレーション内の空間格子数の影響を受け,粒子数密度の影響はないことが分かった.特に,各スレッドに割り当てられた空間格子配列がキャッシュに収まりきる程度に細分化される場合,並列台数効果を得やすいことを明らかにした.特に並列台数10前後の場合,その台数効果はスーパリニアとなり,自動並列化コンパイラを用いた電流ルーチン実装に比べて高速になることを明らかにした.また,本提案手法は,各スレッドで全粒子を走査する冗長的な並列化方法であるため,従来アルゴリズムで用いられていた作業領域用配列は不要となり,シミュレーションに必要なメモリ容量を大幅に節約できることを示した.In Particle-In-Cell (PIC) plasma simulations, we calculate the current density to advance the electromagnetic fields. One of the ways to obtain the current density is to gather the velocity moment of each particle to the adjacent grid points. The current calculation is not basically parallelized because the particle positions, which are random in the simulation space, are independent of the array number of current density. In the present paper, we propose a new parallelization method which explicitly associates particles to threads by using OpenMP and evaluate the performance of the proposed method. We clarified that the scalability performance is affected by the number of spatial grid points and is independent of the number of particle per grid. In the proposed method, each thread is in charge of a part of the array of current density divided with the number of thread. When the memory size of the array allocated to each thread becomes small and close to the data cache size of CPU, we found that the scalability performance shows super-linear characteristics and the execution needs less time than the case of using the automatic parallelization compiler. In addition, each thread redundantly scans the particle array to obtain the information of the particle positions for assigning the corresponding particles in charge. Because of this redundant parallelization, we do not have to use work arrays and can save the memory consumed for simulations.
著者
福士 雄太 臼井 英之
出版者
一般社団法人情報処理学会
雑誌
研究報告知能システム(ICS) (ISSN:09196072)
巻号頁・発行日
vol.2015, no.13, pp.1-7, 2015-02-23

本研究では,マルチエージェントを用いたインフルエンザの伝播シミュレーションプログラムを開発し,OpenMP を用いたスレッド並列,MPI を用いたプロセス並列,および両者を組み合わせたハイブリッド並列を実装することによりシミュレーションの高速化を行った.また,開発したプログラムを用いて,近畿圏を模倣した 800 万人が生活する仮想的な都市を対象にしたインフルエンザ伝播シミュレーションを行い,結果の妥当性の検討を行うとともに,実行時間の短縮化について検討した.
著者
三宅 洋平 臼井 英之
出版者
神戸大学
雑誌
若手研究(B)
巻号頁・発行日
2013-04-01

3次元電磁モデル大規模プラズマ粒子シミュレーションにより、太陽近傍プラズマ環境中における科学衛星プラズマ相互作用を定量的に解明した。特に①強太陽放射による大量の光電子放出にもかかわらず、空間電荷制限電流の効果により衛星は負に帯電する、②太陽風プラズマ中の対流電場に起因する光電子の非対称分布が衛星搭載電場プローブ位置に数100 mV/mの強い人工電場を発生させる、③衛星からの光電子放出電流により最大数nT程度の局所磁場変動が起こりうる、などの結果により、これまで人類が経験したことのない極限環境における衛星プラズマ相互作用の実態を明らかにし、将来衛星計画の設計に適用可能な知見を得ることに成功した。
著者
松本 紘 BOUGERET Jea ANDERSON Rog 小嶋 浩嗣 GURNETT Dona 村田 健史 笠原 禎也 八木谷 聡 臼井 英之 大村 善治 岡田 敏美 筒井 稔 橋本 弘蔵 長野 勇 木村 磐根 BOUGRET Jean-Louis ANDERSON Roger r. GURNETT D.A. BOUGERET J.L ANDERSON R.R
出版者
京都大学
雑誌
国際学術研究
巻号頁・発行日
1994

平成7年度には、GEOTAIL衛星は、地球から30Re付近の近地球軌道にあり、WIND衛星も主に、昼間側の太陽風の定常観測状態にあった。一方、同年度8月には、ロシアの衛星INTERBALLが、3月には、米国の衛星POLARが打ち上げられ、ISTP衛星による磁気圏の総合観測体制がほぼ整ったといえる。これらの衛星のうち、INTERBALL、POLAR衛星は、打ち上げ後、まもないということで、具体的な共同観測については、来年度に行われる予定であり、本年度は、主に、WIND衛星との共同観測を昨年度までのAKEBONO、Freja,ULYSSES衛星との共同観測に加えて重点的に行った。以下に、交付申請書の調査研究実施計画の項目に従って研究成果を列挙する。1.まず、惑星間衝撃波の観測でGEOTAILとWIND衛星で同時に観測を行った例において、WIND衛星で観測された磁場やプラズマの変化とそのGEOTAILでのある時間遅れでの観測、そしてそれに対応するプラズマ波動の強度の変化について解析を行った。その中には、衝撃波の到来とともにGEOTAILがバウショックを何度もよぎる現象がみられるものがあり、惑星間衝撃波の影響によりバウショックの位置が変化している様子を観測することができた。2.磁気圏昼間側のショック領域全面で発生しているといわれている2fpエミッションの観測をWIND、GEOTAIL両衛星を用いて行い、その発生時間や周波数変化の時間差から、その発生領域がやはりショック全面にあることが確認された。現在その位置的な偏りについても、より多くのデータを集めて解析を行っている。3.GEOTAILによって磁気圏内部で観測された「振幅変調をうけた電子プラズマ波」と同様な波形がWIND衛星によって太陽風中でも観測されていることがわかった。GEOTAILでの観測では、その波動の伝搬方向は外部磁場に対して平行、垂直の両者があることがわかっていたが、現在までのところWINDの方では平行伝搬のみがみつかっている。4.POLAR衛星の打ち上げに伴う共同観測体制を整えるための情報交換をアイオワ大学と行っている。5.POLAR衛星の打ち上げが遅れて本年度の3月になったため、具体的な共同観測は来年に執り行われることになる。6.本研究課題に関連して投稿された論文リストは、本報告書の研究発表欄に列挙する。以上が、交付申請書に書かれていた計画に対応する報告であるが、上述の他に、以下の項目についても共同研究を行った。1.極域で観測されるイオンサイクロトロン波とイオンコニックス分布との相関をAKEBONO衛星とFreja衛星の共同観測で明らかにした。2.極域で観測されるAKRの観測をGEOTAIL、WIND衛星で共同して行い、その観測が衛星の位置によってどのように変化してみられるかの評価をを行い、AKRの伝搬特性についての解析をおこなっている。3.太陽バースト伝搬をGEOTAIL、WIND衛星で同時に観測し、その強度を比較することにより、両者の受信機の較正を行った。
著者
松本 紘 臼井 英之 竹中 聡
出版者
一般社団法人電子情報通信学会
雑誌
電子情報通信学会論文誌. B-II, 通信II-無線通信・無線応用 (ISSN:09151885)
巻号頁・発行日
vol.80, no.3, pp.257-264, 1997-03-25
被引用文献数
3

地球往還型宇宙機が地球大気圏に再突入する際に起こるブラックアウト現象に関する調査には, OREXやHYFLEX等の実際の再突入実験が実施されたが, このような宇宙実験は膨大な予算が必要となる. そこで, 我々はプラズマ電磁粒子コードを用いて, 計算機上でブラックアウト現象の再現およびその解析を行うことに成功した. また, ブラックアウト回避法として, 機体前面に生じる高密度プラズマ層に磁場をかける方法に着目し, その効果を調査する目的で計算機実験を行った. 今回は簡単のため, プラズマ層に印加する磁場を一様磁場とした. 計算機実験の結果, 機体からの通信電波が,高密度プラズマ層中ではホイスラモードおよびLモードで伝搬可能であることが確認された.