理化学研究所情報システム部

RICCではアクセラレータとしてGPGPUを搭載しており、先日GPGPUをC2075にアップグレードしました。より高速な環境が手に入る事で、これ迄以上の利用が見込まれますが、効率的なプログラムの開発には課題が残されています。課題へのアプローチとしてプログラミング環境の取り組みについて報告します。

分子動力学シミュレーションの生体分子への応用例として、細胞膜を構成している主成分であるリン脂質二重膜のシミュレーションの結果について述べる。我々はMDシミュレーションを用いて、単一脂質からなる二重膜の温度変化に対する挙動の変化について観察を行った。その結果、シミュレーションにおいても実験で示されている相転移を観察することができた。また、MDシミュレーションを蛋白質の設計に用いた例を紹介し、最後に、将来の計画について述べる予定である。

分子性液体の積分方程式理論である3D-RISM理論は、分子の周りの溶媒（水など）を分布関数として求める事ができる。そのプログラムは京スパコンなどの超並列計算機にも対応しているが、今回はGPUへの対応についてお話しする。さらに、蛋白質と薬効分子の結合位置探索についての応用をご紹介する。

The exponential growth of floating point power in GPUs, combined with high memory bandwidth, has given rise to an attractive platform upon which to deploy HPC applications. We review the QUDA library which is a domain-specific library designed to accelerate legacy lattice quantum chromodynamics application through providing a rich library of the common performance-critical algorithms, including highly optimized sparse linear solvers. QUDA is a toolbox in which to research and develop algorithms for the exascale future where flops are free and memory bandwidth determines performance. We describe the techniques currently present in QUDA and also consider future directions for development.

Mobius Domain Wall Fermion(DWF) method is an extended form of Shamir’s domain wall fermion action, which provides the same overlap action correspondence in the limit of Ls → ∞ without increasing the numerical cost. Obviously, Mobius DWF has an advantage in smaller size of chiral violation effect coming from residual mass compared with Shamir’s DWF. At α = O(Ls), O(1/Ls) of residual mass error in Shamir’s DWF can be reduced by O(1/Ls^2) in Mobius DWF method. This chiral enhancement on Mobius operator enables us to use the smaller 5th dimensional size of lattice data without scarifying the precision. Furthermore, smaller size of lattice data is very helpful to compute the DWF algorithm on GPU environment. Recently, GPU has been successfully used in lattice QCD applications. However, limited size of GPU memory makes the DWF computation especially difficult. To solve this problem, we have implemented Mobius DWF method based on the QUDA library. Optimization is still in progress.

I would like to talk about the recent status of GPU computation for the application to lattice QCD, and also provide some perspective of the role in particle physics.

電子状態計算をGPUを使って高速に行う方法を講演する。密度汎関数法やフラグメント分子軌道法の簡単な紹介の後、GPUによる加速法と問題点を示す。

古賀良太(株式会社クロスアビリティ)

Anti-hydrogen, the simplest pure anti-atom consisting of an anti-proton and a positron, is the key substance to investigate the still-not-well-known relation between the anti-World and this-World [1]. Synthesis of high quality anti-hydrogen atom is, however, a difficult task even with the state of art technology and only a tiny amount can be synthesized at a time [1]. In this talk, we will introduce the role of CUNBODY library [2] and SIMBUCA simulation package [3] in an attempt to enhance anti-hydrogen synthesis at CERN by utilizing GPU.

 References

[1] http://www.riken.go.jp/en/pr/press/2010/20101206_2/

   http://www.riken.go.jp/pr/press/2011/20110606_2/digest/

[2] T. Hamada and T. Iitaka, ( arXiv:astro-ph/0703100).

   http://www.iitaka.org/gpgpu_e.html

[3] S. van Gorp,,T.Iitaka, et al., Nucl. Instr. and Meth. A 638, 192-200 (2011).

   http://sourceforge.net/projects/simbuca/

理研RICCに搭載されたGPUのしくみを、使ってみたい研究者、中身を一応知っておきたい研究者向けにやさしく解説します。次に、実際のRICCでのジョブの投げ方、どの程度高速化されるかなどを紹介します。