スーパーコンピューティング部門の活動 • • • • • 研究・業務部門が一体となった運営，研究成果の業務への適用（ライブラリ公開等） HPC技術の普及への積極的貢献（教育，広報） T2K（3大学），学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点（8大学）による連携 理化学研究所計算科学研究機構との連携（研究，教育） 国際協力（日仏共同研究，ローレンスバークレイ国立研究所） 計算機システム運用・全国共同利用 • • • • • Hitachi SR11000/J2（18TFLOPS，’05～’11） T2Kオープンスパコン（東大）（140 TFLOPS，’08～’14） 国内トップクラス（大学としては最大） 約1,500名の利用者，90%近い稼働率 サービス拡充：成果利用登録システム，高速ファイルシステム （Lustre）導入，並列可視化システム（AVS/PST）導入（’09実績） 成 果 物 • e-Scienceプロジェクト成果の公開（数値ライブラリ， システムソフトウェア） • 大規模システム性能評価用ベンチマーク「UTHPC benchmark」 • 新規開発数値アルゴリズム，チューニング知見 の体系化，ライブラリ化，公開 • システム稼働監視システム • オープンソースコードの普及 • HPCIへの貢献 民生利用 • 全計算資源の10%以下 • 先端的大規模計算シミュレーションプログラム利用 サービス（’07～） • 企業利用：ASP事業，エンジニアリングコンサルタント （’08～） 研究開発 スパコンにおける高生産・高性能プログラミング環境 • 計算機システム，数値アルゴリズム，計算科学の幅広い分野を カバーする16名の教員（特任含む） • 共同研究（大学，研究機関，民間），公募型共同研究（共同利 用・共同研究拠点），国際協力（日仏共同研究，LBNL） • 外部資金プロジェクト 教育・普及・広報・社会貢献 • 学際計算科学・工学人材育成プログラム（’08～）による全学的 HPC教育プログラムの策定 • 大学院教育（兼担）：情報理工学系，工学系研究科 • お試しアカウントつき講習会（企業研究者・技術者も受講可） • 各種研究会，講習会，セミナー • 広報誌「スーパーコンピューティングニュース」（年6回発行） • 国内外学会役員，委員（編集委員，実行委員，プログラム委員） 東京大学情報基盤センター スパコン 1システム～6年，3年周期でリプレース HITACHI SR11000 model J2 T2K（東大）（HA8000クラスタシステム） Total Peak performance : 18.8 TFLOPS Total number of nodes : 128 Total memory : 16384 GB Peak performance per node : 147.2 GFLOPS Main memory per node : 128 GB Disk capacity : 94.2 TB IBM POWER5+ 2.3GHz Total Peak performance : 140 TFLOPS Total number of nodes : 952 Total memory : 32000 GB Peak performance per node : 147.2 GFLOPS Main memory per node : 32 GB, 128 GB Disk capacity : 1 PB AMD Quad Core Opteron 2.3GHz 利用者453名（うち学内236名） 2010年7月末現在 利用者890名（うち学内420名） 2010年7月末現在 年度末に向けて増加する 2 10-06 10-05 10-04 10-03 10-02 10-01 09-12 09-11 09-10 09-09 09-08 09-07 09-06 09-05 09-04 09-03 09-02 09-01 08-12 08-11 SR11000 08-10 08-09 08-08 08-07 08-06 08-05 % 08-04 稼働率変遷（ノード固定除く） 3 100 HA8000(T2K) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 4 利用ノード時間積による利用分野（T2K） 専用キュー＋教育＋企業・イノベーション（全体の約40%） エンジニアリング 地球科学・宇宙物理 物質科学・量子系 エネルギー 情報科学 教育 企業 5 研究活動 年度 招待講演 査読付 その他 著書 論文 発表 表彰 2005 5 5 15 2 1 2006 4 6 24 1 2007 11 23 54 2 2 2008 9 33 73 2 ２ 2009 15 30 64 1 Microsoft Innovation Award 2007，ア カデミック部門最優秀賞 山下記念研究賞，コンピュータサイエ ンス領域奨励賞（情報処理学会） • SC，IPDPS，ICS, ParCO, IEEE/Cluster，SIAM/PP 等のImpact Factorの高い国際会議への論文採択， 会議運営（実行委員，プログラム委員） 6 A Multi-Scale Heart Simulation on Massively Parallel Computers A.Hosoi, T.Washio, Y.Kadooka, K.Nakajima & T.Hisada accepted as a Technical Paper at SC10 (Nov.,2010) T2Kオープンスパコン（東大）共同研究プロジェクトの成果 ek macro to micro u , u , X on e k S k , gk micro to macro スパコンにおける高生産・高性能 プログラミング環境（1/2） ① 内容 – 「シームレス高生産・高性能プログラミング環境」（文部科学省 「e-サイエンス実現のためのシステム統合・連携ソフトウェアの 研究開発」）（FY.2008～2011） – ポストペタスケールコンピューティングのためのフレームワーク とプログラミング（科学技術振興機構「戦略的国際科学技術協 力推進事業（共同研究型）日本－フランス共同研究」 ） （FY.2010～2012） • • 高性能通信ライブラリ，実行時環境 自動チューニング機能付き統合数値ライブラリ ② 意義・必要性 – 大規模化，複雑化する計算機システムにおいてその性能を充 分引き出し，安定に稼働するアプリケーションを効率的に開発 するための高生産・高性能プログラミング環境を開発する。 スパコンにおける高生産・高性能プログラ ミング環境（2/2） ③ 達成度 – 成果公開，講習会実施（PCクラスタコンソシアムと連携） ④ 学内外との交流状況，若手研究者育成 – T2K（筑波，東大，京大）3大学，東工大，フランス各機関協力 – 博士研究員雇用 – 海外，博士課程学生も含めたインターンシップ ⑤ 社会的な貢献 – 成果公開，チュートリアル・シンポジウム，講習会 – プログラミングコンテスト ⑥ 国際的な評価 – 国際ワークショップWPSEの開催（T2K 3大学） – IESP（International Exascale Software Project）への参加 シームレス高生産・高性能プログラミング環境 PCクラスタから大学情報基盤センター等に設置されているスパコン まで、ユーザに対するシームレスなプログラミング環境を提供 • 高性能並列プログラミング言語処理系 – 逐次プログラムからシームレスに並列化およ び高性能化を支援する並列実行モデルの確 立とそれに基づく並列言語コンパイラの開発 高性能並列プログラミング 言語処理系の開発 筑波大学 東京大学 • 高生産並列スクリプト言語 – 最適パラメータ探索など粗粒度の大規模な 階層的並列処理を、簡便かつ柔軟に記述可 能で処理効率に優れたスクリプト言語とその 処理系の開発 次世代プログラミング 言語仕様検討会 （主査：佐藤＠筑波大） NEC，富士通，日立 JAXA，JAMSTEC， 核融合研，筑波大， 東大，京大，九大 普及活動 高生産並列スクリプト 言語の開発 京都大学 PCクラスタ コンソーシアム （会長：石川＠東大） 富士通，日立，NEC など２７社・機関 • 高効率・高可搬性ライブラリの開発 – 自動チューニング（ＡＴ）機構を含む数値計算 ライブラリの開発 – PCクラスタでも基盤センタースパコン(1万規 模CPU)でも単一実行時環境を提供する Single Runtime Environment Image環境の 提供 高効率・高可搬性 ライブラリの開発 東京大学 T2K Open Supercomputer Alliance 富士通研究所 日立中央研究所 9 FP3C ポストペタスケールコンピューティングの ためのフレームワークとプログラミング ポストペタスケールの高性能コンピュ ーティングのためのプログラミングモ デルとプログラミング言語の確立を目 的とする。 日本・フランスの持つ大規模並列プラ ットフォームを活用し、大規模システ ムに適応した実行時ソフトウエアをプ ログラミング言語に統合する。 両国の研究チームが相互補完的に 取り組むことで、これからの計算科学 分野のためのエクサスケールの高性 能計算システムの実現に貢献するこ とが期待される。 (parallel algorithms, libraries, benchmark, …). application technologies programming model and Language system technologies (ultra-large scale platform, accelerators, fault resilience, power, …) 10 FP3C Post-petascale computing Ultra large-scale parallel platform to manage large-scale system, these runtime technologies are required … fault resilience low power/ power-aware programming model and API for fault resilience … programming model for large-parallel systems post-petascale systems are characterized two aspects: large-scale and accelerators accelerating technology (GPGPU/many-core) programming model and API for GPGPU programming model and language (high performance and productivity) parallel algorithm (benchmark and evaluation) Design parallel algorithms and libraries using the programming model and languages, and give feedback libraries & packaging application frameworks 11 12 スパコンを利用した公募型共同研究， プロジェクト • T2K東大（HA8000クラスタシステム）のみ – 「超並列」指向 • T2Kオープンスパコン（東大）共同研究プロジェクト – 2010年度より共同利用・共同研究拠点公募型共同研究 • スーパーコンピューター若手利用者推薦（試行） • HA8000 クラスタシステム 512 ノードサービス – – – – 2010年度より開始，既存ユーザーに限定しない 512ノード，8,192コアを24時間占有可能 1月1回実施，次回締切は9月10日（金） http://www.cc.u-tokyo.ac.jp/use_info/512node/ 13 学際大規模情報基盤 共同利用・共同研究拠点 JHPCN http://jhpcn-kyoten.itc.u-tokyo.ac.jp/ • 北大，東北大，東大，東工大，名大，京大，阪大，九大の 8大学情報基盤センター（中核機関：東大） • 平成22年度より正式に活動開始（6年ごとに見直し） – 2010年6月より正式共同研究開始 • 分野 – 超大規模数値計算系応用分野，超大規模データ処理系応用分 野，超大容量ネットワーク技術分野 – 融合分野（大規模情報システム関連研究分野） • グリッド的な運用も視野 • スパコン：資源の10%程度を供出（東大はT2K 72ノード） 14 学際大規模情報基盤 共同利用・共同研究拠点 北海道大学 情報基盤センター 8大学センターの多様な人材・計算 機資源を擁するネットワーク型拠点 東北大学 サイバーサイエンスセンター 九州大学 情報基盤研究開発センター 京都大学 学術情報メディアセンター 大阪大学 サイバーメディアセンター 東京大学 情報基盤センター （中核拠点） 東京工業大学 学術国際情報センター 名古屋大学 情報基盤センター 2010年度採択課題（東大利用分） 課題名 分類 代表者名 （所属） A 巨大地震発生サイクルシミュレーションの高度化 数 平原和朗（京都大学） A 地震と津波の大規模並列シミュレーションとその可視化 数 古村孝志（東京大学） A 市街地における風・温熱・光・音環境総合数値予測データベースの開発 数 坂本雄三（東京大学） A 高並列海洋モデルの開発を通した海洋循環のプロセス研究 数 羽角博康（東京大学） A 次世代ジオスペースシミュレーション拠点の構築 数 松元亮治（千葉大学） A MHD ダイナモシミュレーション 数 陰山聡（神戸大学） 数 佐藤雅彦 （核融合科学研究所） 大規模並列計算における陰的時間積分法を使用したMHD非線形コードの 高速化 粗視化分子動力学法による高分子系シミュレーション基盤の計算機科学的 B 高度化検討 京大 数デ情 萩田克美（防衛大学校） 北大，名大，阪大 B 超並列計算によるマルチスケール・マルチフィジックス心臓シミュレーション 数 久田俊明（東京大学） C 大規模生物データ処理のための並列データベース デ 森下真一（東京大学） C 言語間差異を活用したWeb情報資源へのアクセスシステムに関する研究 デ 増田英孝 （東京電機大学） D 学術グリッド基盤の構築・運用技術に関する研究 情 合田憲人（NII） D 他大学 数ネ情 荻野竜樹（名古屋大学） 東大，名大，九大 A 天体活動現象の輻射磁気流体シミュレーション B 15 マルチパラメータサーベイ型シミュレーションを支えるシステム化技術に関す 数デ情 奥田洋司（東京大学） る研究 北大，東北大，東工大， 名大，京大，阪大，九大 北大，名大，京大，阪大 A：シミュレーション系（地球・宇宙・環境），B：シミュレーション 数：超大規模数値計算系応用分野，デ：超大規模データ処理系応用分野， 系（それ以外），C：大規模データ処理，D：情報基盤技術 ネ：超大容量ネットワーク技術分野，情：超大規模情報システム関連研究分野 16 スーパーコンピュータ 若手利用（試行） • H19年度～ • （概ね）35歳未満を対象（H22年度より45歳未満） • 利用負担金（パーソナルコース）の全額を負担（T2K：64ノード，月 末256ノード） • 人材育成の一環 • 半年ごとに募集，最大1年 2010年前期度採択課題 採択者（所属） ビン型雲モデルを用いた雲・エアロゾル相互作用に関する研究 佐藤陽祐（東京大学） 渦解像モデリングによる南大洋水塊変質過程の定量化 浦川昇吾（東京大学） 量子i.i.d.状態のシミュレーションとその理論的考察 坂下 達哉（電気通信大学） HA8000 クラスタシステム 512 ノードサービス 17 2010年度第一期採択課題 課題名 代表者名 代表者所属 流体解析ソフトウェアFrontFlow/blue ver.6.0の 大規模ベンチマークテスト 加藤 千幸 東京大学 生産技術研究所 電磁流体コードによる宇宙天気シミュレーション 性能測定 深沢 圭一郎 密行列固有値解析の大規模並列化のための通 信性能評価 大島 聡史 東京大学 情報基盤センター 超並列計算によるマルチスケール・マルチフィ ジックス心臓シミュレーション 久田 俊明 東京大学 新領域創成科学研究科 酸化チタンと金属材料の界面構造の電子状態 大野 隆央 東京大学 生産技術研究所 九州大学 宙空環境研究センター LBNLとの共同研究 • Lawrence Berkeley National Laboratory （LBNL） – 米国エネルギー省（US DOE）附属 – 原子核物理（11名のノーベル賞受賞者），HPC研究では世界最 高レベル – DOE計算機センター （National Energy Research Scientific Computing Center, NERSC）：PFLOPS級計算資源 • ハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）及び計算科 学・工学分野における基礎的，学術的な共同研究の促進 を目的とした研究交流協定覚書（2009.9） – – – – 科学技術計算向け数値計算ライブラリ，自動チューニング マルチフィジックスシミュレーションのためのカプラー 科学技術計算ベンチマーク ペタ／エクサスケール計算機向け並列プログラミングモデル，実 行環境，ファイルシステム 普及・人材育成 • 高校生・高校教員向けセミナー，プログラミング講習会 – SSH，埼玉県立総合教育センター – 人材確保 • 学際計算科学・工学 人材育成プログラム – 全学的なHPC教育 • お試しアカウント付き講習会（T2K） – – – – 1週間有効な「お試しアカウント」を利用した実習付き MPI並列化（基礎，応用），OpenMP・マルチコア，ライブラリ利用 次回7月29日・３０日（MPI基礎） 2009年9月より企業からの受講，アカウント発行可能 • 3分の2程度が企業からの受講者 20 教育プログラム：東大における実施状況 • 学際計算科学・工学人材育成委員会 – （H20.2～平尾前副学長，H21.4～松本副学長），4研究科，1研究所による連携 – WG組織，教育プログラム策定，実施 – 「4S型人材育成戦略」：「System，Stage，Status，Style」 • 現在開講中の講義（この他 各種講習会） – 「並列計算プログラミング，先端計算機演習（有限体積法）」（理・地球惑星・大学院教育高度 化プログラム）（H16～，多圏地球COEにて開講） – 「スパコンプログラミング」（工）（H19～） – 「コンピュータ科学特別講義Ⅰ（有限要素法）」（情報）（H20～） – 「コンピュータ科学特別講義Ⅰ・Ⅱ（並列有限要素法）」（情報）（H21～）：アプリのわかるCS – 「実践コンピュータシステムⅠ・Ⅱ」（情報）（H21～） • H22年度以降開講予定 – 大規模「非」数値データ処理（高性能生物情報処理特論）（新領域）（H22～） – 科学技術計算基礎論・演習（情報）（H22～） • 検討中 – 各種講習会，e-Learning，差分法，境界要素法，スペクトル法等の講義＋GPU等 – 学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点（7大学＋東工大）（H22より） – 全国への展開（次世代スパコンと関連） 21 理学系研究科 工学系研究科 • 有限体積法 • 並列アルゴリズム • 有限要素法 • 並列可視化手法 学際計算科学・工学 人材育成プログラムの戦略 生産技術研究所 学際計算科学・工学人材育成委員会 情報基盤センター 特任教員群 • • • • データ構造とアルゴリズム 計算機システム 並列計算機アーキテクチャ 並列プログラミング入門 情報理工学系研究科 • バイオインフォマティックス • 並列探索処理 新領域創成科学研究科 http://nkl.cc.u-tokyo.ac.jp/CSEedu/ ① 計算機リテラシー プログラミング言語 ② 科学技術計算基礎論・演習 （数値解析・プログラミングの基礎） • ①，②レベルは各学科に任せる – 既存の講義・演習あり – 人材育成委員会はガイドライン策定⇒認定 ここに厚い壁 ③ アプリケーションの実用的プログラ ミング（有限要素法等） ④ 並列プログラミング • ③，④レベルは手法ごとに全学的共通講義を研 究科単位で開講：各研究科・専攻で単位認定 22 現在開講中の講義・演習 • 並列計算プログラミング・先端計算機演習（理・地球惑 星科学） – 有限体積法 • スパコンプログラミング（工） • スパコンプログラミング（全学ゼミ）（教養） – 数値解法 • コンピュータ科学特別講義I・II（情報理工） – 有限要素法 • 実践コンピュータシステムI・II（情報理工） • 高性能生物情報処理特論（新領域） • T2Kオープンスパコン（東大）を利用したプログラミング 実習あり（4ノード，64コア）：教育用アカウント 23 講習会（2009年度） 名称 開催日 申込人数 備考 第5回お試しアカウント付き並列プログラミング講習会（試行） 2009年7月1日～2日 26人 第6回お試しアカウント付き並列プログラミング講習会（試行） 2009年9月7日～8日 12人 第7回お試しアカウント付き並列プログラミング講習会（試行）：科学技術 計算のためのマルチコアプログラミング入門：Hybrid並列プログラミング モデルへの道 2009年9月14日～15日 38人 第8回お試しアカウント付き並列プログラミング講習会（試行） 2009年3月17日 17人 CCS HPCサマーセミナー2009 2009年7月23日～24日 7人 筑波大学主催 京都大学 並列プログラミング入門講習会 2009年9月3日～4日 5人 京都大学主催 情報基盤センター 主催 24 お試しアカウント付き講習会（2010年度） http://www.cc.u-tokyo.ac.jp/publication/kosyu/schedule_kosyu.html 名称 MPI基礎 MPI応用 OpenMP (基礎＋応用) ライブラリ利用 期間 1日半 ～2日 1日半 1日半 ～2日 2日 時期（予定） 内容 2010年7月29・30日 2010年9月2・3日 2011年3月17・18日 • • • • • 2010年5月13・14日 2010年12月（未定） • MPIを使用した並列アプリケーション開発手法に関する講習，実習 有限体積 法によるポアソン方程式ソルバーの概要 • 並列データ構造の考え方 • 領域分割手法 • 並列化手法 • T2K（東大）による実習 2010年12月（未定） • OpenMPによるマルチコアプロセッサ向け並列プログラミング，最適化手法に 関する，実アプリケーションに基づく講習，実習 有限体積法によるポアソン方 程式ソルバー，ICCG法の概要 • OpenMPの基礎 • リオーダリングによる並列化，最適化 • T2K（東大）による実習 2010年9月27・28日 2011年2月2・3日 • 密行列ライブラリBLAS, LAPACK, ScaLAPACK、および、疎行列ライブラリ PETsc, Lisの利用法に関する講習，実習 数値解法の原理と特徴の説明 • 数理的モデリング，離散化，データ格納 • ブロック化、データ分散の考え方 • T2K（東大）による実習 MPIによる並列プログラミングの基礎に関する講習，実習 並列化の基礎知識 MPIのAPI説明 行列積の並列化実習 makeを使った分割コンパイルと並列処理 T2K（東大）による実習 25
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