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富士通、スーパーコンピュータ「富岳」を用いた商用アプリケーションの高速解析をベンダー各社と実証
[21/06/23]
TOKYO, Jun 23, 2021 - (JCN Newswire) - 当社は、スーパーコンピュータ「富岳」上で、産業界で広く利用されている流体解析などのシミュレーション向け商用アプリケーションを用いて、大規模かつ高精細な解析が高速に行えることをアプリケーションベンダー各社と協働で2020年11月から2021年5月に実証しました。また、「富岳」および「富岳」の技術を活用した「FUJITSU Supercomputer PRIMEHPC（以下、PRIMEHPC）」シリーズ向けに、新たに製造業のお客様ニーズが高い商用アプリケーションについて、各社と協働して動作検証や性能チューニングを実施し、2021年6月より各社から順次提供開始予定です。
今後、当社は、「PRIMEHPC」シリーズを用い、引き続き、商用アプリケーションの動作検証などを実施するとともに、製品開発や技術研究を行う製造業などのお客様に「PRIMEHPC」シリーズを販売し、産業界全体の発展に貢献していきます。
現在、製造業などのお客様の製品開発や技術研究における流体解析や構造解析などのシミュレーションを行う商用アプリケーションは、PCクラスタ（注1）上で広く利用されていますが、昨今、大規模かつ高精細なシミュレーションが求められることで、計算結果が出るまで非常に時間がかかるなどの課題がありました。これらの商用アプリケーションをそのまま大規模かつ高速な計算リソースをもつ「富岳」や当社の「PRIMEHPC」シリーズなどのスーパーコンピュータで利用できれば、お客様が保有する商用アプリケーションのノウハウを活用でき、大きなメリットがあると期待されています。
そこで、当社は、それらをいち早く整備するため、「富岳」の技術を活用している「PRIMEHPC」シリーズ向けの開発環境および動作検証環境をアプリケーションベンダー各社に提供し、協働で動作検証などを実施しました。大規模シミュレーションにおいて、商用アプリケーションが高速に動作するように性能分析し、発見したボトルネックを解消するチューニングを行うとともに、高並列で効率良く計算するための並列処理技術の適用などを実施しました。その結果、8つの商用アプリケーションの動作検証が完了し、そのうち3つの商用アプリケーションについて「富岳」を用いた大規模解析において、高速かつ高精細なシミュレーション結果を得ることができました。
商用アプリケーションによる大規模解析の動作検証と成果
当社は、ベンダー各社と協働で、「PRIMEHPC」シリーズ向けに動作検証した商用アプリケーションを用いて、環境負荷低減の観点から重要性が高まっている航空機や自動車のエネルギー効率の改善や、安全性向上を目的とした大規模で高精細なシミュレーションを、「富岳」の計算リソースを活用（注2）して高並列で行い、お客様が求める実用的な実行時間で解析できることを実証しました。
1. 航空機の安全性向上
航空機は飛行中に、安全性や航空機の安定飛行に影響を及ぼすバフェットと呼ばれる機体の振動現象が起こることがあり、バフェットを予測することは航空機の安全設計にとって重要な課題です。今回、「富岳」の最大19万2,000 CPUコア（注3）を活用して熱流体解析アプリケーション「Cradle CFD | scFLOW」（注4）を並列実行し、2億3700万要素の高精細なモデルを、細かな渦が表現可能な解析手法であるLES（注5）で解析することにより、粗い計算格子を用いた従来の解析手法RANS（注6）よりも、バフェットの予測につながる翼の表面上の圧力振動や細かい渦が生成される現象を、詳細に観測できるようになりました。これにより、バフェットを考慮した航空機の安全設計につながる大規模解析ができることを実証しました。
2. 自動車などのエンジンのエネルギー効率向上
自動車などの燃費向上や環境性能改善のため、エンジンにおけるエネルギー効率向上は重要な課題です。「富岳」の最大4,620 CPUコアを用い、エンジン内のピストン動作によるシリンダー内の燃焼などの一連の化学反応を考慮した燃焼解析を、熱流体解析アプリケーション「CONVERGE」（注7）を使った並列計算により2時間で行えることを確認しました。この解析では、領域全体を0.5mm単位の高精細な計算格子（最大667万格子）で分割し、LESを用いることで、粗い計算格子を用いたRANSでは難しかった、しわ状化した火炎構造を示す高精度な結果が得ることができました。これにより、製造業における設計業務などの限られた時間でも高精度の解析が実施できるようになり、エンジンのエネルギー効率向上や異常燃焼の低減などにつながることが期待されます。
3. 電気自動車などの駆動用モーターのエネルギー損失低減
電気自動車やハイブリッド自動車のエネルギー効率向上のためには、駆動用モーターでの損失を低減する必要があります。駆動用モーターに用いられるIPMモーター（注8）の高精度な損失計算を電磁界解析アプリケーション「JMAG」（注9）にて検証しました。鋼板を１枚ずつモデル化し、高調波を含む電流を投入したシミュレーションを行う場合、従来数週間かかる計算が、 「富岳」の8,192 CPU コアを用いて並列実行することにより、１日で計算（注10）できました。これにより、電気自動車などのエネルギー効率向上につながる解析がより短時間で実行できることが期待されます。
本リリースの詳細は下記をご参照ください。
https://pr.fujitsu.com/jp/news/2021/06/23-1.html
概要： 富士通株式会社
詳細は http://jp.fujitsu.com/ をご覧ください。
Copyright 2021 JCN Newswire. All rights reserved. www.jcnnewswire.com
今後、当社は、「PRIMEHPC」シリーズを用い、引き続き、商用アプリケーションの動作検証などを実施するとともに、製品開発や技術研究を行う製造業などのお客様に「PRIMEHPC」シリーズを販売し、産業界全体の発展に貢献していきます。
現在、製造業などのお客様の製品開発や技術研究における流体解析や構造解析などのシミュレーションを行う商用アプリケーションは、PCクラスタ（注1）上で広く利用されていますが、昨今、大規模かつ高精細なシミュレーションが求められることで、計算結果が出るまで非常に時間がかかるなどの課題がありました。これらの商用アプリケーションをそのまま大規模かつ高速な計算リソースをもつ「富岳」や当社の「PRIMEHPC」シリーズなどのスーパーコンピュータで利用できれば、お客様が保有する商用アプリケーションのノウハウを活用でき、大きなメリットがあると期待されています。
そこで、当社は、それらをいち早く整備するため、「富岳」の技術を活用している「PRIMEHPC」シリーズ向けの開発環境および動作検証環境をアプリケーションベンダー各社に提供し、協働で動作検証などを実施しました。大規模シミュレーションにおいて、商用アプリケーションが高速に動作するように性能分析し、発見したボトルネックを解消するチューニングを行うとともに、高並列で効率良く計算するための並列処理技術の適用などを実施しました。その結果、8つの商用アプリケーションの動作検証が完了し、そのうち3つの商用アプリケーションについて「富岳」を用いた大規模解析において、高速かつ高精細なシミュレーション結果を得ることができました。
商用アプリケーションによる大規模解析の動作検証と成果
当社は、ベンダー各社と協働で、「PRIMEHPC」シリーズ向けに動作検証した商用アプリケーションを用いて、環境負荷低減の観点から重要性が高まっている航空機や自動車のエネルギー効率の改善や、安全性向上を目的とした大規模で高精細なシミュレーションを、「富岳」の計算リソースを活用（注2）して高並列で行い、お客様が求める実用的な実行時間で解析できることを実証しました。
1. 航空機の安全性向上
航空機は飛行中に、安全性や航空機の安定飛行に影響を及ぼすバフェットと呼ばれる機体の振動現象が起こることがあり、バフェットを予測することは航空機の安全設計にとって重要な課題です。今回、「富岳」の最大19万2,000 CPUコア（注3）を活用して熱流体解析アプリケーション「Cradle CFD | scFLOW」（注4）を並列実行し、2億3700万要素の高精細なモデルを、細かな渦が表現可能な解析手法であるLES（注5）で解析することにより、粗い計算格子を用いた従来の解析手法RANS（注6）よりも、バフェットの予測につながる翼の表面上の圧力振動や細かい渦が生成される現象を、詳細に観測できるようになりました。これにより、バフェットを考慮した航空機の安全設計につながる大規模解析ができることを実証しました。
2. 自動車などのエンジンのエネルギー効率向上
自動車などの燃費向上や環境性能改善のため、エンジンにおけるエネルギー効率向上は重要な課題です。「富岳」の最大4,620 CPUコアを用い、エンジン内のピストン動作によるシリンダー内の燃焼などの一連の化学反応を考慮した燃焼解析を、熱流体解析アプリケーション「CONVERGE」（注7）を使った並列計算により2時間で行えることを確認しました。この解析では、領域全体を0.5mm単位の高精細な計算格子（最大667万格子）で分割し、LESを用いることで、粗い計算格子を用いたRANSでは難しかった、しわ状化した火炎構造を示す高精度な結果が得ることができました。これにより、製造業における設計業務などの限られた時間でも高精度の解析が実施できるようになり、エンジンのエネルギー効率向上や異常燃焼の低減などにつながることが期待されます。
3. 電気自動車などの駆動用モーターのエネルギー損失低減
電気自動車やハイブリッド自動車のエネルギー効率向上のためには、駆動用モーターでの損失を低減する必要があります。駆動用モーターに用いられるIPMモーター（注8）の高精度な損失計算を電磁界解析アプリケーション「JMAG」（注9）にて検証しました。鋼板を１枚ずつモデル化し、高調波を含む電流を投入したシミュレーションを行う場合、従来数週間かかる計算が、 「富岳」の8,192 CPU コアを用いて並列実行することにより、１日で計算（注10）できました。これにより、電気自動車などのエネルギー効率向上につながる解析がより短時間で実行できることが期待されます。
本リリースの詳細は下記をご参照ください。
https://pr.fujitsu.com/jp/news/2021/06/23-1.html
概要： 富士通株式会社
詳細は http://jp.fujitsu.com/ をご覧ください。
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