CFD専用計算機FLOPS-2Dへ向けたUPACS制限関数群モジュール化の検討

摘要

計算流体力学（CFD）は、航空機の部品の設計のツールとして注目されている。CFDは各研究グループが個々に開発を進めてきたため汎用性が低く、また多くの浮動小数点演算を含むため一回のシミュレーションに時間がかかるという問題がある。汎用性を重視して1998年からJAXAが開発しているCFDパッケージにUPACSがある。UPACSは多くのソルバを提供しており、ユーザは任意のソルバを用いてシミュレーションを行うことができる。しかし、UPACSは汎用性を重視したため並列実行の効率が悪いという問題がある。そこで我々の研究では、近年の回路規模や動作周波数の向上により浮動小数点演算を多く含むアプリケーションに対しても適用されるようになってきているFPGAを複数用いて、UPACSを対象とした専用計算機FLOPS-2Dの設計をおこなっている。本研究では、UPACSのモジュール性に注目し、対流項精度修正部およびそこで使用される全制限関数、乱流項精度修正部で使用される全制限関数の実装を行った。その結果、Core 2 Duoによる実行に比べ、約24倍の高速化が望めることがわかった。さらに、設計したモジュールを効率よく使用するための、シミュレーション・ジェネレータというシステムを作成した。%Computational Fluid Dynamics(CFD) is taken notice as a design tool for aircraft components. CFD often lacks versatility since reserachers have developed CFD solvers mostly for their own environments. In Addition, CFD takes several days or weeks to run a simulation since it requires huge number of floating-point calculations. UPACS is a common CFD package which has been developed by JAXA since 1998. It supports many solvers and users can run simulation by selecting desired solvers. However UPACS is a convinient tool, it has low efficiency of parallel execution because of it's large degree of versatility. Then, our study aims to implement UPACS accelerator "FL0PS-2D" using multiple FPGAs. In this study, the selectivity is concentrated. Thus, CMUSCL and all flux limiter functions in CMUSCL and TMUSCL was implemented. As a result, at least 24 times higher performance is achieved compared with Core 2 Duo processor at 2.4GHz. Furthermore Simulation generater to select a desired flux limiter function is also implemented.