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公開番号2025156744
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-15
出願番号2024059352
出願日2024-04-02
発明の名称演算装置、物理演算装置、演算方法、及び演算プログラム
出願人JFEスチール株式会社
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類G06F 17/16 20060101AFI20251007BHJP(計算;計数)
要約【課題】高速な処理が可能な演算装置を提供すること。
【解決手段】演算装置は、2次元以上に配列されているデータを格納するデータ配列用メモリ領域を第1メモリ空間内に確保し、前記データ配列用メモリ領域に格納されている前記データを通信対象データと非通信対象データとに分離し、前記通信対象データのメモリアドレスと識別番号とを対応させた第1テーブルを格納する第1テーブル用メモリ領域を前記第1メモリ空間内に確保し、前記第1テーブルを生成して前記第1テーブル用メモリ領域に格納し、前記識別番号の順に前記データを格納する第1送信用バッファを前記第1メモリ空間内に確保し、前記識別番号が対応する前記第1テーブルの前記メモリアドレスを参照して、前記通信対象データを前記第1送信用バッファに格納する第1演算部を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
２次元以上に配列されているデータを格納するデータ配列用メモリ領域を第１メモリ空間内に確保し、
前記データ配列用メモリ領域に格納されている前記データを通信対象データと非通信対象データとに分離し、
前記通信対象データのメモリアドレスと識別番号とを対応させた第１テーブルを格納する第１テーブル用メモリ領域を前記第１メモリ空間内に確保し、
前記第１テーブルを生成して前記第１テーブル用メモリ領域に格納し、
前記識別番号の順に前記データを格納する第１送信用バッファを前記第１メモリ空間内に確保し、
前記識別番号が対応する前記第１テーブルの前記メモリアドレスを参照して、前記通信対象データを前記第１送信用バッファに格納する第１演算部を備える演算装置。
続きを表示（約 2,600 文字）【請求項２】
前記第１演算部は、
第２演算部が生成して第２メモリ空間に格納されている第２テーブルを格納する第２テーブル用メモリ領域を前記第１メモリ空間内に確保し、
前記第２演算部が生成して前記第２メモリ空間に格納されている第２送信用バッファを格納する受信用バッファを前記第１メモリ空間内に確保し、
前記第２テーブルを前記第２テーブル用メモリ領域に格納し、
前記第２送信用バッファを前記受信用バッファに格納し、
前記第２テーブルの識別番号の順に前記第２テーブルのメモリアドレスを参照して、前記受信用バッファの通信対象データを前記データ配列用メモリ領域に格納する請求項１に記載の演算装置。
【請求項３】
前記第２メモリ空間は、前記第１メモリ空間に隣接している請求項２に記載の演算装置。
【請求項４】
前記データは、２次元以上に配列されている空間格子が保持する物理量である請求項１に記載の演算装置。
【請求項５】
前記空間格子は、適合細分化法により細分化されている請求項４に記載の演算装置。
【請求項６】
前記第１演算部は、前記空間格子を所定の数含み、前記空間格子において当該第１演算部が演算するプロセスの境界に接する外殻リーフを配列して生成される前記データを前記データ配列用メモリ領域に格納する請求項５に記載の演算装置。
【請求項７】
前記第１演算部は、ステンシル計算により前記空間格子における前記物理量の変化をシミュレーションする請求項４に記載の演算装置。
【請求項８】
２次元以上に配列されているデータを格納するデータ配列用メモリ領域を第１メモリ空間内に確保し、
前記データ配列用メモリ領域に格納されている前記データを通信対象データと非通信対象データとに分離し、
前記通信対象データのメモリアドレスと識別番号とを対応させた第１テーブルを格納する第１テーブル用メモリ領域を前記第１メモリ空間内に確保し、
前記第１テーブルを生成して前記第１テーブル用メモリ領域に格納し、
前記識別番号の順に前記データを格納する第１送信用バッファを前記第１メモリ空間内に確保し、
前記識別番号が対応する前記第１テーブルの前記メモリアドレスを参照して、前記通信対象データを前記第１送信用バッファに格納する第１演算部と、
２次元以上に配列されている前記データを格納する第２データ配列用メモリ領域を前記第１メモリ空間に隣接している第２メモリ空間内に確保し、
前記第１テーブルを格納する前記第１テーブル用メモリ領域を前記第２メモリ空間内に確保し、
前記第１送信用バッファを格納する受信用バッファを前記第２メモリ空間内に確保し、
前記第１テーブルを前記第２メモリ空間の前記第１テーブル用メモリ領域に格納し、
前記第１送信用バッファを前記受信用バッファに格納し、
前記第１テーブルの前記識別番号の順に前記第１テーブルの前記メモリアドレスを参照して、前記受信用バッファの通信対象データを前記第２データ配列用メモリ領域に格納する第２演算部と、
を備える演算装置。
【請求項９】
第１演算部及び第２演算部を含む複数の演算部を並列して適合細分化法により細分化されている空間格子における物理量の変化をシミュレーションする物理演算装置であって、
前記第１演算部は、
２次元以上に配列されているデータを格納するデータ配列用メモリ領域を第１メモリ空間内に確保し、
前記空間格子を所定の数含み、前記空間格子において前記第１演算部が演算するプロセスの境界に接する外殻リーフを配列して生成される前記データを前記データ配列用メモリ領域に格納し、
前記データ配列用メモリ領域に格納されている前記データを通信対象データと非通信対象データとに分離し、
前記通信対象データのメモリアドレスと識別番号とを対応させた第１テーブルを格納する第１テーブル用メモリ領域を前記第１メモリ空間内に確保し、
前記第１テーブルを生成して前記第１テーブル用メモリ領域に格納し、
前記識別番号の順に前記データを格納する第１送信用バッファを前記第１メモリ空間内に確保し、
前記識別番号が対応する前記第１テーブルの前記メモリアドレスを参照して、前記通信対象データを前記第１送信用バッファに格納し、
前記第２演算部が生成して前記第１メモリ空間に隣接する第２メモリ空間に格納されている第２テーブルを格納する第２テーブル用メモリ領域を前記第１メモリ空間内に確保し、
前記第２演算部が生成して前記第２メモリ空間に格納されている第２送信用バッファを格納する受信用バッファを前記第１メモリ空間内に確保し、
前記第２テーブルを前記第２テーブル用メモリ領域に格納し、
前記第２送信用バッファを前記受信用バッファに格納し、
前記第２テーブルの識別番号の順に前記第２テーブルのメモリアドレスを参照して、前記受信用バッファの通信対象データを前記データ配列用メモリ領域に格納し、
ステンシル計算により前記空間格子における前記物理量の変化をシミュレーションする物理演算装置。
【請求項１０】
２次元以上に配列されているデータを格納するデータ配列用メモリ領域を第１メモリ空間内に確保し、
前記データ配列用メモリ領域に格納されている前記データを通信対象データと非通信対象データとに分離し、
前記通信対象データのメモリアドレスと識別番号とを対応させた第１テーブルを格納する第１テーブル用メモリ領域を前記第１メモリ空間内に確保し、
前記第１テーブルを生成して前記第１テーブル用メモリ領域に格納し、
前記識別番号の順に前記データを格納する第１送信用バッファを前記第１メモリ空間内に確保し、
前記識別番号が対応する前記第１テーブルの前記メモリアドレスを参照して、前記通信対象データを前記第１送信用バッファに格納する演算方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、演算装置、物理演算装置、演算方法、及び演算プログラムに関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
演算装置を用いたステンシル計算により、空間格子（メッシュ）における物理量の変化をシミュレーションすることができる。ステンシル計算では、空間格子等の配列された各要素におけるデータを演算する際に、その周囲の所定の領域（ステンシル）のデータを参照する。そして、有限差分法や有限体積法をステンシル計算に適用して偏微分方程式を解くことにより、各要素における物理量等のデータの変化をシミュレーションすることができる。
【０００３】
非特許文献１には、適合細分化法（ＡＭＲ：ＡｄａｐｔｉｖｅＭｅｓｈＲｅｆｉｎｅｍｅｎｔ）により細分化されているメッシュにおけるデータの変化をシミュレーションすることが記載されている。
【０００４】
ステンシル計算により実現象を再現するには、２次元以上の巨大な配列が必要になり、計算負荷やメモリ使用量が増大する。そこで、計算の高速化やメモリ使用量の分散のため、配列を複数に分割し、複数の演算部に割り当てる並列化が実施される。並列化は、例えば、メモリ空間を複数のメモリ領域に分散し、各演算部が割り当てられたメモリ領域を参照する分散メモリにより実現することができる。
【０００５】
分散メモリでは、各メモリの使用量を抑えることができる。一方、分散メモリでは、配列を分割した境界付近において各要素のステンシルを構築するために、メモリ間でのデータの授受が必要になる。有限差分法や有限体積法を用いる場合、このメモリ間でのデータの授受がほぼ毎ステップにおいて必要になるため、その処理時間を削減することが求められる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
ＭａｒｓｈａＪ．Ｂｅｒｇｅｒ，ＪｏｓｅｐｈＯｌｉｇｅｒ、“ＡｄａｐｔｉｖｅＭｅｓｈＲｅｆｉｎｅｍｅｎｔｆｏｒＨｙｐｅｒｂｏｌｉｃＰａｒｔｉａｌＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＥｑｕａｔｉｏｎｓ”、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＰｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌｕｍｅ５３，Ｉｓｓｕｅ３，４８４－５１２（１９８４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１では、木構造を用いて各メッシュのデータを管理するため、物理アドレスの不連続性が特に顕著である。この場合、データを連続メモリにパッキングすることが好ましいが、パッキング処理自体が複雑なランダムアクセスになるため、処理速度が低下する傾向にある。特に、演算のアクセラレータとしてＧＰＵを使用する場合、パッキング処理を愚直に実装すると、ＧＰＵ内でのストリーミングマルチプロセッサにおけるｗａｒｐ処理やメモリアクセスの仕組みに起因して、処理速度の低下に繋がりやすい。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高速な処理が可能な演算装置、物理演算装置、演算方法、及び演算プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、
［１］本発明の一態様に係る演算装置は、２次元以上に配列されているデータを格納するデータ配列用メモリ領域を第１メモリ空間内に確保し、前記データ配列用メモリ領域に格納されている前記データを通信対象データと非通信対象データとに分離し、前記通信対象データのメモリアドレスと識別番号とを対応させた第１テーブルを格納する第１テーブル用メモリ領域を前記第１メモリ空間内に確保し、前記第１テーブルを生成して前記第１テーブル用メモリ領域に格納し、前記識別番号の順に前記データを格納する第１送信用バッファを前記第１メモリ空間内に確保し、前記識別番号が対応する前記第１テーブルの前記メモリアドレスを参照して、前記通信対象データを前記第１送信用バッファに格納する第１演算部を備える。
【００１０】
［２］また、本発明の一態様に係る演算装置は、上記［１］において、前記第１演算部は、第２演算部が生成して第２メモリ空間に格納されている第２テーブルを格納する第２テーブル用メモリ領域を前記第１メモリ空間内に確保し、前記第２演算部が生成して前記第２メモリ空間に格納されている第２送信用バッファを格納する受信用バッファを前記第１メモリ空間内に確保し、前記第２テーブルを前記第２テーブル用メモリ領域に格納し、前記第２送信用バッファを前記受信用バッファに格納し、前記第２テーブルの識別番号の順に前記第２テーブルのメモリアドレスを参照して、前記受信用バッファの通信対象データを前記データ配列用メモリ領域に格納する。
（【００１１】以降は省略されています）

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