サイト内の現在位置

アプリケーション

基礎研究や製品開発のスピードアップには、高度で複雑な現象を解明するアプリケーションの高速実行が必須です。
SX-Aurora TSUBASAはお客様の研究開発、生産性向上につながるアプリケーションを高速に実行します。

●電磁場解析

●計算化学

●構造解析

●流体解析

電磁場解析

OpenFDTD (Finite difference Time Domain method)

【アプリケーションの概要】
OpenFDTDは汎用的なFDTD法による電磁界シミュレータ。
電磁界の基礎方程式であるMaxwell方程式を差分法により数値計算する方法。

電磁界シミュレーションは実際の電子機器を製作する前に、様々な設計パターンを模擬することで最適な設計パターンを見つけ開発工数を削減するとともに、設計の妥当性や現象を理解するのに有効なツールです。*1
電子機器設計では全般的に活用されています。

【用途】
・電子機器の放射する電磁波の評価
・携帯電話などの高周波通信用アンテナの特性解析
・自動車ミリ波レーダによる反射・散乱特性の評価
・電車内の無線LANによる電界分布の評価など

【高速化】

FDTD法の差分計算はベクトル化に適したアルゴリズムで、メモリアクセスがボトルネックになります。高速メモリアクセス性能をもつSX-Aurora TSUBASAで、高速実行が可能です。OpenMP並列化やMPI並列化もされているため、ノード数に比例して高速化が可能です。

Xeonサーバでの計算に比べて、解析計算時間が「約5分の1」に短縮されます。

開発元   :株式会社EEM
ソースコード:http://www.e-em.co.jp/OpenFDTD/index.html
                        サイト内の1.2 インストールのページからダウンロード可能
関連資料  :  株式会社EEMホームページをご参照ください
       電磁界シミュレータOpenFDTDのSX-Auroraでの性能評価
       トランジスタ技術2020年1月号(CQ出版社)Vol.1 第4章、第5章

 

*1  出展:あいち産業科学技術総合センター 研究報告 2018 電磁界シミュレーションに関する技術調査

OpenTHFD (Time Harmonic Finite Difference method)

【アプリケーションの概要】
OpenTHFDはTHFD法を用いた汎用的な電磁界シミュレータ。
電磁界の基礎方程式であるMaxwell方程式を周波数を指定した調和界で表示し、それを差分法を用いて解く方法。


【用途】
電磁界の広い周波数(準静電界から光まで)の各種用途に使える汎用ツール。
THFD法はFDTD法と双対関係にあり、問題に応じて使い分けます。

【高速化】
OpenMPとMPIにより並列化されており、ノード数に比例して高速化が可能です。
セル数が小さい時は計算の速いMatrixモードを使用し、メモリが足りなくなったら計算時間は増えますがnomatrixモードを使用すると効率的です。

Xeonサーバでの計算に比べて、解析計算時間が「約4分の1」に短縮されます。

開発元   :株式会社EEM
ソースコード:http://www.e-em.co.jp/OpenTHFD/index.html
                        サイト内の1.2 インストールのページからダウンロード可能

OpenMOM

【アプリケーションの概要】
モーメント法を用いた電磁界シミュレータです。

【用途】
・線状・面状アンテナの解析

開発元   :株式会社EEM
ソースコード:http://www.e-em.co.jp/OpenMOM/index.html
         サイト内の1.2 インストールのページからダウンロード可能

OpenSTF

【アプリケーションの概要】
差分法による静電界シミュレータです。

【用途】
・電極と誘電体から成る系の電圧と電解分布の計算

開発元   :株式会社EEM
ソースコード:http://www.e-em.co.jp/OpenSTF/index.html
         サイト内の1.2 インストールのページからダウンロード可能

Advance/ParallelWave

【アプリケーションの概要】
Advance/ParallelWaveは、アドバンスソフトが開発した電磁波解析ソフトウェアです。
電磁界の基礎方程式であるMaxwell方程式をFDTD法により、3次元で解きます。専用のGUIを使用して、格子分割、材料パラメータの登録、境界条件や光源の設定が容易に行えます。3次元CADソフトで作成された任意のオブジェクトをインポートでき、複雑な形状のモデルが作成できます。また、TCADとシームレスな連成解析により光電変換を実施可能です。

【用途】
・マイクロ波デバイスやアンテナの高周波特性解析
・電子機器からの漏洩電磁界解析
・レーダの散乱断面積評価
・電子機器への静電気放電解析
・レーダの散乱断面積評価
・自動車や電車の周囲および内部の電磁界解析
・人体や生体の周囲および内部の電磁界解析
・落雷による過渡電磁界解析
・光の透過、反射、吸収、干渉、回折現象の解析
・CCD/CMOSイメージセンサーや太陽電池などの受光デバイス解析
・表面プラズモンを応用した光デバイス解析
・マイクロレンズ、回折格子、光学薄膜、反射防止構造などの各種光学素子解析

【高速化】
FDTD法の差分計算はベクトル化に適したアルゴリズムで、メモリアクセスがボトルネックになります。高速メモリアクセス性能をもつSX-Aurora TSUBASAで、高速実行が可能です。MPI並列化もされているため、ノード数に比例して高速化が可能です。

Xeonサーバでの計算に比べて、解析計算時間が「約3分の1」に短縮されます。

計算化学

PHASE/0

【アプリケーションの概要】
PHASE/0は密度汎関数理論に基づく第一原理電子状態計算ソフト。
太陽光パネルや各種スマートデバイスはもちろん、コンピュータ、家電、AV機器、通信機器などあらゆる製品に使われている半導体、金属、磁性体などの材料の様々な物性を精密に分析・予測するためのソフトウェアです。

【用途】
・主として無機・固体材料の物性を電子状態から解き明かす
・リチウムイオン二次電池やグラフェンなど新素材の解析
・磁性材料を代表とする、電子のスピンを考慮した解析
・窒化物半導体、酸化物半導体、次世代半導体の解析など

【高速化】
PHASE/0は開発過程でベクトル計算機向けチューニングが実施されてきた経緯があったことと、200原子超などの大規模電子状態計算が得意であるため、高速実行が可能です。

Xeonサーバでの計算に比べて解析計算時間が「最大で約3分の1」に短縮されます。

開発元   :PHASEシステム研究会
ソースコード:https://azuma.nims.go.jp/cms1/downloads/software/
         2019.02バージョン以降をダウンロード可能

VASP(Vienna Ab initio Simulation Package)

【アプリケーションの概要】

第一原理量子力学計算を行うための計算化学ソフトウェア。
電池、セラミックス、触媒、金属、半導体などの材料設計のために、世界中の1400以上の研究機関で広く使用されています。


【用途】
・電子の最小化
・半導体性質分析
・構造最適化
・分子動力学
・電極の特性解析
・磁気計算
・遷移状態計算など

【高速化】
第一原理計算の基本となるアルゴリズムは行列演算や高速フーリエ変換であることからベクトル向きです。

演算性能が最大1.78倍向上したことにより、Xeonサーバでの計算に比べて解析計算時間が約45%短縮されます。

開発元   : VASP Software GmbH
ソースコード:  VASPバージョン5.4.4に対応したSX-Aurora版のご利用はNECへお問い合わせください

QuantumESPRESSO

【アプリケーションの概要】

PWscf(Plane-Wave Self-Consistent Field)の電子状態計算をベースとした材料モデリングのためのオープンソース統合パッケージ。
基礎方程式を解く基本プログラム以外にも多数のパッケージやプラグインが含まれ、多種多様な物理量が計算可能です。


【用途】
・結晶の電子状態、電気伝導特性や光励起スペクトルなどの見積もり
・材料開発のための物質構造探索
・結晶体や液体等の分子シミュレーションにより各種材料のモデリング

【高速化】
第一原理計算の基本となるアルゴリズムは行列演算や高速フーリエ変換であることからベクトル向きです。

Xeonサーバでの計算に比べて解析計算時間が「約2分の1」に短縮されます。

※データ提供元:アドバンスソフト株式会社

開発元   :QuantumESPRESSO Foundation (QEF)
ソースコード:  QuantumESPRESSOバージョン6.3に対応したSX-Aurora版のご利用は  
                        NECへお問い合わせください

構造解析

CalculiX

【アプリケーションの概要】
CalculiX はオープンソースの有限要素解析ソフトウェアです。
ドイツの航空用エンジン製造会社である MTU エアロ・エンジンズ社の技術者チームが開発しました。
構造解析、強度解析、熱伝導解析などエンジニアリングのための計算を 行うことができます。
有限要素解析ソフトウェアとして有名なAbaqus の入力ファイル形式(INP)に対応するように開発されています。

【用途】
・ジェットエンジンなどをはじめとする小型航空機のモデル構築、計算処理
・機器の落下衝撃解析
・電子基板等の熱応力による反り、応力評価
・ろう接部の疲労寿命予測
・設計シミュレーションにより構造体各種のモデリング、解析用途に利用でき
 建築、ものづくり、材料開発などで活用される

【SX-Aurora TSUBASA版CalculiX(以下、Aurora版CalculiX)について】
・CalculiXの解析ソルバー部に弊社のNLC(Numeric Library Collection)のHeteroSolver、SBLASを組込みました。
・実装した解析ソルバーは、static stepで利用可能です。静的構造解析として、弾性解析や弾塑性解析でご利用いただけます。
・今回の公開版では、プリポスト処理用ツールとしてPrePoMax※を使用した利用環境が構築可能となっています。
・このAurora版CalculiXは、岐阜工業高等専門学校 柴田良一教授との共同研究の成果です。また、一般社団法人 インダストリスパコン推進センター(ISCPC)に高速化、及び利用環境構築ツール(ビルダー)作成にご協力いただきました。

PrePoMaxについて
「PrePoMax」(プリポマックス)は、「CalculiX」という従来から評価の高いオープンソースの「構造解析CAEソルバー」を組み込んだ、商用CAEに迫る非常に使いやすい操作を実現した、Windows 専用の無償で利用できる「構造解析ツール」です。

【高速化】
Aurora版CalculiXでは、SX-Aurora TSUBASAの特徴のひとつであるVHとVEを連携させたハイブリッド計算モデルを採用しています。
CalculiXの前処理・後処理などのベクトル化に不向きな部分をVHで実行し、解析ソルバー部に弊社のNLCのHeteroSolver(直接法)、SBLAS(反復法(CG法))を組込み、VEで実行することで高速化を実現しました。

CalculiXのオリジナル・ソルバーSPOOLESのXeonサーバでの計算に比べて解析計算時間が「約10分の1」に短縮されます。

ピストン・カットモデル

応力図

変形図

データ提供元:岐阜工業高等専門学校 柴田教授 

開発元   :http://www.calculix.de
Aurora版CalculiXの利用環境構築方法とソースコードのDL先リンク:
       http://opencae.gifu-nct.ac.jp/pukiwiki/index.php?AboutNecSXAT

流体解析

Advance/FrontFlow/red

【アプリケーションの概要】
Advance/FrontFlow/redは、乱流・輻射・化学反応・粒子追跡・騒音(乱流音)・自由表面・キャビテーションなどの広範な適用分野と、大規模解析を可能とする高い並列性能を持った国産の汎用3次元熱流体解析ソフトウェアです。

【用途】
・建物周辺の乱流解析
・配管合流部の熱流体解析
・蒸気タービンの流れ解析
・翼のキャビテーション解析など

※データ提供元:アドバンスソフト株式会社

【高速化】
圧力計算に現れる連立一次方程式の解法にマルチカラー法を導入するなど、ベクトル機向けのアルゴリズムに変更することで、高速化を実現しました。
建物モデルまわりの風の流れのLarge Eddy Simulation (LES) 解析(計算格子は約530万セル)で、計算時間がXeonサーバの半分以下になりました。

Advance/FOCUS-i

【アプリケーションの概要】
Advance/FOCUS-iは非構造格子に対応した圧縮性流体解析ソルバーです。
特に遷音速や超音速流れの解析に適しており、高い並列化効率で計算することができます。
また、DDT(爆燃爆轟遷移)をモデル化したG方程式を実装しており、詳細反応モデルよりも比較的低い計算コストで燃焼解析が可能です。

また、任意多面体であるポリヘドラル格子やOpenMP並列およびMPI並列、それらを組み合わせたハイブリッド並列にも対応しているため、様々な形状や大規模な要素における解析を行うことが可能です。

【用途】
・高速流れにおける空力解析
・爆燃および爆轟、または爆轟遷移を伴う燃焼解析

【高速化】
Advance/FOCUS-iは密度ベースソルバーであり、計算時間の大部分をステンシル計算と呼ばれる隣接セルに対するアクセス処理が計算時間の大部分を占めているため、メモリアクセスがボトルネックとなります。また、実務的な流体解析ではロードインバランスを生じることがあります。そのため、高いメモリアクセス性能を持ちベクトル化によりスレッド数が抑えられるSX Aurora TSUBASAでは高速実行が可能です。

Xeonサーバでの計算に比べて、解析計算時間が「約2分の1」に短縮されます。

資料請求・お問い合わせ