In this work we present an implementation of accelerating the calculation of neutral gas flow in a single-null DEMO divertor configuration on a graphics processing unit (GPU), using the DIVGAS (divertor gas simulator) code. For comparison purposes, various types of GPUs will be used, which include pure GPUs for scientific calculations as well as GPUs for gaming purposes. The computation accuracy of the DIVGAS code on GPUs has been validated with the corresponding CPU-based benchmark case. To evaluate the performance gains, the computing time on each GPU against its sequential CPU counterpart has been compared. The measured speedups show that the GPU can accelerate the execution of the DIVGAS code by a factor of 60. The speedup of the DIVGAS code scales linearly with the corresponding double precision peak performance of the GPU as well as the GPU memory bandwidth. The parallelization approach presented here significantly reduces the cost of DIVGAS simulations and has the potential to scale to large CPU/GPU clusters, which could enable future applications, which focus on even more complex 3D neutral flow problems. The accelerated version of the DIVGAS code on GPUs is considered to be a major breakthrough in the reduction of the needed computational time for fusion related applications.
本稿では、単一ヌルDEMOダイバータ構成における中性ガス流の計算を、グラフィックス処理ユニット（GPU）上で加速する実装を提示する。比較のため、科学計算用の純粋なGPUやゲーム用途のGPUなど、様々な種類のGPUを用いる。DIVGASコードのGPU上での計算精度は、対応するCPUベースのベンチマークケースを用いて検証されている。性能向上を評価するため、各GPUにおける計算時間を、対応するシーケンシャルCPUと比較した。測定された高速化率は、GPUがDIVGASコードの実行を60倍加速できることを示している。DIVGASコードの高速化率は、GPUの対応する倍精度ピーク性能およびGPUメモリ帯域幅と線形にスケーリングする。ここで提示する並列化手法は、DIVGASシミュレーションのコストを大幅に削減し、より複雑な3次元中性ガス流問題に焦点を当てた将来のアプリケーションを可能にする大規模CPU/GPUクラスタへスケーリングする可能性を有する。GPU上でのDIVGASコードの高速化バージョンは、核融合関連アプリケーションに必要な計算時間の削減における主要なブレークスルーと見なされている。