理化学研究所 計算科学研究機構

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AICS Cafe

AICS Cafe(アイクス・カフェ)は、異分野融合のための足掛かりとして、計算科学研究機構(AICS)に集う研究者が井戸端会議的にざっくばらんに議論する場として、毎月2回程度予定しております。興味をお持ちの方は原則どなたでも参加可能です。
※AICS関係者以外の方は、事前に aics-cafe[at]riken.jp にお問い合わせください。
また、継続的な連絡をご希望の方にはメール配信をさせて頂きますので、同アドレスまでご連絡ください。

写真は2016年度 AICS Cafe チーム

  • 目 的: 異分野間の壁を超えた研究協力を促進し、新しい学問分野の開拓を目指すため、 研究者間の情報交換・相互理解の場を提供し、研究協力のきっかけを作る。
  • 会 場:AICS 6階講堂(予定)
  • 言 語:講演は日本語/英語、スライドは英語
  • その他:講演者は他分野の方にも理解できる発表を心掛け、参加者は積極的に質問しましょう。

第95回
日時: 2016年7月13日(水)、15:30 – 16:30
場所: AICS 6階講堂

・講演題目: TBA
・講演者: 熊畑 清(ソフトウェア技術チーム)

第94回
日時: 2016年7月6日(水)、15:30 – 16:30
場所: AICS 6階講堂

・講演題目: 時間並列計算法の研究開発動向と今後の展望
・講演者: 飯塚 幹夫 (可視化技術研究チーム)
※発表は日本語、スライドは英語。

講演要旨: 詳細を見る

ポストペタ時代の計算資源は、アプリケーションに対し、現状に比べさらに数桁上の並列性を要求する見通しです。そのような中、時間軸を新しい並列軸として利用する時間並列計算法が期待されています。時間方向での並列化は早い時期から期待されてきたのですが、その取組みの困難さから技術の進歩は遅い状況でした。ところが、2001年にParareal 法が提案されて以降、研究開発が活発となりました。Parareal法も多くの問題を抱えていましたが、ここ10年でその問題の解決の方向も明らかになりつつあります。また、多重スケール、カオス系、最適化手法等の異分野からの研究も活発化しています。そのため、時間並列計算法の研究開発は急速に進んでいる状況です。そこで、本講演では研究開発動向、応用分野、必要とされる技術等の観点から時間並列計算法の概要を説明し、また今後の発展の方向を述べたいと思います。

第93回
日時: 2016年6月15日(水)、15:30 – 16:30
場所: AICS 6階講堂

・講演題目: Introduction to tensor network methods
・講演者: 上田 宏(量子系物質科学研究チーム)
※発表は日本語、スライドは英語。

講演要旨: 詳細を見る

In recent years, a variational methods called tensor network methods have been widely applied to obtaining partition functions of classical statistical models or low-energy states of quantum many-body systems. One of the best example is the success of the density matrix renormalization group for many-body systems. In this presentation, I would like to introduce some features of typical tensor network methods and discuss potential bottleneck points in large-scale parallel computations of the tensor network methods.

第92回
日時: 2016年6月8日(水)、15:30 – 16:30
場所: AICS 6階講堂

・講演題目: Your Web Browser Can Analyze Multivariate Data with Fiber Surface on HIVE
・講演者: 櫻井 大督(可視化技術研究チーム)
※発表は日本語、スライドは英語。

講演要旨: 詳細を見る

Scientific data nowadays can contain various physical quantities, attracting researchers and engineers. Although multivariate high resolution simulation has become popular thanks to HPC architectures, even experts struggle to analyze and visualize the complex correlations between different quantities in their data. Our new data analysis web app, fiber surface GUI, eases such analysis for multivariate 3D data. You merely need to specify the region of interest in the familiar scatterplot in your web browser, and the server running in an interactive HPC environment extracts the distribution in the 3D space as 2D surfaces, as known as fiber surface, just as one would extract isosurfaces from 3D scalar data. Hence, importantly, an affordable computer with a weak performance can visualize and even analyze the output - fiber surface is smaller than the original 3D data for an order of magnitude when we compare the data size. In the talk, I introduce fiber surface, its GUI, and HIVE. HIVE is our visualization framework that systematizes your visualization workflow combining supercomputers and visualization-oriented clusters. I demonstrate how you can access the fiber surface GUI and HIVE for your research tasks. I will highly welcome assistance requests for your visualization tasks, as well as offers for new directions.

第91回
日時: 2016年6月1日(水)、15:30 – 16:30
場所: AICS 6階講堂

・講演題目: Toward a General I/O Arbitration Framework for netCDF based Big Data Processing
・講演者: リョウ ケンイ(Liao Jianwei)(フラッグシップ2020プロジェクト システムソフトウェア開発チーム)
※発表・スライド共に英語。

講演要旨: 詳細を見る

On the verge of the convergence between high performance computing (HPC) and Big Data processing, it has become increasingly prevalent to deploy large-scale data analytics workloads on high-end supercomputers. Such applications often come in the form of complex work- flows with various different components, assimilating data from scientific simulations as well as from measurements streamed from sensor net- works, such as radars and satellites. For example, as part of the next generation flagship (post-K) supercomputer project of Japan, RIKEN is investigating the feasibility of a highly accurate weather forecasting system that would provide a real-time outlook for severe guerrilla rainstorms. One of the main performance bottlenecks of this application is the lack of efficient communication among workflow components, which currently takes place over the parallel file system. This presentation reports an initial study of a direct communication framework designed for complex workflows that eliminates unnecessary file I/O among components. Specifically, we propose an I/O arbitrator layer that provides direct parallel data transfer among job components that rely on the netCDF interface for performing I/O operations, with only minimal modifications to application code. We present the design and a preliminary evaluation of the framework on the K Computer using RIKEN’s experimental weather forecasting workflow as a case study.

第90回
日時: 2016年5月18日(水)、15:30 – 16:30
場所: AICS 6階講堂

・講演題目: 電子励起状態における分子の光化学
・講演者: 嶺澤 範行(量子系分子科学研究チーム)
※発表は日本語、スライドは英語。

講演要旨: 詳細を見る

本講演では、分子の光化学―電子励起状態でおこるさまざまな過程―をab initio電子状態計算にもとづき理解することを目指す。特に、ポテンシャルエネルギー面の交差に注目して議論する。これらの交差は、電子状態間の遷移や基底状態への速やかな緩和など光化学において 非常に重要な役割を果たしている。現在の分子シミュレーション計算でどこまで明らかにできるのか述べたいと思う。

第89回
日時: 2016年5月11日(水)、15:30 – 16:30
場所: AICS 6階講堂

・講演題目: Introduction to computational methods for dense eigenvalue problems
・講演者: 廣田 悠輔(大規模並列数値計算技術研究チーム)
※発表は日本語、スライドは英語。

講演要旨: 詳細を見る

The solvers for dense eigenvalue problems are widely used in computational science applications. In the first half of this talk, we will briefly introduce techniques used in the solvers. In the latter half, some topics related to generalized eigensolvers will be presented.

第88回
日時: 2016年4月20日(水)、15:30 – 16:30
場所: AICS 6階講堂

※日時を変更しました。

・講演題目: MPI-3 片側通信プログラミング
・講演者: 畑中 正行(システムソフトウェア研究チーム)
※発表・スライド共に日本語。

講演要旨: 詳細を見る

本講演では、MPI-3 における主要な片側通信呼出しを紹介するとともに、FX100 でのプロトタイプ版の片側通信実装の性能結果を示します。

第87回
日時: 2016年4月13日(水)、15:30 – 16:30
場所: AICS 6階講堂

※時間を変更しました。

・講演題目: XFELによる単粒子構造解析に向けて
・講演者: 徳久 淳師(計算構造生物学研究ユニット)
※発表・スライド共に日本語。

講演要旨: 詳細を見る

We are exploring new algorithms to construct biomolecular structures from coherent diffraction patterns of a single particle observed by X-ray free electron laser (XFEL). Coherent diffraction patterns contain useful information on bimolecular conformations. However, the actual intensity on coherent diffraction pattern from a single particle is very weak. We need to extract useful signal from noisy data. I pay attention to develop and improve an algorithm to detect similarity between pairs of coherent diffraction patterns from an orientation-unknown single particle to extract useful information from noisy data [1,2].
This similarity detection algorithm for noisy diffraction patterns is extremely useful for single particle imaging. For example, this detection is an important step towards classification of a large number of experimental coherent diffraction patterns for reconstructing three dimensional structure of the molecule [1]. For another example, the detection algorithm plays an important role in a hybrid method using computational algorithms to generate hypothetical structural models for searching best agreement with limited experimental data [3].
Improvement of the similarity detection algorithm allows us to reduce the incident beam intensity, thus enabling to alleviate the radiation damage of sample during data acquisition [4,5].
In the presentation, I would like to talk about the possibility of single particle diffraction imaging using XFEL via attainable resolution as a function of the necessary incident beam intensity according to improved similarity detection algorithm.

[1] Tokuhisa, A., Taka, J., Kono, H., Go, N., 2012. Classifying and assembling two-dimensional X-ray laser diffraction patterns of a single particle to reconstruct the three-dimensional diffraction intensity function: Resolution limit due to the quantum noise. Acta Crystallogr. Sect. A Found. Crystallogr. 68, 366–381.
[2] Tokuhisa, A., Arai, J., Joti, Y., Ohno, Y., Kameyama, T., Yamamoto, K., Hatanaka, M., Gerofi, B., Shimada, A., Kurokawa, M., Shoji, F., Okada, K., Sugimoto, T., Yamaga, M., Tanaka, R., Yokokawa, M., Hori, A., Ishikawa, Y., Hatsui, T., Go, N., 2013. High-speed classification of coherent X-ray diffraction patterns on the K computer for high-resolution single biomolecule imaging. J. Synchrotron Radiat. 20, 899–904.
[3] Tokuhisa, A., Jonic, S., Tama, F., & Miyashita, O. 2016. Hybrid Approach for Structural Modeling of Biological Systems from X-ray Free Electron Laser Diffraction Patterns. Journal of structural biology.(in press)
[4] Kai, T., Tokuhisa, A., Moribayashi, K., Fukuda, Y., Kono, H., & Go, N. (2014). Intensity of Diffracted X-rays from Biomolecules with Radiation Damage Caused by Strong X-ray Pulses. Journal of the Physical Society of Japan, 83(9), 094301.
[5] Kai, T., Tokuhisa, A., & Kono, H. 2013. Calculation of Molecular-Structure-Based Damage Caused by Short-Pulse High-Intensity X-ray Lasers. Journal of the Physical Society of Japan, 82(11), 114301.

第86回 (2名講演)
日時: 2016年3月15日 (火)
        12:00 - 12:15 軽食&コーヒータイム

        12:15 - 13:00 Jansson LeifNiclas (複雑現象統一的解法研究チーム)
        ※発表・スライド共に英語。
        13:00 - 13:45 Lee Jinpil(プログラミング環境研究チーム))
        ※発表・スライド共に日本語。
場所: AICS 6階講堂
※火曜日開催です。
※軽食の提供あり
※原則として飲食禁止の講堂で行います。このため、以下にご注意願います。
 ・弁当の持ち込みは可能ですが、必ず蓋付きの弁当箱をご利用ください。
 ・カップ麺等こぼしやすい物の持ち込みはご遠慮ください。
 ・食事時は必ず着席し、床を汚さないようお願いします。
 ・ゴミは所定のゴミ箱へ捨ててください。

【1】12:15 - 13:00
・講演題目: Towards large-scale industrial simulations on the K computer
・講演者: Jansson LeifNiclas (複雑現象統一的解法研究チーム)

    講演要旨: 詳細を見る

We present our work on developing a unified simulation framework for efficient computation of time resolved approximations for complex industrial flow problems. To address the challenges of modern and emerging supercomputers, efficient data structures and communication patterns are needed. Here, we use a Cartesian grid together with a Lagrangian based immersed boundary method to accurately capture moving, complex geometries. The asymmetric workload of the immersed boundary is balanced by a predictive dynamic load balancer, and a multithreaded halo-exchange algorithm is employed to efficiently overlap communication with computations. Our work also concerns efficient methods for handling the large amount of data produced by large-scale flow simulations, such as scalable parallel I/O, data compression and in-situ processing.



【2】13:00 - 13:45
・講演題目: Research on PGAS Runtime on Multi-core Clusters
・講演者: Lee Jinpil(プログラミング環境研究チーム)

    講演要旨: 詳細を見る

Current trends in processor architecture is increasing the number of cores. Modern CPUs now have 2~16 cores and the Intel Xeon Phi coprocessor has more than 60 cores with 4 hardware threads. This trends force the user to describe fined-grained task-parallelism to exploit lots of cores within a chip. The current programming models in High Performance Computing area lack the ability of describing fine-grained tasking. Combining them with thread-level programming model such as OpenMP is not sufficient because task dependency requires data movement which may cause inter-node communication. The aim of the research is to design and implement programming interface for fine-grain task-parallelism in a PGAS language, named XcalableMP. XcalableMP supports data-parallelism among nodes by describing directives to the serial code. The extended task syntax may include inter-node communication to data exchange between tasks as well as execution dependencies among tasks. The presentation will show the prototype implementation of task-parallelism and performance evaluation of the task parallelism in the XcalableMP framework.