JP4879017B2

JP4879017B2 - シミュレータシステム

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Publication number: JP4879017B2
Application number: JP2006526450A
Authority: JP
Inventors: 哲也佐藤; 國彦渡邉; 哲平野
Original assignee: Japan Agency for Marine Earth Science and Technology
Current assignee: Japan Agency for Marine Earth Science and Technology
Priority date: 2005-01-24
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2026-01-19
Also published as: JPWO2006077911A1; CN101019124A; WO2006077911A1; US20070282587A1; CN100595773C

Description

本発明は、時間的および／または空間的に変化する事象についてシミュレーションするためのシミュレータシステムに関する。詳しくは、本発明は、例えば時間スケールと空間スケールの双方またはいずれか一方について、スケールが例えば１０万倍以上異なる２つの階層から構成される、シミュレーション対象系全体のシミュレーションを行う、連結階層シミュレーションのためのシミュレータシステムに関する。

例えばオーロラのような自然界の現象や人工的に現出される現象などの、時間的に変化する事象、空間的に変化する事象、または時間的および空間的に変化する事象あるいは現象について、その原因の究明や未来に現れる状況を予想するため、または、その他の目的で、シミュレーションが行われる。
そして、従来において、シミュレーションを実行するためのシミュレータシステムは、基本的に、単一の階層についてのみシミュレーション処理を行う計算機システムによって構成されている。

しかしながら、単一の計算機システムによるシミュレータシステムでは、これを構成する計算機システムのハードウエアとしての容量または能力の限界から、広範な階層にわたるシミュレーション、具体的には、例えば実空間スケールが１０万倍以上であるような階層にわたって十分なシミュレーション処理を実行することができない。例えば、マクロ的スケールにおけるシミュレーション処理において、特異な現象が生じた場合に、当該特異な現象そのものまたはその影響についてのミクロ的なスケールでのシミュレーション処理を同時に実行することはできず、このため、或る事象について十分なシミュレーション結果を得るためには、膨大な時間と労力が必要となる、という問題点がある。

一方、スケールが１０万倍以上であるような広範な階層についてのシミュレーション処理を単一の計算機システムで実行するためには、きわめて大型の計算機システムが必要となるが、そのような高性能化された計算機システムの構築は、いわゆる「量子限界」と呼ばれる制約やその他の限界から、実際上、きわめて困難であり、禁止的に高額なコストがかかることから、非現実的である。

本発明は、以上のような事情に基いてなされたものであって、その目的は、時間的および／または空間的に変化する事象についてシミュレーションするためのシミュレータシステムであって、互いにスケールの異なる上位の階層と下位の階層についてシミュレーション処理が実行されると共に、各階層におけるシミュレーション結果が他の階層におけるシミュレーションのための情報として利用され、その結果、当該事象について、マクロ的スケールおよびミクロ的スケールの両方でシミュレーションが並行して行われ、その結果、広範な階層にわたるシミュレーションを実行することのできるシミュレータシステムを提供することにある。

本発明のシミュレータシステムは、時間的および／または空間的に変化する事象についてシミュレーションするためのシミュレータシステムであって、
互いにスケールの異なる上位の階層と下位の階層についてそれぞれシミュレーション処理を実行する上位の階層処理装置および下位の階層処理装置と、
上位の階層処理装置および下位の階層処理装置を連結するマルティプライヤと、
シミュレーション対象事象について、当該事象を支配する法則系に基づいてシミュレーションプログラムを上位の階層用プログラムおよび下位の階層用プログラムに静的に分割し、それらを前記マルティプライヤの上位の階層制御装置および下位の階層制御装置にそれぞれ割り付けるアロケータを含み、シミュレーションの全体を管理する統合処理システムと、
シミュレーションによって得られるデータを格納するデータ格納装置と
からなり、
前記上位の階層処理装置および下位の階層処理装置がいずれも計算機システムによって構成され、
前記マルティプライヤは、前記上位の階層処理装置に接続された上位の階層制御装置および前記下位の階層処理装置に接続された下位の階層制御装置を有し、当該上位の階層制御装置および下位の階層制御装置は相互に情報交換可能に構成されており、
（ａ）上位の階層処理装置において、選定された種類の情報における変化の程度が設定されたレベルを超えたときに、当該変化を含む上位階層情報が当該上位の階層処理装置から上位の階層制御装置を介して下位の階層制御装置に移送され、
前記上位の階層処理装置によるシミュレーション処理の実行が継続されると共に、
下位の階層制御装置より、下位の階層処理装置に対し、上記の変化に対応するシミュレーションモデルによるシミュレーション処理の実行を開始する指令が発せられて、前記下位の階層制御装置に移送された情報に基づいて、当該下位の階層処理装置において下位の階層のシミュレーション処理が実行され、
および／または
（ｂ）下位の階層処理装置において、選定された種類の情報における変化の程度が設定されたレベルを超えたときに、当該変化を含む下位階層情報が当該下位の階層処理装置から下位の階層制御装置を介して上位の階層制御装置に移送され、
前記下位の階層処理装置によるシミュレーション処理の実行が継続されると共に、
上位の階層制御装置より、上位の階層処理装置に対し、上記の変化に対応するシミュレーションモデルによるシミュレーション処理の実行を開始する指令が発せられて、前記上位の階層制御装置に移送された情報に基づいて、当該上位の階層処理装置において上位の階層のシミュレーション処理が実行される
ことを特徴とする。

また、本発明のシミュレータシステムは、時間的および／または空間的に変化する事象についてシミュレーションするためのシミュレータシステムであって、
互いにスケールの異なる３段以上の階層についてそれぞれシミュレーション処理を実行する階層処理装置と、
前記３段以上の階層における互いに隣接する２つの階層に係る上位の階層処理装置および下位の階層処理装置を連結するマルティプライヤと、
シミュレーション対象事象について、当該事象を支配する法則系に基づいてシミュレーションプログラムを上位の階層用プログラムおよび下位の階層用プログラムに静的に分割し、それらを前記マルティプライヤの上位の階層制御装置および下位の階層制御装置にそれぞれ割り付けるアロケータを含み、シミュレーションの全体を管理する統合処理システムと、
シミュレーションによって得られるデータを格納するデータ格納装置と
からなり、
前記階層処理装置がいずれも計算機システムによって構成され、
前記マルティプライヤは、前記上位の階層処理装置に接続された上位の階層制御装置および前記下位の階層処理装置に接続された下位の階層制御装置を有し、当該上位の階層制御装置および下位の階層制御装置は相互に情報交換可能に構成されており、
（ａ）上位の階層処理装置において、選定された種類の情報における変化の程度が設定されたレベルを超えたときに、当該変化を含む上位階層情報が当該上位の階層処理装置から上位の階層制御装置を介して下位の階層制御装置に移送され、
前記上位の階層処理装置によるシミュレーション処理の実行が継続されると共に、
下位の階層制御装置より、下位の階層処理装置に対し、上記の変化に対応するシミュレーションモデルによるシミュレーション処理の実行を開始する指令が発せられて、前記下位の階層制御装置に移送された情報に基づいて、当該下位の階層処理装置において下位の階層のシミュレーション処理が実行され、
および／または
（ｂ）下位の階層処理装置において、選定された種類の情報における変化の程度が設定されたレベルを超えたときに、当該変化を含む下位階層情報が当該下位の階層処理装置から下位の階層制御装置を介して上位の階層制御装置に移送され、
前記下位の階層処理装置によるシミュレーション処理の実行が継続されると共に、
上位の階層制御装置より、上位の階層処理装置に対し、上記の変化に対応するシミュレーションモデルによるシミュレーション処理の実行を開始する指令が発せられて、前記上位の階層制御装置に移送された情報に基づいて、当該上位の階層処理装置において上位の階層のシミュレーション処理が実行されることを特徴とする。

上記のシミュレータシステムにおいて、上位の階層制御装置および下位の階層制御装置は、階層間共通記憶装置、リモートダイレクトメモリアクセス装置、バスおよび高速ランから選ばれた連絡システムにより、相互に情報交換可能に構成されたものとすることができる。

また、上記のシミュレータシステムにおいては、上位の階層処理装置および下位の階層処理装置の各々において、異なるシミュレーションモデルによるシミュレーション処理が同時に実行されるものとすることができる。

また、上記のシミュレータシステムにおいては、上位の階層処理装置または下位の階層処理装置におけるシミュレーション処理の実行途中における途中情報の移送は、当該上位の階層処理装置または下位の階層処理装置において、選定された種類の情報における変化の程度が設定されたレベルを超えたときにのみ、実行されることが好ましい。

また、上位の階層処理装置に移送される情報および下位の階層処理装置に移送される情報は、当該上位の階層処理装置または下位の階層処理装置において実行されるシミュレーションプログラムに対応した情報量減少処理が行われたものであることが好ましい。

更に、上記のシミュレータシステムにおいては、上位の階層処理装置において実行されるシミュレーション処理の階層のスケールは、下位の階層処理装置において実行されるシミュレーション処理の階層のスケールの１０万倍以上であるものとすることができる。

本発明のシミュレータシステムによれば、上位階層処理装置、下位階層処理装置およびマルティプライヤによって連結階層シミュレータが構築され、これを統合処理システムによって動作させることにより、時間的および／または空間的に変化する事象をシミュレーション対象事象として、その系の全体を例えば１０万倍以上異なる２つまたは３段以上の複数の階層に分けて各階層毎にシミュレーション処理が行われるため、当該シミュレーション対象事象の系全体について十分なシミュレーションを行うことができる。
また、本発明のシミュレータシステムによれば、様々なアーキテクチャ的に処理装置を配して統合することにより、多様な目的に対応することのできるシミュレータシステムを提供することができる。

そして、本発明のシミュレータシステムにおいては、上位の階層処理装置および下位の階層処理装置の各々において、異なるシミュレーションモデルによるシミュレーション処理が同時に実行されることにより、時間的に高い効率で、目的とするシミュレーションを実行することができる。

また、時間的および／または空間的に変化する事象について、当該事象を支配する法則系に基づいてシミュレーションプログラムが上位の階層用プログラムおよび下位の階層用プログラムに分割され、その各々が上位の階層処理装置および下位の階層処理装置にそれぞれ割り付けられてシミュレーション処理が実行されることにより、異なる法則系に基づくシミュレーション処理が並行して実行されるので、時間的に高い効率で、目的とするシミュレーションを実行することができる。

更に、いずれかの階層処理装置において、設定されたレベルを超える情報の変化が生じたときに、当該変化を含む階層情報が他の階層処理装置に提供されてそれに基づいたシミュレーション処理が実行されるため、複雑な事象の変化に対応して総合的なシミュレーション結果を得ることができる。
そして、いずれかの階層処理装置におけるシミュレーション処理の実行途中における途中情報の移送が、いずれかの階層処理装置における、選定された種類の情報における変化の程度が設定されたレベルを超えたときにのみ実行されることにより、必要な情報の移送が確保されて不要な情報の移送が省略されるため、全体として移送される情報量を少なくすることができ、この点から、各階層処理装置および階層制御装置などを容量の小さいものとすることができる。

また、一方の階層処理装置から他方の階層処理装置に移送される情報を、当該他方の階層処理装置において実行されるシミュレーションプログラムに対応した情報量減少処理が行われたものとすることにより、同様に、移送される情報量を少なくすることができ、この点から、各階層処理装置および階層制御装置などを容量の小さいものとすることができる。

本発明のシミュレータシステムにおいては、２つの階層のうち、上位の階層のスケールが下位の階層のスケールの１０万倍以上である場合にも、シミュレーション対象事象についての目的とするシミュレーションを実行するシステムを低いコストで構築することができるので、特に有用である。

本発明のシミュレータシステムの一実施例であって、シミュレーション対象事象を、マクロ階層とミクロ階層の２つの階層でシミュレーション処理する場合の全体の構成を示すブロック図である。図１のシミュレータシステムにおけるシミュレーションの全体の処理の流れを示すブロック図である。オーロラをシミュレーション対象事象とした場合において、マクロ階層の磁気流体シミュレーションについて示す説明図である。オーロラをシミュレーション対象事象とした場合において、ミクロ階層の粒子シミュレーションについて示す、当該事象に係る電子の作用についての説明図（右側）および電子のエネルギー分布図（左側）である。ミクロシミュレーションとマクロシミュレーションの時間軸上の情報交換の態様を示す説明図である。

符号の説明

１０１統合処理システム
１０２上位階層処理装置
１０３マルティプライヤ
１０４下位階層処理装置
１０５データ格納装置
１１１構成制御機構
１１２コンパイラ
１１３アロケータ
１１４スケジューラ
１１５診断情報機構
１３１上位階層制御装置
１３２階層間共通記憶装置
１３３下位階層制御装置

以下、本発明のシミュレータシステムについて詳細に説明する。
図１は、本発明のシミュレータシステムの一実施例であって、シミュレーション対象事象を、マクロ階層とミクロ階層の２つの階層でシミュレーション処理する場合の全体の構成を示すブロック図、図２は、図１のシミュレータシステムにおけるシミュレーションの全体の処理の流れを示すブロック図である。

図１に示されるように、このシミュレータシステムは、統合処理システム１０１と、統合処理システム１０１に接続されたマルティプライヤ１０３と、このマルティプライヤ１０３に接続された大容量データ格納装置１０５とにより構成されており、マルティプライヤ１０３には、マクロ階層（上位の階層）についてシミュレーション処理を行う上位階層処理装置１０２と、ミクロ階層（下位の階層）についてシミュレーション処理を行う下位階層処理装置１０４とが接続されている。

統合処理システム１０１は、シミュレータシステム全体を管理するものであって、シミュレータシステム全体の構成を制御する構成制御機構１１１、ジョブのソースコードをコンパイルするコンパイラ１１２、ジョブに対応するシミュレーションプログラムを分割して上位階層処理装置１０２および下位階層処理装置１０４に割り付けるアロケータ１１３、シミュレータシステム全体のスケジュール管理を行うスケジューラ１１４、並びに、シミュレータシステム全体の診断を行うための情報を収集する診断情報機構１１５により構成されている。

マルティプライヤ１０３は、上位階層処理装置１０２と下位階層処理装置１０４とを接続し制御するための装置であって、この例においては、上位階層制御装置１３１と、下位階層制御装置１３３と、これら上位階層制御装置１３１および下位階層制御装置１３３に共通に接続された階層間共通記憶装置１３２とから構成されている。

図２を参照して、このシミュレータシステムの動作を説明する。
統合処理システム１０１のアロケータ１１３は、投入されたシミュレーションプログラムを上位の階層用プログラムおよび下位の階層用プログラムに静的に分割し、コンパイラ１１２でコンパイルを行った結果のロードモジュールを、階層間の連絡と制御を行うマルティプライヤ１０３における上位階層制御装置１３１と下位階層制御装置１３３に割り付ける。また、上位階層処理装置１０２および下位階層処理装置１０４におけるシミュレーション処理に必要な計算資源を静的に割り付ける。

以下においては、上位階層処理装置によるシミュレーション処理が先行して実行された場合を例に説明する。
上位階層制御装置１３１に割り付けられたプログラムは、上位階層処理装置１０２に送られ、上位階層制御装置１３１によって実行指示を受ける。上位階層処理装置１０２は、プログラムの実行中に、事前に例えばシミュレータシステムの使用者によって選定された種類の情報における変化の程度が設定されたレベル（閾値）を超えたときに当該変化を検知して、この変化を含む情報の格納場所と種類を示すデータを上位階層制御装置１３１に通知する。上位階層制御装置１３１は、この通知に従って、上位階層処理装置１０２からデータを取りだし、階層間共通記憶装置１３２に格納するとともに、階層間共通記憶装置１３２での情報の格納場所と種類を下位階層制御装置１３３に通知する。

下位階層制御装置１３３は、下位階層処理装置１０４に計算資源を動的に割り付けると共に、データを階層間共通記憶装置１３２から下位階層制御装置１３３に移送し、上位階層情報を反映した下位階層プログラムの実行を下位階層処理装置１０４に指示し、これにより、当該下位階層プログラムが実行される。この間、上位階層処理装置１０２は、本来のマクロ階層プログラムの実行を継続する。この上位階層処理装置１０２は、別の種類の情報における変化の程度が設定レベルを超えたことを検知すると上記と同様の処理を行い、下位階層制御装置１３３は、当該別のマクロ階層情報を反映したミクロ階層プログラムの実行を下位階層処理装置１０４に指示し、これにより、当該ミクロ階層プログラムが実行される。

下位階層処理装置１０４は、ミクロ階層プログラムによるシミュレーションの実行中に、事前に例えばシミュレータシステムの使用者によって選定された種類の情報における変化の程度が設定されたレベル（閾値）を超えたときにこの変化を検知し、上位階層処理装置１０２のためにデータの集約処理等の情報量減少処理を例えば統計的手法によって行い、下位階層制御装置１３３に、この情報の格納場所と種類を示すデータを通知する。下位階層制御装置１３３は、この通知に従って、下位階層処理装置１０４からデータを取りだし、階層間共通記憶装置１３２に格納すると共に、階層間共通記憶装置１３２での情報の格納場所と種類を上位階層制御装置１３１に通知する。

上位階層制御装置１３１は、階層間共通記憶装置１３２から上位階層制御装置１３１にデータを移送し、ミクロ階層情報を反映したマクロ階層プログラムによるシミュレーションの実行を上位階層処理装置１０２に指示する。必要に応じて、上位階層制御装置１３１は、上位階層処理装置１０２に計算資源を動的に割り付け、別のプログラムの実行を指示する。

以下、上記のシミュレータシステムにより、オーロラの発光現象をシミュレーション対象事象としてシミュレーションを行う場合について、具体的に説明する。
磁気圏と電離層の空間において、空間的には１０万キロメートルのスケールの、時間的には数千秒のスケールのマクロな相互作用によって縞状の電流が生じるが、これだけでは電子の粒子としての運動エネルギーが低いためにオーロラの発光現象は生じない。
然るに、電離層の近くにおいて、ある閾値を超える局所的な電流があると、電子および／またはイオンによる数十センチメートル、０．１マイクロ秒のオーダーの粒子的運動がミクロ階層の不安定性を生み出し、電子を加速する大きな電場が生まれる。この結果、加速された電子が電離層内の窒素や酸素の分子・原子と衝突して発光が生じてオーロラの現象が生ずる。そして、この衝突の結果、窒素や酸素が電離することによって電離層の条件が変わり、この変化が電離層と磁気圏のマクロ階層の相互作用の条件を変える。この結果、マクロ階層の電流分布が変わり、このことによってミクロな条件が更に変化することとなる。このように、マクロ階層とミクロ階層とそれぞれの相互作用が密接に関連して、オーロラ現象が起きる。

具体的には、図３に示すように、太陽風のプラズマの流れが矢印で示す磁気圏のプラズマの流れを生み出し、この磁気圏のプラズマ流と電離層が地球の磁力線に沿ったマクロな相互作用を引き起こす。この部分の現象については、磁気流体シミュレーションと呼ばれる、マクロな流体系シミュレーションが行われることが必要である。

そして、電離層近くにおける電流の値が、電子の熱速度で換算した電流の設定された割合以上、例えば７０％以上の極大値を形成している領域が検出されたときに、この領域の電流値情報はミクロ階層においてシミュレーションすべきものであり、「電離層近くにおける電流の値が電子の熱速度で換算した電流の７０％」が「設定されたレベル」あるいは「閾値」とされ、当該設定レベルまたは閾値以上となった場合の電流値情報が、ミクロ階層のシミュレーションに移送されるべき情報とされる。

このような場合に、実際のマクロ階層のシミュレーションにおいて、電離層近くにおいて、その電流の値が電子の熱速度で換算した電流の７０％以上となる極大値を形成している領域が検出されたときには、この電流値情報がミクロ階層でのシミュレーション処理に変化情報として与えられ、ミクロ階層のシミュレーション処理装置において当該電流値情報に基づいて電子の分布関数を作成し、ミクロ階層の電子とイオンからなる粒子シミュレーションがミクロなシミュレーション処理として行われる。

すなわち、図４に示すように、シミュレーションの対象領域に入射される電子のエネルギーの一部が背景電子から少数の電子に与えられることによって高速の電子ビームが発生し、この高速の電子が降り込むことによってこれが酸素や窒素の分子と衝突し、その結果、発光が生ずる。

このような粒子シミュレーションが行われている間も、マクロ階層においては、ミクロ階層による変化は小さいために、流体系についてのマクロなシミュレーションが同時に並行して行われる。

このときのミクロシミュレーションとマクロシミュレーションの時間軸上の情報交換の態様は、例えば図５に示すとおりである。
この図５に示されている態様は、上位の階層制御装置が下位の階層制御装置を起動する場合のものである。この図において、シミュレーションは左から右方向に進行し、下向きの矢印は、上位の階層（マクロ階層）でのシミュレーションにおいて閾値を超える変化が検出された時点で当該マクロ階層からミクロ階層に当該変化を含む情報が移送されることを表し、上向きの矢印は、下位の階層（ミクロ階層）でのシミュレーションが終了してその結果が上位の階層に移送されてマクロ階層でのシミュレーションに反映されることを表す。そして、ミクロ階層のシミュレーションは、マクロ階層からの複数の変化情報について同時に並行して行うことが可能である。

ミクロ階層で磁気圏側と電離層側の電位差が電子の熱運動エネルギーで換算して１０倍以上になり、その状態がプラズマ振動の逆数の１００倍の時間が継続したときには、この数値が「設定されたレベル」または「閾値」とされて、その電位差および電離層側での電子の分布関数から集約された電子ビーム電流値の情報を変化情報としてマクロ階層でのシミュレーション処理に与え、その情報に基づいてマクロ階層についてのシミュレーション処理が行われる。

更に、マクロ階層のシミュレーションにおいて閾値を超える変化情報が検出されると、マクロ階層の当該変化情報がミクロ階層に与えられ、再び、ミクロ階層のシミュレーション処理が、マクロ階層のシミュレーション処理と並行して実行される。
そして、以上のような処理操作が繰り返えされることにより、空間的には数十億のスケールの差、時間的には数千億のスケールの差を持った２つの階層についての現象を同時にシミュレーション処理によって解くことが可能となる。

従って、本発明のシミュレータシステムにおいて、上記のマクロなシミュレーション処理である磁気流体シミュレーションが上位の階層のシミュレーション処理として、また、ミクロなシミュレーション処理である粒子シミュレーションが下位の階層のシミュレーション処理として実行されることにより、オーロラ発光という物理機構を解明するために必要な知見がシミュレーション結果として得られることとなる。

以上、本発明のシミュレータシステムについて具体的に説明したが、本発明においては種々変更を加えることが可能である。
例えば、シミュレーション対象事象を互いにスケールの異なる３段以上の階層についてそれぞれシミュレーション処理することができる。その場合には、シミュレータシステムは、当該３段以上の階層についてそれぞれシミュレーション処理を実行する階層処理装置が設けられると共に、全階層における互いに隣接する２つの階層の組において、各階層の組に係る上位の階層処理装置および下位の階層処理装置を、上記と同様の構成を有するマルティプライヤによって連結してなる構成とすればよい。もちろん、シミュレーションプログラムを静的に分割するアロケータを含み、シミュレーションの全体を管理する統合処理システム、シミュレーションによって得られるデータを格納するデータ格納装置も、同様に設けられる。
このようなシミュレータシステムによれば、シミュレーション対象事象について、より緻密で精細なシミュレーション結果を得ることができる。

また、上記の例において、マルティプライヤは、上位の階層処理装置に接続された上位の階層制御装置および下位の階層処理装置に接続された下位の階層制御装置と共に階層間共通記憶装置を有しており、この階層間共通記憶装置を介して、上位の階層制御装置および下位の階層制御装置が相互に情報交換可能に構成されているが、本発明は、このような構成に限定されるものではない。すなわち、上位の階層制御装置および下位の階層制御装置が相互に情報交換可能に構成されていればよく、上位の階層制御装置および下位の階層制御装置を、階層間共通記憶装置によらず、リモートダイレクトメモリアクセス（ＲＤＭＡ（ＲｅｍｏｔｅＭｅｍｏｒｙＡｃｃｅｓｓ））装置、バス、高速ラン、その他の連絡システムを利用して、相互に情報交換可能に構成することができる。

例えばＲＤＭＡ装置を用いる場合について説明すると、上位の階層処理装置において、選定された種類の情報における変化の程度が、設定されたレベルを超えたとき、当該変化を含む上位階層情報が格納されている上位の階層処理装置の記憶装置上のアドレスとモデル認識ＩＤが、変化が発生した旨の信号と共に、マルティプライヤ経由で下位の階層処理装置に連絡され、これを契機として、下位の階層処理装置がＲＤＭＡ装置を用いて、当該上位の階層処理装置の記憶装置上の当該変化を含む上位階層情報にアクセスし、この情報を用いてモデル認識ＩＤに対応する下位の階層のシミュレーションが実行される。

一方、下位の階層処理装置において、或るシミュレーション処理が終了したとき、当該シミュレーション結果を含む下位階層情報が格納されている下位の階層処理装置の記憶装置上のアドレスとモデル認識ＩＤが、シミュレーション処理が終了した旨の信号と共に、マルティプライヤ経由で上位の階層処理装置に連絡され、これを契機として、上位の階層処理装置がＲＤＭＡ装置を用いて、当該下位の階層処理装置の記憶装置上の当該シミュレーション結果を含む下位階層情報にアクセスし、この情報を用いてモデル認識ＩＤに対応する下位の階層のシミュレーションが実行される。

また、本発明において、各階層に係る階層処理装置において実行されるシミュレーション処理は、単一のシミュレーションプログラムによるものではなく、複数のシミュレーションプログラムによるものとすることができる。特に、下位の階層処理装置においては、多数のシミュレーションプログラムによるシミュレーション処理が行われることが好ましく、これにより、一層詳細な条件の変化を考慮したシミュレーション結果を得ることができる。
なお、１つの階層のシミュレーション処理が複数のシミュレーションプログラムによって実行される場合に、シミュレーションプログラム毎の計算機が必要とされるものではないことはもちろんである。

本発明のシミュレータシステムは、そのシミュレーション対象事象が限定されるものではなく、種々の現象または事象についてのシミュレーションに利用することができ、例えば下記の例を挙げることができる。
（１）例えば空間スケールが１万ｋｍの大気の循環をマクロ階層とし、空間スケールが１ｍｍの雲または雨の運動をミクロ階層とする大気の変化（この場合のスケール比は１００億倍である）。
（２）例えば時間スケールが数十年のプレート運動をマクロ階層とし、時間スケールが１秒の断層の移動をミクロ階層とする地震（この場合のスケール比は１０億倍である）。
（３）例えば時間スケールが１週間の気象予測をマクロ階層とし、時間スケールが１秒の土砂崩れをミクロ階層とする気象災害（この場合のスケール比は１００万倍である）。
（４）例えば空間スケールが１ｃｍ薬剤製品をマクロ階層とし、空間スケールが０．１ｎｍの分子結合をミクロ階層とするナノ・創薬における現象（スケール比は１億倍である）。
（５）例えば空間スケールが１０ｍの炉心プラズマをマクロ階層とし、空間スケールが１０μｍの電子運動をミクロ階層とする核融合反応（この場合のスケール比は１０００万倍である）。
（６）例えば空間スケールが１ｍの製品全体をマクロ階層とし、空間スケールが１ｎｍの燃料燃焼をミクロ階層とする自動車その他における現象（この場合のスケール比は１０億倍である）。
（７）例えば空間スケールが１０ｃｍのセル上の気液流をマクロ階層とし、空間スケールが１ｎｍの気液拡散をミクロ階層とする燃料電池の変化（スケール比は１億倍である）。以上の他、経済や産業などに関する現象または事象についても、本発明のシミュレータシステムを利用することが可能である。

Claims

時間的および／または空間的に変化する事象についてシミュレーションするためのシミュレータシステムであって、
互いにスケールの異なる上位の階層と下位の階層についてそれぞれシミュレーション処理を実行する上位の階層処理装置および下位の階層処理装置と、
上位の階層処理装置および下位の階層処理装置を連結するマルティプライヤと、
シミュレーション対象事象について、当該事象を支配する法則系に基づいてシミュレーションプログラムを上位の階層用プログラムおよび下位の階層用プログラムに静的に分割し、それらを前記マルティプライヤの上位の階層制御装置および下位の階層制御装置にそれぞれ割り付けるアロケータを含み、シミュレーションの全体を管理する統合処理システムと、
シミュレーションによって得られるデータを格納するデータ格納装置と
からなり、
前記上位の階層処理装置および下位の階層処理装置がいずれも計算機システムによって構成され、
前記マルティプライヤは、前記上位の階層処理装置に接続された上位の階層制御装置および前記下位の階層処理装置に接続された下位の階層制御装置を有し、当該上位の階層制御装置および下位の階層制御装置は相互に情報交換可能に構成されており、
（ａ）上位の階層処理装置において、選定された種類の情報における変化の程度が設定されたレベルを超えたときに、当該変化を含む上位階層情報が当該上位の階層処理装置から上位の階層制御装置を介して下位の階層制御装置に移送され、
前記上位の階層処理装置によるシミュレーション処理の実行が継続されると共に、
下位の階層制御装置より、下位の階層処理装置に対し、上記の変化に対応するシミュレーションモデルによるシミュレーション処理の実行を開始する指令が発せられて、前記下位の階層制御装置に移送された情報に基づいて、当該下位の階層処理装置において下位の階層のシミュレーション処理が実行され、
および／または
（ｂ）下位の階層処理装置において、選定された種類の情報における変化の程度が設定されたレベルを超えたときに、当該変化を含む下位階層情報が当該下位の階層処理装置から下位の階層制御装置を介して上位の階層制御装置に移送され、
前記下位の階層処理装置によるシミュレーション処理の実行が継続されると共に、
上位の階層制御装置より、上位の階層処理装置に対し、上記の変化に対応するシミュレーションモデルによるシミュレーション処理の実行を開始する指令が発せられて、前記上位の階層制御装置に移送された情報に基づいて、当該上位の階層処理装置において上位の階層のシミュレーション処理が実行される
ことを特徴とするシミュレータシステム。
時間的および／または空間的に変化する事象についてシミュレーションするためのシミュレータシステムであって、
互いにスケールの異なる３段以上の階層についてそれぞれシミュレーション処理を実行する階層処理装置と、
前記３段以上の階層における互いに隣接する２つの階層に係る上位の階層処理装置および下位の階層処理装置を連結するマルティプライヤと、
シミュレーション対象事象について、当該事象を支配する法則系に基づいてシミュレーションプログラムを上位の階層用プログラムおよび下位の階層用プログラムに静的に分割し、それらを前記マルティプライヤの上位の階層制御装置および下位の階層制御装置にそれぞれ割り付けるアロケータを含み、シミュレーションの全体を管理する統合処理システムと、
シミュレーションによって得られるデータを格納するデータ格納装置と
からなり、
前記階層処理装置がいずれも計算機システムによって構成され、
前記マルティプライヤは、前記上位の階層処理装置に接続された上位の階層制御装置および前記下位の階層処理装置に接続された下位の階層制御装置を有し、当該上位の階層制御装置および下位の階層制御装置は相互に情報交換可能に構成されており、
（ａ）上位の階層処理装置において、選定された種類の情報における変化の程度が設定されたレベルを超えたときに、当該変化を含む上位階層情報が当該上位の階層処理装置から上位の階層制御装置を介して下位の階層制御装置に移送され、
前記上位の階層処理装置によるシミュレーション処理の実行が継続されると共に、
下位の階層制御装置より、下位の階層処理装置に対し、上記の変化に対応するシミュレーションモデルによるシミュレーション処理の実行を開始する指令が発せられて、前記下位の階層制御装置に移送された情報に基づいて、当該下位の階層処理装置において下位の階層のシミュレーション処理が実行され、
および／または
（ｂ）下位の階層処理装置において、選定された種類の情報における変化の程度が設定されたレベルを超えたときに、当該変化を含む下位階層情報が当該下位の階層処理装置から下位の階層制御装置を介して上位の階層制御装置に移送され、
前記下位の階層処理装置によるシミュレーション処理の実行が継続されると共に、
上位の階層制御装置より、上位の階層処理装置に対し、上記の変化に対応するシミュレーションモデルによるシミュレーション処理の実行を開始する指令が発せられて、前記上位の階層制御装置に移送された情報に基づいて、当該上位の階層処理装置において上位の階層のシミュレーション処理が実行される
ことを特徴とするシミュレータシステム。
上位の階層制御装置および下位の階層制御装置は、階層間共通記憶装置、リモートダイレクトメモリアクセス装置、バスおよび高速ランから選ばれた連絡システムにより、相互に情報交換可能に構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシミュレータシステム。
上位の階層処理装置および下位の階層処理装置の各々において、異なるシミュレーションモデルによるシミュレーション処理が同時に実行されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のシミュレータシステム。
上位の階層処理装置または下位の階層処理装置におけるシミュレーション処理の実行途中における途中情報の移送は、当該上位の階層処理装置または下位の階層処理装置において、選定された種類の情報における変化の程度が設定されたレベルを超えたときにのみ、実行されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のシミュレータシステム。
上位の階層処理装置に移送される情報および下位の階層処理装置に移送される情報は、当該上位の階層処理装置または下位の階層処理装置において実行されるシミュレーションプログラムに対応した情報量減少処理が行われたものであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のシミュレータシステム。
上位の階層処理装置において実行されるシミュレーション処理の階層のスケールは、下位の階層処理装置において実行されるシミュレーション処理の階層のスケールの１０万倍以上であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のシミュレータシステム。