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GPUを用いた流体解析の研究開発

JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2025年2月～2026年1月)

報告書番号: R25JDA201G24

利用分野: 航空技術

PDF(準備中)

  • 責任者: 中北和之, 航空技術部門基盤技術研究ユニット
  • 問い合せ先: サンシカアンドレア(sansica.andrea@jaxa.jp)
  • メンバ: 林 謙司, ラッシャー デービッド, 大道 勇哉, サンシカ アンドレア

事業概要

GPU上でRANSおよびURANSを用いた飛行レイノルズ数における航空機全体の構成の大規模シミュレーションのためのFaSTAR-GPUコードの高速化と検証を, 設計外空力ワークショップへの貢献として実施. また, 高精度解析のため, GPU上のOpenSBLI DNSソルバーを用いた遷音速翼のバッファート現象に関する基礎研究も実施.

参照URL

なし

JAXAスーパーコンピュータを使用する理由と利点

JSS4に向けたGPU対応OpenACC版FaSTARの開発と高速化. 航空機の失速・バフェット研究アプリケーション向け大規模シミュレーションの実行時間をGPUノードで高速化する.

今年度の成果

FaSTAR-GPU (RANS/URANS)：2025年度において, OpenACC加速版FaSTARの機能と応用性が大幅に強化された. 全乱流モデルおよびフラックススキームに対するGPUサポートが追加され, さらに非定常RANS機能が追加された. 既存のCPUコードとの検証において優れた一致が確認された. GPUコードはJAXA非定格設計ワークショップへの貢献として, 15億セルを超える超大規模メッシュ（図1）におけるCRM-HL失速解析に用いられ, 広範なパラメータ研究が完了した.

OpenSBLI（DNS）：NASA-CRM翼（図2）において, AR=3における2D/3Dバッファモードへのスウィープ角の影響を初めて考慮した大規模高精度シミュレーションを実施. モード解析によりスウィープ角とバッファセル周波数の関係を特定し, 従来の低精度シミュレーション及び実験結果と良好な一致が得られた.

Annual Report Figures for 2025

図1: TOKI-RURI JSS3 GPUノード上でFaSTAR-GPUを用いた, 非常に大規模なメッシュ（最大17億セル）による航空機全体のCRM-HL失速RANSシミュレーション.

 

Annual Report Figures for 2025

図2: TOKI-RURI JSS3 GPUノードを用いたNASA-CRM翼の高忠実度・高解像度・広スパン・遷音速バッフェシミュレーション（アスペクト比3まで, 後退効果を含む）.

 

成果の公表

-査読なし論文

[1] D.J. Lusher, A. Sansica. Scale-resolving simulations and data-driven modal analysis of turbulent transonic buffet cells on infinite swept wings. arXiv preprint arXiv:2601.11137.

[2] D.J. Lusher, A. Sansica. The effect of sweep angle on shock-induced cellular separation bubbles in wide-span 3D turbulent transonic aerofoil buffet. The 35th International Symposium on Shock Waves (ISSW35) Brisbane, Australia, (July 2025).

[3] D.J. Lusher, A. Sansica, T. Matsuzaki. Performance and scaling of FaSTAR-GPU for CRM high-lift stall configurations on JSS3.第57回流体力学講演会／第43回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム (July 2025).

-招待講演

[1] D.J. Lusher. OpenSBLI automatic code-generation framework for scale-resolving compressible fluid dynamics simulations. OPS/OpenSBLI/SENGA2 Training Workshop, Oxford, United Kingdom (September 2025).

-口頭発表

[1] D.J. Lusher, A. Sansica. The effect of sweep angle on shock-induced cellular separation bubbles in wide-span 3D turbulent transonic aerofoil buffet. The 35th International Symposium on Shock Waves (ISSW35) Brisbane, Australia, (July 2025).

[2] D.J. Lusher, A. Sansica, T. Matsuzaki. Performance and scaling of FaSTAR-GPU for CRM high-lift stall configurations on JSS3. 第57回流体力学講演会／第43回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム (July 2025).

[3] A. Sansica, D.J. Lusher, T. Matsuzaki. Contribution of JAXA to APC-10 using FaSTAR on the CRM high-lift configuration. 第57回流体力学講演会／第43回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム (July 2025).

-ポスター

D.J. Lusher, A. Sansica. FaSTAR-GPU: OpenACC+MPI GPU acceleration of a Computational Fluid Dynamics (CFD) solver applied to full aircraft high-lift aerodynamics simulations on the JSS3 supercomputer. Supercomputing Conference (SC25)

JSS利用状況

計算情報

  • プロセス並列手法: GPU
  • スレッド並列手法: 非該当
  • プロセス並列数: 120
  • 1ケースあたりの経過時間: 72 時間

JSS3利用量

 

総資源に占める利用割合※1(%): 2.04

 

内訳

JSS3のシステム構成や主要な仕様は、JSS3のシステム構成をご覧下さい。

計算資源
計算システム名 CPU利用量(コア・時) 資源の利用割合※2(%)
TOKI-SORA 366665.48 0.02
TOKI-ST 443524.06 0.46
TOKI-GP 4223300.78 68.19
TOKI-XM 275.75 0.09
TOKI-LM 2524.23 0.19
TOKI-TST 0.00 0.00
TOKI-TGP 0.00 0.00
TOKI-TLM 0.00 0.00

 

ファイルシステム資源
ファイルシステム名 ストレージ割当量(GiB) 資源の利用割合※2(%)
/home 1024.00 1.64
/data及び/data2 102400.00 0.67
/ssd 30720.00 1.87

 

アーカイバ資源
アーカイバシステム名 利用量(TiB) 資源の利用割合※2(%)
J-SPACE 6.42 0.02

※1 総資源に占める利用割合：3つの資源(計算, ファイルシステム, アーカイバ)の利用割合の加重平均.

※2 資源の利用割合：対象資源一年間の総利用量に対する利用割合.

 

ISV利用量

ISVソフトウェア資源
利用量(時) 資源の利用割合※2(%)
ISVソフトウェア(合計) 50.89 0.04

※2 資源の利用割合：対象資源一年間の総利用量に対する利用割合.

JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2025年2月～2026年1月)