1998年10月30日

株式会社 日立製作所

技術研究組合 新情報処理開発機構

　このたび日立製作所は、通産省の委託開発事業リアルワールドコンピューティング(RWCP) と共同で、計算方法の異なる大規模プログラムを簡便に結合するミドルソフトウェア技術を開発しました。エージェント方式を用いた本ソフトウェアは、プログラム間の結合部分の開発工数を従来の約1/10に削減します。本技術は、世界の先端研究所の大規模シミュレーションソフトウエアを、ネットワークを利用して有機的に結合する、インターネット時代に対応した科学技術計算への道を拓くものとして期待されます。

　近年、並列計算機の急速な発達とともに、科学技術計算の分野では、飛躍的に現実に近い現象のシミュレーションが可能になりつつあります。今後の大きな課題の一つに、複数の現象が絡み合った複合現象の解析があります。複合現象を明らかにするには、その計算においても、複数の異なる解析手法をプログラム化し、時間経過と共にプログラム間でデータを受け渡しながら計算する必要があります。このような解析の例として、例えば、半導体素子からの放熱による応力や歪みの解析などがあります。
　ところが、このような複合解析を実行するために、複数の異なる解析手法をプログラム化して一つの複合解析プログラムを作成する場合や、あるいはまた、ネットワークに繋がったコンピュータ上で異なるプログラムを連結する場合でも、ユーザは専用プログラムをシミュレーション毎に作成しなければならず、この開発に膨大な開発工数を要してました。これは計算対象を細かな領域（メッシュ）に分けて計算する場合に、異なるプログラム間で領域の物理量を代表する点（離散点）同士の関係付けを行う作業が生じるためです。また同様に、原子を対象とする粒子を用いた計算手法と連続体を対象とするメッシュを用いた計算手法の結合も要求は多いのですが、物理量を代表する離散点が両手法で異なるため、離散点の結合に膨大な作業を必要とします。

　このような背景から、日立では、従来はユーザが行っていた作業の一部を自動化するエージェント方式を提案し、開発を進めていきました。より幅広い応用分野の開拓と標準化を目指し、今回RWCPのプロジェクトに参画する中で、エージェントとなるミドルソフトウェアプログラムを拡張開発し、プログラム開発コストが従来の1/10となることを確認しました。本技術の特徴は、次の通りです。

1. プロセスの管理：従来、ユーザ自身がテーブル等で管理していたシミュレーションのプロセス番号を、エージェントが管理してくれます。
2. 離散点の自動探索：異なるプログラム間において、ユーザが指定した離散点間の関係付けに応じて、データの送受信を実行すべき離散点を自動的に探索してくれます。
3. 自動的なデータ抽出、送受信先決定およびデータ変換：（２）で自動検索した離散点同士を結び付け、変換先のデータを抽出し、もう一方の離散点にデータを自動的に送信後、変換関係に基づいてデータを自動的に変換します。

　本ミドルウェアソフトの利用により、ユーザは複合現象を解析するためのソフトウエアの開発を短時間で実現することが可能となり、既存のプログラムに新規の機能を附加して新しい複合解析ソフトウエアを開発するソフトインテグレーションや、分散環境にあるコンピュータ間で異なるプログラム資産を活用した複合解析の実現が期待できます。本技術は、世界の先端研究所のシミュレーションソフトウエアを結合した大規模複合解析の潮流を飛躍的に拡大するものと期待されます。

　本研究内容は、11月7日に開催される SC'98(Supercomputing 98)で発表する予定です。

＜本技術を応用した半導体デバイスの複合解析シミュレーション＞

　本ミドルソフトウエア技術を以下の二つの複合現象の解析に応用しました。両ケースとも、数千ステップのシミュレーションプログラムに、20ステップのエージェントを呼び出すためのライブラリと、100ステップのデータフォーマットの変更プログラムを挿入し、複合解析を実現しました。

1. 微小電子デバイスの電流特性解析において、デバイス全体の静電ポテンシャルを解析するシミュレーションと数百Å（オングストローム：1Åは1億分の1センチメートル）領域の電子の固有状態を解析するシミュレーションの結合。

2. 微小欠陥を含んだシリコン基盤の熱伝導解析において、原子レベルの分子道力学シミュレーションとメッシュを用いた熱拡散シミュレーションの結合。

　2.では、分子動力学シミュレーションによる原子の運動エネルギーのデータを熱拡散シミュレーションに転送し、メッシュ上の温度のデータに自動的に変換する。原子の位置は、時事刻々熱振動で変わるため、エージェントは、データの転送毎に変換と被変換関係にある粒子とメッシュを再探索し送受信先を決定する。微小欠陥領域では熱の伝導速度が遅いため、欠陥を境にマクロな領域に伝わる熱拡散の変化を解析できる。

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