JPH09305551A - 並列計算機システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 データ移動量並びにデータの授受に伴って発
生する操作を最小限に抑えて、並列演算処理の高速化を
効率的に図ることができる並列計算機システムを提供す
ることである。 【解決手段】 下流側領域の演算処理装置が上流側領域
の演算処理装置から境界条件を受信する順序は、最下流
領域の演算処理装置より、順次その上流側の演算処理装
置から境界条件を受信していくようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の演算処理装
置で並列処理した解析演算結果を主計算機に集めて大規
模な施設の解析演算結果を得るようした並列計算機シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】複数の演算処理装置で大規模な施設の解
析演算を並列処理するようにした並列計算機システムと
しては、各々の演算処理装置に対し通信手段および個別
の記憶装置を備えたＭＩＭＤ（Multiple Information M
ultiple Data Stream）方式による並列計算を目的とし
た並列計算機システムがある。

【０００３】原子力施設を初めとする大規模な施設の設
計においては、例えば、遮蔽設計などにおける放射線挙
動計算、炉心設計における炉心性能予測解析などの大規
模な計算がかなりの頻度で要求される。この要求に応え
るためには大幅な計算速度の向上が必要である。このた
め最近では、通信手段と個別の記憶装置を備えた多数の
演算処理装置を用いて、高速度で解折を行うことができ
る並列計算機システムが考案されている。これにより、
１台の演算処理装置しか持たない計算機を使用していた
のでは得られないような高速度での解折を可能としてい
る。

【０００４】例えば、巨大で複雑な構造を持つ空間を対
象とする微分方程式を求める問題において、全空間を幾
つかの小さな領域に分割してそれぞれを１つの演算処理
装置に分配することにより、各々の演算処理装置におけ
る計算を小形化するとともに単純化することもできる。
このとき、領域と領域の間の連続の条件は、演算処理装
置間で境界条件を授受することで満たされる。ＭＩＭＤ
方式による並列計算の場合、演算処理装置間でなされる
データの授受により、同時にシステム全体としての各々
の演算処理装置における計算の流れを制御する。

【０００５】図８は、並列計算機システムの構成例を示
すもので、１台のホストの計算機１（主計算機１）と８
台の演算処理装置２−１〜２−８とで構成されているも
のを示している。主計算機１には記憶装置３と通信手段
４が備えられ、また、各々の演算処理装置には個別記憶
装置５−１〜５−８と通信手段６−１〜６−８がそれぞ
れ備えられている。そして、これらの通信手段は、通信
用ケーブル７で接続されている。

【０００６】例えば、主計算機１で読み込んだ入力デー
タ等は通信手段４から通信手段６−１〜６−８を通じて
全演算処理装置２−１〜２−８に送信される。演算処理
装置２−１〜２−８では各々割り当てられた領域の計算
を行い、必要に応じて演算処理装置間の通信によりデー
タの授受を行う。そして、並列処理した各々の演算処理
装置２−１〜２−８の解析演算結果を主計算機１に集め
て大規模な施設の解析演算結果を得るようしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、複数個の演
算処理装置を用いて並列に計算を行わせる場合、演算処
理装置間の通信を行うことなく全く独立に計算を進める
ことができる例はまれであり、通常は計算の過程で演算
処理装置間での大量のデータのやり取りが頻繁に行われ
る。

【０００８】計算精度を上げるには、例えば、計算上の
空間や時間のメッシュを細かくこととなるが、それに伴
って演算処理装置間でやり取りされるデータ量が増大す
る。また、計算速度を上げるには用いる演算処理装置の
台数を増やすこととなるが、それに伴い、演算処理装置
間の通信頻度が増大する。計算機システムと解かれる問
題の複雑化に伴う演算処理装置間の通信頻度とデータ量
の増加は、時折並列計算の計算速度向上の大きな妨げと
なる。

【０００９】計算の１つの過程で１台の演算処理装置２
が他の複数台の演算処理装置２とデータをやり取りする
必要が生じることもある。この場合も、実際には演算処
理装置間の１対１の通信を複数組行うことで処理する。
例えば、演算処理装置２−１が演算処理装置２−２、２
−３の２台から計算結果を受け取る場合は、以下のよう
に行う。 （１）ステップ１ 演算処理装置２−２→演算処理装置２−１ （２）ステップ２ 演算処理装置２−３→演算処理装置２−１ ただし、これらの操作が順次行われるためには、演算処
理装置２−２では演算処理装置２−３より先に計算が終
了しなければならない。一般に、計算が終わる時刻は予
測できないので、データを受ける側と送る側とで順序が
逆転することも有り得る。混乱を避けるためには、例え
ば、次のように行う。 （１）ステップ１ 演算処理装置２−２→演算処理装置２−３ （２）ステップ２ 演算処理装置２−３→演算処理装置２−１ ステップ１では演算処理装置２−２の演算が終了した時
点でそのデータを演算処理装置２−３に送信し、ステッ
プ２では、演算処理装置２−３は自己の演算処理装置２
−３のデータだけでなく演算処理装置２−２から受信し
たデータも含めて演算処理装置２−１に送信することに
なる。このようにすると、データの送受信の混乱は避け
られるが演算処理装置２−２のデータに関して余分な通
信処理が必要となる。

【００１０】パイプライン（Pipe line）方式の並列計
算では、演算処理装置２−ｎの解折結果を隣接する演算
処理装置２−（ｎ＋１）の解折の初期条件として順次計
算を行う方法を採る。例えば、ある流路を通る流体の熱
伝達の問題では、流路を分割して複数の演算処理装置２
に割り当て、各領域１、２、…の熱伝達問題をそれぞれ
の演算処理装置２−１、２−２、…に解かせることとな
るが、このとき領域ｎの出口における流体の条件が領域
ｎ＋１の入口条件となるので、演算処理装置２−ｎから
演算処理装置２−（ｎ＋１）に対して解析結果の伝達が
行われなければならない。

【００１１】この様な境界条件の解析結果（例えば温度
分布、流速分布など）の伝達手順としては、図９に示す
ように、例えば演算処理装置２−１から演算処理装置２
−２、演算処理装置２−２から演算処理装置２−３とい
うように上流側から順次行うことが考えられる。図９中
の番号はデータを受信する順序を示している。

【００１２】この場合、物理的意味が同一であっても解
析結果を格納する配列と隣接する演算処理装置からの情
報を格納する配列が同一であってはならない。そこで、
各々の演算処理装置２に受信データ用の配列を別に設
け、受信の際に計算結果を格納する配列が壊れないよう
にする。例えば、隣接する演算処理装置２−（ｎ−１）
からの温度分布Θ（ｉ、ｊ）をバッファＢ（ｉ、ｊ）に
一旦格納し、演算処理装置２−ｎにおける計算結果Θ
（ｉ、ｊ）を隣接する演算処理装置２−（ｎ＋１）に送
信した後、Ｂ（ｉ、ｉ）をΘ（ｉ・ｊ）にコピーする。

【００１３】この方法は、データ量が増えるに従い、余
分な計算手順（バッファ配列からのデータ移動）が多く
なるとともに、受信用のメモリが余分に必要となる。

【００１４】本発明の目的は、データ移動量並びにデー
タの授受に伴って発生する操作を最小限に抑えて、並列
演算処理の高速化を効率的に図ることができる並列計算
機システムを提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、大規
模な施設の全空間を幾つかの小さな領域に分割し、その
領域に対しそれぞれ演算処理装置を分配し、隣り合う領
域間の連続の条件は下流側領域の演算処理装置が上流側
領域の演算処理装置から境界条件を受信して取得するよ
うにし、各々の演算処理装置はその境界条件を満たすよ
うに各々の領域の解析演算を並列に行い、並列処理した
各々の演算処理装置の解析演算結果を主計算機に集めて
大規模な施設の解析演算結果を得るようした並列計算機
システムであり、下流側領域の演算処理装置が上流側領
域の演算処理装置から境界条件を受信する順序は、最下
流領域の演算処理装置より、順次その上流側の演算処理
装置から境界条件を受信していくようにしたものであ
る。

【００１６】請求項１の発明では、演算処理装置２−１
から演算処理装置２−２、演算処理装置２−２から演算
処理装置２−３、のように各演算処理装置のメモリ上の
配列に格納した計算結果を順次渡しながら並列に計算を
進めていく過程で、すべての演算処理装置２−（ｎ＋
１）について、まず、演算処理装置２−ｎから演算処理
装置２−（ｎ＋１）に計算結果を送信し、次に演算処理
装置２−（ｎ−１）から演算処理装置２−ｎに計算結果
を送信する順序とする。これにより、送信されるデータ
と受信するデータを同一の配列で扱えるようにする。

【００１７】請求項２の発明は、大規模な施設の全空間
を幾つかの小さな領域に分割し、その領域に対しそれぞ
れ演算処理装置を分配し、隣り合う領域間の連続の条件
は下流側領域の演算処理装置が上流側領域の演算処理装
置から境界条件を受信して取得するようにし、各々の演
算処理装置はその境界条件を満たすように各々の領域の
解析演算を並列に行い、並列処理した各々の演算処理装
置の解析演算結果を主計算機に集めて大規模な施設の解
析演算結果を得るようした並列計算機システムであり、
演算処理装置間のデータ伝送は、データ受信側の演算処
理装置からデータ送信側の演算処理装置にデータ要求信
号を出力し、そのデータ要求信号をデータ送信側の演算
処理装置が受信した後に、データ受信側の演算処理装置
に対しデータを送信するようにしたのものである。

【００１８】請求項２の発明では、演算処理装置２−ｎ
から演算処理装置２−ｍにデータを送信する際に、演算
処理装置２−ｍから演算処理装置２−ｎにデータを要求
するデータ要求信号を送信し、演算処理装置２−ｎがデ
ータ要求信号を受信した後に、演算処理装置２−ｍから
演算処理装置２−ｎにデータを送信する。

【００１９】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、下流側領域の演算処理装置が上流側領域の演算処理
装置から境界条件を受信する際には、下流側領域の演算
処理装置から上流側領域の演算処理装置に予めデータ要
求信号を出力し、そのデータ要求信号を上流側領域の演
算処理装置が受信した後に、下流側領域の演算処理装置
に対しデータを送信するようにしたものである。

【００２０】請求項３の発明では、請求項１の発明の作
用に加え、演算処理装置２−ｎから演算処理装置２−
（ｎ＋１）に計算結果を送信する際に、予め演算処理装
置２−（ｎ＋１）から演算処理装置２−ｎにデータ要求
信号を送信する。

【００２１】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、主計算機が各々の演算処理装置からデータを受信す
る際には、主計算機から予め定めた順序で各々の演算処
理装置にデータ要求信号を出力し、各々の演算処理装置
はデータ要求信号を受信した後に主計算機にデータを送
信するようにしたものである。

【００２２】請求項４の発明では、請求項１の発明の作
用に加え、複数個の演算処理装置から主計算機にデータ
を送信する際に、主計算機で予め定めた順序（ｎ＝１、
２、３…）に従い、主計算機から演算処理装置２−ｎに
データ要求信号を送信し、次に演算処理装置２−ｎから
主計算機にデータを送信する手順を順次行う。これによ
り、複数個の演算処理装置から主計算機にデータを混乱
なく収集する。

【００２３】請求項５の発明は、請求項１の発明におい
て、主計算機が各々の演算処理装置からデータを受信す
る際には、主計算機から予め定めた１つの演算処理装置
にデータ要求信号を出力し、そのデータ要求信号を受信
した演算処理装置は主計算機にデータを送信すると共に
予め定めた別の演算処理装置にデータ要求信号を出力
し、順次データ要求信号を受信した演算処理装置は主計
算機にデータを送信すると共にデータ送信が完了してい
ない演算処理装置にデータ要求信号を出力するようにし
たものである。

【００２４】請求項５の発明では、請求項１の発明の作
用に加え、複数個の演算処理装置から主計算機にデータ
を送信する際に、主計算機で予め定めた順序（ｎ＝１、
２、３、…）に従い、演算処理装置２−ｎが演算処理装
置２−（ｎ−１）からデータ要求信号を受けた後、主計
算機にデータを送信し、演算処理装置ｎ＋１にデータ要
求信号を送信する手順を順次行う。これにより、複数個
の演算処理装置から主計算機にデータを収集する。

【００２５】請求頃６の発明は、請求項１の発明におい
て、演算処理装置が他の各々の演算処理装置からデータ
を受信する際には、演算処理装置から予め定めた順序で
他の各々の演算処理装置にデータ要求信号を出力し、他
の各々の演算処理装置はデータ要求信号を受信した後に
演算処理装置にデータを送信するようにしたものであ
る。

【００２６】請求頃６の発明では、演算処理装置２−ｎ
から他の演算処理装置２−ｍにデータを送信する際に、
予め定めた順序（ｎ＝１、２、３、…）に従い、演算処
理装置２−ｍから演算処理装置２−ｎにデータ要求信号
を送信し、次に演算処理装置２−ｎから演算処理装置２
−ｍにデータを送信する手順を順次行う。これにより、
演算処理装置２−ｎから演算処理装置２−ｍにデータを
収集する。

【００２７】請求項７の発明は、請求項１の発明におい
て、演算処理装置が他の各々の演算処理装置からデータ
を受信する際には、データを受信する演算処理装置から
予め定めた他の演算処理装置にデータ要求信号を出力
し、そのデータ要求信号を受信した他の演算処理装置は
演算処理装置にデータを送信すると共に予め定めた別の
他の演算処理装置にデータ要求信号を出力し、順次デー
タ送信号を受信した他の演算処理装置はデータを受信す
る演算処理装置にデータを送信すると共にデータ送信が
完了していない他の演算処理装置にデータ要求信号を出
力するようにしたものである。

【００２８】請求項７の発明では、演算処理装置２−ｎ
から他の演算処理装置２−ｍにデータを送信する際に、
予め定めた順序（ｎ＝１、２、３、…）に従い、演算処
理装置２−ｎが演算処理装置２−（ｎ−１）からデータ
要求信号を受けた後、演算処理装置２−ｍにデータを送
信し、演算処理装置２−（ｎ＋１）にデータ要求信号を
送信する手順を順次行う。これにより、演算処理装置２
−ｎから演算処理装置２−ｍにデータを収集する。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は、本発明の第１の実施の形態を示す構成図
である。この第１の実施の形態は、下流側領域の演算処
理装置が上流側領域の演算処理装置から境界条件を受信
する順序は、最下流領域の演算処理装置より、順次その
上流側の演算処理装置から境界条件を受信していくよう
にしたものである。図１中の番号はデータを受信する順
序を示している。

【００３０】以下、パイプライン方式による流路内での
流体の熱伝達解析を例にして説明する。この例では、流
路を演算処理装置の数Ｎに応じて例えばＮ個の領域に分
割し、それぞれを１台の演算処理装置に割り当てる。領
域番号を流路の入口側から１、２、３、…Ｎとし、対応
する演算処理装置の番号を同様に２−１、２−２、２−
３、…Ｎとする。計算の手順は以下のようになる。 （１）ステップ１ 各領域ごとに流れに沿った流体の変化（温度、エンタル
ピ等）を各演算処理装置で一斉に計算する。 （２）ステップ２ 演算処理装置間で境界条件のやり取りを行う。第ｍ領域
（１≦ｍ≦Ｎ）の出口における計算結果は第（ｍ＋１）
領域の入り口における流体条件、即ち次のステップにお
ける初期条件となる。ここでは演算処理装置ｍから演算
処理装置ｍ＋１へのデータ送信を順次行う。 （３）ステップ３ 隣接する演算処理装置｛例えば演算処理装置２−ｍの場
合は演算処理装置２−（ｍ−１）｝から受けとった境界
条件を初期値として次の熱伝達解析を一斉に行う。

【００３１】ここで、ステップ２におけるデータ送信は
従来の方法では、次の手順となる。まず、最上流に対応
する演算処理装置２−１から計算結果（例えば温度分布
などで、配列Ｘ（Ｉ）に格納されているものとする）を
下流側の演算処理装置２−２に送る。この段階で配列Ｘ
（Ｉ）には演算処理装置２−２自身の結果が格納されて
いるので、データ受信用に使うことはできない。そこ
で、演算処理装置２−２では配列Ｘ（Ｉ）ではなく、バ
ッファ用配列Ｂ（Ｉ）にデータを受ける。そして、配列
Ｘ（Ｉ）の結果をさらに下流側の演算処理装置２−３に
送った後、バッファ用配列Ｂ（Ｉ）の内容を配列Ｘ
（Ｉ）に移す。

【００３２】図９に示すように、この手順を上流側から
下流側の順に順次行うことで、ステップ２の操作が完了
する。本方式の欠点はバッファ用配列Ｂ（Ｉ）が必要で
あることと、配列Ｂ（Ｉ）のデータ配列Ｘ（Ｉ）に移す
操作があることの２点である。

【００３３】そこで、本発明による第１の実施の形態で
は、データの授受を下流側から行う。すなわち、最初に
演算処理装置Ｎ−１から最下流に対応する演算処理装置
Ｎに計算結果を送る。次に演算処理装置Ｎ−１が隣接す
る演算処理装置Ｎ−２から計算結果を受信する。図１に
示す演算処理装置が４個の場合では、最初に演算処理装
置２−３から最下流に対応する演算処理装置２−４に計
算結果を送る。次に演算処理装置２−３が隣接する演算
処理装置２−２から計算結果を受信する。そして、最後
に、演算処理装置２−２が隣接する演算処理装置２−１
から計算結果を受信する。

【００３４】このとき、演算処理装置Ｎ−１では、計算
結果の下流側への転送が既に終了しているので、配列Ｘ
（Ｉ）を受信用に用いても問題はない。データの授受を
下流側から行うようにすれば、バッファ用配列Ｂ（Ｉ）
は不要になり、従って配列Ｂ（Ｉ）から配列Ｘ（Ｉ）に
データを移す必要もなくなる。

【００３５】次に、本発明の第２の実施の形態を説明す
る。第２の実施の形態は、各々の演算処理装置から他の
演算処理装置にデータを送信する際に、データを受信す
る演算処理装置からデータを送信する演算処理装置にデ
ータを要求するデータ要求信号を送信し、データ要求信
号を受信した後に、データを送信するようにしたもので
ある。

【００３６】この第２の実施の形態は、例えば演算処理
装置２−ｍから演算処理装置２−（ｍ＋１）にデータを
送信するという、並列計算において通常に行われる従来
の操作法に対し、予め演算処理装置２−（ｍ＋１）から
演算処理装置２−ｍにデータ要求信号を出すことで通信
の混乱を避けようとするものである。並列計算において
は、各演算処理装置２が同様に動作するようにプログラ
ムが組まれていることが多い。この場合、演算処理装置
２−ｍから演算処理装置２−（ｍ＋１）にデータを送る
際に、演算処理装置２−（ｍ＋１）も同様に演算処理装
置２−（ｍ＋２）にデータを送ろうとしている状況に置
かれている状態が発生し得る。演算処理装置２−（ｍ＋
１）が演算処理装置２−ｍより先に計算が終了するよう
になっていればデータはスムーズに流れるが、逆の場合
に通信の衝突が発生する。

【００３７】図１０は、従来の操作法で演算処理装置２
−ｍから演算処理装置２−（ｍ＋１）にデータを送信す
る場合に発生する通信の衝突を図解したものである。演
算処理装置２−（ｍ＋１）はデータ送信操作８ｂの開始
時点において、演算処理装置２−ｍのデータ送信操作８
ａが開始されており、演算処理装置２−ｍからのデータ
送信要求９を受けなければならない状況に置かれている
ものを示している。この様な状況に置いては、送信と受
信とが衝突しているので、演算処理装置２−ｍは送信も
受信もできない状態となってしまう。このような通信の
混乱を避けるには、演算処理装置２−（ｍ＋１）の側で
演算処理装置２−ｍからデータが来る時刻を予測して、
データの授受が混乱なく行われるようプログラムを組ま
なければならない。時刻の予測は現実的には不可能に近
い。

【００３８】そこで、第２の実施の形態では、演算処理
装置２−（ｍ＋１）側でデータを受ける時刻を指定する
方法を採る。これがデータ要求信号である。データ要求
信号を出した時点で演算処理装置２−ｍの計算が終了し
ていれば（このとき演算処理装置２−ｍはデータ要求信
号待ちで待機している）、演算処理装置２−ｍはその信
号を受けて直ちにデータ送信操作に入ることとなる。演
算処理装置２−ｍの計算が未終了であれば、演算処理装
置２−（ｍ＋１）がデータ要求信号を出した状態で、演
算処理装置２−ｍの計算が終わって結果を送信して来る
まで待機すればよい。つまり、データ要求信号を受信す
る側から送る操作を入れることで、通信の混乱は避けら
れる。

【００３９】次に、本発明の第３の実施の形態を説明す
る。図２は本発明の第３の実施の形態を示す構成図であ
る。この第３の実施の形態は、第１の実施の形態と第２
の実施の形態とを組み合わせたものである。すなわち、
下流側領域の演算処理装置が上流側領域の演算処理装置
から境界条件を受信する際には、下流側領域の演算処理
装置から上流側領域の演算処理装置に予めデータ要求信
号を出力し、そのデータ要求信号を上流側領域の演算処
理装置が受信した後に、下流側領域の演算処理装置に対
しデータを送信するようにしたものである。図３の点線
はデータの流れを示し、また実線はデータ要求信号を示
す。また、番号はデータ又はデータ要求信号を受信する
順序を示している。

【００４０】第３の実施の形態について、上述のパイプ
ライン方式による熱伝達解析例を用いて以下に説明す
る。上述の例では、まず各演算処理装置２により、それ
ぞれの割り当てられた領域での解析が一斉に行われる。
このとき、計算が下流側から順次終了するようになって
いれば、次のステップに於けるデータの伝達も下流側か
ら順次行うことができるので全体としての計算がスムー
ズに行われる。

【００４１】ところが、実際には解析が終了する順序は
不確定である。例えば、演算処理装置２−ｍ（１≦ｍ＜
Ｎ）で最初に解析が終了したと仮定する。演算処理装置
２−ｍは演算処理装置２−（ｍ＋１）に結果を送ろうと
するが演算処理装置２−（ｍ＋１）が解折続行中である
ため、送信待ちの状態に入る。そのうち演算処理装置２
−（ｍ＋１）が解析を終了し、演算処理装置２−（ｍ＋
２）に結果を送信しようとするが、演算処理装置２−
（ｍ＋１）に対する全システムとしての要求は解析結果
の受信であって送信ではない。

【００４２】そうすると、演算処理装置２−（ｍ＋１）
はデータの送受信が共に不能となって機能を停止する。
他方、反対側の演算処理装置２−（ｍ−１）が計算を終
えて演算処理装置２−ｍに解析結果を送信しようとする
が、演算処理装置２−ｍ自身が送信待ちの状態であるた
め、送信ができない。このようにして通信異常が順次伝
播して結局並列計算機システムは無期限の停止状態に入
ってしまう。

【００４３】このような状態を防ぐ方法の１つに、同期
をとって時間の調整を図るようにしたものがある。つま
り、適切な遅延を演算処理装置２ごとに設定すれば、図
１１に示すように通信の混乱は避けられる。図１１に示
すように、各々の演算処理装置２の計算終了時刻１１
は、区々であるが最後に計算を終了した計算時刻１１に
合わせて同期信号１３を発生させる。そして、最も上流
側の演算処理装置から、順次下流側の演算処理装置にデ
ータ送信１５を行うことになる。

【００４４】そうした場合、図１１に示すように、計算
時間１０に対して、同期信号までの待機時間１２及び送
信までの待機時間１４を加算した時間が処理時間とな
る。図１１中の１６は時間の流れ方向を示している。こ
のように、同期をとることで、全ての演算処理装置２が
計算を終了するまでシステム全体が待機状態に置かれ、
余分な通信遅延が発生し、計算速度が劣化することとな
る。

【００４５】これに対し、第３の実施の形態では、図３
に示すように、データ要求信号１７が受信された場合に
データを送信するので、データ要求信号１７を受信した
時点において計算が未完了であるときは、計算を完了し
てからデータを送信する。したがって、処理時間は計算
時間１１に計算待機時間１８を加算したものとなり、全
体の処理時間が短縮される。

【００４６】例えば、演算処理装置２−ｍに於ける操作
は以下の通りである。 （１）ステップ１ 計算の終了 （２）ステップ２ 下流側の演算処理装置２−（ｍ＋１）からデータ要求信
号１７を受ける。 （３）ステップ３ 下流側の演算処理装置２−（ｍ＋１）にデータを送信す
る。 （４）ステップ４ 上流側の演算処理装置２−（ｍ−１）にデータ要求信号
１７を送信する。 （５）ステップ５ 上流側の演算処理装置２−（ｍ−１）からデータを受信
する。 （６）ステップ６ 次の計算ステップに移る。

【００４７】ここで、最も下流にある演算処理装置Ｎに
ついては、ステップ２とステップ３をスキップする。す
なわち、ステップ２からステップ５で記述されるデータ
伝達の一連の操作は、演算処理装置Ｎのみ送信操作でス
タートし、他の演算処理装置は受信操作でスタートする
形になる。演算処理装置Ｎの送信操作が一連の操作に対
するトリガーになっており、データ伝達は下流から順次
行われ、通信の混乱は避けられる。また、図１１に示し
たような同期をとることによる余分な通信遅延の発生も
軽減される。

【００４８】次に、本発明の第４の実施の形態を説明す
る。図４は、本発明の第４の実施の形態を示す構成図で
ある。この第４の実施の形態は、主計算機１が各々の演
算処理装置２からデータを受信する際には、主計算機１
から予め定めた順序で各々の演算処理装置２にデータ要
求信号を出力し、各々の演算処理装置２はデータ要求信
号を受信した後に主計算機１にデータを送信するように
したものである。図４中の点線はデータの流れを示し、
また実線はデータ要求信号を示す。また、番号はデータ
又はデータ要求信号を受信する順序を示している。

【００４９】一般に、並列計算機システムでは、主計算
機１から複数個の演算処理装置２にデータを送信して並
列に計算を行わせ、計算終了後に解析結果を主計算機１
に集める操作が必要となる。

【００５０】この場合、主計算機１側で、例えば演算処
理装置２−１、演算処理装置２−２、演算処理装置２−
３、演算処理装置２−４の順で解析結果を受信し、予め
指定した配列に格納するようプログラムを組んだ場合を
考える。このとき、各演算処理装置２の計算が同じ順序
で終了するとは限らないので、通信の混乱を避けるため
に、従釆の手法としては以下の手順でデータ送信を行っ
ている。 （１）ステップ１ 演算処理装置２−４から演算処理装置２−３に解析結果
を送信する。 （２）ステップ２ 演算処理装置２−３から演算処理装置２−２に演算処理
装置２−３および演算処理装置２−４の解析結果を送信
する。 （３）ステップ３ 演算処理装置２−２から演算処理装置２−１に演算処理
装置２−２、２−３、２−４の解析結果を送信する。 （４）ステップ４ 演算処理装置２−１から主計算機１に演算処理装置２−
１、２−２、２−３、２−４の解析結果を送信する。

【００５１】この場合、演算処理装置２−４のデータ
は、４回の通信操作で漸く主計算機１に辿り着くことに
なる。演算処理装置２の台数増加とともに無駄な操作に
よる通信遅延は台数の自乗に比例して増大してしまう。

【００５２】そこで、本発明の第４の実施の形態では、
主計算機１から予め定めた順序に従い、演算処理装置２
へのデータ要求信号の送信と演算処理装置２からのデー
タ受信とを交互に行う、これにより、最小限の通信時間
でしかも通信の混乱を来すことなく全解折結果を主計算
機１に集める。この第４の実施の形態では、条件によっ
ては、主計算機１側からデータを受ける演算処理装置２
の順番を入れ替えることができる。

【００５３】次に、本発明の第５の実施の形態を説明す
る。図５は本発明の第５の実施の形態を示す構成図であ
る。この第５の実施の形態は、主計算機１が各々の演算
処理装置２からデータを受信する際には、順次データ要
求信号を受信した演算処理装置２−ｉは主計算機１にデ
ータを送信すると共にデータ送信が完了していない演算
処理装置２−（ｉ＋１）にデータ要求信号を出力するよ
うにしたものである。

【００５４】図５において、図５中の点線はデータの流
れを示し、また実線はデータ要求信号を示す。また、番
号はデータ又はデータ要求信号を受信する順序を示して
いる。いま、主計算機１が各々の演算処理装置２からデ
ータを受信する際には、主計算機１から予め定めた１つ
の演算処理装置、例えば演算処理装置２−１にデータ要
求信号を出力し、そのデータ要求信号を受信した演算処
理装置２−１は主計算機１にデータを送信すると共に予
め定めた別の演算処理装置２−２にデータ要求信号を出
力する。次に、データ送信号を受信した演算処理装置２
−２は主計算機１にデータを送信すると共にデータ送信
が完了していない演算処理装置２−３にデータ要求信号
を出力する。そして、データ送信号を受信した演算処理
装置２−３は主計算機１にデータを送信すると共にデー
タ送信が完了していない演算処理装置２−４にデータ要
求信号を出力する。最終断の演算処理装置２−４はデー
タを主計算機１に送信する。

【００５５】すなわち、演算処理装置２−１、演算処理
装置２−２、演算処理装置２−３、演算処理装置２−４
の計算結果を主計算機１側に集める場合、次のステップ
でデータ通信が行われる。 （１）ステップ１ 主計算機１から演算処理装置２−１にデータ要求信号を
送信する。 （２）ステップ２ 演算処理装置２−１から主計算機１に結果を送信する。 （３）ステップ３ 演算処理装置２−１から演算処理装置２−２にデータ要
求信号を送信する。 （４）ステップ４ 演算処理装置２−２から主計算機１に解析結果を送信す
る。 （５）ステップ５ 演算処理装置２−２から演算処理装置２−３にデータ要
求信号を送信する。 （６）ステップ６ 演算処理装置２−３から主計算機１に解析結果を送信す
る。 （７）ステップ７ 演算処理装置２−３から演算処理装置２−４にデータ要
求信号を送信する。 （８）ステップ８ 演算処理装置２−４から主計算機１に解析結果を送信す
る。

【００５６】このように、主計算機１側は単純に演算処
理装置２−１、演算処理装置２−２、演算処理装置２−
３、演算処理装置２−４の順にデータを受信するだけで
良い。したがって、図４に示した第４の実施の形態に対
し、通信時間の低減化の面では勝る。ただし、演算処理
装置２の順番は１通りに固定され、条件によって順番を
入れ替えることは難しい。データを受信する演算処理装
置２の順番を条件によって入れ替える必要のある場合に
対しては、第４の実施の形態の方が適している。

【００５７】次に、本発明の第６の実施の形態を説明す
る。図６は本発明の第６の実施の形態を示す構成図であ
る。この第６の実施の形態は、主計算機１と複数の演算
処理装置２間とのデータ授受に関する第４の実施の形態
を、演算処理装置間の１対複数のデータ授受に適用した
ものである。

【００５８】図６において、図６中の点線はデータの流
れを示し、また実線はデータ要求信号を示す。また、番
号はデータ又はデータ要求信号を受信する順序を示して
いる。演算処理装置２−１が他の各々の演算処理装置２
−２〜２−４からデータを受信する際には、演算処理装
置２−１から予め定めた順序で他の各々の演算処理装置
２−２〜２−４にデータ要求信号を出力し、他の演算処
理装置２−２〜２−４はデータ要求信号を受信した後に
演算処理装置２−１にデータを送信するようにしたもの
である。これにより、演算処理装置２−ｎから演算処理
装置２−ｍにデータを収集する。

【００５９】次に、本発明の第７の実施の形態を説明す
る。図７は本発明の第７の実施の形態を示す構成図であ
る。この第７の実施の形態は、主計算機１と複数の演算
処理装置２間とのデータ授受に関する第５の実施の形態
を、演算処理装置間の１対複数のデータ授受に適用した
ものである。

【００６０】図７において、図７中の点線はデータの流
れを示し、また実線はデータ要求信号を示す。また、番
号はデータ又はデータ要求信号を受信する順序を示して
いる。演算処理装置２−１が他の各々の演算処理装置２
−２〜２−４からデータを受信する際には、データを受
信する演算処理装置２−１から予め定めた他の演算処理
装置２−２にデータ要求信号を出力し、そのデータ要求
信号を受信した他の演算処理装置２−２は演算処理装置
２−１にデータを送信すると共に予め定めた別の他の演
算処理装置２−３にデータ要求信号を出力する。そし
て、データ送信信号を受信した他の演算処理装置２−３
はデータを受信する演算処理装置２−１にデータを送信
すると共にデータ送信が完了していない他の演算処理装
置２−４にデータ要求信号を出力するようにしたもので
ある。これにより、演算処理装置２−２〜２−４から演
算処理装置２−１にデータを収集する。

【００６１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る並列計
算機システムにおいては、データ伝達方向の逆方向に流
れるデータ要求信号を各演算処理装置で発生させること
で、演算処理装置ごとの計算終了時刻のバラツキ等によ
る演算処理装置間通信の混乱を回避し、データが予め定
めた伝達経路に沿って流れるようにすることができる。
このように、データの伝達経路を確定することでデータ
移動量並びにデータの授受に伴って発生する操作を最小
限に抑えることができ、並列演算処理の高速化を効率的
に図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す構成図。

【図２】本発明の第３の実施の形態を示す構成図。

【図３】本発明の第３の実施の形態におけるパイプライ
ン方式の計算手順の説明図。

【図４】本発明の第４の実施の形態を示す構成図。

【図５】本発明の第５の実施の形態を示す構成図。

【図６】本発明の第６の実施の形態を示す構成図。

【図７】本発明の第７の実施の形態を示す構成図。

【図８】主計算機と複数台の演算処理装置で構成される
並列計算機システムの構成図。

【図９】従来例の構成図。

【図１０】従来例における演算処理装置間の単純なデー
タ授受の際に発生する通信の衝突の説明図。

【図１１】従来例における同期信号でのパイプライン方
式の計算手順の説明図。

【符号の説明】

１ 主計算機 ２ 演算処理装置 ３ 記憶装置 ４ 通信手段 ５ 個別記憶装置 ６ 通信手段 ７ 通信用ケーブル ８ データ送信操作 ９ データ送信要求 １０ 計算時間 １１ 計算終了時刻 １２ 同期信号待機時間 １３ 同期信号 １４ 送信待機時間 １５ データ送信 １６ 時間の流れ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大規模な施設の全空間を幾つかの小さな
   領域に分割し、その領域に対しそれぞれ演算処理装置を
   分配し、隣り合う領域間の連続の条件は下流側領域の演
   算処理装置が上流側領域の演算処理装置から境界条件を
   受信して取得するようにし、各々の演算処理装置はその
   境界条件を満たすように各々の領域の解析演算を並列に
   行い、並列処理した各々の演算処理装置の解析演算結果
   を主計算機に集めて大規模な施設の解析演算結果を得る
   ようした並列計算機システムにおいて、前記下流側領域
   の演算処理装置が前記上流側領域の演算処理装置から境
   界条件を受信する順序は、最下流領域の演算処理装置よ
   り、順次その上流側の演算処理装置から境界条件を受信
   していくようにしたことを特徴とする並列計算機システ
   ム。
2. 【請求項２】 大規模な施設の全空間を幾つかの小さな
   領域に分割し、その領域に対しそれぞれ演算処理装置を
   分配し、隣り合う領域間の連続の条件は下流側領域の演
   算処理装置が上流側領域の演算処理装置から境界条件を
   受信して取得するようにし、各々の演算処理装置はその
   境界条件を満たすように各々の領域の解析演算を並列に
   行い、並列処理した各々の演算処理装置の解析演算結果
   を主計算機に集めて大規模な施設の解析演算結果を得る
   ようした並列計算機システムにおいて、前記演算処理装
   置間のデータ伝送は、データ受信側の演算処理装置から
   データ送信側の演算処理装置にデータ要求信号を出力
   し、そのデータ要求信号をデータ送信側の演算処理装置
   が受信した後に、データ受信側の演算処理装置に対しデ
   ータを送信するようにしたことを特徴とする並列計算機
   システム。
3. 【請求項３】 前記下流側領域の演算処理装置が前記上
   流側領域の演算処理装置から境界条件を受信する際に
   は、前記下流側領域の演算処理装置から前記上流側領域
   の演算処理装置に予めデータ要求信号を出力し、そのデ
   ータ要求信号を上流側領域の演算処理装置が受信した後
   に、下流側領域の演算処理装置に対しデータを送信する
   ようにしたことを特徴とする請求項１に記載の並列計算
   機システム。
4. 【請求項４】 前記主計算機が各々の演算処理装置から
   データを受信する際には、前記主計算機から予め定めた
   順序で各々の演算処理装置にデータ要求信号を出力し、
   各々の演算処理装置は前記データ要求信号を受信した後
   に前記主計算機にデータを送信するようにしたことを特
   徴とする請求項１に記載の並列計算機システム。
5. 【請求項５】 前記主計算機が各々の演算処理装置から
   データを受信する際には、前記主計算機から予め定めた
   １つの演算処理装置にデータ要求信号を出力し、そのデ
   ータ要求信号を受信した演算処理装置は前記主計算機に
   データを送信すると共に予め定めた別の演算処理装置に
   データ要求信号を出力し、順次データ要求信号を受信し
   た演算処理装置は前記主計算機にデータを送信すると共
   にデータ送信が完了していない演算処理装置にデータ要
   求信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項１
   に記載の並列計算機システム。
6. 【請求項６】 前記演算処理装置が他の各々の演算処理
   装置からデータを受信する際には、前記演算処理装置か
   ら予め定めた順序で他の各々の演算処理装置にデータ要
   求信号を出力し、他の各々の演算処理装置は前記データ
   要求信号を受信した後に前記演算処理装置にデータを送
   信するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の並
   列計算機システム。
7. 【請求項７】 前記演算処理装置が他の各々の演算処理
   装置からデータを受信する際には、データを受信する演
   算処理装置から予め定めた他の演算処理装置にデータ要
   求信号を出力し、そのデータ要求信号を受信した他の演
   算処理装置は前記演算処理装置にデータを送信すると共
   に予め定めた別の他の演算処理装置にデータ要求信号を
   出力し、順次データ要求信号を受信した他の演算処理装
   置は前記データを受信する演算処理装置にデータを送信
   すると共にデータ送信が完了していない他の演算処理装
   置にデータ要求信号を出力するようにしたことを特徴と
   する請求項１に記載の並列計算機システム。