CAEの並列計算は何コアが適切？

01使えるコア数と、設定する並列数を確認する

物理コア数と論理プロセッサー数を区別する

物理コアはCPU内部の計算を担う単位です。SMTなどの機能により、一つの物理コアが複数の論理プロセッサーとしてOSに表示される場合があります。表示された論理プロセッサーの数を、そのまま物理コア数として扱わないようにしましょう。

比較を始める前にCPUの仕様を確認し、物理コア数と、ソルバーが利用する設定値を記録してください。論理プロセッサーを活用する設定の扱いは、利用中のソルバーの案内に従います。

並列方式と、プロセス・スレッドの指定を確認する

並列計算には、メモリを共有して処理する方式と、分けられたメモリを使うプロセス間でデータをやり取りする方式があります。共有メモリ型（SMP）や分散メモリ型（DMP）と呼ばれますが、分散メモリ型でも1台のマシンで実行する場合があります。

製品によっては、プロセス数と、プロセスごとのスレッド数を組み合わせて並列数を指定します。設定画面の数字が何を表すか、マニュアルで確認しましょう。サーバーに搭載されたコア数に加え、ジョブに割り当てられた資源と、ソルバー・ライセンスの利用条件も確認が必要です。

02コア数を増やしても速くならない原因

並列計算では、すべての処理を均等に分担できるとは限りません。分担できない処理や、データをやり取りする時間があるため、コア数を増やしても実行時間が比例して短くなるとは限らないのです。

CPU利用率の表示だけで原因を決めず、取得できるログと、コア数を変えたときの所要時間を合わせて見ましょう。とくに、メモリ容量の不足と、メモリ帯域による制約は分けて調べたい点です。

PC自体を見直す場合は、コア数だけでなく、CPU・メモリ・ストレージを合わせて検討してください。

03同じモデルでコア数だけを変えて測る

モデル・ソルバー・出力条件を固定する

普段扱う規模のモデルを選び、現在の設定を基準にします。比較中は、メッシュ、材料、境界条件、ソルバー、収束条件、結果の出力条件を固定してください。計算機と並列方式もそろえ、コア数以外の変更を混ぜないようにします。

そのうえで、利用可能な範囲でコア数を段階的に増やします。たとえば4・8・16コアなどの候補を設け、改善が小さくなる範囲を探します。試す数は、使用できる物理コア数と契約条件に合わせて決めましょう。

経過時間と、実際の実行条件を残す

比較するのは、開始から終了までにかかった経過時間（wall clock／elapsed time）です。各コアの処理時間を集計したCPU timeとは区別してください。計算部分だけの時間を測る場合も、すべての候補で同じ区間を使います。

• 指定したコア数と、確認できた実行時のコア数・プロセス数
• 測定区間をそろえた経過時間
• ピークメモリ、取得できる工程別時間や警告
• 同時に動いていた別ジョブなど、比較に影響しうる実行状況

ログに実行条件が出る製品では、指定した設定で動いていたかも確認しましょう。結果にばらつきがある候補は測り直し、評価に使う値や収束状況に問題がないかも確かめます。

04実行時間とコア時間から採用する並列数を決める

測定結果がそろったら、短くなった時間と、使った計算資源を並べて判断します。実行時間が最も短い設定と、少ない資源で必要な時間内に終わる設定が、同じとは限りません。

コア数を2倍にして経過時間が半分になれば、コア時間は同じです。半分まで短くならなければ、コア時間は増えます。短縮できた時間に対して、どれだけ多くの資源を使ったかを比べられます。

急ぎの解析なら、追加の資源を使ってでも期限に間に合う設定を選ぶ判断があります。時間に余裕がある定常業務なら、期限を満たす候補の中で、コア時間の少ない設定を選ぶことも考えられます。

コアを増やしても短縮がわずかで、測定のばらつきと区別しにくいなら、増やす前の設定を候補に残しましょう。費用まで比較する際は、計算機とソフトウェアの実際の契約・課金単位も確認してください。

05モデルや計算環境が変わったら設定を見直す

一つのモデルで決めた並列数を、すべての解析へ固定する必要はありません。モデルの規模やソルバー、計算機の構成によって、コアを増やしたときの効果は変わります。代表モデルごとに測定条件と採用した設定を残し、次の変更があったときに再評価しましょう。

• モデル規模や解析内容が大きく変わった
• ソルバーやソフトウェアのバージョンを変更した
• CPU・メモリ構成や、使用するノード構成を変更した

複数の解析を同時に流す運用へ変える場合も、1件だけを実行した測定結果に加え、実際の運用条件で確かめてください。1ジョブに割り当てるコア数と、同時に実行するジョブ数は別々に記録します。

並列数を調整しても改善が乏しいときは、前後の工程を含めて時間のかかる箇所を見直しましょう。形状準備、メッシュ、計算条件などの確認も必要です。