GRAPE
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GRAPE(グレープ)は、東京大学総合文化研究科に所属していた杉本大一郎、戎崎俊一、牧野淳一郎、伊藤智義、泰地真弘人らによって開発された重力多体問題専用計算機である。N体シミュレーションの計算量の大部分を占める重力相互作用の計算を、専用のパイプラインを組み込んだハードウェアで高速に処理することを特徴とする。GRAPE の名前は GRAvity PiPE の略称に由来する。
概要
GRAPEの目的は、球状星団や銀河、銀河団といった多数の恒星からなる天体の時間進化や動力学を数値的にシミュレーションすることであった。
このような天体には、球状星団で約104-5個、銀河では約1010-12個という膨大な個数の恒星が含まれている。恒星の間に働く万有引力は到達距離の典型的スケールを持たない逆2乗力であるため、このような重力多体系(多体問題)の数値シミュレーションを行なうには個々の星の間に働く重力を全て計算する必要がある。一般に、N個の粒子からなる多体系では任意の2粒子の組み合わせの個数は N2 に比例するため、多体系の数値計算では粒子の位置から粒子間相互作用を求める計算が計算量全体の大部分を占める。
しかし1980年代末の時点では、当時の最高速のスーパーコンピュータでも N=1000 体程度以上の計算を実用的な計算時間で行なうのは困難だった。そこでGRAPEは、O(N2) の計算量を要する粒子間相互作用の部分のみを専用ハードウェアを用いて計算することで多体問題の求解を飛躍的に加速させる、という発想に基づいて開発された。
基本原理とアーキテクチャ
一般に、重力多体系の時間発展の計算は以下のようなステップで行なわれる。
- 粒子 i が粒子 j から受ける重力
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