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超级计算机Cloud(TM) 噪音声响超级计算机分析・模拟服务
UC-win/Road噪音分析模拟选项分析支援服务
价格●18,900日元/月　发布●2011年8月9日 Cloud服务

　前言
　超级计算机噪音声响分析模拟计算服务(以下,本服务)是利用日本财团法人计算科学振兴财团(FOCUS)的超级计算机，UC-win/Road的噪音模拟计算选项的数据进行分析，并提供该计算结果的服务。利用本服务就能使用超级计算机具有的高级计算功能。实现在极短时间内完成大规模数据的分析。以下,介绍本服务概要。
　噪音模拟计算概要
　服务名称为"噪音模拟"，但本服务实际上能把"人的耳朵能够感到的空气的振动"全面处理作为对象。

　声音的举动的数码表现方法，有以下两大分类。
  • 像境界单元法等想法，以波动现象的方程为离散的想法
  • 利用声音的直行的特征,假定有限数的声音线的想法
　本司的模拟计算采用"声音线"的想法。
　噪音模拟计算数据的构成因素共有"音源","障碍物"以及"受音点"的三种。

(1)音源
　音源以无指向性的点音源为前提。 能在复数的频率构成分别给与音响大小水准。

　关于移动的音源，在数据中不能直接移动音源，可对每个音源能够分别设定有效时区。在移动途径上布置复数的音源后，按照移动速度分别设定有效时间，就能够得到与移动相同的效果。 声音线的方向为全球方向,声音线数量能在规定规则之下进行改变。

(2)障碍物
　障碍物具体是指路面，其他车辆，以及沿途的结构物，建筑物等。 在声音线到达其表面时，需要考虑反射或者透过的发生。在一定的反射率之下，反射与透过同时发生。在这种情况下，把原来的声音线分成两条线进行计算。

　本模拟计算不能考虑干涉与衍射。

(3)受音点
　能在任意位置设置受音点。 另有无指向性的前提。 关于声音线对受音点带来的影响，假设从受音点到某一条声音线的垂线。与按照从音源到受音点的距离所规定的长度进行相比，其垂线长度相对短的时候，这条声音线作为有效。
　分析事例
　以下显示分析实例(图1)。 现场状况，在领域图中的上边有一个的音源。音源旁处设有从右上边到左下边20m长的墙壁。 领域范围为80m*80m。
其他条件如下。
  • 音源水准： 112dB
  • 音源频率： 1000Hz
  • 分析上的流逝： 0.26秒
  • 分析时间刻： 0.01秒
　这个数据的计算在本服务使用1结点，需要2分钟时间。
　(参考费用： 选项基本费用18,000日元/月,2分钟使用费400日元，不含税)

■图　分析事例

　使用超级计算机的优势
噪音模拟计算精度通过增加声音线以及受音点数量大幅提高。 但提高计算精度时将会发生以下问题。
  • 随着计算精度的提高，计算时间也会增加。 几个小时起，几十小时，有时需要几天的时间。
  • 由于计算所需的内存增加，将会发生由于电脑缺乏内存容量不能进行计算。
    这样问题利用超级计算机能够解决。 使用超级计算机的优点如下。
  • 拥有高级运算能力，就能大幅度缩短分析时间。
  • 拥有大容量内存，就能进行个人电脑无法计算的大规模数据的分析
  • 不占有本地电脑的CPU，能够提高其他工作的生产效率。
  • 不需专用的硬件与运作环境。较低电脑环境下也能利用高级计算性能

　并列化与速度性能
　超级计算机由称为"结点"的计算机集合构成。 FOCUS的超级计算机共拥有超过200的结点。本服务使用其中4个结点进行计算。每1个结点具有核心数是12个。像图2进行总共48核心的计算并列处理。 另外，每1个结点的内存容量是48GB，总共设有4个结点。用户就能够使用与个人电脑无法相比的巨大存储领域。

　本服务计算使用称为MPI(Message Passing Interface)的界面，进行使用多数CPU核心的并列计算。 在MPI界面中像图3，每个CPU核心分别启动独立的程序(过程)。 另外，每个过程分别使用独立分配
的存储空间。这种并列处理被称为分散存储型并列系统。各个过程自己判断自己所承担的分析处理，并进行计算。最后汇集全体过程结果作为最终的计算结果。由于进行上述的并列的计算，实现高级计算性能。

　图4显示UC-win/Road的事例数据分析所需的时间。与一般性能的本地电脑相比，能够看出几十倍的计算性能。 虽然使用最新款式的个人电脑，功能相差就会更小，还是能以大约20-30倍的速度进行分析。

　可是由于Cloud服务器系统以及超级计算机之间需要数据文件的交接，启动多数CPU核心部进行同步处理时将会出错。有时在处理小规模数据时，会导致效率降低。

 
■图2　结点构成与主内存容量 ■图3　通过MPI的并列计算 



■图4　事例数据分析的计算时间

　使用方法
　本服务由按照以下顺序使用。首先在UC-win/Road的噪音模拟计算选项生成超级计算机格式的数据文件。通过图5的Ｗｅｂ应用程序的上载画面登入该文件。按照这顺序，超级计算机自动开始计算。
分析完成后，向登记的电子邮件地址发送邮件，从Ｗｅｂ应用程序取得分析结果，并向UC-win/Road导入结果文件，就能确认结果。

■图5　分析数据的上载画面

　服务价格体系
■选项基本费用
服务名称 价格
超级计算机噪音分析模拟Cloud(TM)选项使用费 18,900日元/月

※UC-1 for SaaS服务器利用许可[1位用户/最大1GB]：另外需要4,200日元/月
※最少期间为2个月，以1个月为单位可以申请，延长需要提前1个月申请

■超级计算机分析使用费用
　Engineer's Studio(R)超级计算机Cloud(TM)选项/噪音声响超级计算机分析模拟服务
FOCUS超级计算机测量分析时间，在月底合计分析的时间。按照累计时间接受下列费用
(每1分钟单位)。
累计分析时间 使用费
～1个小时 200日元/分
～5个小时 180日元/分
超过5个小时 150日元/分

※最少期间为2个月，以1个月为单位可以申请，延长需要提前1个月申请

　UC-win/Road噪音分析模拟选项的含税价格为315,000日元。
　今后的展望
　本服务正在研究通过重新设计分析处理演算法进一步缩短分析时间的方法。另外，在研究噪音分析模拟选项加上表示每个分析步骤的计算结果的功能以及对应按照特定的标准与指针的进行分析的功能。

　今后进行改良/改善值得期待。

(Up&Coming '11　秋季发行出版)
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