マルチGPU搭載のRocky DEM 4：ベストなハードウェアはどれ？
皆さま、こんにちは。
IDAJの中嶋です。
今回は、パーティクルシミュレーター「Rocky DEM」の開発元である、ESSSが公開しているBLOGの内容を翻訳してご紹介します。
こちらの記事も関連しますので、あわせてご覧ください。
・初のマルチGPUのソルバー機能によってRocky DEM 4が離散要素法の計算スピードにおいて飛躍的な向上を実現
乗用車かバスか、所有するならどちらでしょうか？
乗員が自分と他数名であれば、乗用車が妥当。街中の移動も簡単に一度で済みます。それに乗用車の方が、購入も運転も安上がりです。
しかし、もしも100人乗せなければならないとしたら？
突如、20回も街を往復するのは高くきますし、バスの方が費用対効果の最も高い選択肢となります。
同様のことが、離散要素法（Discrete Element Method：DEM）のハードウェアの選択においてもあてはまります。シミュレーションに最も適したCPUやGPUデバイスの種類は、問題の大きさと予算によって決まります。そして、今回Rocky DEM 4が、2つ以上のGPU処理に対応するようになったことで、ハードウェアに何を選ぶかがこれまでに増して重要に、そしておそらく分かりにくく（！）なりました。
このブログでは、Rocky DEM 4で利用できるようになったマルチGPU処理について詳しく見ていき、最良のハードウェアを選ぶための参考情報をお届けします。
Rocky DEM 4のマルチGPU処理：その仕組み
何百万もの粒子を扱う大規模離散要素法（DEM）シミュレーションでは、膨大な量のハードウェアのメモリを使います。CPUメモリは多大なコストがかかることがあり、また、シミュレーションの性能が激しく異なる可能性があります。1つのCPUまたはGPU（Graphics Processing Unit）にあるメモリの量は限られており、扱える粒子数はいまだにこのメモリによって制限されます。
しかし、Rocky DEM 4のマルチGPUソルバーは、2つ以上のグラフィックカードのメモリを組み合わせて、単一のマザーボード内で効率的に分配、管理することにより、この制限を克服しています。例えば、製薬業界で使用されている商用スケールの高せん断湿潤造粒機は、Rocky DEM 4でマルチGPUソルバーテクノロジーを用いてモデル化され、初めて1,000万以上の粒子のシミュレーションに成功しました（図1）。
図1：Rocky DEMによる造粒機のシミュレーションのスナップショット。1,000万個の粒子がそれぞれの並進速度で色付けされている。
適切なハードウェアを選ぶには
必要なハードウェアタイプの選択は主に費用対効果に左右されます。図2は、様々なハードウェアの高速化とコストの比較です。商用スケールのタブレットコーターで、220個の頂点を持つ多面体メッシュの粒子形状である錠剤242,000個を用いて、シミュレーションを実施しました。一秒のシミュレーションを行うのにかかった時間を、様々なハードウェア間で比較しましたが、このケースでは、GTX980sやTitan ZなどのGPUゲームカードの方が、P100sなどのコンピュータカードに比べて明らかにお得です。GPUカードが1枚の場合でさえ、8コアのCPUプロセッサよりも良い結果が出ています。
図2：GPUとCPUでのシミュレーションの高速化の比較、および高速化と価格
また、シミュレーションのスケーラビリティとGPU数を比較してみると、粒子数が小さい場合に比べて、粒子数が大きい場合の方がスケーリングが非常に良好であることがわかります（図3）。すべての場合において、少なくとも1つのGPUを追加することでメリットが出せますが、粒子数が多いほど、2つ以上のGPUを追加する方がメリットが大きくなります。
図3：商用スケールのタブレットコーターにおける、GPU数ごとの高速化とシミュレーションを行った粒子数
要するに、GPU対CPUの性能について考える場合、乗用車対バスと同じように考えればわかりやすいということです。バスが多くの人々を乗せるのに適しているように、2個かそれ以上のGPU（マルチGPU）を持つソルバーは、CPU1個のみのソルバーに比べて、何百万の粒子のシミュレーションを行うのに適しており、またコスト的にもお得なのです。ただし、粒子数が100万未満の場合は、マルチGPUを使用するメリットはほぼないため、CPUのみの方がコスパが良い可能性があると言えるでしょう。これは、2、3人を乗せるのなら、乗用車の方が良いというのと同じです。
Try it out！
Rocky DEMのマルチGPUソルバーを用いた場合に、ご自身のシミュレーションがどうなるのかご興味がありましたら、ぜひお問い合わせください。
出典：（一部編集して翻訳）Rocky 4 with Multi-GPU: which hardware is best for you?
2017年5月29日公開
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