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離散点の個数Nx
1ステップあたりの実行時間[ms] 手続型
OOP
O(Nx)
並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼](https://image.slidesharecdn.com/objectorientedfortran-170612004405/85/Fortran-125-320.jpg)
![2017/06/07並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼144
手続型
OOP
1ステップ1反復あたりの実行時間[ms]
（1反復あたり）](https://image.slidesharecdn.com/objectorientedfortran-170612004405/85/Fortran-144-320.jpg)
オブジェクト指向Fortranが拓く（はずだった）新しい世界
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- 46. 2017/06/0746 module type_Vector2d implicit none type :: Vector2d real(8):: x real(8) :: y end type Vector2d module type_Vector3d implicit none type :: Vector3d real(8) :: x real(8) :: y real(8) :: z end type Vector3d Vector2d.f90 Vector3d.f90 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
- 47. 2017/06/0747 interface magnitude procedure :: magnitudeVector2d end interface interfacedot procedure :: dotVector2d end interface interface magnitude procedure :: magnitudeVector3d end interface interface dot procedure :: dotVector3d end interface 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
- 48. 2017/06/0748 !vectorの大きさ|u| function magnitudeVector2d(vector) result(magnitude) implicit none type(Vector2d),intent(in) :: vector real(8) :: magnitude magnitude = sqrt(vector%x**2+vector%y**2) end function magnitudeVector2d !vectorの大きさ|u| functionmagnitudeVector3d(vector) result(magnitude) implicit none type(Vector3d),intent(in) :: vector real(8) :: magnitude magnitude = sqrt( vector%x**2+vector%y**2& +vector%z**2) end function magnitudeVector3d 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
- 49. 2017/06/0749 !ベクトル同士の内積 u.v function dotVector2d(term1,term2) result(dot) implicit none type(Vector2d),intent(in) :: term1 type(Vector2d),intent(in) :: term2 real(8):: dot dot = term1%x*term2%x + term1%y*term2%y end function dotVector2d !ベクトル同士の内積 u.v function dotVector3d(term1,term2) result(dot) implicit none type(Vector3d),intent(in) :: term1 type(Vector3d),intent(in) :: term2 real(8) :: dot dot = term1%x*term2%x + term1%y*term2%y& + term1%z*term2%z end function dotVector3d 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
- 50. 2017/06/0750 program main use type_Vector2d implicit none type(Vector2d) :: u,v u%x= 1d0 !成分に個別代入 u%y = 2d0 ! v = Vector2d(2d0, 1d0) !コンストラクタ print *,'|u|=',magnitude(u) print *,'|v|=',magnitude(v) print '(A,F7.3)','u . v=',dot(u,v) print '(A,F7.3)','v . u=',dot(v,u) end program main |u|= 2.23606797749979 |v|= 2.23606797749979 u . v= 4.000 v . u= 4.000 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
- 51. 2017/06/0751 program main use type_Vector3d implicit none type(Vector3d) :: u,v u%x= 1d0 !成分に個別代入 u%y = 2d0 ! u%z = 3d0 ! v = Vector3d(3d0, 2d0, 1d0) !コンストラクタ print *,'|u|=',magnitude(u) print *,'|v|=',magnitude(v) print '(A,F7.3)','u . v=',dot(u,v) print '(A,F7.3)','v . u=',dot(v,u) end program main |u|= 3.74165738677394 |v|= 3.74165738677394 u . v= 10.000 v . u= 10.000 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
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- 57. 2017/06/0757 module class_Vector2d implicit none type :: Vector2d real(8),public:: x real(8),public :: y contains !ここに手続の宣言を追加する end type Vector2d contains !ここに手続の実装を追加する end module class_Vector2d class_Vector2d.f90 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
- 58. 2017/06/0758 ⋮ type :: Vector2d real(8),public :: x real(8),public:: y contains procedure,public,pass :: magnitude !大きさを計算する手続 end type Vector2d contains !magnitudeの実装 real(8) function magnitude(this) implicit none class(Vector2d),intent(in) :: this magnitude = sqrt(this%x**2+this%y**2) end function magnitude ⋮ 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
- 59. 2017/06/0759 ⋮ type :: Vector2d ⋮ procedure,public,pass :: dot !内積を計算する手続 end typeVector2d ⋮ !dotの実装 real(8) function dot(term1,term2) implicit none class(Vector2d),intent(in) :: term1 class(Vector2d),intent(in) :: term2 dot = term1%x*term2%x + term1%y*term2%y end function dot ⋮ 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
- 60. 2017/06/0760 program main use class_Vector2d implicit none type(Vector2d) :: u,v u%x= 1d0; u%y = 2d0 v%x = 2d0; v%y = 1d0 print *,'|u|=',u%magnitude() print *,'|v|=',v%magnitude() print '(A,F7.3)','u . v=',u%dot(v) print '(A,F7.3)','v . u=',v%dot(u) end program main main.f90 |u|= 2.23606797749979 |v|= 2.23606797749979 u . v= 4.000 v . u= 4.000 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
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- 64. module class_Vector3d use class_Vector2d implicit none type,extends(Vector2d):: Vector3d !Vector2dに追加する成分，型束縛手続のみを書く real(8),public :: z end type Vector3d end module class_Vector3d 2017/06/0764 class_Vector3d.f90 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
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- 66. 2017/06/0766 program main use class_Vector3d implicit none type(Vector3d) :: u u%x= 1d0;u%y = 2d0;u%z = 3d0 print *,'|u|=',u%magnitude() end program main main.f90 |u|= 2.23606797749979 正しくは |u|= 3.74165738677394 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
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- 69. 2017/06/0769 module class_Vector3d use class_Vector2d implicit none type,extends(Vector2d) :: Vector3d ⋮ contains procedure,public,pass :: magnitude!magnitudeの上書き end type Vector3d contains !上書きする内容 real(8) function magnitude(this) implicit none class(Vector3d),intent(in) :: this magnitude = sqrt(this%x**2+this%y**2+this%z**2) end function magnitude end module class_Vector3d class_Vector3d.f90 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
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- 71. module class_Vector3d use class_Vector2d implicit none type,extends(Vector2d) :: Vector3d ⋮ procedure,public,pass :: dot!dotの上書き end type Vector3d ⋮ !上書きする内容 real(8) function dot(term1,term2) implicit none class(Vector3d),intent(in) :: term1 class(Vector3d),intent(in) :: term2 dot = term1%x*term2%x& + term1%y*term2%y& + term1%z*term2%z end function dot end module class_Vector3d 2017/06/0771 NG 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
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- 74. 2017/06/0774 program main use class_Vector3d implicit none type(Vector3d) :: u u%x= 1d0;u%y = 2d0;u%z = 3d0 print *,'|u|=',u%magnitude() end program main |u|= 3.74165738677394 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
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- 82. 2017/06/0782 type :: Vector2d ⋮ procedure,public,pass :: isOrthogonal !拡張演算と手続の対応付け generic:: operator(.orth.) => isOrthogonal end type Vector2d ⋮ logical function isOrthogonal(this,term2) implicit none class(Vector2d),intent(in) :: this class(Vector2d),intent(in) :: term2 !ゼロベクトルは対象外 if(abs(this%dot(term2))<1d‐14)then !内積が10‐14未満なら isOrthogonal = .true. !0とみなして直交 else isOrthogonal = .false. !10‐14以上なら非直交 end if end function isOrthogonal class_Vector2d.f90 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
- 83. 2017/06/0783 program main use class_Vector2d implicit none type(Vector2d) :: u,v u%x= 2d0; u%y = 1d0 v%x = ‐1d0; v%y = 2d0 if(u .orth. v)then print *,'u and v are orthogonal to each other' else print *,'u and v are not orthogonal to each other' end if end program main main.f90 u and v are orthogonal to each other 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
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- 88. 2017/06/0788 program main use class_Vector3d implicit none type(Vector3d) :: u,v u%x= 3d0; u%y = 2d0; u%z = 1d0 v%x = 1d0; v%y = 0d0; v%z = ‐3d0 if(u .orth. v)then print *,'u and v are orthogonal to each other' else print *,'u and v are not orthogonal to each other' end if end program main main.f90 u and v are orthogonal to each other 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
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- 95. 2017/06/0795 初期条件 0 0.2 0.40.6 0.8 1 0 0.5 1 10 /2cos1 2 1 xLxxf 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
- 96. 2017/06/0796 subroutine initialize(f) use parameters,only:Nx,dx,Lx,PI2 implicit none real(8),intent(inout) :: f(Nx) integer:: i do i = 1,Nx f(i) = ((1d0‐cos(PI2*dble(i‐1)*dx/Lx))/2d0)**10 end do end subroutine initialize kernel.f90 10 /2cos1 2 1 xLxxf 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
- 97. 2017/06/0797 subroutine computeDifference(d_f_dx,f) use parameters,only:Nx,dx2 implicit none real(8),intent(out) :: d_f_dx(Nx) real(8),intent(in) :: f (Nx) integer:: i i=1 d_f_dx(i) = (‐3d0*f(i)+4d0*f(i+1)‐f(i+2))/dx2 do i=2,Nx‐1 d_f_dx(i) = (f(i+1)‐f(i‐1))/dx2 end do i=Nx d_f_dx(i) = ( 3d0*f(i)‐4d0*f(i‐1)+f(i‐2))/dx2 end subroutine computeDifference Δx fff Δx ff Δx fff dx df xxx NNN ii 2 43 2 2 43 21 11 321 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
- 98. 2017/06/0798 program convection use parameters,only:Nx,Nt,dt,c usekernel,only:initialize,computeDifference implicit none real(8),allocatable :: f (:) real(8),allocatable :: d_f_dx(:) integer :: n allocate( f (Nx)) allocate(d_f_dx(Nx)) call initialize(f) do n=1,Nt call computeDifference(d_f_dx,f) f(:) = f(:) ‐ dt*c*d_f_dx(:) end do deallocate( f ) deallocate(d_f_dx) end program convection main.f90 x f tcΔff n n1n 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
- 99. 2017/06/0799 t=0 s 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.51 0 1 f x 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼ 実行結果
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- 103. 2017/06/07103 call computeDifference(d_f_dx,f) f05(:) = f(:) ‐ dt*c*d_f_dx(:) callcomputeDifference(d_f05_dx,f05) f(:) = f(:) ‐ dt*c*(d_f_dx(:)+d_f05_dx(:))/2d0 call computeDifference(d_f_dx,f) f(:) = f(:) ‐ dt*c*d_f_dx(:) f(:) = f(:) ‐ dt*c*(d_f_dx(:)+d_f05_dx(:))/2d0 call computeDifference(d_f_dx,f) f05(:) = f(:) ‐ dt*c*d_f_dx(:) f(:) = f(:) ‐ dt*c*(d_f_dx(:)+d_f05_dx(:))/2d0 call computeDifference(d_f_dx,f) f05(:) = f(:) ‐ dt*c*d_f_dx(:) call computeDifference(d_f05_dx,f) f(:) = f(:) ‐ dt*c*(d_f_dx(:)+d_f05_dx(:))/2d0 (a) (b) (c) (d) 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
- 104. 2017/06/07104 t=0 s 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.51 0 1 f x 0 0.5 1 0 1 t=0 s 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 f x 0 0.5 1 0 1 t=0 s 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 f x 0 0.5 1 0 1 t=0 s 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 f x ( ) ( ) ( ) ( ) 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
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- 106. 2017/06/07106 real(8) :: f(N), d_f_dx(N) do n=1, n_end callcomputeDifference(f, d_f_dx, N) f(:) = f(:) ‐ dt*c*d_f_dx(:) end do 物理量とその微分 値が分離 微分値と微分 の計算が分離 type(Field) :: f do n=1, n_end f = f ‐ dt*c*f%x() end do 物理量と微分値， 微分の計算を包括 書籍等に書かれて いる式と類似 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼ 手続き型 OOP
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- 112. 2017/06/07112 program convection_oop use parameters,only:Nt,c,dt useclass_Field implicit none type(Field) :: f !場を表す派生型の変数 integer :: n call f%construct() !前処理 call f%initialize() !値の初期化 do n=1,Nt f = f + f%x()*‐c*dt !時間積分 end do call f%destruct() !後処理 end program convection_oop 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
- 113. 2017/06/07113 ScalarVariable 値 空間微分値 値の初期化 空間微分の計算 代入演算子 Field 物理量 場の初期化 空間微分の計算 代入演算子 加算演算子 kernel 初期化 空間微分の計算 type(Field) :: f integer :: n call f%initialize() don=1,Nt f = f + f%x()*‐c*dt end do 参照 委譲 委譲 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
- 114. 2017/06/07114 subroutine initialize(this) implicit none class(Field),intent(inout) :: this call this%f%initialize() end subroutineinitialize subroutine initialize(this) use kernel,only: initializeKernel=>initialize implicit none class(ScalarVariable),intent(inout) :: this call initializeKernel(this%value) end subroutine initialize 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼ Field ScalarVariable
- 115. 2017/06/07115 ScalarVariable 値 空間微分値 値の初期化 空間微分の計算 代入演算子 Field 物理量 場の初期化 空間微分の計算 代入演算子 加算演算子 kernel 初期化 空間微分の計算 type(Field) :: f integer :: n call f%initialize() don=1,Nt f = f + f%x()*‐c*dt end do 参照 委譲 委譲 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
- 116. function x(this) result(d_v_dx) implicit none class(Field),intent(inout) :: this real(8),dimension(:),pointer :: d_v_dx !派生型ScalarVariableの手続x()が戻すアドレスと結合 d_v_dx=>this%f%x() end functionx 2017/06/07116 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼ Field
- 117. function x(this) result(d_v_dx) ⋮ implicit none class(ScalarVariable),intent(inout) :: this real(8),dimension(:),pointer :: d_v_dx !微分を計算する必要があるかを判定して，必要があれば微分を計算 if(.not.this%d_v_dxCalculated.or. this%updated)then call computeDifferenceKernel(this%d_v_dx,this%value) end if !微分値を保持する配列へのポインタを返す call c_f_pointer( (c_loc(this%d_v_dx)), d_v_dx, (/Nx/) ) this%d_v_dxCalculated = .true. this%updated = .false. end function x 2017/06/07117 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼ ScalarVariable
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- 119. 2017/06/07119 program convection_oop use parameters,only:Nt,c,dt useclass_Field implicit none type(Field) :: f !場を表す派生型の変数 integer :: n call f%construct() !前処理 call f%initialize() !値の初期化 do n=1,Nt f = f + f%x()*‐c*dt !時間積分 end do call f%destruct() !後処理 end program convection_oop 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
- 120. 2017/06/07120 program convection_oop use parameters,only:Nt,c,dt useclass_Field implicit none type(Field) :: f, f05 !場を表す派生型の変数 integer :: n call f%construct() !前処理 call f05%construct() ! call f%initialize() !値の初期化 do n=1,Nt f05 = f + f%x()*‐c*dt !時間積分 f = f + (f%x()+f05%x())/2d0*‐c*dt ! end do call f%destruct() !後処理 call f05%destruct() ! end program convection_oop 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
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- 123. 2017/06/07123 do n=1,Nt f05 = f + f%x()*‐c*dt f = f + (f%x()+f05%x())/2d0*‐c*dt end do 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼ f%d_v_dxCalculated F f%updatedF f05%d_v_dxCalculated F f05%updated F T T T T F
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- 125. 2017/06/07125 210 212 214216 218 220 102 101 100 10-1 10-2 10-3 離散点の個数Nx 1ステップあたりの実行時間[ms] 手続型 OOP O(Nx) 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
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- 133. 2017/06/07133 : x, y方向中間速度 2 2 2 2 2 2 2 2 Re 1~ Re 1~ y v x v y v v x v uΔtvv y u x u y u v x u uΔtuu nnn n n nn nnn n n nn y v x u Δty p x p nn ~~1 2 12 2 12 y p Δtvv x p Δtuu n n n n 1 1 1 1 ~ ~ vu ~,~ Fractional Step法 (1) (2) (3) 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
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- 136. 2017/06/07136 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼ programmain ⋮ implicit none type(Parameter1d) :: x,y,t type(FieldParameter2d) :: cavity type(FractionalStep) :: fs_cavity call cavity%construct( x, y, t ,fluid=Water,Re=Re,...) !計算条件とPoissonソルバをアルゴリズムに渡して初期化 call fs_cavity%construct(Field = cavity,& Solver = SOR(& error_tolerance = 1d‐9,& accelaration = 1.925d0)) !時間積分開始 call fs_cavity%integrate(from=1, to=Nt) end program main main.f90
- 137. 2017/06/07137 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼ subroutineintegrate(this,from,to) ⋮ TimeIntegrate:block integer :: n do n=ts,te call this%computeAuxiliaryVelocity() call this%computePressure() call this%computeVelocity() end do end block TimeIntegrate end subroutine integrate FractionalStep.f90
- 138. 2017/06/07138 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼ subroutinecomputePressure(this) implicit none class(FractionalStep),intent(inout) :: this call this%solver%solve(this%pres,this%dive) end subroutine computePressure FractionalStep.f90
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- 142. 2017/06/07142 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼ 0 0.5 1 0.510 x/Lx y/Lx 0 1−1 0 1 −1 v/U u/U 計算結果 Ghia et al.
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- 147. 2017/06/07並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼147 call fs_cavity%construct(Field = cavity,& Solver = SOR(& error_tolerance= 1d‐9,& accelaration = 1.925d0)) call fs_cavity%construct(Field = cavity,& Solver = RedBlackSOR(& error_tolerance = 1d‐9,& accelaration = 1.925d0)) call fs_cavity%construct(Field = cavity,& Solver = CG(& error_tolerance = 1d‐9))
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- 156. 2017/06/07156 1. 美しい＝読みやすい 2. 正しい 3.速い 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
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- 196. 2017/06/07196 奈良高専電子制御工学科 奈良高専専攻科機械制御工学専攻 名古屋大学大学院情報科学研究科 電気通信大学知能機械工学専攻 助教 沼津高専電子制御工学科 講師 長岡技術科学大学電気系 特任准教授 株式会社トヨタコミュニケーションシステム エンジニアリングシステム本部ES4部 主任 名古屋大学未来材料・システム研究所システ ム創成部門 助教 C Fortran CUDA,MPI,OpenMP Java,OOP Python 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
- 197. 2017/06/07197 奈良高専電子制御工学科 奈良高専専攻科機械制御工学専攻 名古屋大学大学院情報科学研究科 電気通信大学知能機械工学専攻 助教 沼津高専電子制御工学科 講師 長岡技術科学大学電気系 特任准教授 株式会社トヨタコミュニケーションシステム エンジニアリングシステム本部ES4部 主任 名古屋大学未来材料・システム研究所システ ム創成部門 助教 有 限 要 素 法 渦 法 ， 差 分 法 コ ン パ ク ト 差 分 法 有 限 体 積 法 実 験 に 切 替 並列Fortranの現状と展望 ∼現代化か肥大化か？∼
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