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![構文の記述
Fortranの構文の基本
◦ [名前:] 構文名 [構文のオプション]
end 構文名 [名前]
Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 24
program main
...
end program main
SOR_Convergence: do while(error >= Err_Tolerance)
...
end do SOR_Convergence
function do_something() result()
...
end function do_something](https://image.slidesharecdn.com/vscodeconfjpfortran-201123025913/85/Fortran-VSCode-24-320.jpg)
![ユーザスニペット
Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 26
"Using iso_fortran_env module": {
"prefix": "usf",
"body": [
"use,intrinsic :: iso_fortran_env"
],
"description": "Using iso_fortran_env module"
},
"Declaration of binary64": {
"prefix": "r8",
"body": [
"real(real64)"
],
"description": "Declaration of binary64"
},](https://image.slidesharecdn.com/vscodeconfjpfortran-201123025913/85/Fortran-VSCode-26-320.jpg)
![ユーザスニペット
Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 27
"main routine template": {
"prefix": "prog",
"body": ["program $1",
" use, intrinsic :: iso_fortran_env",
" implicit none",
" $0",
"end program $1"],
"description": "main routine template"
},
"allocation inspection": {
"prefix": "allocated?",
"body": "if(.not.allocated($1)) allocate($1($0))",
"description": "allocation inspection"
},](https://image.slidesharecdn.com/vscodeconfjpfortran-201123025913/85/Fortran-VSCode-27-320.jpg)
![[DL輪読会]HoloGAN: Unsupervised learning of 3D representations from natural images](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/hologanslideshare-190906010228-thumbnail.jpg?width=640&height=640&fit=bounds)
Fortranが拓く世界、VSCodeが架ける橋
- 1.
- 2. 内容 自己（とFortranの）紹介 （＜10分） Fortranが拓く世界 （＜5分） VSCodeが架ける橋（<15分） Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 2
- 3. 自己紹介 名前： 出川智啓（でがわ ともひろ） 所属：モダンFortran勉強会 経歴： 名古屋大学大学院情報科学研究科修了，博士（情報科学） 大学，高専での教育・開発を経て，製造業のIT子会社で熱流体 シミュレーションソフトウェア開発に従事．その傍ら，大学客員 教員として教育・研究に従事． 「ウケるかな？」という単純な理由でFortranによるオブジェク ト指向プログラミングを始める．以来，物理シミュレーションプ ログラムの効率的な学習・開発方法に興味を持つ． 専門： 流体工学，数値流体力学，混相流工学，HPC Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 3
- 4. モダンFortran勉強会の立ち位置 Nov. 21st, 2020VS CODE CONFERENCE JAPAN 4 国内 国外 情報発信 ユーザ同士の交流 ツール開発 参加 情報収集 交流 普及・啓発 研究会開催 要望の具体化 情報発信 ユーザ同士の交流 要望の集約 Fortran標準化活動 JIS Fortran計画 Feature List提出 用語策定・ 翻訳 機能提案 運営協力 Fortran 規格策定 技術的議論 の中心 Fortranの 国際会議 参画 情報処理学会 情報規格調査会 SC22/ Fortran WG 小委 員会 高性能 Fortran 推進協議 会 モダン Fortran 勉強会 ISO/IEC JTC1/SC22/ WG5 ANSI X3J3 Fortran Con Fortran -lang Commun ity
- 5. 科学技術計算向けプログラミング言語FORTRANを祖先に持つ プログラミング言語 具体的にはFortran 2003以降 ◦ FORTRAN77以前の機能も強力な後方互換により利用可能 FORTRAN 大量の方言（ベンダの独自実装） モダンFortranとは* Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 5 I-IV 66 77 標準化 方言の統一 90 95 2003 2008 2018 モダンFortranのサブセット Fortran 言語の現代化 他言語の機能の取り込み モダンFortran マルチパラダイム 並列処理機能の内包 *発表者の個人的な理解 202X modernize 202Y
- 6. 対象範囲 Nov. 21st, 2020VS CODE CONFERENCE JAPAN 6 数値計算法の 開発 並列化手法 の開発 💻💻 📖📖 🖊🖊 開発した方法 の実証 大規模シミュレーション Fortran Fortran+OpenMP CUDA Fortran OpenACC Fortran+OpenMP, MPI CUDA Fortran OpenACC Fortranの主戦場 *掲載許可取得済み
- 7. Fortranの利点 理工学者にとって理解・学習が容易 ◦ プログラミングを手段として用いる人に好適 すべての計算機環境で利用可能 ◦ PC,ワークステーション，クラスタ，スーパーコンピュータ CPUからGPUまでワンストップで対応 ◦NVIDIA以外のコンパイラでもOpenACCをサポート* ◦ do concurrentをGPUにオフロード** Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 7 * https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gfortran/OpenACC.html ** https://developer.nvidia.com/blog/accelerating-fortran- do-concurrent-with-gpus-and-the-nvidia-hpc-sdk/
- 8. 14 15 1622 23 246 7 8-2 -1 0 配列添字は1から？ 範囲無指定なら1始まり 範囲指定すれば整数型変数の取れる任意の範囲 Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 329 10 11 17 18 19 25 26 27 33 34 35 is = (rank-1)*num_elem + 1 ie = (rank )*num_elem allocate(f(is-3:ie+3)) rank=1 rank=2 rank=3 rank=4 Send(f(ie-2:ie ), rank+1) Recv(f(ie+1:ie+3), rank+1) Recv(f(is-3:is-1), rank+1) Send(f(is :is+2), rank+1) send recv sendrecv 袖領域が左右3要素ずつ あることが明確 袖領域と隣のランクのメモリとの対応が明確
- 9. テストやってないんでしょ？ Nov. 21st, 2020VS CODE CONFERENCE JAPAN 9 物理現象 概念的モデル 数学モデル 解析モデル 解析結果 不確かさを考慮 した解析結果 物理モデル 実験計画 実験結果 不確かさを考慮 した実験結果 物理的モデル化数学的モデル化 実装 実験 不確かさの 定量的評価 離散化して実装 解析 不確かさの 定量的評価 Validation （予備計算） Code Verification Calculation Verification 定量的比較 物理現象を忠実に 模擬しているか？ 数学モデルに従って 正しく記述されているか？ （ここがテスト） メッシュ作成やデータ入力， 結果表示が正しく 行われているか？ ASME V&V 10-2006
- 10. 検証駆動開発の手順 Nov. 21st, 2020VS CODE CONFERENCE JAPAN 10 非定常 1点 空間1次元 空間2次元時間 空間 時間積分 移流 方程式 拡散 方程式 移流 方程式 拡散 方程式 ⑧ ⑨ ⑩ ⑪ ⑫ 1階差分 1階差分 2階差分 x方向 1階差分 x方向 2階差分 y方向 1階差分 y方向 2階差分 定常 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ Laplace 方程式 Poisson 方程式 Laplace 方程式 Poisson 方程式 ⑬ ⑭ ⑮ ⑯ （ 空 間 平 衡 ） Navier-Stokes方程式 Taylor- Green渦 Cavity 流れ ⑰ ⑱
- 11. Fortranが拓く世界 Nov. 21st, 2020VS CODE CONFERENCE JAPAN 11
- 12. 計算科学*(Computational Science &Engineering) 理論，実験と並ぶ第3の科学 ◦ 計算機科学，応用数学，理工学から孤立せず， つながりを強化 ◦ 計算科学はデータ科学も包括 計算科学という概念の形成 ◦ ハードウェアの進展 ◦ 性能を引き出すソフトウェア技術の進展 ◦ 科学技術計算のためのアルゴリズムの進展 FORTRANが駆動したと言っても過言ではない Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 12 計算機科学 ＝コンピュータの 高度利用 応用数学 ＝計算アル ゴリズム 理工学 ＝現象への 適用 計算科学 *金田，笹井監修，超自由度系の新しい科学，共立出版，東京，2010.
- 13. 良い道具は世界観を変える Nov. 21st, 2020VS CODE CONFERENCE JAPAN 13 🔬🔬🔭🔭 宇宙に対する考え方を変えた ミクロな世界に対する考え方を変えた 🔍🔍 遠くのものを拡大して観察 小さなものを拡大して観察 望遠鏡 顕微鏡計算科学 物理現象を再現して観察 変革や開拓を担う人を 育てることも必要 *望遠鏡，顕微鏡の例は，金田，笹井監修，超自由度系の新しい科学， 共立出版，東京，2010を参照
- 14. VSCodeが架ける橋 Nov. 21st, 2020VS CODE CONFERENCE JAPAN 14
- 15. Fortranユーザが出会うギャップ 開発環境の構築 記述が冗長 リモートで実行 Nov. 21st, 2020VS CODE CONFERENCE JAPAN 15
- 16. 開発環境の構築 コンパイラ ◦ Absoft ◦ Cray ◦Fujitsu ◦ GNU ◦ HP ◦ IBM ◦ Intel ◦ NAG ◦ Oracle ◦ PathScale ◦ PGI ◦ Flang 開発環境(エディタ) ◦ Absoft Pro Fortran ◦ Atom ◦ Code::Blocks ◦ emacs ◦ Eclipse ◦ FTranProjectBuilder ◦ Geany ◦ Kate ◦ PyCharm ◦ Simply Fortran ◦ Sublime Text 2 ◦ Vim ◦ Visual Studio ◦ VS Code ◦ Zeus Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 16 所望の機能 ◦ 構文強調 ◦ 自動補完 ◦ 自動フォーマット ◦ コードスニペット ◦ 定義・参照への移動 ◦ 関数・構造体の一覧 ◦ リファクタリング ◦ プロジェクト構成 ◦ 任意コンパイラ対応 ◦ ビルド・実行 ◦ デバッグ ◦ バージョン管理 ◦ ターミナル作業 ◦ 遠隔での編集 × ×
- 17. VSCode VSCode+拡張なら大半の機能を利用可能 Nov. 21st, 2020VS CODE CONFERENCE JAPAN 17 ◦ 遠隔での編集◦ プロジェクト構成 ◦ ビルド・実行 ◦ 自動フォーマット◦ デバッグ◦ 構文強調 ◦ 自動補完 ◦ 定義・参照へ移動 ◦ 関数・構造体の一覧 ◦ リファクタリング ◦ 構文強調 ◦ 自動補完 ◦ コードスニペット ◦ ターミナル作業 ◦ 任意コンパイラ対応(+ tasks.json) ◦ バージョン管理 Modern Fortran FORTRAN IntelliSense Fortran Breakpoint Support fprettify CMake Remote-SSH +
- 18. tasks.json CMakeがサポートしている場合 CMakeが未サポートの場合 Nov. 21st,2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 18
- 19. Modern Fortran Docker VSCode以外の要求ソフトウェア多過ぎ問題 ◦gfortran - Modern Fortran拡張に必要 ◦ gdb - デバッグに必要 ◦ Python - FORTRAN IntelliSense拡張, fprettify拡張に必要 ◦ CMake - CMake拡張に必要 ◦ make - CMakeの動作に必要 ◦ その他 - Fortranコンパイラの要求するソフトウェア（VS等） モダンFortran勉強会のメンバーがModern Fortran Dockerを作成中 ◦ https://github.com/mmer547/docker/tree/master/fortran_container ◦ ゆくゆくはCMakeをfpm(Fortran Package Manager)に置き換え Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 19
- 20. Fortranユーザが出会うギャップ 開発環境の構築 記述が冗長 リモートで実行 Nov. 21st, 2020VS CODE CONFERENCE JAPAN 20
- 21. 記述が冗長 変数の型宣言 ◦ 規格にない宣言方法が氾濫 ◦ コンパイラ間の可搬性の担保 構文の記述 ◦構文書式がxxx ~ end xxx ◦ 名前付き構文 お決まりの宣言 ◦ 暗黙の型宣言の無効化 ◦ 配列割り当ての検査，等 Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 21
- 22. 変数の型宣言 倍精度浮動小数点数aの型宣言 ◦ double precision:: a ◦ real*8 :: a ◦ real(8) :: a ◦ real(selected_real_kind(p=15,r=307)) :: a ◦ real(real64) :: a Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 22
- 23. 変数の型宣言 型名＋種別(kind)で区別 ◦ kind=バイト数とは規定されていない ◦ kind(),selected_int_kind(), selected_real_kind()で指定 ◦ Fortran 20032008でkindとバイト数を対応付ける定数を導入 ◦ 定数はiso_fortran_envモジュールで定義 Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 23 integer(selected_int_kind(r=桁数)) :: an_integer_variable integer(kind(9223372036854775807)) :: another_integer_variable real(selected_real_kind(r=桁数,p=指数範囲)) :: a_real_variable real(kind(0d0)) :: another_real_variable use,intrinsic :: iso_fortran_env, only:int32, real64 integer(int32) :: a_32bit_integer_variable real(real64) :: a_64bit_real_variable
- 24. 構文の記述 Fortranの構文の基本 ◦ [名前:] 構文名[構文のオプション] end 構文名 [名前] Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 24 program main ... end program main SOR_Convergence: do while(error >= Err_Tolerance) ... end do SOR_Convergence function do_something() result() ... end function do_something
- 25. ユーザスニペット 任意のコード片を一発挿入可能 →ユーザスニペット→登録されている言語を選択 Nov. 21st, 2020VS CODE CONFERENCE JAPAN 25
- 26. ユーザスニペット Nov. 21st, 2020VS CODE CONFERENCE JAPAN 26 "Using iso_fortran_env module": { "prefix": "usf", "body": [ "use,intrinsic :: iso_fortran_env" ], "description": "Using iso_fortran_env module" }, "Declaration of binary64": { "prefix": "r8", "body": [ "real(real64)" ], "description": "Declaration of binary64" },
- 27. ユーザスニペット Nov. 21st, 2020VS CODE CONFERENCE JAPAN 27 "main routine template": { "prefix": "prog", "body": ["program $1", " use, intrinsic :: iso_fortran_env", " implicit none", " $0", "end program $1"], "description": "main routine template" }, "allocation inspection": { "prefix": "allocated?", "body": "if(.not.allocated($1)) allocate($1($0))", "description": "allocation inspection" },
- 28. ユーザスニペット登録の効果 Nov. 21st, 2020VS CODE CONFERENCE JAPAN 28 スニペット利用前 スニペット利用後 ※"$1 = $1 * $0"で*=演算も模擬可能
- 29. Fortranユーザが出会うギャップ 開発環境の構築 記述が冗長 リモートで実行 Nov. 21st, 2020VS CODE CONFERENCE JAPAN 29
- 30. リモートで実行 Nov. 21st, 2020VS CODE CONFERENCE JAPAN 30 ssh コンパイル ジョブ投入 ローカル ログインノード ssh コンパイル 実行 ビジュアル環境 ターミナル（全ての作業） コンパイル 実行 *掲載許可取得済み
- 31. VSCode + Remote-SSH VSCodeからssh経由で大型計算機に接続 設定・拡張・コードスニペットを同期でき，ローカルと同様 の操作が可能 ドラッグ＆ドロップでファイル転送可能 ※利用の際は管理者や計算機を管理している組織に確認のこと ◦利用を禁止しているところもある ◦ 負荷が高い，プロセス残留等 Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 31
- 32. VSCode + Remote-SSH 接続先をユーザフォルダ¥.ssh¥configに記述 →Remote-SSH:Connect to Host...を選択 接続先を選択してログイン Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 32
- 33. VSCode + Remote-SSH Nov.21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 33 ログイン先 計算機の フォルダ ログイン先計算機の ターミナル ログイン先 計算機の ファイル
- 34. リモートで実行 Nov. 21st, 2020VS CODE CONFERENCE JAPAN 34 ビジュアル環境 ＋統合ターミナル（必要最低限のコマンド実行） ssh コンパイル ジョブ投入 ローカル ログインノード ssh コンパイル 実行 コンパイル 実行 *掲載許可取得済み
- 35. Fortranユーザが出会うギャップ 開発環境の構築 記述が冗長 リモートで実行 Nov. 21st, 2020VS CODE CONFERENCE JAPAN 35
- 36. その他VSCodeの利点 クラシカルなコードと付き合いやすくなる ◦ 変数名の変更が容易 ◦ FORTRANの変数名は大体6文字程度（当時の規格による制限） ◦暗黙の型宣言が利用されているので，更新忘れがあると致命的 ◦ VSCodeならシンボル名の変更，全ての出現箇所を変更で手軽に変更 ◦ フォルダを基準としたワークスペース管理 ◦ かつては1ファイル1プログラム単位（メイン/サブルーチン，関数）が推奨 ◦ プロジェクトにファイルを追加するのが面倒 ◦ VSCodeならフォルダ単位で（サブフォルダも含めて）ワークスペースとして管理 Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 36
- 37. その他VSCodeの利点 画像をコメントとして挿入できる ◦ 複雑なアルゴリズムや式を文字表現に変換することなく参照 ◦ 科学技術計算では参考文献と対比可能 Microsoft製 ◦フリーソフトウェアの利用が禁止されていても，Microsoft製なら別扱い Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 37 マウスホバーで 画像がポップアップ Image preview
- 38. まとめ VSCodeを活用し，Fortranの利便性の改善と開発環境の整備を 行った事例を報告 ◦ 開発環境の構築 ←Modern Fortran等の拡張 ◦ 記述が冗長 ← ユーザスニペット ◦ 大型計算機で実行 ← Remote-SSH拡張 ◦ その他 VSCodeには，これからもプログラマにとって付き合いやすい エディタであり続けてほしい Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 38
- 39. Fortran撲滅論 起源は1961年 We wish toobsolete FORTRAN and scrap it, not perpetuate it. R.W. Bemer 1990年代以前 FORTRANが挑戦を受ける 1990年代以降 Fortran撲滅論が当然という風潮 ◦ 古いから滅ぼさなければならない ◦ 古い言語を使っている，知識を更新できない劣った人達と共に滅ぼす べきだ Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 39 https://qiita.com/cure_honey/items/71a78657225573aad471
- 40. Fortran撲滅論 Fortran撲滅論は伝統芸能 ◦ 特に後期撲滅論は，個別事例の一般化や論理的飛躍が見受けられる 言語に限らず，技術が使い続けられるには理由がある ◦ Fortranは理工学者にとって非常によい道具 ◦COBOLが置き換わらないのは，技術者が怠惰だからではない* 推し言語・推し技術のよいところを共有して，共に良くして いきませんか？ Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 40 *Bellotti, M., Is COBOL holding you hostage with Math?, https://medium.com/the- technical-archaeologist/is-cobol-holding-you-hostage-with-math-5498c0eb428b. accessed Nov. 18th, 2020.
- 41.
- 42. 質問 Q classic fortran向けのformatterエクステンションまたはプ ログラムがあれば、ご教示いただけますでしょうか。 Aclassical FORTRANのformatterは，探してもなかなか見つ けられず，これというものを紹介することができません． Modern Fortran拡張は，固定形式にも対応しているので， 自動インデントなどは対応していると思われます． Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 42
- 43. 質問 Q Fortran界隈の人は、Fortran以外にどんな拡張機能を使っ ていますか？ A VimやEmascのキーバインドを模擬する拡張の他，GitLens， C/C++やPythonの拡張，Markdown Previewなども使われ ています． Modern Fortran拡張は，まれにビジー状態になる（Fortran の既存キーワードを含む関数名を定義した場合など）事があ るので，その際はModern Fortran拡張を無効化し，類似の fortran拡張を用いる場合があります． Nov. 21st, 2020 VS CODE CONFERENCE JAPAN 43