Upload
chika
View
94
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
阪大レーザー研の実験データ処理システム と EUV 光源開発のための連携シミュレーション GRID ポータル. 大阪大学レーザーエネルギー学研究センター 西原 功修. 実験データベースサーバー. デイリースケジュールと 計測画像データの流れ. レーザー エネルギー. sora. t050527b. 生データ 格納領域. ショット データ. Oracle 10g. レーザーデータ. Oracle Application Server. DSFILE.CSV. LFEX PC. PW PC. GXII PC. ファイル変換プログラム - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
阪大レーザー研の実験データ処理システムと
EUV 光源開発のための連携シミュレーション GRID ポータル
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター西原 功修
デイリースケジュールと計測画像データの流れ
実験データベースサーバー
デイリースケジュールサーバー
生データ格納領域
LFEX PC PW PC GXII PC
HTML ファイルvista
TEXT ファイル TEXT ファイルTEXT ファイルpw_shot.txt FB03_nfslfex_shot.csv
HTML ファイルからPW ショット No, 時刻
等を抜き出し、その日のショット順番
を付加してテキストファイルに書き出す 画像データ (GIF)
格納領域
計測主幹用 PC
デジタルオシロ
Agカウンター他
中性子計測
粒子計測
放射化計測
X線時間分解計測
X線画像計測
飛行時間分解型 多チャンネル
中性子スペクト ロメーター
(マンダラ)
X線ピンホールカメラ
X 線ストリークカメラ
X線フレーミングカメラ
CR-39粒子トラックディテクタ( )
X線半影カメラ
X線分光器 イメージングプレート
電子スペクトロメーターチャージコレクター
レーザーエネルギー
ショットデータ
ファイル変換プログラム(C 言語 + シェル ) をcron で自動実行
DSFILE.CSV
t050527b
Oracle 10gOracle Application Server
自動転送
自動取り込み
主幹ノート _FB-01.fp 7
image.fp7
phc.fp 7 xfc.fp 7xsc.fp 7
Web ブラウザからショット予定入力Web ブラウザからテキストデータ入力Web ブラウザで表示
クライアント PC
カスタム web 公開インスタント web 公開
インスタント web 公開
FileMaker Server Advanced 7
FileMakPro 7
共有から開く テキストデータ入力
sido
sora
shotdataLFEXshotdata PWshotdata
ds.fp 7
www-local
リレーション(画像)
リレーション(テキスト)
XML
レーザーデータ
インスタント Web 公開 TOP ページ
デイリースケジュール入力画面
認証ウィンドウ
IT 利用シミュレーション研究
1. レーザー EUV 光源開発のための 連携シミュレーション GRID ポータルシステム
2. GRID を用いた大規模分子動力学シミュレーション
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター 西原 功修, Vasilii V. Zhakhovskii, 福田 優子
レーザー技術総合研究所 砂原 敦 , 古河 裕之
日本原子力研究開発機構・関西光科学研究所 佐々木 明
岡山大学大学院自然科学研究科 西川 亘
大阪大学サイバーメディアセンター 下條 真司
レーザー EUV 光源開発のための 連携シミュレーション GRID ポータルシステム
スズ プラズマ 発光 10 kHz (after Fujioka et al)
100
200
300
500
700
20
30
50
70
10
高NA
低 NA
1970 200019901980 2010
1000
2000
3000
g 線i 線
KrFArF
F2
EUV 13 nm
縮小投影露光
高NA縮小投影光学系(屈折光学系)での実用的な解像限界
R~1/ 2λ
低NA縮小投影光学系(反射光学系)での
実用的な解像限界R~2λ
年代(西暦)
集積
回路
の最
小加
工寸
法、
露光
波長
(nm
)
コンタクト露光
1:1プロジェクション
強い超解像
弱い超解像
ULSIの微細化トレンドX0.7/ 3年
100
200
300
500
700
20
30
50
70
10
高NA
低 NA
1970 200019901980 2010
1000
2000
3000
g 線i 線
KrFArF
F2
EUV 13 nm
縮小投影露光
高NA縮小投影光学系(屈折光学系)での実用的な解像限界
R~1/ 2λ
低NA縮小投影光学系(反射光学系)での
実用的な解像限界R~2λ
年代(西暦)
集積
回路
の最
小加
工寸
法、
露光
波長
(nm
)
コンタクト露光
1:1プロジェクション
強い超解像
弱い超解像
ULSIの微細化トレンドX0.7/ 3年
現在 90nm 細線加工, 1 年以内に 60nm 実用化
半導体リソグラフィー露光波長と加工寸法 (≤ 45nm の細線:波長 13.5nm )
11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5
10
0
2020
30
40
50
60
70
波長 (nm)
反射
率(%
)
11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5
10
0
2020
30
40
50
60
70
波長 (nm)
反射
率(%
)
15 nm CMOS
(AMD, 2001)
背景 1 研究の目的: レーザーから EUV 光への変換効率の最適化
EUV 光源出力 ≥ 350 W / 2πsr ( 波長 13.5nm, 2% バンド幅 ):実用機の要求条件
研究目的 ( リーディングプロジェクト(文科省)’ 03 –’07 EUVA( 経産省)) EUV光源プラズマの物理を解明し,実用化への指針を与える. 高効率EUV光発生に必要な条件を明確にする.
レーザープラズマシミュレーション: 変換効率の ・ レーザー強度依存性 ( 電子温度 Te 最適化) ・ レーザーパルス幅依存性 (放射のオパシティ・プラズマサイズ最適化) ・ レーザー波長依存性 (密度 ni 最適化) ・ ターゲット初期密度依存性 (密度 ni最適化)
レーザーパルス幅 (ns)
レー
ザー
照射
強度
(W/c
m2)
100101
1010
109
1011
1012 EUV変換効率
2%
4%2%
4%
Etendue = 1 mm2sr(光源サイズ = 700µm)
Etendue = 3.3 mm2sr(光源サイズ = 1300µm)
0.86 J
1.7 Jレーザーパルス
レーザーパルス幅 (ns)
レー
ザー
照射
強度
(W/c
m2)
100101
1010
109
1011
1012
100101 100101
1010
109
1011
1012
1010
1010
109
109
1011
1011
1012
1012 EUV変換効率
2%
4%2%
4%
EUV変換効率2%
4%2%
4%
Etendue = 1 mm2sr(光源サイズ = 700µm)
Etendue = 3.3 mm2sr(光源サイズ = 1300µm)
0.86 J
1.7 Jレーザーパルス
O5+ 2p-3d @17.3 nm
O5+ 2p-3p @15.0 nm
O6+ 1s2p-1s7d @7.9 nm
O5+ 2p-4d @12.9 nm
O5+ 2p-4p @11.6 nm
0
1
2
3
4
5
6
7
8
6 8 10 12 14 16 18 20 22
SnSnO2 (59%)SnO2(23%)
inte
ns
ity
@1
3.5
nm
(a
.u.)
wavelength (nm)
EUV spectrum (Nishimura et al)
Sn+8 - Sn+12 (4d-4f)Transition 10数万本の発光線
背景 2 IT 利用: GRID を用いた連携シミュレーション
・ 異なる研究機関で並行して複数のプログラムを開発・ 各プログラムは連携して動作・ 2 -3 年の短期間
原子モデル (原研,北里大,奈良女,岡大) 4f
4d4p
4f4d4p
8 10 12 14 16 18
Sn15+HeSn14+HeSn13+HeSn12+HeSn11+HeSn10+HeSn9+HeSn8+HeSn7+HeSn6+He
8 10 12 14 16 18
Sn15+XeSn14+XeSn13+XeSn12+XeSn11+XeSn10+XeSn9+XeSn8+XeSn7+XeSn6+XeSn5+Xe
charge transfer spectroscopy (Tanuma)
wavelength (nm)
configuration interaction波動関数の重なり
0
100
200
Laser100μm
2D
(cm-3)
0 100 200 300 (μm)
プラズマダイナミックス(阪大,レーザー総研)
1018
1019
1020
1021
1022
1023
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50Position (m)
イオン密度 ni
電子温度 Te
光学的に希薄な場合の放射能率( emissivity)
吸収を考慮した実効放射能率
状態方程式(核科研,レーザー総研)
plasma
solid
liquidgas
liquid-vapor放射輸送(阪大,レーザー総研)
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
Tran
smis
sio
n
1918171615141312111098
Wavelength (nm)
Experiment (raw) Experiment (smooth) Simulation (Te = 20.9 eV) Simulation (Te = 31.0 eV) Simulation (Te = 40.3 eV)
opacity tin (Nishimura,Sasaki )
wavelength (nm)
GRIDシステム 1 連携シミュレーション GRID の設計指針
・ 各サイトの WEB ポータル上で実行・ 並行して各サイトでプログラムを開発・ 各サイトの計算資源を用いた連携シミュレーション実行・ ナビゲーション機能つきワークフローで実行・ データベース構築
APセットアップAP名:AP1入力ファイル指定
出力ファイル指定
PSEサ ーハ ゙ーWEBブラウザ
ワークフロー定義DB
(イメージ)
ワークフロー一覧・AP1→ AP2→ Ap3→ AP4・AP2→ Ap3→ AP4・Ap3→ AP4・・・
ワークフロージョブ一覧順 AP名 入力File 出力File・・・1 AP1 FileA FileB2 AP2 FileB FileC3 AP3 FileC FileD・・・
②ワークフロー選択指定
③各シ ョ゙フ (゙計算AP)の
入出力情報をセットアップ
・・・
☆ワークフロー候補を一覧表示
☆ワークフロー内のシ ョ゙フ を゙一覧表示
☆APの入出力デー タをセットアップ
④ワークフロー投入
ワー
クフ
ロー
エン
ジン
計算前
処理AP
計算後
処理AP
計算ノードA
計算処理AP1
①ワークフロー候補表示
計算ノードB
計算処理AP2
・・・・・・・・・・
⑤
⑥
⑦
⑧
AP1起動
AP2起動
APセットアップAP名:AP1入力ファイル指定
出力ファイル指定
PSEサ ーハ ゙ーWEBブラウザ
ワークフロー定義DB
(イメージ)
ワークフロー一覧・AP1→ AP2→ Ap3→ AP4・AP2→ Ap3→ AP4・Ap3→ AP4・・・
ワークフロージョブ一覧順 AP名 入力File 出力File・・・1 AP1 FileA FileB2 AP2 FileB FileC3 AP3 FileC FileD・・・
②ワークフロー選択指定
③各シ ョ゙フ (゙計算AP)の
入出力情報をセットアップ
・・・
☆ワークフロー候補を一覧表示
☆ワークフロー内のシ ョ゙フ を゙一覧表示
☆APの入出力デー タをセットアップ
④ワークフロー投入
ワー
クフ
ロー
エン
ジン
計算前
処理AP
計算後
処理AP
計算ノードA
計算処理AP1
①ワークフロー候補表示
計算ノードB
計算処理AP2
・・・・・・・・・・
⑤
⑥
⑦
⑧
AP1起動
AP2起動
Web Client
ワークフロー実行イメージ
GRIDシステム 2 ワークフローシステム機能の概要
・ 一覧表示・詳細表示 (検索機能)・ オンライン編集 (新規,変更,削除)・ ナビゲーション機能・ 実行監視・ データベース構築
前回の検索条件
検索条件にマッチした一覧を表示します.
ワークフロー作成・操作画面を表示します.
登録されている,シミュレーション結果のファイルの参照,更新を行います.
シミュレーション結果,入力ファイルのデータベースへのアップロード画面を呼び出します.
前回設定したワークフロー検索条件で絞りこまれたワークフロー一覧を表示 ナビゲーション
機能を用いたワークフロー作成
岡山大学
阪大・総研
原研
実行中
連携ジョブ終了待ち
入力ファイル転送中
岡山大学
阪大・総研
原研
実行中
連携ジョブ終了待ち
入力ファイル転送中
実行状況表示画面(6つのプログラムの連携シミュレーション)
日刊工業新聞(朝刊)平成 17 年 6月 3 日
GRID実証 ナビゲーション機能付きワークフローによって連携シミュレーションを実行
EUV放射特性を計算するプログラム
高温度・高密度プラズマの状態を計算するプログラム
詳細な原子構造を計算するプログラム
EUV放射光のスペクトルを計算するプログラム
岡山大(西川)
阪大・総研(古河)
阪大・総研(砂原)
阪大(西原・前原)
EUV放射特性を計算するプログラム
原研(佐々木)
レーザー生成EUV光源プラズマのダイナミックスを計算するプログラム
EUV放射特性を計算するプログラム
高温度・高密度プラズマの状態を計算するプログラム
詳細な原子構造を計算するプログラム
EUV放射光のスペクトルを計算するプログラム
岡山大(西川)
阪大・総研(古河)
阪大・総研(砂原)
阪大(西原・前原)
EUV放射特性を計算するプログラム
原研(佐々木)
レーザー生成EUV光源プラズマのダイナミックスを計算するプログラム
原子コード,状態方程式コード放射 - ハイドロコード
0 5 10 15 20Wavelength (nm)
EU
V i
nte
nsi
ty (
a.u
.)
8.8x1010 W/cm2
実験スペクトル
3.0x1011 W/cm2
9.0x1011 W/cm2
0 5 10 15 20Wavelength (nm)
シミュレーション結果
1x1011 W/cm2
2x1011 W/cm2
1x1012 W/cm2
0 5 10 15 20Wavelength (nm)
EU
V i
nte
nsi
ty (
a.u
.)
8.8x1010 W/cm2
実験スペクトル
3.0x1011 W/cm2
9.0x1011 W/cm2
0 5 10 15 20Wavelength (nm)
EU
V i
nte
nsi
ty (
a.u
.)
0 5 10 15 20Wavelength (nm)
0 5 10 15 20Wavelength (nm)
EU
V i
nte
nsi
ty (
a.u
.)
8.8x1010 W/cm2
実験スペクトル
3.0x1011 W/cm2
9.0x1011 W/cm2
0 5 10 15 20Wavelength (nm)
シミュレーション結果
1x1011 W/cm2
2x1011 W/cm2
1x1012 W/cm2
0 5 10 15 20Wavelength (nm)
シミュレーション結果
1x1011 W/cm2
2x1011 W/cm2
1x1012 W/cm2
シミュレーションによる実験 EUV スペクトルの再現(レーザー強度依存性)
1D Sim.2D Sim. with 1D cond.2D Sim.
1D Sim.2D Sim. with 1D cond.2D Sim.
1D Sim.2D Sim. with 1D cond.2D Sim.
2D シミュレーションによる実験電子密度プロファイルの再現
連携シミュレーションGRIDのパワー 1 シミュレーションの検証: 実験結果の再現
( EUV スペクトル,電子密度プロファイル , 最適レーザー強度など)
0
1
2
3
4
1010 1011 1012
Co
nv
ers
ion
Eff
icie
ncy
[%
]
laser intensity [W/cm2]
theory
from high density
(世界最高値:実用化に必要な EUV 出力 (>850W)が可能であることを実証)
変換効率のレーザー強度依存性 Sn実験による検証
EUV 連携シミュレーション GRID のパワー: シミュレーションにより最適化条件を解明
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
CE
exp
erim
ent
(%)
10102 3 4 5 6 7
10112 3 4 5 6 7
10122
Laser intensity (W/cm2)
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
CE
simu
lation
(%)
2 ~ 3 ns
8 ~ 10 ns
1.2 ns
10 ns
変換効率のレーザーパルス幅依存性
ion density [cm-3]
elec
tro
n t
emp
erat
ure
[eV
]
1017 1018 1019 102010
20
30
50
80Sn 2ns
ion density [cm-3]
elec
tro
n t
emp
erat
ure
[eV
]
1017 1018 1019 102010
20
30
50
80
ion density [cm-3]
elec
tro
n t
emp
erat
ure
[eV
]
1017 1018 1019 102010
20
30
50
80
1017 1018 1019 10201017 1018 1019 102010
20
30
50
80
10
20
30
50
80Sn 2ns
シミュレーションにより,レーザーからEUV光への変換効率の密度 , 温度依存性 を明らかにし,レーザーの最適条件などを示した (実線:変換効率 (%), 破線:レーザー強度 (W/cm2)
実用化に向けた多くの指針を提供 ・ 最適レーザー波長 ・ 最適レーザー強度・パルス幅 ・ 最適ターゲット物質経産省プロジェクトへのフィードバック
3年未満の短期間に指針を提供
連携シミュレーションGRIDのパワー 2
GRID を用いた大規模分子動力学シミュレーション
フェムト秒レーザー加熱 液相 -気相混合状態の形成
フェムト秒レーザー加熱 弾性波,非弾性波,溶融などの形成
V. Temnov PhD Thesis (2004)n
ln p
ac
b
i0
i
t
T = 0
liquid-vapor
pc
pt
solid-vapour
solid
liquidgas
density
pre
ssu
re
n
ln p
ac
b
i0
i
t
T = 0
liquid-vapor
pc
pt
solid-vapour
solid
liquidgas
density
pre
ssu
re
n
ln p
ac
b
i0
i
t
T = 0
liquid-vapor
pc
pt
solid-vapour
solid
liquidgas
n
ln p
ac
b
i0
i
t
T = 0
liquid-vapor
pc
pt
solid-vapour
solid
liquidgas
liquid-vapor
pc
pt
solid-vapour
solid
liquidgas
density
pre
ssu
re
(Phase diagram of WDM)
背景GRID を用いた大規模シミュレーションの可能性
背景 ・ Super-SINET で接続されたスーパーコンピュータが使用可能になった ・ NAREGI の使用が見込まれる ・ 計算機資源の有効利用
問題点 ・ 性能の異なる計算機が混在する ・ 他の不特定ユーザーと同時使用 ・ しかし,ジョブスケジューラが未発達
計算機の環境に応じて動的に分割領域を最適化するプログラムの開発MP-D3 (Material Particle - Dynamic Domain Decomposition)手法の開発
Material Particle D3 (Dynamical Domain Decomposition) Method
R k , W k
R j , W j
R l , W l
R i , W i
where R(i) is a center of i-th MP, rk are atom positions
,)()(
)()(
itiP
itiW
e
w
,)(
1 )(
1
iM
kkiM
(i) rR
)()( jWiW Good balance condition:
W(i) is a weighting factor within [0,1].
te - elapsed time (sys_clock),
tw - processor dependent time,
P(i) is a loading factor within [0,1]
)(
)(
)(
),()(
)(
1 i,j
i,jW(j)W(i)
iN
jiaLi
iN
j R
RR
The displacement of the i-MP center can be evaluated as following:
L(j)L(i)jiL ,min),(
where L(i,j) is a symmetrical function of i, j
here L(i) is a linear size of the i-MP
)()()(10 iii nn RRR
At next step (n+1) a new desired position
2D Voronoi decomposition of simulation domain
Zhakhovskii & Nishihara CCGRID (2005)
ダイナミック領域分割法のスケーラビリティ
number of particles 2,551,472 22,961,888
Grid大規模シミュレーションの実証
720台のプロセッサーを用いて実証(約3桁のスケーラビリティ)
10 1 10 2 10 32 3 5 2 3 5532
N um ber of C PU , N
10 1
10 2
10 3
2
3
5
2
3
5
5
3
2
Nor
mal
ize
d p
erfo
rman
ce,
p =
N0
N0)
/ N
) 80 C PU cluster, N 0= 2
720 C PU cluster, N 0= 19
linear function, p = N
Super-SINET 上のスーパーコンピュータ上で実現
• GT2.4 を用いて, Super-SINET で接続されたスーパーコンピュータ上でダイナミック領域分割法 (LPD3) の有効性を実証
・ NAREGI 上でのテストを予定
Osaka U. SX5 8cpuTohoku U. Sx7 7cpu
animation of collision of 2 solids by MPD3 methodOn SX5(Osaka) – SX7(Tohoku) connected with Super/SINET
2004 年 11月 実ユーザー環境で実行
Grid大規模シミュレーションの実証
ダイナミック領域分割法 (MPD3) の有効性実証
0 1000 2000 3000
simulation step
0
5
10
15
20
25
30
35
time ,
sec
/ st
ep
CPU time
elapsed time
(1) (2)
waiting time
(1)占有使用時の実行時間 (右図2-3)
(2) SX5 上で他のユーザーが使用している
時の実行時間の時間経過 ( LPD 3により, SX5 上の計算領域が
小さくなり,実行時間が改善される: waiting 時間のほとんどは他のユーザ
ー の計算時間実行である)
1. SX5( 阪大) , SX7(東北大)上での 入力した領域分割2-3.占有使用時の領域分割4. SX5 上で他のユーザーが使用して いる時のダイナミック領域分割 ( SX5 上の各領域の大きさは, SX7 に比べ小さい)
Grid大規模シミュレーションの実証
結論IT利用シミュレーション研究
・ レーザー EUV 光源開発のための連携シミュレーション GRID ポータルシステム - 複数の研究機関で並行してプログラムを開発 - 複数プログラムをネットワークを介して連携シミュレーションを行う Grid システムを構築 - 開発期間を飛躍的に短縮
・ 世界に先駆け,光源開発に不可欠なレーザーの最適条件を解明 ,
実用化に弾みがつくものと期待される
・ GRID を用いた大規模分子動力学シミュレーション - ダイナミック領域分割法MPD3 (Material Particle Dynamic Domain
Decomposition) を開発 - 不特定多数のユーザが同時に使用している遠隔地の複数のスーパー コンピュータを用いた大規模シミュレーションが可能 ,
非常に高いシステム利用効率を実現 - Super SINET 上で有効性を実証 ( NAREGI 上でのテスト予定)
・ MD 流体シミュレーションなどの大規模シミュレーションが可能, 計算資源の有効利用
謝辞
EUV 連携シミュレーション GRID ポータル 日本原子力研究開発機構 平山俊雄,中島憲宏,山岸信寛 上島豊 NEC システムテクノロジー 山下晃弘,中島登美子,池田和之
Super – SINET 上のスーパーコンピュータ GRID
東北大学・情報シナジーセンター 曽根秀昭,小林広明,伊藤英一 大阪大学・サイバーメディアセンター 秋山豊和,加藤精一,宮永勢次NEC
妹尾義樹,田村正典,加藤隆士
レーザー実験データ処理システム
島田京子,白神宏之,畦地宏
• データ mpg2, 4 でよいか