GEANT4、MCNP6、およびPHITSモンテカルロコードのマルチスレッドパフォーマンス四面体メッシュジオメトリのコード

この研究では、GEANT4、MCNP6、およびPhitsコードのマルチスレッドパフォーマンスを、スレッド数（n）の関数と四面体メッシュファントムの複雑さとして評価しました。このために、さまざまな複雑さ（シンプル、中程度に複雑で、非常に複雑な）の3つの四面体メッシュファントムが準備され、3つの異なるモンテカルロコード、光子および中性子輸送シミュレーションで実装されました。その後、各ケースで、初期化時間、計算時間、およびメモリ使用量が、シミュレーションで使用されるスレッドの数の関数として測定されました。すべてのコードで、ファントムの複雑さで初期化時間が大幅に増加したが、スレッドの数では大幅に増加したことがわかった。GEANT4は、特に複雑なファントム（MRCP）の場合、他のコードよりもはるかに長い初期化時間を示しました。マルチスレッドコードの使用による計算速度の改善は、スピードアップ係数として計算されました。これは、単一スレッドコードの計算速度に対するマルチスレッドコードの計算速度の比率です。GEANT4は、この研究で検討されているコードで最高のマルチスレッドパフォーマンスを示し、スピードの数とはほぼ直線的に増加し、n = 40の場合は〜30に達します。- スレッドの数を持つUP係数。ピットの場合、n = 40の場合、スピードアップ係数は低かった。MCNP6の場合、スピードアップ係数の増加はより良くなりましたが、n = 40の場合はまだ10未満でした。他のコードよりも多くのメモリを使用します。さらに、他のコードのコードと比較して、GEANT4のメモリ使用量はスレッドの数とより急速に増加し、複雑なファントム（MRCP）でn = 40の場合、〜74 GBに達します。他のコードのそれと比較して、ファントムの複雑さとスレッドの数の両方に関係なく、Phitsのメモリ使用量がはるかに低く、MRCPのスレッドの数にはほとんど増加しないことは注目に値します。

In this study, the multi-threading performance of the Geant4, MCNP6, and PHITS codes was evaluated as a function of the number of threads (N) and the complexity of the tetrahedral-mesh phantom. For this, three tetrahedral-mesh phantoms of varying complexity (simple, moderately complex, and highly complex) were prepared and implemented in the three different Monte Carlo codes, in photon and neutron transport simulations. Subsequently, for each case, the initialization time, calculation time, and memory usage were measured as a function of the number of threads used in the simulation. It was found that for all codes, the initialization time significantly increased with the complexity of the phantom, but not with the number of threads. Geant4 exhibited much longer initialization time than the other codes, especially for the complex phantom (MRCP). The improvement of computation speed due to the use of a multi-threaded code was calculated as the speed-up factor, the ratio of the computation speed on a multi-threaded code to the computation speed on a single-threaded code. Geant4 showed the best multi-threading performance among the codes considered in this study, with the speed-up factor almost linearly increasing with the number of threads, reaching ~30 when N  =  40. PHITS and MCNP6 showed a much smaller increase of the speed-up factor with the number of threads. For PHITS, the speed-up factors were low when N  =  40. For MCNP6, the increase of the speed-up factors was better, but they were still less than ~10 when N  =  40. As for memory usage, Geant4 was found to use more memory than the other codes. In addition, compared to that of the other codes, the memory usage of Geant4 more rapidly increased with the number of threads, reaching as high as ~74 GB when N  =  40 for the complex phantom (MRCP). It is notable that compared to that of the other codes, the memory usage of PHITS was much lower, regardless of both the complexity of the phantom and the number of threads, hardly increasing with the number of threads for the MRCP.