印刷用ご案内

SS研HPCフォーラム2016 [開催済]
ポスト「京」の挑戦 〜サイエンスの未来〜

深層学習は、計算速度とデータ量の飛躍的な進歩によって、もともと知られているニューラルネットワークのアイディアを再発見したものと言える。その意味で、深層学習による統計的機械学習の革新は、量の変化が質の変化を産んだものとも考えられるだろう。深層学習はその性質上、今までの計算とは異なるワークロードを要求する。そのため、GPGPUを始め、新たなアーキテクチャが模索されつつある。本講演では、それらの試みを概観する。

HPCを活用した数々の素晴らしい研究成果。もちろん、研究そのものに貢献することが何よりの目的ではありますが、せっかくそこに数値データがあるならば、「正しく」且つ「楽しく」可視化することで、より多くの方の目に触れるようになります。それは単に広報としての価値だけにとどまらず、新たな共同研究になったり、或いは「わかりやすい」可視化によって、今まで気づかなかった新たな示唆を得られることもあります。数値データをどのように可視化・映像化したのか、その制作秘話をお話しします。

今年のHPCフォーラムでは、開発が進むポスト「京」を用いて世界を先導する成果を期待されている重点課題9課題の方々にご登場いただき、それぞれの課題における現状と将来展望、さらにはポスト「京」への期待について語っていただきたいと思います。

重点課題1では、ポスト「京」の演算能力を最大限に活かす分子シミュレーション技術(分子動力学計算アプリ)を開発し、生体内分子の長時間(ミリ秒レベル)の動きを捉えることで、生体分子システムの時間的空間的機能解析を実現する新たな分子生命科学の開拓と次世代創薬計算技術の開発を目指す。さらには、創薬計算フローを統合化したシステムを開発することで、高精度かつ超高速の革新的な創薬計算基盤の確立を目指す。

本重点課題2では、環境・生体時空間的にゲノムから全身を捉え、がん・循環器系・神経系など全身の疾患に対して、病態の理解と効果的治療の探索法の研究を行い、その成果を個別化・予防医療へ還元する統合計算生命科学の確立を目的とし3つのサブ課題、A「大量シーケンスによるがんの個性と時間的・空間的多様性・起源の解明」(宮野 悟)、B「データ同化生体シミュレーションによる個別化医療支援」(和田成生)、C「心臓シミュレーションと分子シミュレーションの融合による基礎医学と臨床医学の架橋」(久田俊明)を実施している。本講演では主にサブ課題Cにつき説明する。

重点課題3「地震・津波による複合災害の統合的予測システムの構築」では、過去の経験にもとづく従来の被害予測手法の限界を超えるため、地震・津波の発生過程、地震・津波が引き起こす被害発生過程、被害が引き起こす社会経済活動の低下回復過程をそれぞれ、大規模数値シミュレーションベースの数値解析コンポーネントとする統合的予測システムを構築する。これにより、震動や津波だけでなく地震発生や社会経済活動の予測にも挑む。

重点課題4「観測ビッグデータを活用した気象と地球環境の予測の高度化」では、ひまわり8号のデータなどの観測ビッグデータを天気予測に初めて使用して、さらなる予測精度向上とより長いリードタイムを確保できる技術開発を最大のターゲットとします。特に豪雨や局所的大雨の現象の寿命を決定する物理的要因を解明し突風や土石流の被害に直結する要因の解明を目指します。さらに、台風の長期予測精度の向上およびPM2.5等の化学的動態特性の解明と予測の研究開発を実施します。

原子・分子のミクロな振る舞いが技術の中心的な役割を担っているため、課題の解決に計算科学の支援が不可欠となっているエネルギー技術について、大規模量子化学計算や分子動力学計算に基づいた研究を行っている。具体的には、太陽光エネルギーとして太陽電池、人工光合成、電気化学エネルギーとして二次電池、燃料電池、化学エネルギーとしてメタンハイドレート、二酸化炭素、触媒の研究、ならびにこれらの研究に不可欠なシミュレータの開発を行っている。

我が国の自然エネルギー利用を推進するため、2030年には400万kwのウィンドファームの開発が計画されています。ウィンドファームの性能を向上させるためには、風車そのものの性能向上に加え、風車の相互干渉による発電量の低減、翼の疲労破壊、年間発電量の予測に基づく最適配置方法の検討が必要となります。本サブ課題では、従来の計算機環境では実現が不可能であったウィンドファームの全体解析、空力・構造解析による翼の寿命・安全性評価、風車性能向上のための流体制御技術を開発することを目標とします。

私たちの課題では、国際競争力の高いエレクトロニクス技術や構造材料、機能化学品等の開発を、大規模超並列計算と計測・実験からのデータやビッグデータ解析との連携によって加速し、次世代の産業を支えるデバイス・材料を創成することを目的としています。高機能半導体デバイス、光・電子融合デバイス、超伝導・新機能デバイス、高性能永久磁石・磁性材料、高信頼性構造材料、次世代機能性化学品、およびそらの共通基盤シミュレーション手法の研究を行います。

HPCI戦略プログラム分野4「次世代ものづくり」では、京の性能を最大限に生かした大規模解析や多目的最適化の効果を実証した。重点課題8では、京のプロジェクトで明らかになった課題を解決し、実証研究の成果の実用化を加速するとともに、溶接や複合材料の製造プロセスにもHPC技術を応用し、ものづくり分野の主要な設計・製造プロセスを革新することを目標として、7本のアプリケーションの開発を進めている。

重点課題9「宇宙の基本法則と進化の解明」が目指すことは、素粒子から宇宙までの幅広いスケールにわたる様々な現象を精密に計算し、大型実験・観測と組み合わせて、素粒子・原子核・宇宙物理学全体にわたる物質創成史を解明することである。その目的を実現するために必要なポスト京に対する期待や要望も述べていきたい。

理化学研究所様と共同で開発を進めている、「京」コンピュータの後継機、ポスト京の開発の取り組みについて紹介する。