理化学研究所 計算科学研究機構

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AICS Cafe

AICS Cafe(アイクス・カフェ)は、異分野融合のための足掛かりとして、計算科学研究機構(AICS)に集う研究者が井戸端会議的にざっくばらんに議論する場として、毎月2回程度予定しております。興味をお持ちの方は原則どなたでも参加可能です。

※AICS関係者以外の方は、事前に aics-cafe[at]riken.jp にお問い合わせください。
また、継続的な連絡をご希望の方にはメール配信をさせて頂きますので、同アドレスまでご連絡ください。

  • 目 的: 異分野間の壁を超えた研究協力を促進し、新しい学問分野の開拓を目指すため、 研究者間の情報交換・相互理解の場を提供し、研究協力のきっかけを作る。
  • 会 場:AICS 6階講堂(予定)
  • 言 語:講演は日本語/英語、スライドは英語
  • その他:講演者は他分野の方にも理解できる発表を心掛け、参加者は積極的に質問しましょう。

第102回
日時: 2016年11月16日(水)、15:30 – 16:30
場所: AICS 6階講堂

・講演題目: Assembling a library of 2D projection images from 3D biological shapes to resolve XFEL data
・講演者: Sandhya Tiwari(計算構造生物学研究ユニット)
※発表・スライド共に英語。

講演要旨:
X-ray free electron laser (XFEL) scattering experiments has been described as the future of structural biology. The technique has several advantages, including its ability to probe a single particle sample without the need for crystallisation, and to produce diffraction data before the sample is destroyed by radiation. However, resolving structures from XFEL diffraction patterns can be challenging due to the phase problem. Considering the novelty of the technique, there is also limited data available to provide initial models that fit new diffraction patterns. Therefore, we consider a strategy to provide efficient interpretation of XFEL data by searching them against a database of hypothetical biological shapes to obtain an initial structural model. To build a database of biological shapes, we assemble various three-dimensional (3D) structures in existing structure databanks, such as the Electron Microscopy Data Bank (EMDB). We can then reduce the assembled dataset to a minimal yet distinct set of hypothetical biological shapes. In the first part of this assembly, we present the analysis of single particle cryo-electron microscopy (cryo-EM) structures. Here, we analyse the variation in the shapes that exists within the 3D cryo-EM maps, and within their simulated two-dimensional (2D) projection images. This analysis provides us with the extent to which 2D images of two distinct 3D shapes can be similar, giving us an idea of the expected degeneracy when we compare experimental data to a hypothetical biological shape. In general, we expect that with a sufficient number of 3D shapes will allow us to provide candidate models for new XFEL data effectively.

第101回
日時: 2016年11月9日(水)、15:30 – 16:30
場所: AICS 6階講堂

・講演題目: 気象モデルを用いた大アンサンブルデータ同化実験
・講演者: 近藤圭一(データ同化研究チーム)
※発表は日本語、スライドは英語。

講演要旨:
天気予報モデルはカオス力学系であり、初期値に非常に敏感である。そのため、初期値の精度を上げることは天気予報の精度向上に直結する。データ同化は、観測データをシミュレーションに融合させる手法であり、特に大規模シミュレーションでは気象学分野で発展し、天気予報の精度向上に大きく寄与してきた。本研究で用いるアンサンブルカルマンフィルタは先進的なデータ同化手法であるが、通常はサンプル数100個程度からなるアンサンブル予報で予報誤差共分散を見積もるため、アンサンブル数が少ないことによるサンプリング誤差が生じる。そこで一般的には、観測影響範囲を限定する局所化と呼ばれる手法を用いて対処している。本研究では、「京」を用いサンプル数10240個の巨大アンサンブル実験を行うことで局所化をなくすことに成功し、サンプリング誤差の影響が少ない予報誤差共分散行列の推定に世界で初めて成功した。巨大アンサンブルデータ同化を実行するには計算機の性能を十分に生かす必要がある上、扱うファイル数も膨大となる。これらの計算上のチャレンジについても紹介する。

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第100回
日時: 2016年10月19日(水)、15:30 – 16:30
場所: AICS 6階講堂

・講演題目: REST法で探るタンパク質の構造空間
・講演者: 神谷 基司(粒子系生物物理研究チーム)
※発表は日本語、スライドは英語。

講演要旨: 詳細を見る

古典分子動力学法を用いた原子レベルでのタンパク質の研究において、構造探索は非常に重要な問題である。単純に安定な構造を探る時はもちろん、薬剤のようなリガンドとタンパク質の結合に伴う構造変化や自由エネルギー解析等、様々な状況で構造探索は重要な問題と関連する。そのため、レプリカ交換法をはじめ様々な方法が開発、利用され、その効率化が図られ続けている。そして近年、レ プリカ交換法の一種であり、計算量を抑えつつも、効率的に構造探索を行えるREST法(Replica Exchange with Solute Tempering法)が開発された。このREST法は強力な方法ではあるものの、安定な構造に一旦捕らわれると中々脱出できないという問題もまた持っている。そこで、このREST法を修正し、より柔軟で効率的な形にすることを試みた。本研究ではその新しい方法を人工タンパク質である TRPcage(TC5b)のフォールディングと構造探索に適用し、従来のREST法との比較を行った。その結果、新しい方法では必要な計算量を抑え、REST法で見られたトラッピングの問題を解消できることがわかった。

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第99回
日時: 2016年10月5日(水)、15:30 – 16:30
場所: AICS 6階講堂

・講演題目: AMUSE simulations of planetary systems and young stellar regions
・講演者: Steven Rieder(粒子系シミュレータ研究チーム)
※発表・スライド共に英語。

講演要旨: 詳細を見る

The number of known planets outside our Solar system has in recent years grown from a handful to a few thousand. Some of these systems have quite exotic planets; such as the recently imaged HD131399 system, which contains three stars and a large planet; and the "Super Saturn"-like ring planet J1407b. In many other systems, the planets are now at locations where they could not have formed, requiring some type of migration to have taken place.
Since most stars form in clustered fashion, the stellar density in their birth environment is relatively high. This makes stellar encounters that could be responsible for such migration possible. In order to get a good estimate of how frequent such encounters really are, accurate modelling of young stellar regions is required. To this end, we create models of observed stellar regions using data from the MYStIX (Massive Young Stellar regions in Infra-red and X-ray) survey and simulate them with AMUSE, the Astrophysical Multipurpose Software Environment. These simulations include gravity, gas dynamics, stellar evolution and binary/multiple stellar systems.
In my talk, I will discuss these models, as well as several other aspects of my ongoing work to simulate these regions, the encounters therein and the possible resulting planetary systems.

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第98回
日時: 2016年9月21日(水)、15:30 – 16:30
場所: AICS 6階講堂

・講演題目: Numerical modeling of fluid-structure interaction and its applications
・講演者: Rahul Bale(複雑現象統一的解法研究チーム)
※発表・スライド共に英語。

講演要旨: 詳細を見る

Fluid mechanics is the study of fluid flow. It deals with the mathematical modeling of fluid motion to understand the behavior of flow in different scenarios. The motion of a fluid is modeled by the Navier-Stokes (NS) equations. The numerical approach to solving the equations governing fluid flow is known as Computation Fluid Dynamics (CFD). As NS equations model the flow of a fluid isolated from other medium (such as a solid), typically CFD has been used to solve problems involving simple geometry (modeled as boundary conditions) and idealized flow conditions. A realistic scenario of fluid flow almost always involves flow of a fluid around complex geometries, be it man-made (such as a vehicle, urban environment, etc) or natural (such as birds, fishes, etc). One of the techniques of numerically modeling interaction between fluid and solid/structure with complex geometries is the immersed boundary method.
Immersed boundary method can enable numerical simulation of complex systems in engineering and biology to enhance our understanding of these systems.
The challenges, advantages and limitations of immersed boundary methods in the context of HPC will be presented. And, applications of immersed boundary method in engineering and biology will be discussed.

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第97回
日時: 2016年9月14日(水)、15:30 – 16:30
場所: AICS 6階講堂

・講演題目: X線自由電子レーザー回折像からの生体分子三次元構造の復元
・講演者: 中野 美紀 (計算構造生物学研究ユニット)
※発表は日本語、スライドは英語。

講演要旨: 詳細を見る

X線自由電子レーザー(XFEL)による単粒子立体構造解析は、結晶化が難しい生体分子や生体組織を自然に近い状態で観察できる新しい構造生物学的手法である。XFEL単粒子立体構造解析では、試料分子に対して様々な方位からのX線照射により得られる多数の二次元回折像から、波数空間での試料分子の三次元構造(構造因子)を構築する。三次元構造の再構築には試料分子に対するX線入射角を知る必要があるが、単粒子実験においては、X線入射方向に対する試料分子の方向を制御することが極めて困難であるため、入射角は計算機を用いた反復計算により推定される。我々は、極低温透過型電子顕微鏡による単粒子立体構造解析の画像処理ソフトウェアとして広く用いられているXmippを基に、XFEL実験により得られる回折画像を扱うことができるプログラムの開発を行っている。本講演では、我々が開発したプログラムを用いて、X線トモグラフィ法により得られたTa2O5の回折画像からX線入射角度を推定した結果について紹介する。

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第96回
日時: 2016年9月7日(水)、15:30 – 16:30
場所: AICS 6階講堂

・講演題目: Cooling Technique in Gas Turbine Engine: Film Cooling
・講演者: Chao Wei-Siang(複雑現象統一的解法研究チーム、研修生)
※発表・スライド共に英語。

講演要旨: 詳細を見る

As a high efficiency and energy saving engine, gas turbine engines are widely used in modern aircraft and power plant.
After burning all the fuel mixture inside the combustion chamber, gas with high temperature and pressure will be exhausted from the combustion chamber to the turbine stage, the method which gas turbine engine use to generate power is using the hot gas to drive the turbine blades in the turbine stage inside the engine, as a consequence turbine blades have to withstand high temperature and stress which is harmful to the turbine structure.
In order to protect the turbine blades inside the engine, effective cooling techniques are applied on the turbine blades, among all those cooling techniques film cooling is considered as the most necessary cooling technique.

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第95回
日時: 2016年7月13日(水)、15:30 – 16:30
場所: AICS 6階講堂

・講演題目: Introduction of runtime fluctuations
・講演者: 熊畑 清(ソフトウェア技術チーム)
※発表は日本語、スライドは英語。

講演要旨: 詳細を見る

During an operation, an application runtime occasionally becomes longer or shorter than previously measured runtime despite running under the same conditions (e.g., with the same load module and input parameters). We call this issue "runtime fluctuation".

The runtime fluctuations disturb efficient operations of the K computer. If runtime exceeds the maximum elapsed time given by a job script, the computational resources will be uselessly consumed due to the incomplete termination of the program. And if runtime is getting short, the job running order should be disordered and rearranged by the job scheduler.

Therefore, Operations and Computer Technologies Division (運用技術部門) continued to investigate these issues and resolve them. In this talk, I will show some cases of the runtime fluctuations and solutions.

第94回
日時: 2016年7月6日(水)、15:30 – 16:30
場所: AICS 6階講堂

・講演題目: 時間並列計算法の研究開発動向と今後の展望
・講演者: 飯塚 幹夫 (可視化技術研究チーム)
※発表は日本語、スライドは英語。

講演要旨: 詳細を見る

ポストペタ時代の計算資源は、アプリケーションに対し、現状に比べさらに数桁上の並列性を要求する見通しです。そのような中、時間軸を新しい並列軸として利用する時間並列計算法が期待されています。時間方向での並列化は早い時期から期待されてきたのですが、その取組みの困難さから技術の進歩は遅い状況でした。ところが、2001年にParareal 法が提案されて以降、研究開発が活発となりました。Parareal法も多くの問題を抱えていましたが、ここ10年でその問題の解決の方向も明らかになりつつあります。また、多重スケール、カオス系、最適化手法等の異分野からの研究も活発化しています。そのため、時間並列計算法の研究開発は急速に進んでいる状況です。そこで、本講演では研究開発動向、応用分野、必要とされる技術等の観点から時間並列計算法の概要を説明し、また今後の発展の方向を述べたいと思います。

第93回
日時: 2016年6月15日(水)、15:30 – 16:30
場所: AICS 6階講堂

・講演題目: Introduction to tensor network methods
・講演者: 上田 宏(量子系物質科学研究チーム)
※発表は日本語、スライドは英語。

講演要旨: 詳細を見る

In recent years, a variational methods called tensor network methods have been widely applied to obtaining partition functions of classical statistical models or low-energy states of quantum many-body systems. One of the best example is the success of the density matrix renormalization group for many-body systems. In this presentation, I would like to introduce some features of typical tensor network methods and discuss potential bottleneck points in large-scale parallel computations of the tensor network methods.