理化学研究所 計算科学研究機構

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Science 研究成果

HPCI戦略プログラム(戦略5分野)について

戦略5分野 報告会

「京」を最大限活用し、科学技術のブレイクスルーに挑むため、2011年4月に文部科学省「HPCI戦略プログラム」、通称「戦略5分野」が発足しました。このプロジェクトには、研究機関や大学に加え、企業なども多く参加し、その研究活動は、基礎研究から産業利用まで幅広い分野で大きな成果を生みだしました。

戦略5分野は、2016年3月にプロジェクトを終了しましたが、多くの研究内容は、「京」の後継機であるポスト「京」の重点課題などとして引き継がれています。

このページでは、戦略5分野の各研究課題の紹介と、成果例として2016年1月29日に開催された『スパコン「京」がひらく社会と科学 シンポジウム「スーパーコンピュータの今とこれから』におけるポスター発表を掲載しています。

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分野1  予測する生命科学・医療および創薬基盤詳細を見る
分野1「予測する生命科学・医療および創薬基盤」
課題 課題名称 「スーパーコンピュータの今とこれから」発表ポスター
1 細胞内分子ダイナミクスのシミュレーション ―細胞環境における分子および細胞スケールシミュレーション― PDF (2MB) 【核内混み合い環境でのヌクレオソーム  クロマチンの機能発現機構】
二重鎖DNAは、遺伝情報の担い手ですが、細胞の核の中では、コンパクトにまとまっており、クロマチンという構造を形成しています。遺伝子が働くためにRNAに転写されるときは、クロマチン構造が緩む必要があります。この構造変化はヒストンの化学修飾などによって制御されています。本研究では、「京」コンピュータの中に、クロマチンを構成するヌクレオソームの立体構造をバーチャルに構築して、運動方程式などの物理法則に基づいた分子動力学シミュレーションを実行することで、クロマチン構造がダイナミックに動く様子をシミュレーションして観察することができるようになりました。
2 創薬応用シミュレーション ―革新的な薬の活性予測シミュレーション― PDF (1.4MB) 【抗原・抗体の結合MDシミュレーション】
3 予測医療に向けた階層統合シミュレーション ―循環器系および筋骨格系・神経系の階層統合シミュレーション― PDF (4MB) 【パーキンソン病の症状再現に向けた神経系 - 筋骨格系の統合シミュレーション】
4 大規模生命データ解析 ―生命プログラムとその多様性の理解― PDF小サイズ (0.7MB)
PDF大サイズ (22MB)
【「京」によるがん関連遺伝子の大規模高速検出システムの開発】
分野2  新物質・エネルギー創成詳細を見る
分野2「新物質・エネルギー創成」
課題 課題名称 「スーパーコンピュータの今とこれから」発表ポスター
1 相関の強い量子系の新量子相探索とダイナミックスの解明 PDF (2MB) 【高温超伝導のしくみの究明】
2 電子状態・動力学・熱揺らぎの融和と分子理論の新展開 PDF小サイズ (1.5MB)
PDF大サイズ(17MB)
【超並列実装した露わに相関した電子状態理論によるナノ材料の高精度量子化学計算】
3 密度汎関数法によるナノ構造時空場での電子機能予測とその実現 PDF (3MB) 【第一原理量子論RSDFTコード開発とナノ構造の新機能】
4 全原子シミュレーションによるウイルスの分子科学の展開 PDF(1.5MB) 【感染症の克服に向けて】
5 エネルギー変換の界面科学 PDF (1MB) 【電池が電気をためる瞬間をシミュレーションでとらえる】
6 水素・メタンハイドレートの生成、融解機構と熱力学的安定性 PDF小サイズ (0.4MB)
PDF大サイズ (17MB)
【水中のメタンハイドレートの分解機構】
7 マルチスケール材料科学:金属系構造材料の高性能化のためのマルチスケール組織設計・評価手法の開発 PDF (1MB) 【金属系構造材料の高性能化のためのマルチスケール組織設計・評価手法の開発】
分野3  防災・減災に資する地球変動予測詳細を見る
分野3「防災・減災に資する地球変動予測」
課題 課題名称 「スーパーコンピュータの今とこれから」発表ポスター
1-1 防災・減災に資する気象・気候・環境予測研究
地球規模の気候・環境変動予測に関する研究
PDF小サイズ (0.4MB)
PDF大サイズ (47MB)
【スーパーコンピュータ「京」が拓く、気候予測の新たなるフロンティア】
1-2 防災・減災に資する気象・気候・環境予測研究
超高精度メソスケール気象予測の実証
PDF (6MB) 【集中豪雨や台風、局地的大雨を高精度に予測し、防災・減災に貢献する】
2-1 地震・津波の予測精度の高度化に関する研究
地震の予測精度の高度化に関する研究
PDF (10MB) 【仮想地球で巨大地震を起こし、将来の大地震と、強い揺れ・地殻変動・津波発生を予測する】
2-2 地震・津波の予測精度の高度化に関する研究
津波の予測精度の高度化に関する研究
PDF小サイズ (0.4MB)
PDF大サイズ (16MB)
【人々を津波から守るために―「波源」からのシグナル兆候をとらえ、早期予測に挑戦する】
2-3 地震・津波の予測精度の高度化に関する研究
都市全域の地震等自然災害シミュレーションに関する研究
PDF小サイズ (0.4MB)
PDF大サイズ (27MB)
【地震で都市はどのように被害をうけるのか?詳細なシミュレーションに挑む】
分野4  次世代ものづくり詳細を見る
分野4「次世代ものづくり」
課題 課題名称 「スーパーコンピュータの今とこれから」発表ポスター
1 輸送機器・流体機器の流体制御による革新的高効率化・低騒音化に関する研究開発 PDF (1.8MB) 【輸送機器・流体機器の流体制御による革新的高効率化・低騒音化に関する研究開発】
2 次世代半導体集積素子におけるカーボン系ナノ構造プロセスシミュレーションに関する研究開発 PDF (2.8MB) 【シリコンカーバイド熱酸化膜形成プロセスの解析】
3 乱流の直接計算に基づく次世代流体設計システムの研究開発 (1) PDF (2.3MB)
(2) PDF (1.5MB)
(3) PDF (1.5MB)
【(1)自動車用次世代空力・熱設計システムの開発】
【(2)ターボ機械次世代設計システムの開発】
【(3)次世代燃焼・ガス化設計システムの開発】
4 多目的設計探査による設計手法の革新に関する研究開発 PDF (1.2MB) 【複数車種の車体構造同時設計探査 マツダ(株),日本自動車工業会,富士通(株)との共同研究】
5 原子力施設等の大型プラントの次世代耐震シミュレーションに関する研究開発 PDF (1MB) 【実験では不可能な詳細かつ一体的な耐震シミュレーション技術 (丸ごとシミュレーション技術)の研究開発】
分野5  物質と宇宙の起源と構造詳細を見る
分野5「物質と宇宙の起源と構造」
課題 課題名称 「スーパーコンピュータの今とこれから」発表ポスター
1 格子QCDによる物理点でのバリオン間相互作用の決定 PDF (3.7MB) 【格子QCD計算によるクォーク質量の精密決定】
原子核を構成する陽子や中性子は、3つのクォークからできています。クォークは常に3つあるいは2つがセットになった状態で存在し、一つだけ取り出すことができません。そのため、クォークの質量を測ることはとても困難です。クォークに働く力や質量は、量子色力学の方程式で表すことができます。ところが、この方程式を解くには超高性能のスパコンが必要です。そこで「京」を使って計算した結果、実験による測定結果と矛盾がない質量の値を導くことができました。
2 大規模量子多体計算による核物性解明とその応用 PDF (0.4MB) 【モンテカルロ殻模型による核変換に向けた原子核構造の基礎研究】
核分裂反応によって生じる人工的な核種(原子核)のうち、寿命が数10年~数100万年と長いものは長寿命核分裂生成物と呼ばれます。これらは長期的に放射線を出し続けることになるため、短い寿命の核種に変えることで安全度を高める「核変換」の可能性が議論されています。そこで、大規模量子多体計算により原子核の構造を精密に調べることで、核変換に関する基礎的な知識を得る研究がいま始まりました。
3 超新星爆発およびブラックホール誕生過程の解明 PDF (0.5MB) 【「京」でブラックホールを創る】
重力波は、アインシュタインの一般相対性理論により、時空のさざなみであることが知られています。重力波源の候補はいくつかあり、2016年2月に観測成功と発表されたのはブラックホール連星でした。もう一つ重要な重力波源に、連星中性子星合体があります。中性子星は、太陽の黒点の1億~1兆倍もの磁場を持っている天体で、合体時にどんな現象が起こるかはよくわかっていません。そこで「京」を使って大規模シミュレーションした結果、合体時に起こる磁場の増幅がどのような過程を経ているのかを解明することができました。
4 ダークマターの密度ゆらぎから生まれる第1世代天体形成 PDF (1.8MB) 【世代天体形成 ダークマターシミュレーション】
宇宙には、私たちが直接見ている物質(バリオン)の他に、ダークマターとよばれる物質が質量で5倍程度存在するといわれており、宇宙の重力的な構造形成、進化の主要な役割を果たしています。ところが、まさに宇宙サイズの重力計算が必要になるため、くわしい進化過程はわかっていませんでした。そこで「京」を使い、一辺の大きさが最大で54億光年という巨大な空間を用意。約5500億個ものダークマター粒子をセットして、宇宙誕生初期から現在にいたる重力進化を計算することに成功しました。

 

※2015年度 最終成果報告会 開催スケジュール詳細を見る
開催日 報告会名 主催者 会場
分野1「予測する生命科学・医療および創薬基盤」
2015/10/20(火)~21(水) Supercomputational Life Science 2015 ~分野1 予測する生命科学・医療および創薬基盤~ HPCI戦略プログラム分野1「予測する生命科学・医療および創薬基盤」 東京(東京大学 武田ホール(武田先端知ビル5F))
分野2「新物質・エネルギー創成」
2015/12/7(月)~8(火) 第6回CMSI研究会 ~分野2「新物質・エネルギー創成」最終成果報告会~ 計算物質科学イニシアティブ(物性研、分子研、金研)、HPCI戦略プログラム分野2「新物質・エネルギー創成」 東京(東京大学 小柴ホール)
分野3「防災・減災に資する地球変動予測」
2016/1/28(木) 防災・減災に資する地球変動予測 最終成果報告会 海洋研究開発機構 東京(イイノカンファレンスセンターRoom A)
2016/3/18(金) 地震津波シミュレーションワークショップ 海洋研究開発機構 東京(イイノカンファレンスセンター)
分野4「次世代ものづくり」
2016/3/23(水)~24(木) 第6回HPCI戦略プログラム 「分野4 次世代ものづくり」シンポジウム(最終成果報告会) 東京大学生産技術研究所(予定) 東京(東京大学生産技術研究所コンベンションホール)
分野5「物質と宇宙の起源と構造」
2015/11/4(水)~8(日) 国際シンポジウム「クォークから宇宙まで」(11/4-8)および市民講演会(11/7) HPCI戦略プログラム分野5「物質と宇宙の起源と構造」 奈良(奈良春日野国際フォーラム 甍~I・RA・KA~)
RIST(高度情報科学技術研究機構)
2015/10/26(月)10:00~18:00 第2回「京」を中核とするHPCI システム利用研究課題成果報告会 RIST(高度情報科学技術研究機構) 東京(日本科学未来館)
AICS(理研計算科学研究機構)・ RIST(高度情報科学技術研究機構)
2016/1/29(金)10:00~18:00 シンポジウム「スーパーコンピュータの今とこれから」【いまこれ】
(旧:京コンピュータ・シンポジウム)
AICS(理研計算科学研究機構)、RIST(高度情報科学技術研究機構) 東京(よみうり大手町ホール)