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筑波大学計算科学研究センター

サイエンスの未来を切り開く『計算科学』‐科学諸分野と計算機科学の協同と融合‐

計算科学研究センターのビジョン「学際計算科学」

計算科学は、超高速計算機と高速ネットワークを用いた数値シミュレーションを中心的な研究手段とします。その発展には、計算機を活用する科学諸領域の研究者と、ハードウエアからソフトウエア、アルゴリズム、プログラミングの研究を行う計算機科学者、データやメディア処理の研究を行う情報科学の研究者の協働が鍵となります。このような科学諸分野と計算機科学・情報科学の協働と融合を行うのが「学際計算科学」です。

これまで、物理学者と計算機科学者の協力(コ・デザイン)により、1996年に超並列計算機「CP-PACS」を開発・製作し、同年10月にスーパーコンピュータ・トップ500の世界第1位となりました。これを用いて素粒子・宇宙分野で世界最先端の研究成果を上げてきました。2006年度から国立大学法人運営費交付金特別研究経費の交付を受けて、高性能超並列クラスタ「PACS-CS」を開発・運用しました。さらに2007年には、科研費(特別推進研究)に基づく学際的な研究協力により、融合型並列計算機「宇宙シミュレータFIRST」を開発しました。2011年には、特別研究経費の交付により、超並列演算加速器クラスタ「HA-PACS」プロジェクトを開始しました。それらの経験を元に、2019年には複数種類の演算加速装置を搭載する世界でも類を見ない多重複合型演算加速 スーパーコンピュータ「Cygnus」を開発し、運用を開始しました。

本センターは設置以前から、長年にわたり、基礎科学分野において計算機科学との共同研究体制を構築し、その中から活動を開始した経緯があります。センターでは、この体制が拡充し、現在では素粒子・宇宙・原子核などの基礎科学に加えて、物質・生命・地球環境などにおける計算科学の研究を発展させています。そして、その中から様々な領域で、異分野間の連携と融合が生まれており、これも学際計算科学のもつ重要なポテンシャリティです。

国内外の密接な研究協力体制

国内の研究協力として、2013年に、東京大学情報基盤センターとの協定を締結し、全国で初めての大学間共同計算機開発施設として「最先端共同HPC基盤施設」を設置しました。この共同により、これまでにない大規模な計算機の構築が可能になり、メニーコア型の新たなスーパーコンピュータOakforest-PACSを導入しました。また、様々な分野の計算科学を統合する「計算基礎科学連携拠点」「宇宙生命計算科学連携拠点」「計算メディカルサイエンス事業」を推進し、基礎物理や物質・生命科学との連携を進めるとともに、計算情報学や医学との融合研究も生まれています。さらに、理化学研究所計算科学研究センター(R-CCS)と基本協定を結び、高性能スーパーコンピュータを用いた最先端計算科学推進のための連携・協力を行っています。加えて、つくば市には本学の他に多くの国の研究機関があり、この特徴を生かして、高エネルギー加速器研究機構(KEK)、産業技術総合研究所(AIST)、物質材料研究機構(NIMS)、気象研究所(MRI)、国立環境研究所(NIES)などの主要研究機関と、密接な研究協力関係を結んでいます。

国際的な協力は、学際的な計算科学をグローバルに展開するために重要な活動です。筑波大学と英国エジンバラ大学および米国ローレンス・バークレー国立研究所との間では、連携協定を締結し、毎年ワークショップを開催して計算科学の研究交流を深めています。韓国KISTI(韓国科学技術情報研究院)とは、ウィンタースクールやワークショップ開催を通じて密接な連携を図っています。また、米国のバンダービルト大学、ワシントン大学とも日本学術振興会二国間交流事業により計算物質科学の共同研究を行ってきました。

ILDG(International Lattice Data Grid)では、格子QCD(量子色力学)の配位データを全世界レベルで共有するためのデータグリッドを開発する国際プロジェクトを推進しています。米国、英国、ドイツ、オーストラリアおよび日本ではすでに地域ごとのグリッドも構築されており、ILDGの日本のグリッドがJLDG(Japan Lattice Data Grid)です。JLDGについては、国立情報学研究所が進めている「サイバーサイエンス基盤プロジェクト(CSI)」の支援を受けて研究開発が行われました。


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