航空宇宙産業、計算の地平を模索する

Tiffany Trader

航空の歴史の多くに関して、デザイナーとエンジニアはコンピュータの恩恵を受けずに計算や実験を実施してきた。しかし、計算の価格が下がったように、デジタルエンジニアリングにより付け加えられる競争優位性が明らかになった。航空宇宙産業は、シミュレーション作業の複雑さが高性能コンピューティングの採用の増加を必要とする転換点に達している。

すなわち、Aviation Weekの記事は、航空宇宙が世界最速のスーパーコンピュータのTOP500リストで強さを見せていないことを指摘している。 「Ames研究センターのNASAのPleiadesは、最速のマシン、中国のTianhe-2の遠く背後の21位にランクされています。」と著者は書いている。 「空軍研究所のSpiritは24位であり、製造業者が所有する最高位のスーパーコンピュータは、リスト上の72位のAirbusのHPC4です。」(別のAirbusシステムは243.9 Teraflopsで196番目の順位を獲得した。)

これらのマシンの計算能力は、1.54Petaflops(Pleiades)から1.42Petaflop(Spirit)に517Teraflops(HPC4)までの範囲である。これとは対照的に、世界最速システム、中国のTianhe-2は、およそ33,900Teraflops(33.9Petaflop)のベンチマーク性能を有し、第2位の最速システム、米国オークリッジ国立研究所のTitanは17.6PetaflopのLINPACKを達成した。

記事は、新しいデザインコードとより強力なマシンへのアクセスが「航空機上での完全にシミュレートされた乱流、乖離流、またはエンジンの設計外オペレーションの課題に取り組む」ために必要とされていると語る、米国学術研究会議によって出された計算流体力学の将来に関する3月のレポートを引用している。

高度な科学と産業のワークロードを支援することを継続するために、ベンダーや学術界のパートナーが今日よりも約100倍高速な次世代スーパーコンピュータの開発に取り組んでいる。これらはExaflopもしくはそれ以上のコンピューティングパワーを持つ大規模並列システムであることが期待される。

現在の技術およびアーキテクチャは、おそらくもう一世代先のスーパーコンピュータのために利用することができるが、エクサスケールコンピューティングを越えて広く受け入れられるには、新しい技術の出現が必要となるだろう。潜在的なポストシリコンの候補者には、量子コンピューティング、超伝導、分子および神経形態的コンピューティングが含まれる。

Lockheed Martinは、これらの選択肢のいくつかを検討している航空宇宙メーカーのひとつである。2010年に、Lockheed Martinはカナダの新興企業、D-Waveから「最初の商業的に入手可能な量子コンピュータ」を購入した。 512-qubitのD-Wave 2は、南カリフォルニア大学(USC)に設置されている。2番目のD-Waveシステムは、Google、NASAと大学宇宙研究協会(USRA)の共同出資者が共同で設立したマシン向けアプリケーションを模索するための量子人工知能研究所へ2013年に売却された。今週、Googleはカリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)との提携を介して超伝導ベースの量子プロセッサを開発する意向を発表した。

D-Waveマシンは、完全に機能する「万能」量子コンピュータではないと批判されている。事実、システムは、最適化問題と呼ばれる特定セットのアプリケーションを解決するのに量子アニーリングを使用する「断熱的」コンピュータである。Lockheedは、システムがより複雑になるにしたがってより多くの時間とコストがかかるソフトウェアの評価と検証のためにD-Waveを使用している。適応性のある非決定論的なソフトウェアのテストは、別の潜在的なユースケースである。

Lockheedはまた、統合化量子コンピューティングプラットフォームについてメリーランド大学の研究者と協力している。その関係者は、3月にメリーランド大学のカレッジパークに量子工学センターを設立する覚書に調印した。共同研究の目的は、今日の従来型コンピュータのように簡単に操作できる信頼性の高い量子プラットフォームを開発することである。

「量子のコンポーネントの場合、私たちは最初の半導体トランジスタの作業をした1947年に戻っているようです。」とメリーランド大学の物理学教授、Chris Monroe博士が公式発表の中で述べている。「私たちは、珍しいシステム ー 電場に浮遊している個別原子上での綿密な精度を伴う特別に調整されたレーザとマイクロ波の訓練と宇宙空間より数万倍低密度な真空チャンバー内に浸漬 ー について話しています。各局面は、独自の方法で挑戦していますが、私たちはすべての部品が動作する方法を正確に理解しています。私たちの焦点は現在、複雑な航空機のエンジニアリングとよく似て、デバイスがその部分の単なる総和以上のものとなるため、調和して一貫かつ確実に動作させるためにこれらのシステムを統合しています。」