がんの可視化を実現するエクサスケールAuroraシステム

Oliver Peckham

アルゴンヌ国立研究所がホストするAuroraは、米国で計画されている3つのエクサスケールクラスのシステムのうちの1つだ。Intelが主導するこのシステムは、さまざまなコンセプトの変更（当初はプレエクサスケールシステムとして計画されていた）や挫折（インテル社の7nmノードの遅れ）を経験してきたが、それでもこの巨大システムの利用を計画する研究者たちの意欲は衰えていない。その中で、デューク大学生物医学助教授のAmanda Randlesが率いるチームは、Auroraを利用して、がんが人体にどのように広がっていくかを可視化しようとしている。

	HARVEYの血流シミュレーションの一例。Joseph Insleyによる提供画像

このツールは「HARVEY（ハービー）」と呼ばれ、これまでにも微小な血球が体内をどのように流れているかを追跡するために使用されてきた。研究者たちは、同じ機能を微小ながん細胞のモデルにも再利用しており、Auroraの新たな力を利用して、循環系のより正確なモデルを作成し、そのモデルの中で腫瘍細胞がどのように移動するかを理解したいと考えている。「転移したがん細胞の生物学的なメカニズムを理解することで、HARVEYでの研究が、医師や患者の癌との闘いに役立つことを期待しています」と、Randlesはアルゴンヌ国立研究所のJoanKokaとのインタビューで語った。

チームにはAuroraが到着するまでに十分な時間があるが、それまでにクリアしなければならないハードルも多い。例えば、Auroraの計算速度とディスクへの書き込み速度の大きな差をどのように説明するかということなどだ。研究者たちは、同じ問題に直面している他の多くの研究者と同様に、この問題を改善するために、データをエクスポートして分析するのではなく、少なくとも一部のデータ分析をマシン内で行うことを検討している。

「例えば、システム全体の中で注目すべきエリアを特定した場合、その小さなエリアだけをより高い頻度で、より詳細なレベルでデータを保存することができます。そうすれば、実際にディスクに書き込まなければならないデータの量を減らしながら、データからより多くの科学的知見を得ることができるのです」と、アルゴンヌ・リーダーシップ・コンピューティング・ファシリティ（ALCF）の可視化・データ解析チームのリーダーであるJoseph Insleyは述べている。

「転移のプロセスに関する新しい研究に取り組み、複雑なシミュレーションを行うためには、膨大なデータセットをリアルタイムで処理するための、より大きなコンピューティングパワーが必要です。Auroraシステムは、このニーズに応えてくれるでしょう」とRandlesは付け加えた。

また、ALCFはこのオンマシンデータ解析・可視化プロセスのためのフレームワークの統一ライブラリを準備しており（SENSEIと呼ばれるDOEプロジェクトの一環）、ALCFのスタッフはALCFの既存のスーパーコンピュータの能力を使ってHARVEYのコードベースに対応する準備を進めている。

Insleyは、「ALCFのスーパーコンピュータ “Theta “と初期の “Aurora “のハードウェアを使用し、このライブラリをHARVEYコードと統合してきました」と述べた。「データがまだメモリに残っている間に可視化と解析を行うことで、サイエンスチームはデータから他の方法よりもより多くの洞察を得ることができるのです。」

Randlesのチームは、ALCFのオーロラ初期科学プログラム（ESP）に選ばれた15のうちの一つである。Auroraは2022年に納入される予定だ。

アルゴンヌのJoan Kokaのレポートはこちらをクリックしてご覧いただけます。