ISC基調講演：デジタルツインズはきれいな画像を作るためのものではない

Oliver Peckham オリジナル記事

ドイツ・ハンブルグで開催されたISC2022の最初の基調講演の冒頭で、Nvidiaのオムニバース＆シミュレーションテクノロジー担当副社長のレブ・レバレディアン氏は、「ここにいる誰もが、スーパーコンピューティングとは何かを知らないとは思わない」と語った。「我々は何十年もスーパーコンピュータを作ってきましたが、その用途は時代とともに進化しています。」レバレディアン氏は基調講演で、スーパーコンピューティングの次に必要な進化として、効果的なデジタルツインと捉えていることを訴えた。

スーパーコンピューティングの伝統的な用途は、流体力学、気候解析、地震学など、長い間、根強いものがあるとレバレディアン氏（ヘッダーの写真）は述べている。最近では、創薬や再生可能エネルギー開発などの分野が、AIの性能向上とハイパフォーマンスコンピューティングとの統合によって、HPCの主流になりつつある。

次に、このスーパーコンピュータを利用したAIをコンピュータグラフィックスと組み合わせることで、デジタルツイン（現実の環境を仮想的に模したもので、物理的なものと機能的に区別できない）をより広く、深く利用できるようになると述べている。

これはゲームでは無い

「コンピュータ・グラフィックスというと、おそらくここにいる科学者や産業界にいるほとんどの人は、空想的なもの、つまり、視覚効果やビデオゲームなど、主に娯楽のために写実的な画像を作成するものと思っているでしょう」とレバレディアン氏は述べた。「それはそれで、カッコいいんですけどね。私は視覚効果出身で、Nvidiaに20年ほどいる間、ビデオゲームに携わってきました。」

しかし、彼は続けて、「コンピュータグラフィックス、特に3Dコンピュータグラフィックスの起源を見ると、目的は画像を作成することですが、我々は本質的に仮想世界をシミュレートすることによってそれを行います。現実の世界を3次元で再現し、物理の基本法則を理解しようとし、最終的にそれをピクセルに変換し、目に見える画像にするのです。」

レバレディアン氏は、初期のグラフィックス実験が、しばしば現実世界の複製に焦点を当てていた例を示し、同じ作業が、リアルな仮想世界を作るために今重要であることを強調した。

「もし、現実世界と同じ複雑さ、スケール、精度の仮想世界を構築することができれば、非常に多くのことができるようになるのです。私たちが作っている人工知能の遊び場として利用することができます。 ここで訓練を受け、ここで生まれ育ち、経験を積んでいくのです。この世界をよりよく理解するために使うこともできますし、現実の世界でそのようなことを試す前に、実験室としてうまく実験を行うこともできるのです。」

「工場の様子をAI用に正確に再構築する必要があります。アニメの世界での見え方を覚えても、現実の世界では通用しません。このフォトリアリズムは、きれいな絵を作ることではなく、センサーが経験することを正確にマッチングさせ、私たちが作る知能を正しくすることなのです。」

レバレディアン氏は、これらの世界が現実に近いものであるためには、次の3つが必要であると述べている：レンダリング（光と物質の相互作用）、環境の振る舞いを定義する一般物理学、そしてシミュレーション知能（AI）である。「世界の見え方、世界の振る舞い、世界の中のものが世界にどう働きかけるか、この3つを組み合わせることで、仮想世界をつくるために必要なすべての要素が揃うのです。そのためには、スーパーコンピューターが必要なのです。」

画像提供：Rev Lebaredian氏

スーパーパワーを手に入れる

レバレディアン氏によると、ほとんどの製品、建物などは、すでに何らかのコンピュータ支援設計（CAD）プロセスを通じて、デジタル世界で作成されているという。

「最初に生まれるツインは、たいてい物理的なものではなく、デジタルなものです」と説明した。「しかし、そこで終わりではなく、ほとんどの場合、この時点でツインは乖離してしまいます。最初のデジタル版のことは忘れ、物理版を繰り返し修正し続けるうちに、両者は同期しなくなり、ツインでなくなってしまうのです。今、私たちが導入しようとしているのは、物理版の中で起こっている変化を、センサーやコントローラー、さらにはその中で行動している人間まで、すべて検知してデジタルの世界に反映させるという、両者を結びつける仕組みなのです。」

「もし、このリンクを確立することができれば、我々は驚くべき超能力を手に入れることができます。」

これらの超能力の中で最初に：テレポーテーションとは、デジタルツインを使って、現実世界とは離れた場所にある工場や施設、惑星を訪れることができる機能だ。「時間をかけて、テレポートの感覚をより没入感のあるものにし、現実世界と区別がつかないようにするつもりです」とレバレディアン氏は語った。

2つ目は、タイムトラベルだ。「時間の経過とともに世界の状態を記録し、それをストレージに永続的に保存しておけば、どの時点でもそれを呼び出すことができます。これにより、本質的に過去へのタイムトラベルが可能になります」と彼は言い、この力は、例えば、自動車事故を再現して、その原因を知るために利用することができると説明している。

しかし、デジタルツインの “超能力 “はこれだけにとどまらない。正確で予測可能なシミュレーターを組み込めば、未来へのタイムトラベルが可能になり、別の未来を検証して、ユーザが「実際に実行したい」「最良の未来を見つける」手助けになると、レバレディアン氏は述べた。

画像提供：レブ・レバレディアン氏

必要なもの

「これらすべてを実現するには、多くの新技術が必要です。まだ存在しませんが、実際に実現できるところまで来ています」と、レバレディアン氏は言う。まずは、極めて正確な時刻同期を実現するコンピュータだ。「この問題を解決するのに必要なレイテンシで、十分な速さとリアルタイムの計算を行うには、これが唯一の方法です。」

ソフトウェア面では、デジタルツインには新しいシミュレーション技術、特に、現実世界とシミュレーションの違いを学習し、現実世界をよりよく反映するようにシミュレーションを自動的に適応させるのに十分な知識を持つAIが必要になる。

そのため、シミュレーションを支えるスーパーコンピュータは、AIの能力を最大限に発揮できるものでなければならない。「これは、倍精度、64ビット計算が第一の伝統的なスーパーコンピューティングから、8ビットやそれ以下の低ビット精度の様々な計算への逸脱を意味します」とレバレディアン氏は語った。「この世界のルールを記述するアルゴリズムを加速するためには、現実の世界が持つ膨大な量のデータ、つまり、異常な量のデータを送り込む、あらゆるネットワークが必要なのです。」(もちろん、これらはすべて、偶然にもNvidiaの価値提案の一部なのでだが）

また、コンピューティングは、リアルタイムでエッジまで拡張する必要がある。「ロボットを制御する場合、地球の裏側で何百ミリ秒もの計算が行われてから、制御信号が返ってくるのを待つわけにはいきません。」

デジタルツインを実世界に持ち込む

基調講演の最後に、レバレディアン氏は、BMWの生産システム、技術計画、工具工場、工場建設担当上級副社長のミケーレ・メルキオレ氏を紹介した。メルキオレ氏は、Nvidiaと共同で、ハンガリーに建設予定の工場のデジタルツインを実装している。「この工場は、自動車の生産が始まるずっと前に、完全なデジタル・ツインが完成する最初の工場になるでしょう」と、メルキオレ氏は語った。

このデジタル・ツインは、工場そのものとは異なり、「すでに80パーセントが完成している」と彼は言う。デジタル・ツインが完成すれば、BMWはワークフローを最適化し、実際の設計に取り掛かる前に修正を加え、スピードアップとコスト削減を実現することができると、メルキオレ氏は述べている。デジタル・ツインは、リモート・コラボレーションも効率化する。これは、Covidの制限により直接会うことがほとんど不可能だった時代には、非常に重要なプロセスであるとメルキオレ氏は述べている。

エルゴノミクスを評価するための工場のデジタルツインの例。画像提供：ミケーレ・メルキオーレ氏

もちろん、デジタルツインにはハードルが残されている。工場のボディショップだけでも20PBものデータがあり、その膨大なデータをリアルタイムで機能的にシミュレーションすることは、かなりの合理化が必要だ。「単純なダイでさえ、完璧なシミュレーションを行うのに十分な計算能力を持ち合わせていないのです」とメルキオレ氏は言う。

「現実の世界は、その複雑さにおいて栄光に満ちています。そして、それを仮想世界に再現しようとすることには、ある種の傲慢さがあります」と、レバレディアン氏は付け加えた。