世界のスーパーコンピュータとそれを動かす人々


9月 30, 2024

AIが現代科学に迅速なシミュレーションをもたらす

HPCwire Japan

Troy Rummler オリジナル記事「AI Delivers Swifter Simulations for Modern Science

(注:オリジナルストーリーは、サンディア国立研究所の許可を得てこちらに転載されている。)

優れた機械学習アルゴリズムは、強力な研究促進剤である。 それをコンピュータシミュレーションと組み合わせれば、プログラム内の数学的な近道を見つけ出し、細胞に対する薬物の効果や、火星やそれ以上の遠方への有人宇宙飛行を実現するロケットエンジンの可能性について、科学者がより迅速に洞察を得ることを可能にする。

このツールは、新たな研究により世界中の科学者の手に渡りつつある。npj Computational Materials誌に最近発表された機械学習に関する論文で、サンディア国立研究所とブラウン大学の研究チームは、事実上あらゆる種類のシミュレーションを加速させる汎用的な方法を発表した。

「ユーザの立場から見ると、シミュレーションツールを実行しても、この高速化シミュレーションツールを実行しても違いはありません。どちらもまったく同じ予測結果が得られます。違いは、結果を得るのにかかる時間だけです」とサンディア国立研究所のレミ・ディングレビル氏は述べた。

ディングレビル氏と彼のチームは、彼らのアクセラレータを使用して、通常の16倍の速さで材料科学のシミュレーションを実行した。さらに重要なのは、彼らが論文の中で、気候変動研究、自動運転車のナビゲーション、ハードウェアの高速化などのコンピュータープログラムを同様に簡単に高速化できる方法を概説していることだ。

「我々のアプローチを異なるシステムに一般化する可能性は、より効率的で持続可能なテクノロジーにつながる可能性がある」と、論文の筆頭著者であるブラウン大学のヴィヴェク・オオメン氏は述べた。

この研究は、サンディア国立研究所のラボ主導型研究開発プログラムの資金提供を受け、エネルギー省科学局のユーザ施設である統合ナノテクノロジーセンター、およびブラウン大学の計算・視覚化センターの支援を受けて実施された。

 
  サンディア国立研究所の科学者レミ・ディングレビル氏は、科学や産業の分野で広く利用されている研究ツールである、ほぼあらゆる種類のコンピュータシミュレーションを高速化する方法を共同開発した。(写真:クレイグ・フリッツ) 高解像度画像はここをクリック。
   

アクセラレータが高速科学を民主化

子供の頃、ディングレビル氏はとにかく速く走るのが大好きだった。自転車も速く、スキーも速く、走るのも速かった。学校の宿題も一番乗りで終わらせるために競争していた。現在、科学者となった彼は、機械学習を利用して研究を高速化している。以前のプロジェクトでは、シミュレーションを4万倍高速化するよう改良した。

16倍の高速化は控えめな成果のように思えるかもしれないが、ディングレビル氏とチームは、今回の最新成果は科学のほぼすべての分野に恩恵をもたらすため、はるかに大きな影響を与える可能性があると強調する。他の高速化ツールのように特定の種類の課題に限定されるものではない。

「物理学、化学、地球化学、天気予報など、分野は問いません」とディングレビル氏は言う。

研究チームは、シミュレーションの設計と利用方法について根本的に考え直すよう研究者たちに呼びかける論文だと考えている。

「材料科学における複雑な問題を解決するために、従来の数値的手法と人工知能を統合することの課題と可能性に、私は深く魅了されています」とオーマン氏は語った。

より迅速なシミュレーションが新たな研究機会を創出

シミュレーション・アクセラレータは、日常的な研究に要する時間とコストを削減するだけでなく、通常はシミュレーションできない現象の研究を妨げていた障害を取り除く。 氷河の融解のようにゆっくりと進行する事象のモデリングを試みても、おそらくプログラムは役に立つまでに長すぎる時間がかかってしまうだろう。

「現在の最先端技術では、こうした直接数値ソルバーを使用する必要があります。 それらは正確ですが、時間がかかります」とディングレビル氏は述べた。

この研究が、通常は遅いシミュレーションを科学者が素早く行うための、現代的な一般的な方法の始まりとなることを、チームは期待している。

「将来的には、私たちの手法が、エネルギー、バイオテクノロジー、環境科学など、さまざまな分野における他の難題にどのように応用できるかを見てみたいと思っています」とオーマン氏は述べた。

「地球科学にぜひ応用してほしい」とディングレビル氏は付け加えた。


サンディア国立研究所は、米国エネルギー省の国家核安全保障管理局のために、ハネウェル・インターナショナル社の完全子会社であるナショナル・テクノロジー・アンド・エンジニアリング・ソリューションズ・オブ・サンディア社が運営する多目的研究所である。サンディア研究所は、核抑止、グローバルセキュリティ、防衛、エネルギー技術、経済競争力に関する主要な研究開発を担っており、ニューメキシコ州アルバカーキとカリフォルニア州リバモアに主要施設がある。

報道関係者からのお問い合わせ先:Sandia 社、トロイ・ラムラー(trummle@sandia.gov)