附属計算科学連携教育研究センターの紹介

工学研究科附属計算科学連携教育研究センター データベース部門 石原 卓

 計算科学は、スーパーコンピュータを駆使したシミュレーションやビッグデータ解析等、計算機を「道具」として高度に利用する科学全般を指します。近年の計算機とその利用技術の急速な進化により、従来の科学技法では扱えなかった極めて複雑な現象や課題が挑戦可能になってきています。このような研究には、生命、防災、環境・エネルギー、ナノサイエンス、ものづくり等、社会的にも関心の高いテーマが多数含まれます。これらの問題の解決には、計算科学という新しい分野を担う若い世代による斬新な研究遂行と技術開発が必須となります。

 こうした背景のもと、工学研究科において実施された21世紀COE「計算科学フロンティア」プログラムでは、計算科学の新分野創成のための部局を跨る高レベルな教育・研究および若手研究者の育成が行われました。本センターはその実績を引き継ぐものとして平成20年10月1日に工学研究科附属センターとして設置されました。

 本センターは、工学研究科のほか情報基盤センター、情報科学研究科、理学研究科、宇宙地球環境研究所等の教育・研究・技術グループと連携・協力し、大規模並列数値計算特論や計算科学フロンティア特論等の先進的教育の実施、国際共同研究の推進やワークショップの開催等を行っています。こうして本学における計算科学の拠点となり、若手研究者の育成や国内外の大学や研究機関および企業との共同・連携を進めています。

 本センターは、京コンピュータ(1016演算/秒、2011年世界最速)専用の超並列アプリケーションの開発等、先端的な研究実績により、今後はポスト京やエクサ(1018演算/秒)スケール計算機の国家プロジェクトを名古屋大学がリーダーシップを発揮して円滑に進めるための組織として期待されています。学内の未来材料・システム研究所附属未来エレクトロニクス集積研究センターと連携した「窒化物半導体のマルチフィジックスシミュレーション」では、実験による膨大な試行錯誤のコンピュータの活用による大幅削減を目指す等、産学連携による日本の産業競争力の強化にも貢献して行く予定です。

 本センター固有の研究課題「大規模計算に基づくデータベースの構築と共有」を掲げるデータベース部門では、これまでに構築した信頼性の高い乱流データベースと先端的な流体数値計算技術や可視化技術を用いて、神戸大、東工大、東北大、理研、UCL、パリENS、エクス=マルセイユ大、ケンブリッジ大、デルフト工科大、マドリード工科大、ラトガース大等と国内外の共同研究を実施してきました。近年は、京コンピュータを用いた世界最大規模(格子点数122883)の乱流の直接数値シミュレーション(DNS)の実現により、乱れの非線形性の強さが現実的な大気の流れに近い乱流データベースを構築し、流体力学の積年のテーマである「現実的な乱流現象」の本質的な解明に取り組んでいます。筑波大の計算科学研究センターと連携した緊密な共同研究により、宇宙生命科学の未解決問題の解明を目指した、大規模な乱流DNSに基づく数値実験も実施しています。

京コンピュータを用いた、流体方程式(ナヴィエ・ストークス方程式)の世界最大規模(格子点数122883)の直接数値シミュレーションによって得られた乱流中の高渦度領域の可視化。
図中のLとηは各々乱流中のエネルギー保有渦と最小渦の大きさを表す。
近年の計算機の発達により、現実の大気の流れに近い、非線形性の強い乱れた流れが数値的にシミュレートできるようになり、流体力学の積年のテーマである「現実的な乱流現象」の理解が進んでいる。

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