超先端材料超高速開発基盤技術プロジェクトが大規模HPCシステムをクラウドで調達し、超先端材料の開発期間1/20への短縮化を目指す

チャレンジ

日本のモノづくりの競争力を高める超先端材料開発のスピード化

「超先端材料超高速開発基盤技術プロジェクト」は、国立研究開発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）が主導し、先端素材高速開発技術研究組合と産業技術総合研究所（産総研）が共同で取り組む国家プロジェクトである。同組合には日本を代表する材料メーカー18社から研究者が参画し、産総研を集中拠点として研究開発を加速させている。同組合 技術部長の大森将弘博士は次のように説明する。

「計算科学チーム、高速試作・革新プロセス、先端ナノ計測評価の3分野に特化した研究チームを編成し、それぞれの技術開発に取り組みながら、集中研方式ならではの緊密な連携を図っています。計算科学チームの大きなミッションは、材料機能を直接的に予測するシミュレーション技術、複合材料を取り扱うためのマルチスケール計算技術を確立することにあります」

18社が事業化を目指す研究開発分野には、半導体材料、誘電材料、超高性能ポリマー、超高性能触媒、ナノカーボンなどがある。いずれも、日本のモノづくりの競争力を左右する戦略分野である。画期的な省エネ性能を発揮する機能性材料、多種類の機能を兼ね備える複合材料など、まだ世の中にない新材料を、従来の常識を超えたスピードで生み出すための共通基盤技術の開発が進む。

「産業を牽引する新材料開発をスピードアップするには、シミュレーション技術とマルチスケール計算技術が欠かせません。本プロジェクトでは、私たちが培ってきた『計算材料設計（コンピュテーショナルデザイン）基盤技術』の知見を提供し、計算科学チームを全面的に支援していきます」と、共同研究のパートナーである産総研 機能材料コンピュテーショナルデザイン研究センターの八瀬清志博士は話す。

産総研は、日本で最大規模の国立研究開発法人として、産業界で様々なイノベーションを創出してきた。基礎研究・応用研究を実用化に結びつける「橋渡し」機能の強化を戦略テーマに掲げ、民間企業との連携を拡大させている。本プロジェクトでは、計算科学チームの研究開発を支えるHPCシステムの設計・構築もリードした。

「計算科学チームの研究者とともにワーキンググループを編成し、多様なシミュレーションを実行するためのシステムがどうあるべきか徹底的に検討しました。最も重視したのは、必要な性能を持続的に提供するための安定性・信頼性です。研究者全員が満足する性能を確保しつつ、実績ある技術で汎用性の高いHPCシステムを構築することを基本方針としました」と、同センター 物性機能数理設計手法開発チーム チームリーダーの大谷実博士は話す。

本システムの入札には10数社が参加した。選ばれたのは、さくらインターネットのクラウドサービス「高火力コンピューティング基盤」である。システムの中核には、インテル® Xeon® プロセッサー E5-2600 v4 ファミリーを搭載する高密度型サーバー「HPE Apollo 2000 System」が採用され、計1,024ノード／32,768コアのHPCクラスターが構築された。

ベネフィット

大規模HPCシステムの調達を変え超先端材料開発期間を従来の1/20にスピード化

「超先端材料超高速開発基盤技術プロジェクト」のHPCシステムは、計画通り2017年4月1日に稼働を開始した。設計と構築を主導した大谷氏は、さくらインターネットとティーモステクノロジックの技術力と進捗管理を高く評価する。

「実質的に3ヵ月程度で、1,024ノードの物理環境構築から性能検証、本番稼働までを完遂することができました。システムが大規模になるほど問題発生の可能性は高まるものです。膨大な機器で構成されるこの巨大システムを、ほぼノートラブルで稼働できたことは正直なところ驚きです」

HPCシステムの利用を開始した先端素材高速開発技術研究組合の研究陣は、それぞれ次のように抱負を語る。

「ロボットへの応用を視野に、有機材料を利用した軽く柔らかくしなやかなアクチュエーター材料の開発を目指しています。HPCシステムの高い性能を活かせば、研究開発の大幅なスピード化が可能です」（田頭健司博士）

「高分子材料と無機材料を組み合わせ、それぞれの特性を兼ね備えた複合材料を開発することが目標です。HPCシステムは性能が高いので、幅広い条件を同時にシミュレーションでき、研究のスピードアップに役立っています」（齋藤健博士）

「自社主力製品の大幅な高性能化を目指して、半導体デバイスへ利用可能な複合材料の開発にチャレンジしています。超高性能のHPCシステムでありながら、特別なスキルがなくても使えることが嬉しいですね」（永井裕希氏）

「カーボンナノチューブと高分子材料を組み合わせた高性能材料の開発を目指しています。自社のHPCクラスターとは桁違いの性能を使えるチャンスを活かしていきたいと思います」（本田隆博士）

「カーボンナノチューブが持つ高強度、超軽量、高電気伝導特性をさらに強化する研究に取り組んでいます。省エネルギー社会の実現に向けて貢献していきたいと考えています」（大谷紀子博士）

プロジェクトでは、前期3年間の共通基盤技術の開発を経て、後期3年間では18社それぞれのテーマで超先端材料の短期開発プロセスの確立に挑む。最後に、研究チームを率いる大森氏が次のように語って締めくくった。

「今回のHPCシステム構築を通じて、クラウドコンピューティングの威力を改めて実感しました。5年間の総コストでも、クラウドに優位性のある時代になりました。今後のシステム調達のあり方に大きな影響を与えることは間違いありません。本プロジェクトは2年目に入り、HPCシステムを使ったシミュレーター開発も本格化します。超先端材料を従来の1/20の期間で開発するための共通基盤技術の研究は、急ピッチで進んでいきます。今後の成果にぜひご期待ください」

HPC領域に特化したシステムインテグレーターとして、官公庁、大学、製造業のR&D市場などの顧客に対して、最先端のITインフラストラクチャーをトータルに提案。大規模クラスターシステムや高速ストレージの設計、運用支援、HPCシステムのクラウドコンピューティングサービスの提供まで高い技術力で支えている。