導入事例:粉体のシミュレーションで BOXXのOCモデルが活躍

粉体のシミュレーションで BOXXのOCモデルが活躍

東京大学（東京都文京区ほか）はいわずと知れた国内最高峰の大学だ。同大学大学院の工学系研究科、レジリエンス工学研究センターの酒井幹夫准教授は、粉体を中心に、気体、液体の動きをシミュレーションする研究を行っている。特に3種類が混合した混相流が特殊な形状の容器に入った状態の計算は、世界でも同研究室しかノウハウを持っていないという。
「私はもともと原子力の分野を扱っていたのですが、原子力の燃料はウランなどの粉をペレット状に固めたものです」（酒井准教授）。それら専門的な用途以外にどういう分野に活用されているのかイメージしにくいかもしれないが、酒井准教授は「応用範囲はとても広く、意外と身近なところにもある」と語る。薬品や食品、プリンターのトナーといったものにも粉末が使われており、粉体シミュレーションは利用されている。

気体や液体が混ざると計算負荷が高まる

研究の上で課題となるのが、粉体だけでなく、気体や液体と混ぜて使うことが多い点だ。それぞれでもシミュレーションの計算負荷は非常に高い。それらを混ぜてお互いの動きに干渉するようになれば、さらにシミュレーションは複雑に、時間がかかるようになる。
あるシミュレーションのモデルを作る場合、まず最適な数値を求めるために何度も同様の計算を行う。一連の計算に時間がかかれば、それだけ最終的な結果を得るまでに時間がかかってしまう。そこで酒井准教授が選んだのはBOXXのワークステーションだ。まず導入したのは「APEXX2 2401」。現行の「APEXX2 2402」の一つ前のモデルで、CPUを 4.4GHzにオーバークロックしていた。

サーバー室にはワークステーションがずらりと並ぶ。
各マシンはネットワーク経由で操作する。
BOXXの魅力を語る酒井准教授

コア数よりクロックが速さに直結した

「それまでは Xeonなど、コアの数が多いワークステーションを使っていました。しかし、コア数の多いCPUは動作クロックは低い傾向があります。ある時期にいろんなCPUを試したところ、実はコアが少なくても動作クロックが高い方が速くなることが分かったのです。APEXX2 2401は、それまで購入していたXeonマシンの半額以下でした。それでもAPEXX2 2401の方が速かったことから、価格面でも魅力的でした（」酒井准教授）。

これは酒井准教授の研究室が独自に作成したプログラムコードを使用しているのが要因の一つだ。プログラムの設計によって、コア数とクロック数のどちらがより効果的か決まる。決して酒井研究室のプログラムが多コアに弱いというわけではなく、コアが数十個あってもすべて使い切るように設計されている。それでも検証した結果、コア数が少なくてもクロック数が高い方が有利だったのだ。「ラグランジュ的（個々の粒子の動きを追う方式）な計算ではクロックの方が効くと考えています」（酒井准教授）。
それからは、新しく導入するワークステーションはほとんどが BOXX になった。現在は 20台ほどのワークステーションを使っており、そのうち4台がBOXX。既に納品待ちのマシンもあり、これからさらに増設する予定だ。
粒子の数を増やしたり、時間を伸ばしたりすると、より計算に時間がかかる。逆の見方をすると、時間をかければより複雑なシミュレーションができるということだ。しかし酒井准教授の研究テーマは、計算時間が1週間以下を目標に設定されている。なぜなら酒井研究室では主として粉体が関わる新しい物理シミュレーションモデルを開発しているため、大規模計算よりも物理モデルの妥当性検証のための効率的な数値シミュレーションの実行を重視するからだ。「例えば実時間が20秒なら1週間で計算できる、それならば20秒で妥当性を検証できる体系や条件を考えよう、ということです」。このように、ある程度の規模の計算をより多く、速く終わらせることを優先し、新しく開発した数値解析モデルを世界に向けていち早く情報発信することを考えているのである。