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はじめに 総論 研究実施報告書 関連データ 研究代表者索引


安全・安心な社会を実現するための先進的統合センシング技術の創出
通信・演算情報量の爆発的増大に備える超低消費電力技術の創出
次世代高精度・高分解能シミュレーション技術の開発
代謝調節機構解析に基づく細胞機能制御に関する基盤技術の創出
光の究極的及び局所的制御とその応用
新たな手法の開発等を通じた先端的な計測・分析機器の実現に向けた基盤技術の創出
メディア芸術の創造の高度化を支える先進的科学技術の創出
情報通信技術に革新をもたらす量子情報処理の実現に向けた技術基盤の構築
教育における課題を踏まえた、人の生涯に亘る学習メカニズムの脳科学等による解明
がんやウィルス感染症に対して有効な革新的医薬品開発の実現のための糖鎖機能の解明と利用技術の確立

個人の遺伝情報に基づく副作用のないテーラーメイド医療実現のためのゲノム情報活用基盤技術の確立
医療・情報産業における原子・分子レベルの現象に基づく精密製品設計・高度治療実現のための次世代統合シミュレーション技術の確立
情報処理・通信における集積・機能限界の克服実現のためのナノデバイス・材料・システムの創製
非侵襲性医療システムの実現のためのナノバイオテクノロジーを活用した機能性材料・システムの創製
環境負荷を最大限に低減する環境保全・エネルギー高度利用の実現のためのナノ材料・システムの創製
遺伝子情報に基づくたんぱく質解析を通した技術革新
先進医療の実現を目指した先端的基盤技術の探索・創出
新しい原理による高速大容量情報処理技術の構築
水の循環予測及び利用システムの構築
技術革新による活力に満ちた高齢化社会の実現
大きな可能性を秘めた未知領域への挑戦
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戦略目標
次世代高精度・高分解能シミュレーション技術の開発

1.名称

次世代高精度・高分解能シミュレーション技術の開発
2.具体的な達成目標

 マルチスケール・マルチフィジックス(超大規模・複雑)なシミュレーションを実現する効率的な計算手順を確立し、最適化設計問題・連成解析などの先端シミュレーション技術を我が国の最先端のコンピューティング環境を駆使して開発することを目的とする。
 想定される研究開発対象としては、以下のようなものが考えられる。

地球規模の循環・環境変動の予測や地球環境と社会・生産活動の相互影響の予測・評価のための先進的技術の創出:


異常気象の原因と考えられる数年から数十年スケールの気候変動を予測する先進的な技術を創出。また、数時間から数日程度の気象現象の飛躍的な予測精度向上を実現する画期的なシミュレーション技術を創出。
気候モデルや生態系モデル等と、社会・生産活動モデルを統合するなど、地球環境変動と社会・生産活動とが相互に及ぼす影響を予測・評価するシナリオ・モデル等の先進的技術を創出。

次世代材料のディジタルエンジニアリング技術等を実現するシミュレーション技術の確立:


カーボンナノチューブやテラヘルツ発振超伝導素子などの開発に必要な先進的な材料設計技術やそれらの開発・設計〜試作、テスト、製品化に至るすべてをシミュレーションにて行うディジタルエンジニアリング技術。

生命現象シミュレーションの医療への応用:


タンパク質の全電子計算によって、薬候補物質との結合活性を精度良く予測し、効率的な創薬のプロセスを創出。さらには、個人毎に最適な薬剤や治療法を見出す、テーラーメイド医療の実現を目指した技術の創出。

自然災害予測・防災シミュレーション技術の確立:


地震による被害の予測、ハザードマップの作成などの自然災害・防災シミュレーションを創出。

その他重点シミュレーション技術分野
3.目標設定の背景及び社会経済上の要請

 計算機によるシミュレーションに代表される計算科学技術は、伝統的な科学技術研究の方法であった理論と実験に加え、新たに「第3の方法」として、現代科学技術の発達に大きな役割を果たしており、我が国が科学技術分野で真に諸外国を先導するためには、世界最先端の研究開発を創造し続けるための先進的シミュレーション技術を確立することが重要である。
 高速・大規模である先進的シミュレーションを実施することにより、ナノ・材料やバイオ・創薬分野を始めとする広範な科学研究への活用や自動車・ジェットエンジン等の高性能化やコストダウンなどを通じた国際競争力の強化に資するとともに、気象・災害予測、災害のライフラインへの影響予測、都市環境の改善といった安全・安心な社会の構築に貢献することが社会的に大きく期待されている。
 たとえば、地球温暖化の問題については、その予測および影響評価に含まれる不確実性と、各国の温室効果ガス排出や社会活動・経済活動による自然破壊といった要因に対する各地での気象変動や生態系崩壊、自然災害などの結果の一対一対応の困難さなどのため、世界的なコンセンサスを得ることができていない状況であり、この問題に対処するには数十年から百年規模にわたる地球各地の大域的な気候変動に関する信頼性の高い予測シミュレーションが必要である。
4.目標設定の科学的裏付け

 2005年現在、最先端のスーパーコンピュータの性能はテラフロップス超級のものとなった。さらにハードウェア技術のトレンドから、2010年にはペタフロップス超級の性能になると予測されている。このようなスーパーコンピュータのハードウェアの性能向上により、今後は超大規模・複雑な系全体、いわばマルチスケール・マルチフィジックスなシミュレーションを指向する方向性が見えている。そこでは、現在最も高性能なスーパーコンピュータを駆使して、将来のペタフロップス超級スーパーコンピュータを視野にいれた先進的なシミュレーションに挑戦することが必要である。
 また、地球環境問題については、気候変動に関する政府間パネル(IPCC)の下で様々な地球環境プロジェクトが実施され、各種の地球温暖化モデルによる予測結果が出ているが、大きな仮定と簡略化を含んだモデルがほとんどであり、結果にもかなりばらつきがある。また、そうした地球環境プロジェクトの一つである地球圏―生物圏国際共同研究計画(IGBP)では大気・海洋と生態系の炭素循環・水循環等の相互作用をモデル化する試みが進められつつある。一方、地球シミュレータを利用した上記のような長期的な温暖化予測に加え、詳細な大気・海洋変動のモデルを開発し、全球シミュレーションを行って数時間から数日の短期的な気象予測についての研究開発が開始されている。また、二酸化炭素の排出や水の蒸発といった気候予測にかかわる観測拠点が各地に設置されつつあり、さらに全球的な温室効果ガスの排出、挙動を観測するため2007年には米国及び日本でそれぞれ観測衛星の打ち上げが予定されているなど、モデル開発のためのより質の良いデータが期待できる。


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研究領域 研究総括
「マルチスケール・マルチフィジックス現象の統合シミュレーション」 矢川 元基
(東洋大学計算力学研究センター 教授・センター長)

 本研究領域は、世界最先端レベルの超高速・大容量計算機環境と精緻なモデル化・統合化によって、複数の現象が相互に影響しあうようなマルチスケール・マルチフィジックス現象の高精度且つ高分解能の解を求めることを研究の対象とします。
  具体的には、地球環境変動、異常気象、およびそれに起因する災害予測、人工物の安全性・健全性の評価、複雑な工業製品の設計・試作、ナノレベルの材料挙動、生体内たんぱく質構造と生体内薬物動態など、支配因子が未知あるいは不確定性を含む現象やスケールが極度に異なる現象等のモデル化の研究、そのようなモデルの統合数値解析手法の研究、モデルや入力データの妥当性・結果の信頼性の評価方法の研究などが含まれます。

尾形 修司 (名古屋工業大学大学院工学研究科 教授)
「ナノ・メゾ・マイクロの複雑固液界面の大規模数値解析」  (123kb)

押山 淳 (筑波大学大学院数理物質科学研究科計算科学研究センター 教授)
「計算量子科学によるナノアーキテクチャ構築」  (322kb)

佐藤 正樹 (海洋研究開発機構地球環境フロンティア研究センター サブリーダー)
「全球雲解像大気モデルの熱帯気象予測への実利用化に関する研究」  (237kb)

高田 俊和 (日本電気株式会社基礎・環境研究所 主席研究員)
「QM(MRSCI+DFT)/MM法による生体電子伝達メカニズムの理論的研究」  (153kb)

高橋 桂子 (海洋研究開発機構地球シミュレータセンター グループリーダー)
「災害予測シミュレーションの高度化」  (334kb)

天能 精一郎 (名古屋大学大学院情報科学研究科 助教授)
「生体系の高精度計算に適した階層的量子化学計算システムの構築」  (158kb)

平尾 公彦 (東京大学大学院工学系研究科 教授)
「ナノバイオ系のシミュレーションとダイナミクス」  (142kb)

松浦 充宏 (東京大学大学院理学系研究科 教授)
「観測・計算を融合した階層連結地震・津波災害予測システム」  (1,711kb)

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