学術情報プラットフォーム「核融合クラウド」（第2報）―今後10年の戦略―
大舘暁、中西秀哉

2021/9/1

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実験情報タスクグループが主としてLHD実験データを管理
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2021/9/1

データ取得
データの物理量への変換・仕組みの開発
データの保存・提供・外部実験参加サポート
実験関連のWebサービスの開発・保守
国内の大学のデータ保存のサポート

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学術情報プラットフォーム「核融合クラウド」の10年戦略

LHD実験データシステム

計測器 ～110種類• 大規模並行分散アーキテクチャ

 計測器1台に収集PC1台を用いて同時並行で収集・処理
 100超の収集ノードは、サイト毎にネットワーク上を流れる実験シーケンスに同期して運行
 制御コマンド／機器ステータス
はIPマルチキャストで授受、マルチエージェント=マネージャ指向モデルで集中管理• 中央ストレージも分散構成

 分散形態 …> 拡張性＋負荷分
散 データは、収集 → HDアレイ →BDライブラリ と順次移送
 短パルス収集時はOK, but ...
 長パルス定常収集時、書込みラッシュで帯域が不足

データ収集PC
110台(+7+3)

データ参照PC
100台
HDアレイ ~ 20台

Facilitator(データ所在DB)

データライブラリ 5台

学術情報プラットフォーム「核融合クラウド」の10年戦略

SSDアレイによるストレージ２層化

計測器 ～110種類• HDアレイ前段に高速SSDアレイ
増設 → ２層化

 SSD前段 …> 高速I/O性、短期 HD 後段 …> 大容量、長期
 BDライブラリ …> アーカイブ（保管）

データ収集PC
110台(+7+3)• 分散ファイルシステムGlusterFS
データ参照PCを採用
 Distributed Replicated volume(RAID-10 like) を提供…> 分散書込み＋高速複製

100台

 HD : rd 900 MB/s, wr 450 MB/s
SSD : rd 2 GB/s, wr ≲900 MB/s

定常長パルス収集時の集中的な書込みを受入れ

HDアレイ ~ 20台

Facilitator(データ所在DB)

現状で1.1PB程度
データライブラリ 5台学術情報プラットフォーム「核融合クラウド」の10年戦略（参考）

ムーアの法則（1.5年で2倍＝5年で10倍）にほぼ沿った進化

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学術情報プラットフォーム「核融合クラウド」の10年戦略

保守運用にかかっている年間経費 (実績)
• システム保守等経費
1.
2.
3.

データストレージ ・・・ 1000万円（BDライブラリ+HDDアレイ）
サイトライセンス ・・・ 400万円（PV-WAVE、LabVIEW ・・・レンタル）
サーバ更新
・・・ 200万円• SNET遠隔サイト保守経費
1.

2.

遠隔複製ストレージ ・・・ 400万円（HDDアレイ 【バックアップ】）
ネットワーク装置・・・ 100万円• DOI発行経費• 開発要員経費• ソフトウェア保守改修 ・・・ 1900万円（新計測対応を含む．2名）• JaLC正会員年会費・・・ 30万円～• その他、共通ユーティリティ経費• 制御棟UPS保守・・・ 270 万円• 電気代・・・ ??? 万円• 2026年にバッテリー交換で4300万円

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（再掲）

・NTT

2021/9/1

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学術情報プラットフォーム「核融合クラウド」の10年戦略『核融合クラウド』を取り巻く環境・動向①

国内（核融合）実験データ取り扱いの共通化
i.
ii.

②

実験データ解析＋数値モデル計算 統合データインフラの構築
i.

ii.

③

統合データインフラ用の ソフトウェア・プラットフォーム ・・・ QSTが弱い
 欧州が “Integrated Modelling & Analysis Suite (IMAS)” 開発を主導  「世界標準」狙い【 NIFS/LHD成果の EG+AutoAna 解析システムで参入・貢献・競争 ➡ 分野を先導】

NIFS-QST連携
NIFS-ITER連携

研究データ管理（RDM）  社会的要請  データの永続公開
欧州HORIZON2020プログラムがオープンサイエンス化を促進  Fair4Fusion (EuroFusion/Euratom)

ITER／JT-60SA／DEMO 時代に向けてi.

2021/9/1

QST 「核融合情報科学センター構想」＝ ITER全データ複製ストレージ（REC）＋CSCスパコン  スパコンでオンラインデータ解析【 他分野に先駆け、世界初に挑戦。IT分野とも連携協力】

オープンサイエンス＆オープンデータ の潮流 ・・・ 学術分野全般にまたがる
i.
ii.

④

LHD/SNET遠隔データ収集保存プラットフォーム ＝ LHD + 九大・筑大・東大 + 京大・工繊大 ・・・ 更に拡張?
データ利用規範に関する合意形成 ・・・ R3年度より、プラ核学会専門委員会で検討始まる

ITER + JT-60SA + JA-DEMO  六ヶ所の遠隔実験センター(REC)にデータ蓄積．LHD+SNETも？
【統合データインフラ（ハード）+プラットフォーム（ソフト）の研究開発が集眉の急】

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（参考）

QST核融合科学情報センター構想
JT-60SA

国立情報研、NIFSとの共同研究
2015~
高速データ転送大規模実験データに基づくデータ駆動
モデリング手法に関するNIFS、統数研、京大、九大との共同研究 2018~

核融合科学データセンター
Big Data

HPCとAI開発両方に適した計算機アーキテクチャ/ストレージの検討
2020~
経験による予測(AI)と論理による予測(理論シミュレーション)の融合

実験装置と連携した能動的な学習データセット構築

DC

ITER

核融合情報科学センター

国内研究者のためのシミュレーション・解析研究インフラ

Home

計算機
シミュレー
ションセンター
High-Performance
Computation
Technology

遠隔実験センター
RemoteParticipation
Technology

スパコンによる放電シナリオ検討、実験解析

Home

国内研究者・学生

2021/9/1

ITER
実験参加

遠隔実験
ITER機構との協力
2020~

核融合原型炉ITER, JT-60SA両方の詳細データセットが手に入る日本の優位を生かし、また理論と組み合わせたハイブリッドモデリングにより、予測外挿性に優れたデータ駆動型モデルを構築、信頼性9の高い原型炉の性能・挙動予測につなげる.

学術情報プラットフォーム「核融合クラウド」の10年戦略

NIFS/LHDで得られた卓越技術とデジタル資産の運用• 世界に先駆けて、広帯域定常データ収集系を開発 【学会賞】• プラズマ実験1回あたりの計測データ量世界一 ・・・ 記録更新中• 既に、ITER初期データ量見積り（1 TB/回）にほぼ到達• 大陸間高速・長時間データ転送実験 （ITER  日本）• ・・・ 世界記録樹立するも、約3ヶ月で素粒子分野（欧豪）に塗り替えられた• 自律的データ解析プラットフォーム（EG+AutoAna）を開発 【学会賞】• （恐らく）データ駆動型多段自動解析の先駆け的システム• ・・・ 現在は、毎ショット200～300データが自動登録

2021/9/1

IMASへの技術移植 ＆ 国内核融合のデータ統合 ＆ データ科学への提供＋共通プラットフォーム＋大量データ資産 ⇒ 人材教育の場 ＆ 共同開発

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学術情報プラットフォーム「核融合クラウド」の10年戦略『核融合クラウド』 が今後取組むプラットフォームテーマ①

国内（核融合）実験データ取り扱いの共通化
i.
ii.

②

実験データ解析＋数値モデル計算 ・・・ 統合データインフラ＋（ソフト）プラットフォームの実現
i.
ii.

③

戦略的パートナーシップ：
QST連携、ITER連携

統合プラットフォーム・ソフトウェアの研究開発 ・・・ QSTが弱い
 NIFS/LHD成果の遠隔実験、 EG+AutoAna 技術をIMASと統融合して 「世界標準」を狙う

LHD資産の実験データに永続識別子（DOI）を付与  永続公開（オープンデータ化）  データ科学他分野に先駆け、「Data Citation／Reference」本格運用を開始 ・・・計測(データ)名×ショット番号 （JSTの全面協力を得て）LHDデータのDOI登録件数でも世界一に！

ITER／JT-60SA／DEMO 時代にi.

2021/9/1

統合データインフラの構築 ＝ 実験データ・ストレージ＋スパコン ・・・ QST が先行（IT業界とも連携）

オープンサイエンス＆オープンデータ の潮流
i.
ii.

④

LHD/SNET遠隔データ収集保存プラットフォームのサービス範囲拡大  京大・工繊大・他
コミュニティとの共通データ利用規範（案）の検討・作成

ITER + JT-60SA  六ヶ所を国内核融合データ集積拠点に  LHD/NIFS + 大学等SNET遠隔収集データ
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RAW DATA FLOW & STORAGE
 Distributed DAQs, 1st/2nd storages & data archiving
through 10/40 Gbps high-speed network
 I/O multiplicity, bi-directional r/w
 Data retrieval from any stages  HDD : r/w = 900 / 450 MB/s
SSD : r/w = 11 / 9 GB/s

storage

DAQ

shared mem. ramfs/hdd
x 100
directrt-streaming

1st

ssd arraysx2
Retrieve & store
data!

remote store for DR

archive

2nd

hdd arrays
x 20

Blu-ray disclibraryx8

Total 1.1 PB