筑波大学 計算科学研究センター 令和三年度 年次報告書

まえがき
筑波大学計算科学研究センター（以下，センター）は，年に設立年目に入り，次世代の計算科学と高性能コンピューティングの研究開発に向かってより一層の努力を続けることを改めて確認し，過去年に渡って進めてきたコ・デザインコンセプトに基づく高性能計算システムとその応用に関する研究を本年も継続しました。
本センターは，年度に設置された計算物理学研究センターを前身とし，改組・拡充されて設立されました。

年 月に年には，文部科学省共同利用・共同研究拠点「先端学際計算科学共同研究拠点」に認定され，「学際共同利用プログラム」によって，外部の研究者に計算機資源を提供し幅広く計算科学研究を支援する全国共同利用施設としての役割を果たしています。また，「研究集会開催支援」，「研究者招聘支援」，「共同研究旅費支援」，「短期雇用支援」など，共同研究における研究者や学生の交流を図るための支援も行っています。

年度には，年度から開始したセンター独自のマンスリーサバティカル制度（センターの教員・研究員を数週間〜数ヶ月単位で海外派遣）を広く活用し，本学が提供する一般のサバティカル制度より柔軟で利用しやすい形での海外派遣を通じて，海外主要研究拠点との共同研究をより密に行う環境を整備してきました。また，そのカウンタープログラムとして，海外拠点の研究者を同じように短期間〜中期間柔軟に招聘する中期招聘制度も継続し，海外の主要研究拠点との双方向の研究交流を通じ，世界レベルの国際共同研究とそれに基づく成果を上げるべく努力してきました。
ところが，年度開始直前から始まったいわゆる，世界規模の新型コロナウ

ィルス感染症パンデミックという未曾有の大問題に直面し，これらの海外主要研究機関の研究者との物理的交流が困難となりました。そして，センターからの教員・研究者の海外派遣も，海外からの研究者の招聘も物理的に実現できない事態となりました。しかし，幸いにも下でオンライン会議システムや情報共有システムの開発・普及が飛躍的に発展し，結果的にむしろ今まで以上にコンスタントにテレビ会議などを通じて共同研究を推進することができました。センターでも年度開始前から，全ての教員がによるテレビ会議をスムーズに行えるライセンス付与などの環境を整えて対応した結果，同研究への影響を最小限に抑えることができました。

による国際共年度からは大学側が全教員へのライセンス配布が行われたため，センターでは主要教員のみにライセンス付与を絞りましたが，引き続きテレビ会議を中心とした研究活動は活発に行われています。
センターでは，科学諸分野と計算機科学分野の協働・融合を軸とした「学際計算科学」を推進し，超高速計算機システム技術の開発を行うと共に，科学の諸領域における超高速シミュレーションおよび大規模データ解析や情報技術の革新的な応用方法の研究を行う，コ・デザインと呼ばれる研究手法を続けていますが，このコンセプトは現在の超高性能・超大規模コンピュータ開発の礎となっています。

年度からは第--―2―世代のセンター独自コンセプ

筑波大学 計算科学研究センター 令和三年度 年次報告書

トによるコ・デザインに基づくスーパーコンピュータである Cygnus (PACS-X)の運用を開始
し，GPU と FPGA を組み合わせて相補的に利用することを世界で初めて実用化した画期的な多重複合型演算加速システムを実現，運用開始しました。
センターには，素粒子物理，宇宙物理，原子核物理，量子物性，生命科学，地球環境，高性能計算システム，計算情報学の 8 つの研究部門があり，45 名の専任教員が従事している他，研究員 27 名が在籍しています。また，国際連携として，英国エジンバラ大学，米国ローレンスバークレー国立研究所を始めとする海外 13 機関と MOU を締結するとともに，37 機関（北米 15，欧州 13，アジア・オセアニア 9）と国際共同研究連携を行っています。この他に異分野間連携として，「計算基礎科学連携拠点」，「宇宙生命計算科学連携拠点」を行っています。また，「計算メディカルサイエンス事業部」では，計算生体分子医科学，睡眠ビッグデー
タ解析・自動診断，3D Surgical Vision，計算光バイオイメージングによる医学分野との連携を継続し，医理工連携のコンセプトの元，共同研究と人材交流を加速しています。大きな国際交流イベントとしては，エジンバラ大学とローレンスバークレー国立研究所とそれぞれ行っている毎年定例の国際ワークショップも開催しました。これらは COVID-19 下でのテレビ会議方式となりましたが，いつも通りの実りある議論ができ，新しい共同研究の礎も築くことができました。また，韓国 KISTI との日韓 HPC ウィンタースクールについては、両国学生の交流が大きな目的であったことから COVID-19 の影響で 2 年間延期となっていましたが、2022年度からは再開する見込みです。
本小冊子は，2021 年度の計算科学研究センターの活動内容をまとめたものです。ご高覧いただければ幸甚に存じます。

2022 年 6 月吉日
計算科学研究センター長
朴 泰祐- 3 -―3―

筑波大学 計算科学研究センター 令和三年度 年次報告書

組織人員・教員一覧リスト
センターセンター

一協議会

員

員会

員

事 員会

員

次 （研究研究員会議

議

研究開発推進l

先端計算科学推進l

次世代計算システム研究開発l

推進l

ビッグデータ・l

学際計算科学一推進--―4―大学）

筑波大学 計算科学研究センター 令和三年度 年次報告書l

計算科学振興室室長 高橋 大介

l

高性能計算システム運用開発室室長 建部 修見

拠点戦略担当主幹

重田 育照

共同研究担当主幹

中務 孝

l

共同研究委員会

委員長 中務 孝

l共同研究運用委員会

委員長 中務 孝

計算機システム運用委員会

委員長 建部 修見

情報セキュリティ委員会

委員長 朴 泰祐

最先端共同 HPC 基盤施設

施設長 田浦 健次朗（東京大学）
副施設長 朴 泰祐

計算メディカルサイエンス事業部

研究部門

事業部長 梅村 雅之（共同研究員は学内のみ記載）

素粒子物理研究部門

教授

藏増 嘉伸（部門主任）

准教授

吉江 友照、石塚 成人、谷口 裕介

助教

大野 浩史

研究員

浮田 尚哉、吉村 友佑、新谷 栄悟

共同研究員

金谷 和至（特命教授）、山﨑 剛（准教授）

宇宙物理研究部門

教授

梅村 雅之（部門主任）、大須賀 健

准教授

森 正夫、矢島 秀伸、吉川 耕司

助教

Wagner, Alexander

研究員

高水 裕一、安部 牧人、福島 肇、朝比奈 雄太、
小川 拓未、菊田 智史、井上 茂樹、荻原 大樹

客員准教授

中里 直人（会津大学）

原子核物理研究部門教授

中務 孝（部門主任）、矢花 一浩

講師

橋本 幸男

助教

日野原 伸生研究員

温凱- 5 -―5―

筑波大学 計算科学研究センター 令和三年度 年次報告書

子物

研究部門

教授

矢花 一浩（部門主任）、大谷准教授

小講師

裕 、島助教

、 原

主任研究員

山田

研究員

山田介、 内客員教授

小野（共同研究員

日野 健一（教授）、 田、 川

金谷 和至大学）（教授）

科学研究部門報教授

重田 育照（部門主任）

准教授

原田助教

司

研究員

男、謙二、宮川
共同研究員

太、原介、

Heng a arn、森田 陸離、一、下山 充紘

広川 貴次（教授）、吉野 龍之介（助教）子教授稲垣 祐司（分野リーダー）

助教

中山 卓郎

共同研究員

橋本 哲男（教授）

研究部門

教授

日下 博幸（部門主任）、田中 博

助教

松枝 未遠、

研究員

今井真、

共同研究員

植田昭（教授）、中村 祐輔（特任助教）

計算研究部門anang an拓人

教授

朴 泰祐（部門主任）、高橋 大介、建部 修見、額田助教

多田野 寛人、小林 諒 、 田 典久

研究員
客員教授

賀 弘
塙 敏博（東京大学）--―6―

筑波大学 計算科学研究センター 令和三年度 年次報告書

共同研究員

計算安（教授）、 井（教授）、山口樹（准教授）、今（准教授）

報学研究部門ータ

教授

之（分野リーダー）

准教授

川 浩昭

助教

江 和正、研究員
共同研究員

太田a ng（橋本、宮本典

川 博之（教授）

計算教授

田 能成（部門主任）、 原助教
研究員

剛 、--―7―）筑波大学 計算科学研究センター 令和三年度 年次報告書

本センターの活動として，年度はこれまで続けてきた本センターの歩み，特に計算科学者と計算機科学者が協力し，高性能計算システムの開発とそれを有効利用する計算科学
プリケーションの開発を同時に行うコ・デザインのコンセプトの下，分野の研究協力をより一層推進すること，国際研究展開力の向上と世界トップレベルの研究機関への進た活動を継続して行いました。また，の研究力と機関との共同研究年から顕在 したを目指し下においても，自ら制に大きな影響が出ないよう，インターネット環境を最大限に利用した研究を継続しました。
筑波大学計算科学研究センターは，年度に設置された計算物理学研究センターを前身とします。計算物理学研究センターは，岩崎洋一先生（後に 代センター ，筑波大学学 ）が，年に文部科学省の“学術の新しい展開のためのプログラム（通称新プロ）”に申請した“ 用並列計算機による「場の物理」の研究”の採択を受けて設立されたものです。
は物理学系からのー独自の物はの り替えと，純 で認められたりまピュータ「の教員からなる組織で，センタんでした。そして，物理学計算の超高速を目指したスーパーコン」の開発予算が認められ，計算機棟設置が決まりました。その年に，超並列計算機が完成し，スーパーコンピュータ・トップ年後のの世界第位に登録されました。大学が主導したプロェクトで，世界最高速のスーパーコンピュータを開発したのは我が国 の快挙でした。の完成は，物理学研究者と計算機 学の家の協働が実を結んもので駆けでも りました。その後，を拡充して，研究部

り，今でこそ広く認知されるようになったコ・デザインの先年（平成，物質生年）の国立大学法研究部，の節目に改組し，部生物環境研究部，超高速計算機システム研究部 ，計算情報学研究部 の 部 からなる計算科学研究センターが発足しました。
その後，年度から国立大学法並列クラスタ「」が開発されました。さらにた新たな ー テクシミュレータ結成し，それ（算速器を融合さ

年には，特別研究経費の交付により，超並列大学情報基 センター， 都大学学術情報 ディ）オープンスーパーコンピュータ ラインスをれの大学のスーパーコンピュータの共同仕様を策定し，筑波大学ではを調達しました。これは筑波大学としてはュータを導入で力」が製作されました。

年には， センターとセンター間で，年には，を発展さ ，特別推進研究に基づく融合型並列計算機「」が開発されました。

算 速器クラスタ「また，費交付金特別研究経費の交付を受けて，高性能超ると同時に，筑波大学として-めて超並列クラスタ型スーパーコンピ

めて-―8―

国ーカーによるスーパーコンピュ筑波大学 計算科学研究センター 令和三年度 年次報告書

ータの導入ということにもなりました。クラスタ型計算機はその後のーコ 型超並列クラスタ
この流れを受け，先端共同の開発・導入へと ながりました。
年に計算科学研究センターとが国で めてとなる大学

大学情報基センターによる，我によるスーパーコンピュータの開発・用を目的とした「最基 施設（おいて新たなを経て）」が設置されました。そして，

ーコ 型のスーパーコンピュータ能を達成しました（

年には，にを導入し，我が国最高性ラン ングでは 時世界第 位）。

この間，センター組織として，と，物質と生が独立した部となるとともに部 も わって 部 の 制となり，その後もセンターとしての研究力を
年

月 において開発推進が設置され，の教員を置く大センターへと発展しました。そして，研究分野の研究のみなら，計算機学分野との協働やが広く展開されるようになりました。計算科学研究センターは，省共同利用・共同研究拠点と め，

学研究大学

進事 の下で，点的な機能が行われると共に，計算科学研究研究分野間

年度からは，文部科学に認定されました。学

では，研究センターの一 として位置付けられ，年度には予算 行や 事を独立して行う部 となりました。学術センターが独立した部 となるのは，筑波大学では めてのことです。さらに，
学 においてトップレベルの研究を行う 付けで る「世界 研究拠点（られ，）」と位置付け年度からは世界トップレベル研究形成拠点にも認定されています。さらに，

年 月に行われた， 年に 度の海外有 者による外部のめられ，その間のセンターの研究活動が世界レベルの成果をするという

年 月にまとげており，今後の活動にも期を きました。

さらに，における結果が年度 には共同利用・共同研究拠点として，第 期中期目 ・中期計 期間が行われましたが，我 のこの年間の研究及び教 における活動，全世界を対 とする国際協力・共同研究活動，数 の学術的成果が認められ，文部科学省よりを くことができました。なお，理科系共同利用・共同研究期間として，文部科学省第中期目 ・中期計 期間においてそのう のを受けた拠点は全国でで るということは，我 の研究力と拠点期しかなく，我 の拠点が力を同省に高くしていたものと自 しております。これを みに，より一層の努力を続けて りたいと います。
また，を立年度より研究開発推進活動の上げました。

計算機システム用のため，新たに高性能計算システム用開発，センターではスーパーコンピュータの設計開発・調達・員会を中心として行ってきましたが，我システム開発を自ら行うという独自性にがコデザインを中み，これらを研究開発推進の活動の一用をとするとして位置づけることにしたものです。今後，次世代の高性能計算システムの研究開発と，これを現 するスーパーコンピュータの開発に一層の--―9―がかかるものと期しています。

筑波大学 計算科学研究センター 令和三年度 年次報告書

以上のようにセンターがここまで発展できたのは，文部科学省の多大なご支援，大学執行部の強いサポート，他大学・研究機関の多くの研究者の協力と支援，科学者と計算機工学者の協働ならびにセンター内の研究者の尽力の賜物であり，この場を借りて関係各位に心より御礼申し上げます。

2.2 令和三年度の活動方針
文部科学省共同利用・共同研究拠点「先端学際計算科学共同研究拠点」として，計算機システムの開発・運用，並びにこれを用いた学際計算科学の研究を推進する。「最先端共同 HPC基盤施設」においては，東京大学との協働によりスーパーコンピュータ Oakforest-PACS を運用し，幅広い分野の学術研究に供し，計算科学の発展に資する。また，2019 年 4 月より運用を開始した第 10 世代の PACS システムである Cygnus (PACS-X)を活用し，コ・デザインのコンセプトに基づく理工連携研究を強力に推進する。さらに，「計算基礎科学連携拠点」「宇宙生命計算科学連携拠点」「計算メディカルサイエンス事業部」を中心に，異分野間連携を強化する。国際共同研究拠点化に向けた研究体制の構築も継続して進める。

2.3 共同利用・共同研究拠点「先端学際計算科学共同研究拠点」の活動状
況■ 実施計画
大規模メニーコア型システム Oakforest-PACS（8,208 ノード，25 PFLOPS），多重複合型演算加速クラスタ Cygnus (PACS-X)（81 ノード，2.5 PFLOPS）を計算資源として，プロジェクト共同研究を公募し，「学際共同研究プログラム」を実施する。本プログラムは①大規模計算によって可能となる計算科学を推進する「重点課題推進プログラム」，②異分野連携・共同研究を支援する「学際開拓プログラム」からなり，学際計算科学の共同研究を推進する。
公募する分野は，Particle Physics, Astrophysics, Nuclear Physics, Material Science, Chemistry, LifeScience, Global Environment, Biology, Numerical Analysis, HPC System, Computational Informaticsの 11 分野である。共同研究プロジェクトの課題公募は年初めに受け付け，利用状況を勘案し年度後半に追加配分を検討する。
「学際共同利用プログラム」の実施においては，共同研究委員会と共同研究運用委員会を設置して審査を行う。共同研究委員会は，各分野について学外 2 名・学内 1 名からなり，応募課題についてピアレビューを行い，共同研究委員会は審査結果を受けて採否案を策定し，センター長がこれを決定する。共同利用・共同研究に関す情報発信は，本センターHP の他，各研究分野の研究者コミュニティもメーリングリストを活用して行う。

- 10 -― 10 ―

筑波大学 計算科学研究センター 令和三年度 年次報告書

また，今後のセンターの国際研究拠点の処理と円滑なプログラムの合的に処理し電を視野に入れは 用する学際共同利用申請用のため，申請・審査・採択通知・プロェクト管理等を統し，処理システム自 の 語 を継続する。

大学情報基 センターと共同設置した「最先端共同度に導入し，大型用を開始したーコ

基 施設」において，型大規模スーパーコンピュータシステム年目に入り 定した稼働率とユーザ利用率を 録した。なお，に い，同システムは年度 （年の 用計年 月 ）をもって 用期間を終了し，システムは滞りなく停止された。の分野で，計課題の研究プロ ェクトを採択し共同研究を実施した。これらの学際共同利用プログラムを含む共同利用・共同研究により，学術 文分野における学際共同利用プログラムのプロ件を発表した。

ェクト採択数を表に，学際共同利用プロ

グラムを含む共同利用・共同研究による成果発表 文数を表 に，状況を表 に示す。

- 11 -― 11 ―

筑波大学 計算科学研究センター 令和三年度 年次報告書

表分野における学際共同利用プログラム・プロェクト採択数表

共同利用・共同研究拠点の成果として発表された 文の 数

※右側の（）内には、拠点に所属する者が特に重要な役割を果たしている論文数を示す- 1 -― 12 ―

筑波大学 計算科学研究センター 令和三年度 年次報告書表 3 学際共同利用プログラムおよび一般利用の参加状況

2.4 国際連携と異分野融合
国際連携として，英国エジンバラ大学（EPCC: Edinburgh Parallel Computing Center）との合同ワークショップ及び米国ローレンスバークレー国立研究所（LBNL: Lawrence BerkeleyNational Laboratory）との合同ワークショップを，それぞれ 2021 年 3 月に行った。当初予定では両拠点からの主要研究者の来訪を受け，本センターで開催する計画であったが，COVID-19の影響により，昨年度に引き続きテレビ会議（Zoom）形式での開催となった。また，同じく例年 2 月に開催している韓国 KISTI との Japan-Korea HPC Winter School 及び合同ワークショップについては，学生及び若手研究者の直接的な対面での交流が主目的であることから，昨年度に引き続き COVID-19 の影響で休止となった。なお，本活動については 2022 年度に再開することで KISTI と合意している。
ナショナル・フラッグシップ・スーパーコンピュータ「富岳」を用いた研究については，2020 年度より開始された「富岳」成果創出加速プログラムにおける「シミュレーションで探る基礎科学：素粒子の基本法則から元素の生成まで」「宇宙の構造形成と進化から惑星表層環境変動までの統一的描画の構築」「省エネルギー次世代半導体デバイス開発のための量子論マルチシミュレーション」の 3 課題にそれぞれ共同研究機関として参加し，「富岳」を用いた最先端の計算科学研究を推進した。
さらに，医学分野との連携により，計算科学による医療技術の開拓を目的とした，「計算メディカルサイエンス事業部」において，医理工連携の共同研究を加速させた。

- 13 -― 13 ―

筑波大学 計算科学研究センター 令和三年度 年次報告書

2.5 センターシンポジウムセンターでは毎年 10 月，「学際計算科学による知の発見・統合・創造シンポジウム」の名の下に，センターの活動と先進的計算科学及び高性能計算に関するシンポジウムを，学際共同利用中間発表会を兼ねて開催してきた。2018 年度より同シンポジウムを国際化し，全てのプログラムを英語化し，国際的研究発信力を高める試みを行っており，2021 年度もこれを継続したが，COVID-19 の影響によりプログラムを 1 日に短縮し，全ての講演セッション及び学際共同利用プログラムの成果発表を中心としたポスター発表を，Zoom を用いたオンライン会議形式で行った。結果として合計 248 人と，過去最大の参加者を集める実りあるシンポジウムとなった。
今後，世界トップレベルの国際的研究拠点を目指す上で，様々なイベントやプログラムの英語化は重要なステップである。学際共同利用の申請システムの電子化・英語化と，センターシンポジウムの国際化は継続していく予定である。

2.6 今後のあり方
計算科学研究センターは，筑波大学の研究センター組織再編の下で，先端研究センター群の中の世界級研究拠点（R1）に位置付けられた。これにより，全学戦略枠の人員配置やプロジェクト予算の配分等を通じて重点的な機能強化が行われ，2016 年度より本学の独立した部局の一つとなり，大学の研究力強化に貢献している。計算科学研究センターは，計算機科学分野と科学諸分野が融合・連携して「学際計算科学」を推進し，我が国の計算科学の発展に資する高性能計算機の開発・運用を行っている。筑波大学の理念は，国，機関，学内組織などの境界を超えた教育研究のトランスボーダー化の加速であり，計算科学研究センターの役割は，計算科学を通じた学際融合と国際化の加速である。学際計算科学は，計算機工学と科学諸分野の融合だけでなく，科学の異分野間融合の高い可能性をもつものであり，当センターでは「計算」を共通軸とした共同研究が多く行われている。センターが推進する「宇宙生命計算科学連携」および「計算基礎科学連携」は，分野の境界を越えたグローバルな研究展開を実践できる拠点であり，既に様々な異分野間共同研究が進んでいる。また，医理工学連携を目指す「計算メディカルサイエンス事業部」における共同研究は，医学分野との連携基盤を作るものであり，将来は産業界との連携へと発展していく。今後，これらセンターのもつ学際性と人材育成によって，機能強化・特色化を加速し，国際的なハブ拠点へと発展させる。これらの活動全てについて，世界トップレベルの国際研究拠点に向けた発展を目指し，活性化と成果の創出を目指す。

- 14 -― 14 ―