科学者たちは、化学におけるスーパーコンピュータの計算を効率化するためにクラウドを利用している
アラン・ボイル著
パシフィック・ノースウエスト国立研究所の研究者が率いるチームは、量子コンピューティングと AI 支援データ分析のツールをクラウド経由で利用できるようにすることで、計算化学の進歩を加速させる新しい方法を見つけています。
クラウドコンピューティングを通じてスーパーコンピュータ規模のリソースをより広く利用できるようにしようとする彼らの取り組みは、現在除去が困難な有毒な「永遠の化学物質」を分解する方法の探求に役立つ可能性があります。そして、これはほんの一例です。
研究者らは、本日Journal of Chemical Physics誌に発表された論文の中で、「エクサスケール計算化学のクラウドコンピューティング環境と新興ハードウェア技術への移転（TEC 4）」として知られるプロジェクトの進捗状況を説明しています。
「これは科学計算における全く新しいパラダイムです」と、この学際的な取り組みを主導したPNNLの計算化学者カロル・コワルスキー氏はニュースリリースで述べています。「クラウドコンピューティングのリソースにソフトウェア・アズ・ア・サービス（SaaS）をバンドルすることが可能であることを実証しました。この初期概念実証は、クラウドコンピューティングが複雑な科学的問題の解決において、高性能コンピューティングを補完・補足する多様な選択肢を提供できることを示しています。」
TEC 4プロジェクトでは、バークレー研究所の Perlmutter スーパーコンピュータ、マイクロソフトのクラウドベースの Azure Quantum Elements プラットフォーム、PNNL で開発された計算化学ソフトウェア パッケージである NWChem などのリソースを活用します。
Azure Quantum Elements のプロダクト リーダーであり、本研究の共著者である Nathan Baker 氏は、Microsoft と PNNL のコラボレーションは「最新の AI と HPC (高性能コンピューティング) ツールが計算化学をいかに進歩させることができるかを示す素晴らしい例です」と述べています。
研究者らは概念実証実験において、パーフルオロオクタン酸（PFOA）をめぐる化学反応のシミュレーションを行った。PFOAは、かつてノンスティックコーティングや消火泡剤の製造に使用されていた「永遠の化学物質」の一つである。PFOAとしても知られるこの化学物質は、2019年に世界中で使用が禁止されたが、依然として環境中に残留している。
シミュレーションは、PFOAの分子結合の一部を分解する段階的なプロセスを追った。「この一連の反応は、PFOAの分解の潜在的な経路を浮き彫りにし、この残留性環境汚染物質の化学的挙動と分解に関する貴重な知見を提供する」と研究者らは報告している。
現在、研究者たちはクラウドベースのプラットフォームをより厳密なテストにかけるため、新たな協力者を募集している。「私たちはコードファミリーを構築しています」とコワルスキー氏は述べた。「目標は、この取り組みを軸にコミュニティを築くことです。」
TEC 4プロジェクトを基盤とした大学院レベルのコースは、テキサス大学エルパソ校で既にPNNLおよびセントラルミシガン大学と共同で開発されています。コワルスキー氏は、TEC 4は新しい化学物質だけでなく、化学の新たな手法への道も示していると述べています。
「私たちは、現在人工知能や機械学習アプリケーションで広く利用されているGPUベースのコンピューティングを活用した、低階層から高階層のジョブまで、ユースケースのエコシステムを構築したいと考えています」とコワルスキー氏は述べています。「ユーザーがコンピューティングの様々なレイヤーを活用できるようにし、必要なものだけを支払い、ソフトウェアとコンピューティングアクセスをバンドルできるようにしたいと考えています。これは、まさにそのような未来像への第一歩です。」
Kowalski氏とBaker氏は、Journal of Chemical Physics誌に掲載された研究論文「クラウドコンピューティング環境における電子構造シミュレーション」の32名の著者の一人です。他の著者は、PNNL、Microsoft Quantumに加え、バークレー研究所、アルゴンヌ国立研究所、セントラルミシガン大学、テキサス大学エルパソ校、ワシントン大学からも参加しています。
