クラウドHPCとは
クラウドHPCとは、従来の単一のコンピュータよりも高度で複雑な計算を行うシステムであるHPCをクラウド上で使用するものです。
HPCとは、High Performance Computingの略で、一般的なコンピュータより遥かに速い計算能力を持ちます。標準的なコンピュータでは個別に処理できないほど大きい問題や、処理に時間がかかりすぎる問題の解決に有用です。学術研究、科学、設計、シミュレーション、ビジネスなど様々な分野における活用が行われています。
クラウドHPCの使用用途
1. 概要
クラウドHPCは、学術研究、産業を問わず様々な分野で使用されています。主な分野には下記のようなものがあります。
- 製造業一般
- 自動車
- 航空宇宙
- エネルギー
- 生命科学
それ以外にも、天候予測や、銀行における数百万件のクレジット カード取引の不正行為を検証するシミュレーションなどに活用することが可能です。
以下は主要分野におけるそれぞれの活用例です。
2. 製造業一般
製造業一般においては、設計開発や、製造工程の効率化などにおいて下記のようなシミュレーションが活用されています。シミュレーションを行うことで試作品製作などのコスト・時間を削減することが可能です。
- マルチフィジックス
- 離散要素 (DEM)
- 流体力学 (CFD)
- 有限要素法
3. 自動車
自動車メーカーにおける開発設計では、様々な計算・シミュレーション・テストが必要です。自動車の性能と効率の最適化に、クラウドHPCが活用されています。例えば、数値流体力学的解析は、エンジン燃焼の改善に有効です。また、安全性の観点では、オーバーヒートや欠陥を防ぐため、バッテリー周りの解析が活用されています。
主なシミュレーション・計算例は下記の通りです。
- 数値流体力学のシミュレーション
- 空気力学的観点によるボディやホイールの曲率の最適化
- 衝突安全性に関する設計のテスト
- センサー、アンテナ、半導体のシミュレーション
- 素材、射出成形や鋳造の方法などが音響に与える影響
- バッテリー電源の化学反応、及び熱力学的特性のテスト
4. 航空宇宙
航空宇宙開発には、空気力学、構造剛性、重量、発射軌道、別名弾道学などに基づく、様々な精密な計算が必要です。
主には下記のような具体例があります。
- 乱気流への反応をシミュレーションする
- 航空機の周囲の気流をシミュレートする
- 翼やエンジンの設計において、空気力学と燃料効率を最適化する
- 航空機部品の構造的完全性を評価し、安全性と耐久性を向上させる
- 騒音レベルを最小限に抑えるための音響シミュレーション
5. エネルギー
エネルギー分野では、増加するエネルギー需要に対応して、効率化や最適化、新規エネルギー源探索などにHPCが活用されています。
主な用途例は下記の通りです。
- 化石燃料の発見・抽出方法の改善
- 送電網の効率改善
- 新しいエネルギー源の開発におけるシミュレーション (風力、波力、太陽光、小規模原子力や核融合など)
- 気象変動の予測
6. ライフサイエンス
ライフサイエンス・生命科学分野においては、膨大な量のデータ解析により、基礎研究から応用まで広くイノベーションに活用されています。下記のような多くの学術分野での活用が可能です。
- ゲノムシーケンス
- 分子動力学
- 薬物動態学
- 流体力学
- 結晶化
- タンパク質フォールディング
- 計算化学
- 量子化学
これらの活用により、医薬品の開発は加速され、更に医療機器、ゲノム治療の革新にも貢献しています。細胞や分子レベルでのシミュレーションやモデリングを行うことができ、研究開発の効率と効果を高めることができます。例えば、大量の症例データを学習させたHPCに患者のスキャン画像を取り込むことで、学習した症例を基に身体の異常を発見するような活用法も可能です。
クラウドHPCの原理
クラウドHPCとは、インターネット経由でベンダーのHPCにアクセスして計算資源を利用できるパッケージです。HPCで利用するコンピュートノード、 ログインノード、ジョブスケジューラ、ストレージ、アプリケーションソフトウェア一式を事前にセットアップすることにより、HPC環境をいつでもすぐにオンデマンドで利用可能です。
利用者自身でHPCの環境を構築する必要がないため、迅速な導入ができます。また、解析に必要なデータを用意するだけで、必要な時に必要な分だけ利用することが可能です。
クラウドHPCの種類
クラウドHPCは様々な事業者からサービス提供されており、多様な製品があります。
マシンスペックは事業者によって異なりますが、基本的に非常に高いパフォーマンスの計算システムを利用することが可能です。製品によって様々な特色があり、ウェブブラウザ上からの簡単な操作でクラウドHPCを立ち上げて利用できるシステムや、スパコンとの互換性があるシステムなどがあります。HPCを利用するために必要なソフトウェアやライブラリは標準搭載されていることが多く、便利に利用することができます。