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専攻の紹介 計算科学専攻

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計算科学専攻 専攻紹介
 計算科学専攻では,計算アプローチによる科学技術探求の理論・方法論並びにこれを支える高性能計算の理論・基盤技術を追求します。このため,超高速・超並列計算システムの技術的基礎,並びに数理モデリング,シミュレーション,可視化などの計算アプローチの基礎と応用,さらには,計算アプローチによる自然現象の理解と解明,未知の現象や事象の予測など計算科学の産業応用と社会貢献までを視野に入れた教育研究を行います。

研究グループ

計算科学基礎講座

計算科学の基盤となる数理的方法論や超並列情報処理などに関する教育研究を行います。

計算基盤

科学技術や産業を支えるハイパフォーマンスコンピューティングの基盤技術に関する教育研究を行います。特に,数理的アプローチを通して,物理法則を保つ数値シミュレーション技術や並列計算アルゴリズムを追究するとともに,将来のスーパーコンピュータ環境に向けたアプリケーションの高度化,スーパーコンピュータ利用技術の高度化研究を行います。これらの教育研究により,将来のハイパフォーマンスコンピューティング分野において指導的役割を果たす研究者や技術者を養成します。


計算知能

自然界における多様もしくは大規模なデータから,有用な「知識」を獲得し,実社会で活用するための基盤技術を教育研究します。前者については,人工知能,機械学習,データマイニングなどを体系的に教育研究し,これにより計算科学の新しい視点と方法論を開拓することを目的とします。さらに,大規模データを処理する技術,多様なデータを分析して知識を抽出する技術によって,広く情報社会に寄与できる研究者,技術者を養成します。また後者については,様々なモノやシステムをネットワークを介して接続し,付加価値サービスを実現・提供するすることを目的とします。さらにサービスでは,実世界のデータを収集・活用して,実世界へアクションを起こしてフィードバックします。


計算流体

自然界や産業界等,我々の身近でみられる流れとそれに関連する複雑・複合現象を対象としたシミュレーション技術に関する教育研究をします。特に超大規模並列環境を活用して高精度かつ効率的に支配方程式系を連立解析するアルゴリズムや,複雑現象に対する数理モデリング技術を開発し,スーパーコンピュータに実装することで,様々な流体現象の謎に挑みます。これらを通して,最先端のスパコン能力を駆使して次世代の流体シミュレーションを開拓できる人材を育成します。


シミュレーション技法

計算機シミュレーションの様々な方法と技術に関する教育と研究を行います。スーパーコンピューティングによる磁気流体力学,特にダイナモ現象の解明を最終目標として研究を進めています。その実現のためにこれまで,球ジオメトリ用の独自の計算格子(Yin-Yang格子)を考案し,シミュレーション結果を解析するための対話的三次元可視化ソフトウェア(VFIVE)を開発してきました。どちらも現在では幅広い分野で活用されています。技法(art)の観点から見ると,計算機シミュレーションには,「計算」と「可視化」という二つの「技」(わざ)が要求されます。スーパーコンピュータの進歩に伴い,この二つの技は不可分のものとなりつつあります。幅広い興味を持ちながら,様々な分野の研究に役に立つ新しい道具の開発,そして計算と可視化を融合した新しいシミュレーション技法の確立を目指します。



計算科学創成講座

諸科学・工学分野における新たな科学的方法論である計算科学・計算工学に関する教育研究を行います。

計算分子工学

量子化学的及び分子シミュレーション的な観点から,エネルギー問題や機能性材料,物質変換の源である分子,分子集合体及び分子界面の計算化学的取扱いに関する教育を行います。分子軌道理論や分子力学法を用いた基本的な計算手法や応用例を通じて,計算化学的手法の適用範囲と適切な計算手段に関する知識を養います。さらに,有効な近似理論とアルゴリズムに関する教育により,最先端のアーキテクチャでのハイパフォーマンス計算に適した先駆的ソフトウェアの開発能力を有する人材を育成します。


計算生物学

最先端の計算科学・計算工学的手法に基づき,生命機能を分子レベルから第一原理的に記述・解析するシミュレーション手法に関する教育研究を行います。主に,分子動力学法・分子軌道法といった精度や有効性が検証・保証されている計算手法に立脚し,タンパク質や核酸分子の機能解析からボトムアップ的に,空間的・時間的に多階層の生命システムのマルチスケール的記述を目指すことを特徴とします。そして,これらのアプローチを,インハウスのPCやクラスタだけでなく,スーパーコンピュータや超並列マシン上でも実行できる人材を育成します。


計算ロボティクス

モデリングや動力学シミュレーションなどの計算科学の力を駆使して,複雑な作業環境に適応しながら柔軟かつ巧みに運動する人間や動物の高度な運動メカニズムを解明し,人々の健康と安心・安全な生活を支援する対人親和性の高い知能ロボットの開発について教育研究します。具体的には,莫大な感覚情報の実時間認知処理方式や超冗長自由度を有するロボットの非線形力学,人間とロボットとの力学インタラクション,高度なコミュニケーションなどを体系的に教育研究し,これによりロボティクス研究開発の新しい方法論を確立することを目的とします。同時に,介護・福祉など来る高齢社会に寄与できる研究者,技術者を養成します。


計算宇宙科学

本分野では,人類生存基盤領域としての宇宙環境に関する理学的な理解と工学的な応用ついて大規模計算機シミュレーションを駆使して教育研究します。特に,希薄プラズマで満たされた宇宙と人工衛星や月,小惑星などの小型天体の相互作用に特に着目し,並列演算型スーパーコンピュータを用いたプラズマ粒子モデルシミュレーションに重点を置くことが特徴です。支配方程式を最適な数値解析手法とモデリングによりプログラム化を行い,それを計算機に実装及びチューニングを行うことにより高効率な大規模計算機シミュレーションが行うことができる能力を養います。



先端計算科学講座(連携講座:RIKEN 理化学研究所)


先端計算科学

大規模な情報処理により,非常に複雑な生命現象を統合的に理解し,予測可能とすることを目的として,次世代スーパーコンピュータを活用したシミュレーションについての教育研究を行います。具体的には,分子,細胞,臓器・全身の3つのスケール,並びに脳神経系の情報処理機構を対象としたシミュレーション技術についての研究や,大量の実験データから有意な情報を導き,法則を打ち立てるデータ解析のための技術の開発を通して,計算科学分野を先導する高度専門職業人や研究者を養成します。



応用計算科学講座(連携講座:JAMSTEC (独)海洋研究開発機構)


応用計算科学

シミュレーションは,科学的に未来を予測する有力な手段であり,自然科学から設計などの工学に至る広い理工学研究分野で利用されています。本講座では,気候・気象の流体系シミュレーションの物理過程とそれを組み込んだアルゴリズムと予測の実際,並びに,地殻を形成する物質に関する離散系シミュレーションなど,大規模かつ実践的な題材に基づいた教育と研究を実施します。特に,流体系と離散系の両方のシミュレーションアルゴリズムとその応用について学習・体験する機会を積極的に設け,これからの理工学研究において,計算科学専攻の基幹講座ではカバーしきれない教育を重点的に推進します。



大規模計算科学講座(連携講座: RIKEN AICS 理化学研究所 計算科学研究機構)


大規模計算科学

最先端のスーパーコンピュータを極限まで活用する大規模シミュレーションにおいては,計算科学と計算機科学の学際的な協働研究が重要です。本講座では,近年著しく進展しているいくつかの計算科学分野のシミュレーション手法に関する題材,及びその基盤となる計算機科学分野の題材を取り上げ,分野間の協調性も加味しながら,教育と研究を実施します.特に,スーパーコンピュータ「京」による成果を学習・体験する機会を設けることにより,次世代のシミュレーション研究に関する教育を重点的に推進し,これら学際領域を先導する研究者や高度な専門職業人を養成します。


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