理研、創薬専用スパコン開発 「RISC-V」アーキテクチャ採用、10万原子の挙動再現

[井上輝一，ITmedia]

　理化学研究所は11月18日、水やタンパク質など分子の動きのシミュレーションに特化した専用計算機「MDGRAPE-4A」を開発したと発表した。1秒間に約1300兆回（1.3ペタフロップス）の計算が可能で、タンパク質と薬剤、水分子などを合わせた計10万個の原子の動きを、現実的な時間で解析できる。「創薬の可能性を広げるもの」と理研は期待を掛ける。

水やタンパク質など分子の動きのシミュレーションに特化した専用計算機「MDGRAPE-4A」

　理研の研究チームは、原子間に働く力の計算に特化したアルゴリズムと専用ハードウェアを開発。専用計算のプロセッサには、オープンソースのアーキテクチャ「RISC-V」を採用した。「RISC-Vをベースとする実用大規模システムとしては世界初」（理研）という。

　これにより、汎用のスパコンではこれまで計算に1年3カ月掛かっていた10万個の原子の100マイクロ秒間のシミュレーションを、3カ月に短縮できるとしている。

分子動力学による高精度シミュレーションの例。リボン状の物体がタンパク質で、球が連なる物体が薬の分子

　創薬探索をスパコンで計算するメリットの一つは、新薬の候補となる分子を実際に合成しなくても、構造式だけでその標的となるタンパク質との相互作用や構造変化を調べられること。

　しかし、タンパク質を構成する原子の数や、タンパク質に作用する新薬の分子、水分子の数は膨大で、それらのシミュレーションには膨大な計算が必要となる。

　理研は、「既存の手法では、スパコン（専用計算機）の性能が上がっても、残りの計算を汎用コンピュータで行う関係で、計算速度が頭打ちになっていた」と、これまでの計算方式の問題点を解説。

　「MDGRAPE-4Aでは、専用計算回路と汎用計算部分など計算の全てをSoCにまとめ、ボトルネック解消を図った」（同）という。

　理研は、「分子動力学（原子の動きのシミュレーション）の計算でハードウェアとソフトウェアの両面を統合して開発を進めているのは米D.E.Shaw研究所と本研究チームのみ」と自負。「今後も人工知能への応用や、専用回路と汎用回路の結合による大規模システムの開発を進めていく」としている。