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高速演算記 第5回 「GTCレポートその2 GPGPUの応用を紹介」

GTCレポート2回目ではGPUの計算利用がどのような分野で応用されているかを紹介していきたいと思います。

GTC2日目の招待講演では計算生物学でのGPU利用が紹介されました。発表者はイリノイ大学のKlaus Schulten教授で彼は2006に同大学のDavid Kirk教授とWen Mei Hwu教授にGPUコンピューティングを紹介されました。そして、Schulten教授はGPUの潜在能力で3つの目標に利用することを目指してきました。

1つ目はGPUを用いてシミュレーションの確度を上げること、

2つ目はシミュレーション時間の短縮、

3つ目は必要とされる膨大な計算量のため実現できなかった新しい分野の開拓といったものです。

はじめに紹介されたのは豚インフルエンザウィルスのシミュレーションでした。なぜこれをコンピュータを使ってシミュレーションを行う必要があるのかについては、こういったたんぱく質はあまりにもスケールが小さいため、働きの解明に必須な細部の表現や運動の観察が通常の実験から得ることができたないためと説明しています。

タミフル抗体はインフルエンザウィルスの増殖に必須なたんぱく質上の穴を塞いでしまうことで効果を発揮します。しかしインフルエンザウィルスがタミフルに効かなくなった時、シミュレーションをすることによってタミフルが穴を塞ぐときに2段階のステップを踏むことが解明されました。そしてインフルエンザウィルスは1ステップ目でタミフルを阻害することを覚えたことが分かり、2段階のステップを踏まずに直接穴を塞ぐ新しいタミフルを開発することができたと説明してくれました。

彼はこの新しい道具をComputational microscopeと呼んでいます。通常の顕微鏡の筒とレンズに代わって、化学方程式、物理方程式、数学、とソフトウェアから構成されているものと紹介しています。彼は、コンピュータで計算を行う際に、賢く計算する方法とそうでない方法というものがあるが、どのような手法が賢いといった判断は、その計算を行っている計算機の構造によっても大きく変わることに触れていました。様々な計算手法を過去に考え、CPUで実行させるには向かないが面白いということで引き出しの中に眠らせていたアルゴリズムが幸いにもGPUで実行するには向いていそうと気づき、すぐに応用することが可能であったと話していました。

ソフトウェアはNAMDを使用していますが、4万人のユーザが利用しており、いろんなプラットフォームで動作していることに言及しています。また、可視化するのに開発したVMDと呼ばれるソフトウェアを紹介し例として善玉コレステロールと呼ばれているものが悪玉コレステロールを吸収しているアニメーションを表示していました。

次に6つの例を紹介しました。一つはポリオ菌の紹介です。ポリオ菌は現在ではあまり見かけないが、研究によって仕組みがよく分かっているためシミュレーションとの整合性を確認でき、ここから得られ・・・

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