可変構造計算機による細胞シミュレーションの研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13208006
• Research Institution: Japan Advanced Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 小長谷 明彦 北陸先端科学技術大学院大学, 知識科学研究科, 教授 (00301200)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 丸山 勉 筑波大学, 機能工学系, 助教授 (00292532)
• Keywords: 可変構造計算器 / FPGA / セルラーオートマトン / 細胞シュミレーション / ハードウエア記述言語 / コンパイラ

Research Abstract

本研究は、細胞シミュレーションに必要なアルゴリズムの部を部分的にハードウェアすることにより、汎用マイクロプロセッサの1000倍以上の性能でシミュレーションする方式を確立することを目的とする。細胞内のタンパク間相互作用は非常に複雑であり、生化学反応による濃度の時間的変化だけでなく,拡散による空問的な局所性についても考慮する必要がある。このような観点から、タンパク質の空間的な拡散過程をシミュレーションするための方法として、セルラーオートマトンに着目し、FPGA用ハードウエアライブラリの構築とセルラーオートマトン専門言語ならびにコンパイラの開発を行なうこととした。
FPGA用ハードウェアライブラリに関しては、FPGA内に格納できるメモリサイズよりも大きな格子サイズを扱かうための仮想メモリ機構を実現した。また、セルラーオートマトン専用言語としてC言語の仕様に従った記述言語を開発し、ハードウェア記述言語への自動変換を行うコンパイラの開発を行った。これにより、FPGA等のハードウェアに関する知識のない利用者でも容易にFPGAシステムを利用し、セルラオートマトンシステムを構築することが可能となった。ランダムウォークをする分子が反応しあうモデル(128×128の大きさの格子)において、1秒当たり180000世代をいう非常に高速な計算が実現可能であることが確認できた。

Research Products

• [Publications] Yoshiki Yamaguchi, Tsutomu Maruyama, Akihiko Konagaya: "An Approach for High Speed Homology Search with FPGAs"knowledge-Based Intelligent information Engineering Systems and Allied Technologies KES'2001 (2001).
• [Publications] Yoshiki Yamaguchi, Tsutomu Maruyama, Akihiko Konagaya: "High Speed Homology Search with FPGAs"Pacific Symposium on Biocomputing P582002,(2002).