2013 Fiscal Year Research-status Report
高分子材料設計のための大規模分子シミュレーション手法の開発
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25820065
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
高橋 和義 慶應義塾大学, 理工学部, 助教 (60645208)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 分子動力学 / 高分子 / Langevin Dynamics / マルチスケール接続 / 相互作用計算 / Tree法 / IPS法 / LIPS法 |
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| Research Abstract |
高い計算精度をもつ相互作用計算手法であるLinear-combination based Isotropic Periodic Sum (LIPS)法の、多重極展開と計算領域の階層的分割を用いたTree法による高速化は、大規模並列分子動力学(MD)シミュレーションのための相互作用計算手法として期待できるが、LIPS法以外にもTree法による高速化が可能な相互作用計算手法が複数存在する。そこで、Tree法と組み合わせるべき手法としてのLIPS法の優位性を明確にするために、LIPS法と複数の代表的な相互作用計算手法との精度比較を行った。極性分子のバルク系における結果はLIPS法の有意性を確認するに十分であった。
一方で、極性分子の気液界面系においては、通常のIPS法と比較してLIPS法の優位性は十分に確認できなかった。これはIPS/Tree法に対するLIPS/Tree法の優位性が十分でないことを意味する。そこで、LIPS法の理論的枠組を用い、新たな相互作用計算手法であるLIPS-SWitch(LIPS-SW)法を開発した。LIPS-SW法は極性分子のバルク系においてLIPS法と同等の精度を確保しつつ、気液界面系において大幅な精度の改善を達成した(一定の計算精度を達成するために必要な計算量の指標となるカットオフ半径を、IPS法およびLIPS法の1/4まで低減させることに成功)。
以上の検証・開発の結果から、平成25年度の課題であったLIPS/Tree法の開発をLIPS-SW/Tree法の開発へと切り替えた。なお、LIPS-SW/Tree法の開発はLIPS/Tree法の開発と同様に、IPS/Tree法の研究成果を用いれば比較的容易である。
また、平成26年度以降の課題であるLangevin Dynamics(LD)シミュレーションにもすでに着手している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成25年度の課題はLIPS/Tree法の開発・実装および計算速度・精度の評価であった。LIPS法の検証とLIPS-SW法の開発によって当初の予定とは異なるLIPS-SW/Tree法の開発を目指すこととなったが、計算精度の評価という観点ではむしろ大きな前進と言える。また、平成26年度以降の課題であるLDシミュレーションにすでに着手している。これらの点からおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
LIPS-SW/Tree法の開発・実装を急ぎ執り行う。LDシミュレーションによる計算・解析を前倒しして行うことで、計算資源の使用率を高く保つだけでなく、研究の効率的な推進を図る。高分子系のMDシミュレーションは平衡状態に至るまでの緩和時間が長く、計算コスト増大につながるため、この点を改善する各種手法の導入も重要な課題であると考える(注：本研究が必要としている情報は、平衡状態到達後の高分子系の数十マイクロ秒にわたる軌跡である)。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度使用額が生じた理由は主に2つ挙げられる。ひとつは、LIPS/Tree法の開発以前にLIPS法の精度検証およびLIPS-SW法の開発を優先したためである。これにより平成25年度に予定していた科学計算用GPUの購入は見送った。もうひとつは、情報収集の重要さに起因する。現在、MDシミュレーションのための高速化手法はその需要の高騰に応じて世界中で精力的な研究が行われており、その動向調査が本研究には必要不可欠であるとの結論を得ている。そのため、国内外を問わず情報収集を行う必要があった。
GPUの購入費をA、情報収集のための旅費をB、次年度使用額をCとすると、概ね次の式が成り立つ。
C = -(B - A)
次年度はLIPS-SW/Tree法の開発・実装を急ぐため、科学計算用GPU購入のための使用を予定している。同時に、積極的な情報収集や研究発表などのための使用を予定している。また、研究成果を学術論文として公刊するための使用を予定している。
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Research Products
(7 results)
