シモンズ財団フラットアインスティテュートの計算数学者チームは、分子動力学シミュレーションの処理速度を2.5倍から7倍に向上させる新アルゴリズムを開発し、5月21日付で学術誌Nature Communicationsに発表した。分子動力学シミュレーションは原子や分子の運動を計算して材料設計や創薬、タンパク質構造の解明に不可欠だが、世界トップ500のスーパーコンピュータのワークロードの20％以上を占めるほど計算コストが高い。そのボトルネックは、原子間の長距離電磁力の計算にある。 今回開発された手法では、19世紀に発明され後に信号処理で活用された楕円細長波関数を計算科学に導入した。同関数は電磁力を短距離と長距離に分割する際のプロセスと、原子电荷を計算グリッドに展開する手法を最適化し、空間的に局在しつつ周波数帯域を最小化する特性で従来の近似関数を大幅に上回る効率を実現した。シニア著者の蒋詩東上級研究員らによると、本コードは既存の主流シミュレーションパッケージであるGROMACS、LAMMPS、OpenMMに容易に統合可能であり、GROMACSでは高精度実行時に5倍の高速化を達成した。 水分子集合体、免疫関連タンパク質、リチウムイオン電池電解液など多様な系での検証により、精度を維持したまま劇的な速度向上を確認している。蒋氏は、多くの科学分野が依存する分子シミュレーションのエネルギーと計算時間を大幅に削減できると指摘する。同手法は計算数学の理論的進展が計算科学の実用的課題を解決する好例として、スーパーコンピュータ資源の有効活用と次世代材料・創薬研究の加速に貢献すると期待されている。