「富岳」成果創出加速プログラム:「大規模数値シミュレーションによる地震発生から地震動・地盤増幅評価までの統合的予測システムの構築とその社会実装

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「富岳」成果創出加速プログラム:

「大規模数値シミュレーションによる地震発生から地震動・
 地盤増幅評価までの統合的予測システムの構築とその社会実装」

研究成果

研究成果

FY2022

July 2022

本課題の令和2年度成果報告書は、こちらからご覧いただけます。

 本課題 令和2年度成果報告書



「富岳」成果創出加速プログラム 17課題の成果報告書は、以下のサイトからアクセスできます。

June 2022

「2022年度小堀研レポート」において、本プロジェクトにおける株式会社小堀鐸二研究所の取り組み・研究成果「富岳を用いた大規模地震動計算に向けた計算コードの検証解析」が報告されています。

June 2022

2022年5月22日、堀プロジェクト代表を座長とするセッション「ハイパフォーマンスコンピューティングが拓く固体地球科学の未来」が、JpGU Meeting 2022(日本地球惑星科学連合2022年大会)において開催されました。大会は、幕張での現地開催とオンラインのハイブリッド形式で開催され、セッションには、現地参加15名、オンライン参加45名程度の参加があり、闊達な議論が交わされました。

May 2022

JpGU Meeting 2022(2022年5月22〜27日)において、堀プロジェクト代表を座長とするセッション「ハイパフォーマンスコンピューティングが拓く固体地球科学の未来」が5月22日に開催されます。
固体地球科学分野において、フォワード計算や逆解析を行っている方々に、実際の活用例を紹介、課題提起して頂きます。また、スーパーコンピュータ「富岳」の活用をはじめとした計算機科学・計算科学についての最新の動向も共有することで、固体地球科学分野の様々なフォワード計算や逆解析にフルに活用して解決していく方向性について議論します。

FY2021

Jan. 2022

HPC Asia 2022(2022年1月12日~14日、オンライン開催)に採択され、1月12日に発表した本プロジェクトに関する2題の研究が、Best Paper賞とBest Student Poster賞を受賞しました。

Best Paper賞を受賞した
"152K-computer-node parallel scalable implicit solver for dynamic nonlinear earthquake simulation"
では、超並列計算に適した、物理シミュレーションとデータ学習のハイブリッド手法を開発し、スーパーコンピュータ「富岳」全系での超詳細モデルを用いた地震シミュレーションを実現しました。本論文における人工知能と従来型のHPCの融合の高度化、また、地殻~都市までの詳細情報を反映した地震シミュレーションに必要な数値解析技術が高く評価されました。

Best Student Poster賞を受賞した
"GPU-accelerated Multiphysics-based Seismic Wave Propagation Simulation and its Surrogate Model with Machine Learning"
では、複雑な地震現象を多数回高速解析可能なcapability/capacity computing手法を開発し、さらに解析結果からサロゲートモデルを構築しその有効性を確認しました。

いづれも本プロジェクトで開発を進めている「地震に関する災害被害予測のためのアプリケーション」の性能が高く評価されたものです。

Jan. 2022

2022年1月20日にオンラインにて開催される サイエンティフィック・システム研究会 第科学技術計算分科会 2021年度会合 富岳スペシャル3.0~新時代の防災・減災~ にて、堀プロジェクト代表が「『富岳』成果創出加速プログラム地震課題~地震発生から地震動・地盤増幅評価までの統合的予測に向けて~」と題する講演を行います。

Jan. 2022

本プロジェクトで行った「非線形地震シミュレーション」に関する研究が、HPC Asia 2022(2022年1月12日~14日、オンライン開催)に採択され、Best paper finalist に選ばれました。この研究は「152K-computer-node parallel scalable implicit solver for dynamic nonlinear earthquake simulation」と題し、1月12日に発表します。

"152K-computer-node parallel scalable implicit solver for dynamic nonlinear earthquake simulation"
Tsuyoshi Ichimura, Kohei Fujita, Kentaro Koyama, Ryota Kusakabe, Yuma Kikuchi, Takane Hori, Muneo Hori, Lalith Maddegedara, Noriyuki Ohi, Tatsuo Nishiki, Hikaru Inoue, Kazuo Minami, Seiya Nishizawa, Miwako Tsuji, and Naonori Ueda.

Dec. 2021

2021年12月14日に京都大学学術情報メディアセンターが開催するセミナー「超並列計算の地震・工学設計への応用例とAIを利用する計算力学の展望」において、市村プロジェクト副代表のグループの藤田航平准教授が「高速・スケーラブルな非構造格子有限要素法の開発と地震シミュレーションへの適用」と題して講演を行います。

Dec. 2021

2021年12月10日にオンラインにて開催される第14回スーパーコンピューティング技術産業応用シンポジウム「Society5.0 に向けた『富岳』への期待」にて、堀プロジェクト代表が当課題紹介の特別講演を行います。

Nov. 2021

2021年11月30日~12月1日に完全オンラインで開催される「日本地震工学会・第16回年次大会」で、本プロジェクトの研究成果にかかる複数の発表が行われます。

Nov. 2021

市村プロジェクト副代表が、日本建築学会・第49回地盤震動シンポジウム(2021)「最新の地盤震動研究を入力地震動に活かすための課題 ―地盤応答計算の高度化に向けて」において、2021年11月19日に『非構造有限要素法による深部・浅部解析』と題した講演を行います。

Nov. 2021

SC21 (The International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis, 2021年11月14日~19日)のワークショップ(WACCPD 2021: Eighth Workshop on Accelerator Programming using Directives)において、本プロジェクトの研究成果について市村プロジェクト副代表のグループが発表した論文が、Honorable Mentionに選ばれました。本論文は人工知能と従来型のHPCの融合に関して扱ったもので、本ワークショップにおいて高く評価されました。
R-CCSのwebサイト内、SC21 受賞情報にも紹介されています。

GPU porting of scalable implicit solver with Green’s function based neural networks by OpenACC
Kohei Fujita, Yuma Kikuchi, Tsuyoshi Ichimura, Muneo Hori, Lalith Maddegedara, Naonori Ueda

Oct. 2021

10月25日(月)に開催される「NVIDIA 秋のHPC Weeks, Week-3 GPU Applications」において市村プロジェクト副代表が本プロジェクトの課題にかかるアプリケーション開発研究について講演します。

Sept. 2021

第17回 世界地震工学会議(17WCEE, 2021年9月27日~10月2日)において、本プロジェクトのグループが本プロジェクトにかかる研究成果の一部を発表しました。

Sept. 2021

2021年9月12日に放送された「NHKスペシャル『MEGAQUAKE 巨大地震 2021 〜震災10年 科学はどこまで迫れたか〜』」の中で、市村プロジェクト副代表が、スーパーコンピュータ「富岳」を用いた仮想都市の揺れのシミュレーションを紹介しました。また、本番組の内容は「NHKスペシャル」ホームページ 「まとめ記事」に掲載されています。

Sept. 2021

2021年度日本建築学会大会(東海)において、本プロジェクトの連携機関より、プロジェクトで開発した長周期地震動計算プログラムE-wave FEMを利用した2つの成果発表がありました。発表はオンライン形式で2021年9月10日に行われました。

発表タイトル / 発表者

  • 富岳を用いた大規模地震動計算に向けたVerification 長周期地震動のベンチマークテスト(その1) / 小林広明(小堀鐸二研究所)
  •  
  • 長周期地震動に対する不確定性を考慮した断層モデル地震波作成方法の妥当性検討 / 西本昌(大成建設)

Sept. 2021

2021年9月2日にオンラインにて開催される「第15回アクセラレーション技術発表討論会『富岳による高度科学技術計算』」にて、堀プロジェクト代表が「富岳成果創出加速プログラム地震課題の紹介ー富岳向けの大規模高速化を中心にー」と題する講演を行います。

July 2021

2021年7月5〜9日開催のPASC21(The Platform for Advanced Scientific Computing Conference), AP05 - ACM Papers(7月8日)において、「Fast Scalable Implicit Solver with Convergence of Equation-Based Modeling and Data-Driven Learning: Earthquake City Simulation on Low-Order Unstructured Finite Element」と題する講演を行います。

June 2021

PEER Pacific Rim Forum, 2021年6月16日開催のSession Sixにおいて、本プロジェクトの成果に関する講演を行います。

June 2021

「2021年度小堀研レポート」において、本プロジェクトにおける株式会社小堀鐸二研究所の取り組み・研究成果「富岳を用いた大規模地震動計算に向けた計算コードの検証解析」が報告されています。

May 2021

JpGU Meeting 2021(オンライン 2021年5月30日〜6月6日)において、堀プロジェクト代表、縣研究員を座長とするセッション「ハイパフォーマンスコンピューティングが拓く固体地球科学の未来」が6月5日に開催されます。
固体地球科学分野において、フォワード計算や逆解析を行っている方々に、実際の活用例を紹介、課題提起して頂きます。また、スーパーコンピュータ「富岳」の活用をはじめとした計算機科学・計算科学についての最新の動向も共有することで、固体地球科学分野の様々なフォワード計算や逆解析にフルに活用して解決していく方向性について議論します。

May 2021

第10回 JCAHPCセミナー(Wisteria/BDEC-01運用開始記念)「JCAHPC 次の一手:Oakforest-PACSの先にあるもの」(2021年5月25日開催)において、市村プロジェクト副代表が「スーパーコンピューティングによる大規模地震シミュレーション」と題して講演を行います。

FY2020

Mar. 2021

堀プロジェクト代表が、読売テレビの取材を受け、2021年3月2日放送 『かんさい情報ネットten. 「ゲキ追X 南海トラフから命を守れ ~関西で進む“南海トラフ対策”最前線~」』において、スーパーコンピュータ「富岳」を用いた都市防災に関する研究が紹介されました。

読売テレビ
かんさい情報ネットten. 特集動画 過去の放送内容 2021年3月2日 ゲキ追X


Feb. 2021

2021年2月15〜16日開催の The 3rd R-CCS International Symposium において、堀プロジェクト代表が “Large-scale numerical simulation of earthquake generation, wave propagation and soil amplification”と 題する招待講演を行い、本課題について紹介しました。


Title : "Large-scale numerical simulation of earthquake generation, wave propagation and soil amplification"
Abstract : In one of the programs for Promoting Researches on the Supercomputer Fugaku, entitled "Large-scale numerical simulation of earthquake generation, wave propagation and soil amplification", we have two large research topics. One is application of the developed simulation codes based on large-scale finite element modeling to earthquake and tsunami damage prediction methods aiming for formulating damage estimates by the Japanese government. For this purpose, we make necessary improvements to the developed simulation codes in cooperation with national agencies. We also develop a computing platform on which construction and civil engineering companies can use the same framework of earthquake and tsunami damage prediction as used in damage estimates by the government. The other topic is development of computational methods for large-scale computation aiming for earthquake damage prediction by Prof. Ichimura’s group at Earthquake Research Institute, the University of Tokyo. They develop and improve the computational methods for large-scale computation aiming for earthquake damage prediction. The state-of-the-art techniques of computational and computer science are applied to achieve high-performance computation using "Fugaku".


Feb. 2021

 計算科学系の学術誌「Journal of Computational Science(Volume 49, February 2021)」に、市村プロジェクト副代表のグループが、計算科学・計算機科学の最先端技術を駆使してスーパーコンピュータ「富岳」の性能を引き出すことを可能とする「地震に関する災害被害予測のための大規模アプリケーションの開発」に関する研究成果の一部を発表しました。
 本研究プロジェクトでは、「富岳」の前身であるスーパーコンピュータ「京」用に開発した計算手法を「富岳」の性能特性に最適なものに改良することで、より高度な災害被害予測の創出を目指した研究を実施しています。本論文は、そのような開発手法の一つについて発表しました。「富岳」の性能を引き出すことができる本手法を「富岳」上で使うことで、「京」用の従来手法を「京」上で使った場合に比べて、59倍の高速化が達成されました。本研究は、ポスト「京」で重点的に取り組むべき社会的・科学的課題(重点課題)(3)において理化学研究所・富士通と共同で実施してきたスーパーコンピュータ「富岳」の開発におけるコデザインと協調し、地震に関する災害予測問題に適用したものに相当します。本プロジェクトにおいては、今後この成果を活用し、より高度な災害被害予測の創出を目指します。開発手法は地震分野の他の幅広い問題に適用できるとともに、有限要素法を使う他分野においても活用、効果が期待できます。


Journal of Computational Science : High-fidelity nonlinear low-order unstructured implicit finite-element seismic simulation of important structures by accelerated element-by-element method.  Kohei Fujita, Kentaro Koyama, Kazuo Minami, Hikaru Inoue, Seiya Nishizawa, Miwako Tsuji, Tatsuo Nishiki, Tsuyoshi Ichimura, Muneo Hori and Lalith Maddegedara.  Journal of Computational Science, 2021

Jan. 2021

市村プロジェクト副代表のグループによる研究成果の一部がEarthquake Engineering and Structural Dynamics (EESD)(Volume 50, Issue 1, January 2021)の特集号Regional Seismic Ground-Motion Simulation and Observation with Engineering Applicationsに掲載されました。EESDという地震工学系の学術誌の特集号にも、本プロジェクトの研究が掲載されたことから、計算科学面からの研究開発が地震工学分野においても評価されたといえます。
 スーパーコンピュータ「富岳」のような大規模計算機を使って開発をすすめている数値解析手法を実社会でより幅広く使用できるようには改良が必要です。本研究論文は、そのような改良のひとつとして、GPUを使って大規模地震応答解析を高速化する手法の開発について発表したものです。
 開発手法は、GPUが得意とする連続メモリアクセスで計算する部分が多くなるように設計しました。そして、GPUを使ってこの手法で地震時の地盤液状化解析を行ったところ、CPUを使って従来手法で解析を行った場合に比べて10倍のスピードで計算できるようになりました。また、OpenACCを使うことでプログラムの書き換えで生じる開発コストが低く抑えられました。
 本手法はスーパーコンピュータ「富岳」で開発されている防災関連プログラムの実社会での実用を後押しするものと期待できます。


Wiley Online Library : Ryota Kusakabe, Kohei Fujita, Tsuyoshi Ichimura, Takuma Yamaguchi, Muneo Hori, Lalith Wijerathne, Development of regional simulation of seismic ground-motion and induced liquefaction enhanced by GPU computing, Earthquake Engineering & Structural Dynamics.

Dec. 2020

地震本部ニュース 令和2年(2020年)冬号(12/27発行)に、市村プロジェクト副代表の記事「災害軽減へ向けて理学・工学をつなぐ計算科学 ― 東京大学地震研究所 ―」が掲載されました。

[PDF] 地震本部ニュース 令和2年(2020年)冬号

Dec. 2020

2020年12月18日に開催された第62回地盤工学シンポジウムにて、市村プロジェクト副代表が、「High Performance Computing & AIによる大規模地震シミュレーション」と題する特別講演を行いました。

Nov. 2020

2020年11月24日開催の2020年度 第1回計算科学フォーラムにて、「高性能計算物理シミュレーションと人工知能の融合の試み―地震シミュレーションを例に―」と題して市村プロジェクト副代表が講演を行います。

Nov. 2020

The International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis(SC20)」のresearch poster sessionにおいて、2020年11月17日、市村プロジェクト副代表のグループが計算科学・計算機科学の最先端技術を駆使して、スーパーコンピュータ「富岳」の性能を引き出すことを可能とする、「地震に関する災害被害予測のための大規模アプリケーションの開発」に関する研究成果の一部を発表します。
 地震の大規模シミュレーションを行う際、膨大な数値データを効率よく計算することが難しいランダムメモリアクセスに起因する速度低下が課題となります。これに対して、計算効率のより良い連続メモリアクセスで演算する、AIに代表されるようなデータ駆動型学習を組み合わせることで、大規模シミュレーションを高速で計算する手法の開発に成功しました。
 この手法を用いた結果、従来までの一般的な手法と比べ15倍の高速化が実現しました。また、一般的に、使用するCPUコア数が増加すると計算に用いた手法の性能が落ちてしまいます。しかし、開発されたこの手法は、120万CPUコアを使用してもほとんど能力を落とすことなくその高い性能が維持できました。


SC20 Research Posters Display : ”Fast Scalable Implicit Solver with Convergence of Physics-Based Simulation and Data-Driven Learning: Toward High-Fidelity Simulation with Digital Twin City”., Tsuyoshi Ichimura, Kohei Fujita, Kentaro Koyama, Ryota Kusakabe, Kazuo Minami, Hikaru Inoue, Seiya Nishizawa, Miwako Tsuji, Tatsuo Nishiki, Muneo Hori, Lalith Maddegedara, Naonori Ueda

Nov. 2020

The International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis(SC20)」の「11th Workshop on Latest Advances in Scalable Algorithms for Large-Scale Systems (ScalA20)」(2020年11月12日開催) において、市村プロジェクト副代表のグループが計算科学・計算機科学の最先端技術を駆使して、スーパーコンピュータ「富岳」の性能を引き出すことを可能とする、「地震に関する災害被害予測のための大規模アプリケーションの開発」に関する研究成果の一部を発表します。
 ここでは、データ駆動型学習を使って物理シミュレーションに用いる「グリーン関数」を高速に求めることで、物理シミュレーションを高速化する手法を開発しました。従来、グリーン関数を介した解法は計算コストが高いとされてきました。しかしながら、データ駆動型学習と組み合わせることでグリーン関数の計算コストを大幅に削減することが可能となり、その結果、通常の解法の4.26倍高速に物理シミュレーションが実施できるという成果が得られました。また、この開発手法は、スーパーコンピュータ富岳の265万CPUコアまで高い性能を発揮できることが示せています。本研究の方法は他の物理シミュレーションの高速化にも適用できると期待されています。


ScalA20 in SC20 : "A Fast Scalable Iterative Implicit Solver with Green's function-based Neural Networks," Tsuyoshi Ichimura, Kohei Fujita, Muneo Hori, Lalith Maddegedara, Naonori Ueda and Yuma Kikuchi.

Oct. 2020

2020年10月29〜31日に開催された日本地震学会2020年度秋季大会にて、堀高峰プロジェクト代表が「大規模数値シミュレーションによる地震発生から地震動・ 地盤増幅評価までの統合的予測システムの構築とその社会実装のための取組」と題する口頭発表を行いました。

Aug. 2020

2020年8月4日付けのITmedia/TechFactoryのオンライン記事にて、本プロジェクトで進めてきたAIと物理シミュレーションを融合した都市地震解析が紹介されました。(取材協力 市村強プロジェクト副代表等)

July 2020

JpGU-AGU Joint Meeting 2020(オンライン 2020年7月12-16日)において、セッション「ハイパフォーマンスコンピューティングが拓く固体地球科学の未来」を開催しました。オンライン会議システムを用いた口頭発表セッションであるDiscussion Forum Session (DFS)には、50人近くの参加がありました。DFSでは、プロジェクト代表が本プロジェクトの概要について紹介するとともに、2つの招待講演(ヨーロッパのスパコンプロジェクト関係者、協力機関である東大地震研の若手)とオンラインポスター(iPoster、7件)の紹介が行われ、富岳等のスパコンを用いた地震シミュレーションに関する成果が発表されました。また、東大地震研からは、富岳を実際に用いた最新の状況も報告されました。

June 2020

2020年6月30日発売の週刊誌「FLASH (2020年7/14号)」(84-85頁)に、スーパーコンピュータ「富岳」の活用に向けた取り組みが紹介されました。(取材協力 堀高峰プロジェクト代表)

Apr. 2020

2020年4月21日、内閣府(防災担当)の日本海溝・千島海溝沿いの巨大地震モデル検討会での活用がありました。

Apr. 2020

2020年4月7日、市村強教授等による「データ利活用を促進する地震シミュレーションの計算科学研究」が、令和2年度科学技術分野の文部科学大臣表彰科学技術賞を受賞しました。