投稿者: 筑波大学計算科学研究センター

EPCC-CCS joint workshop

今年の EPCC-CCS workshop 開催地は、エジンバラ大学（EPCC）です。

Date: March 11th (Wed) – 12th (Thu), 2026
Venue: EPCC, the University of Edinburgh

DAY 1 Teaching Room 13,Teviot Medical School
start Speaker 　Title
9:30   Coffee, welcome and introduction
10:00 Yoshinari Kameda Computational Vision Media for Real-World Computational Imformatics
10:30 Mark Parsons EPCC  update
11:00 Miwako Tsuji Quantum HPC Hybrid Platform in Japan
11:30   Coffee
12:00 Oliver Brown Quantum Software Lab
12:30 Hiroyasu Koizumi Quantum Computing for Natural Language Processing and Sentiment Analysis
13:00   Lunch
14:00 Jano Van Hemert Edinburgh International Date Facility:flexible storage and compute services for AI  and date science
14:30 Taisuke Boku Changing Lanes – GPU Computing for HPC/AI and Governmental Support in Japan
15:00 Julien Sindt Preserving large-scale geospatial datasets 
15:30   Coffee
16:00 Yasuteru Shigeta Integrated Drug discovery using simulation and machine learning
16:30 Joe O’Connor Machine Learning for Smoothed Particle Hydrodynamics 
16:45 Adrian Jackson Optimizing storage with compiler technologies
17:00   Close

 

DAY 2 Lecture Theatre 3,  40 George Square
start Speaker 　Title
9:00 Nick Brown Programmer productivity and performance when using AI accelerators for HPC
9:30 Ho Hsiao A Machine Learning Approach for Lattice Gauge Fixing
10:00 Elia Cellini Neural and Non-Equilibrium methods for Lattice Gauge Theory
10:30 Shu Horie Estimating the Star Formation History of Galaxies Using Diffusion Models
11:00   Coffee
11:30 Jindra Gensior  The impact of different star formation models on galaxy evolution across cosmic time
12:00 Paul Batholomew  VECTA and CSS
12:30   Closing remarks and future plans
13:00   Lunch
14:00   Visit to EPCC Data Center
16:30   Close

計算から実験まで―様々な手法による暑熱環境評価

浅野 裕樹 研究員

地球環境研究部門

浅野さんは、地球環境研究部門の研究者です。都市気候と山岳気象、この2つを主な専門分野にしながら、近年は理科教育の研究にも励んでいます。幅広い興味関心を持つ浅野さんは、多分野において、さまざまな手法を用いた研究を行ってきました。今回は、その中で特に暑熱分野の研究に注目します。

（2026.2.19 公開）

City-LESの利用を、誰でももっと簡単に

　当センターの日下研究室で開発された都市街区気象モデル「City-LES*」は、都市街区内の気温や風速、表面温度などを詳細に再現することができます。

＊LES（Large Eddy Simulation）：乱流の数値シミュレーション手法の1つ。
（ 参考：https://www.ccs.tsukuba.ac.jp/research-topic-v17/）

図1：City-LESによってシミュレートされた東京駅周辺の地上気温分布（出典：日下研究室）

 

　しかし、図のような現実の街でCity-LESを利用するには、1つのハードルが存在します。それは、シミュレーションを行う上で必要となる都市の三次元モデルの作成です。具体的には、建物などのデータの取得や処理、LESの実行に至るまでに、GIS（地理情報システム：Geographic Information System）の知識と使用経験が求められ、複雑な工程を踏む必要がありました。

　City-LESの利用におけるハードルを下げることは、浅野さんが課題と感じてきた部分でした。その解決の糸口となったのが、竹中技術研究所の藤原邦彦さんが開発した、都市の三次元モデルを生成するPythonパッケージ「VoxCity」です。その大きな特徴は、データの自動取得による利便性と初心者でも扱いやすい操作性の高さにあります。VoxCityの活用により、シミュレーションに必要な土地利用や建物データは、クリック操作で簡単に取り出せるようになりました。都市名や地域を選べば、日本だけでなく世界各国の都市においてもデータ取得が可能となります。

図2：VoxCityによるデータ処理のフロー（出典：Fujiwara et al.(2025)）
VoxCityは、現在公開ページから誰でも利用することが可能。https://github.com/kunifujiwara/VoxCity

 

　浅野さんが国際会議で藤原さんの発表を聞いたことをきっかけに、その技術をCity-LESにも応用できるのではないかと思い、声をかけたそうです。その結果、両技術を結びつけ、City-LESの利便性を高める共同開発へと発展しました。今までの複雑な手作業が大幅に削減され、より効率的にシミュレーションを行うことが可能となったのです。浅野さんは、引き続き暑熱環境評価の研究に取り組んでおり、この開発をきっかけにCity-LESのさらなるユーザー拡大を期待しています。

シミュレーションから観測まで…多岐に渡るアプローチ

　浅野さんは、City-LESなどの数値モデルを用いた研究だけでなく、観測や被験者実験といった、異なる手法での研究も行っています。Asano et al.(2022)では、筑波大学内における被験者実験を通じて、暑い屋外における歩行時間と知的生産性の低下の関係について示しました。実験の結果、被験者の屋外歩行後のテスト正答率は歩く前に比べて3.6％低下しました。また、女性よりも男性で影響が強く見られることや、睡眠時間が短いほど正答率が下がるといった結果も示されています。

図3：筑波大学内での被験者実験の様子（出典：Asano et al.(2022)）
プレスリリース：https://www.ccs.tsukuba.ac.jp/release20220222/

 

後記

　取材を通じて、最先端のシミュレーション実験（モデル）から実証的な実験（観測）まで、浅野さんの取り組む研究アプローチの幅広さが印象的でした。複数の軸を持ちながらも、探究心を持ってそれぞれを極めていこうとする浅野さんの今後の活動に、ますます期待が高まります。

（文・広報サポーター　野本実奈）

さらに詳しく知りたい人へ

令和7年度　年次報告会（2026年2月24日）

日時：2026年2月24日（火）13:30～16:30
会場：計算科学研究センターワークショップ室

計算科学研究センター 令和7年度年次報告会を行います。本年度も引き続きポスター発表となります。

プログラム（コアタイム）　　　　　　　　　

2026.2.17　更新

所属部門 氏名 コアタイム
素粒子物理研究部門 藏増 嘉伸 13:30-14:30
素粒子物理研究部門 石塚 成人 14:30-15:30
素粒子物理研究部門 大野 浩史 15:30-16:30
素粒子物理研究部門 秋山　進一郎 動画対応
宇宙物理研究部門 大須賀 健 14:30-15:30
宇宙物理研究部門 森 正夫 15:30-16:30
宇宙物理研究部門 矢島 秀伸 13:30-14:30
宇宙物理研究部門 吉川 耕司 14:30-15:30
宇宙物理研究部門 Alexander Wagner 15:30-16:30
宇宙物理研究部門 福島 肇 13:30-14:30
原子核物理研究部門 中務 孝 14:30-15:30
原子核物理研究部門 清水 則孝 15:30-16:30
原子核物理研究部門 日野原 伸生 13:30-14:30
原子核物理研究部門 宮城 宇志 14:30-15:30
量子物性研究部門 大谷 実 15:30-16:30
量子物性研究部門 小泉 裕康 13:30-14:30
量子物性研究部門 Tong Xiao-Min 14:30-15:30
量子物性研究部門 前島 展也 15:30-16:30
量子物性研究部門 萩原 聡 13:30-14:30
生命科学研究部門・生命機能情報分野 重田 育照 14:30-15:30
生命科学研究部門・生命機能情報分野 谷 一寿 15:30-16:30
生命科学研究部門・生命機能情報分野 庄司 光男 13:30-14:30
生命科学研究部門・生命機能情報分野 原田 隆平 14:30-15:30
生命科学研究部門・生命機能情報分野 Kowit Hengphasatporn 動画対応
生命科学研究部門・分子進化分野 稲垣 祐司 15:30-16:30
生命科学研究部門・分子進化分野 中山 卓郎 14:30-15:30
地球環境研究部門 日下 博幸 13:30-14:30
地球環境研究部門 ドアン　グアン　ヴァン 15:30-16:30
高性能計算システム研究部門 朴 泰祐 14:30-15:30
高性能計算システム研究部門 高橋 大介 13:30-14:30
高性能計算システム研究部門 建部 修見 動画対応
高性能計算システム研究部門 額田 彰 15:30-16:30
高性能計算システム研究部門  辻 美和子 13:30-14:30
高性能計算システム研究部門 多田野 寛人 14:30-15:30
高性能計算システム研究部門 藤田 典久 15:30-16:30
計算情報学研究部門・データ基盤分野 天笠 俊之 15:30-16:30
計算情報学研究部門・データ基盤分野 塩川 浩昭 13:30-14:30
計算情報学研究部門・データ基盤分野 堀江 和正 14:30-15:30
計算情報学研究部門・データ基盤分野 サーヴォン・ブー 動画対応
計算情報学研究部門・計算メディア分野 亀田 能成 13:30-14:30
計算情報学研究部門・計算メディア分野 北原 格 15:30-16:30
計算情報学研究部門・計算メディア分野 謝 淳 13:30-14:30

CCS signs collaboration agreement with KISTI

The Center for Computational Sciences (CCS), University of Tsukuba, has solidified a significant partnership with the Korea Institute of Science and Technology Information (KISTI) on January 26, 2026.

KISTI is a national research institute in Korea responsible for the country’s scientific and technical information infrastructure and supercomputing.

Since 2014, CCS has jointly organized annual in-person winter schools and research exchange workshops with KISTI, alternately held in Japan and Korea. During the COVID-19 pandemic, these activities were temporarily suspended or held online.

Building on this renewed agreement, the two institutions will further strengthen information sharing, collaborative research, and encourage academic exchange, mainly in the field of high-performance computing (HPC), and will continue to work together to advance science.

 

韓国科学技術情報硏究院（KISTI）とのMOU調印式

筑波大学計算科学研究センター（CCS）は、2026年1月26日、韓国科学技術情報硏究院（KISTI）との部局間交流協定を締結しました。

KISTIは、韓国における科学技術情報の高度化を支えるとともに、国家スーパーコンピューティング基盤の構築・運用を担う国立研究機関です。

CCSは2014年以降、コロナ禍による一時的な中断やオンライン開催を経ながらも、毎年対面を基本として、KISTIと共同で日韓両国において交互に合同ウィンタースクールおよび研究交流ワークショップを開催しています。

今後も主にHPC分野の研究を軸に、情報交換や共同研究、人材交流をさらに深化させ、両機関が連携して科学の発展に貢献していきます。

アラバジエヴァ　ブルガリア駐日大使との意見交換

1月21日、重田 育照教授（センター長）、朴泰祐教授（前センター長）、ドアン グアン ヴァン准教授（地球環境部門）、ならびにビタノバ・リディア博士（CCS共同研究員、Gate研究所所属）は、マリエタ・アラバジエヴァ　ブルガリア駐日大使と会談しました。会合では、筑波大学とGate研究所の更なる連携に加え、イノベーション、研究教育、文化における国境を越えたパートナーシップを通じて、ブルガリアと日本の連携を強化する可能性について意見交換を行いました。

左から、筑波大学計算科学研究センター（CCS）ドアン・グアン・ヴァン准教授、GATE Institute研究員及び筑波大学CCS共同研究員のLidia Vitanova博士、駐日ブルガリア大使Marieta Arabadjieva氏、重田育照CCSセンター長、朴泰祐CCS前センター長・HAIRDESCセンター長

中性子過剰なスズ原子核は小さい　―陽子弾性散乱を用いた重い不安定核研究の始まり―

2026年1月22日
京都⼤学
理化学研究所 仁科加速器科学研究センター
⼤阪⼤学 核物理研究センター
筑波⼤学 計算科学研究センター

概要

京都⼤学⼤学院理学研究科 ⼟⽅佑⽃博⼠課程学⽣（研究当時）、銭廣⼗三准教授、理化学研究所仁科加速器 科学研究センター核反応研究部 上坂友洋部⻑、⼤阪⼤学核物理研究センター 松⽥洋平教授、⼤⽥晋輔教授、 筑波⼤学計算科学研究センター 宮城宇志助教、東京⼤学原⼦核科学研究センター 横⼭輪助教らの国際共同研 究グループは、⼆重閉殻構造[1]を持つ不安定原⼦核(不安定核) [2]である質量数 132 のスズ (以降 132Sn と表記) の物質半径[3]を初めて測定し、その値が第⼀原理計算[4]による予⾔値より⼩さいことを明らかにしました。本 研究成果は原⼦核分野にとどまらず中性⼦星[5]の構造研究など宇宙分野にも⼤きな貢献をもたらすことが期 待されます。 原⼦核の⼤きさ（半径）は、その性質を表す最も基本的な量の⼀つです。安定な原⼦核では、半径と原⼦核 質量の間に「1/3 べき乗則」[6]が成り⽴つことがよく知られていますが、陽⼦数に⽐べて中性⼦数が⾮常に多 い中性⼦過剰領域ではこの系統性からズレが⽣じる事例が報告されており、実験・理論双⽅から研究が進めら れていました。特に⼆重閉殻構造を持つカルシウムの安定・不安定同位体では、最先端理論で説明のできない 異常が報告されており、他の⼆重閉殻な原⼦核での半径データが待ち望まれていました。 今回、本国際共同研究グループは、理化学研究所 RI ビームファクトリー(RIBF)において得られる⾼強度な 132Sn ビームと固体状態の⽔素標的[7]の散乱測定を実施しました。この測定から得られた弾性散乱[8] データを⽤ い、132Sn 物質半径の精密測定に世界で初めて成功しました。新しく得られた結果は、最先端の相互作⽤を⽤ いた第⼀原理計算の予⾔値に⽐べ⼩さいことを⽰しており、カルシウムで⾒られた半径異常が、中性⼦過剰核 のより広い領域に渡っていることを明らかにしました。 従来の信頼度の⾼い理論では再現できておらず、今後の更なる研究が期待されます。

 

>> プレスリリース全文はこちら

【題名】
 

First Extraction of the Matter Radius of 132Sn via Proton elastic scattering at 200 MeV/Nucleon

（核子あたり200MeVでの陽子弾性散乱による132Snの物質半径の初測定）
 
【掲載誌】
Progress of Theoretical and Experimental Physics
 
【DOI】
10.1093/ptep/ptaf182

 

Scientific Insights into the Frequency and Formation Conditions of Unique Clouds around Mount Fuji

Researchers at University of Tsukuba conducted a three-year observational study (January 2019-December 2021) using a network of live cameras to monitor characteristic clouds around Mount Fuji, including cap clouds, Tsurushi clouds (mountain-wave lenticular clouds), and Hata clouds (clouds similar to banner clouds but meteorologically distinct). By systematically analyzing visual records together with meteorological data, the researchers—for the first time—scientifically verified the occurrence frequency and formation conditions of these clouds, which were previously understood only based on empirical hypotheses.

Tsukuba, Japan—Characteristic clouds, such as cap clouds, Tsurushi clouds (mountain-wave lenticular clouds), and Hata clouds (similar to banner clouds but meteorologically different), are frequently observed in the vicinity of Mount Fuji and are well known to the public. Despite their familiarity, the meteorological mechanisms and environmental conditions responsible for their formation have not been thoroughly investigated. In this study, researchers established a dedicated live-camera observation network surrounding Mount Fuji and conducted long-term monitoring to classify these clouds in detail and determine their occurrence frequency and associated meteorological conditions.

 

The analysis demonstrated that the dominant subtypes were the “summit-covering” type among cap clouds, the “elliptical” type among Tsurushi clouds, and the “horse’s mane” type among Hata clouds. Although cap clouds and Tsurushi clouds exhibited similar seasonal occurrence patterns, their vertical wind and humidity profiles differed markedly. In particular, Tsurushi clouds were associated with weak vertical wind shear and moist layers at high altitudes. The results confirmed that Tsurushi clouds are primarily generated by mountain waves, which are vertical atmospheric oscillations induced by airflow over topography. However, the influence of airflow convergence downstream of Mount Fuji, as suggested in some previous studies, is relatively small.

 

In contrast, Hata clouds displayed distinctly different seasonal and diurnal characteristics, occurring predominantly during winter under large vertical wind shear and moist layers at low altitudes. Moreover, these clouds differed fundamentally from the well-known banner clouds observed at the Matterhorn with respect to formation processes and structural features, indicating that Hata clouds constitute a distinct cloud category.

 

Overall, the study provides the first scientific validation of the characteristics of cap clouds, Tsurushi clouds, and Hata clouds, which have long been recognized but previously understood only through empirical knowledge, based on comprehensive observational data.

 

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This study was supported by JSPS KAKENHI (grant number: JP23H05494).



Original Paper

Title of original paper: Characteristics of unique cap, Tsurushi and Hata clouds around Mount Fuji 
Journal: Weather
DOI: 10.1002/wea.7774

第154回計算科学コロキウムを、2月20日（金）10:10より開催します

第154回計算科学コロキウムを開催いたします。多数のご来聴をお待ちしております。
 
講演タイトル：普遍生物学
講師：金子邦彦　先生
日時：2026年2月20日(金)　10:10-11:25
場所：計算科学研究センター　ワークショップ室
概要：
「生命とは何か」は物理学者にとっても大きな謎です。これまで分子生物学は生命の部品の性質を明らかにしてきました。一方で生きている状態はそうした分子が集まって維持されているマクロな状態です。ではそうした生命の状態一般に成り立つ論理、法則は見出せないのでしょうか。物理学は分子によらずそれらの集まった平衡状態に普遍的に成り立つ「熱力学」をつくることにかつて成功しました。では、その精神を受け継いで、多様な成分を維持、成長し、外界に適応し進化するという、生命システムの性質をあらわす普遍状態論を構築できないでしょうか。普遍生物学ではミクロ（例えば分子）とマクロ（例えば細胞）の整合性に着目して、生物の基本的性質ー遺伝、代謝、発生、進化ーに潜む普遍法則を構成的実験と理論物理で解き明かそうとしています。その一端を紹介します。
　（参考図書；「生命とは何か」「普遍生物学」東大出版会）
 
世話人：庄司光男

計算メディカルサイエンス事業部公開シンポジウム2025

筑波大学計算科学研究センター計算メディカルサイエンス事業部では，最先端の計算科学を医学と連携させる「医計連携」を推進し，物理学，生命科学およびデータ基盤，情報メディア分野の計算科学と医学，産業界が連携し，最新の計算手法，画像処理技術ならびに機械学習，深層学習等を用いて，計算科学による医療技術を開拓する取り組みを進めています．このため，(1)計算生体分子医科学，(2) 睡眠ビッグデータ解析・自動診断，(3) 3D Surgical Vision，(4) 計算光バイオイメージングのプロジェクトチームを設置し，学内外の連携とチーム間連携を図り研究を推進してきました．
　計算メディカルサイエンス事業部公開シンポジウム2024では，各プロジェクトからの最近の成果を報告するとともに，関連分野の研究者を交えた議論を行います．興味をお持ちの皆様の参加をお待ちしております．

【日時・場所】
日時：2025年12月23日（火）10:00-14:45
場所：計算科学研究センター 1F 国際ワークショップ室

【参加方法】事前登録不要・参加無料
 
  タイトル 講演者 所属
10:00-10:05 オープニング    
10:05-10:55 計算光バイオイメージング    
10:05-10:25 脳出血診断に向けた診断システムの開発 矢島 秀伸 筑波大学計算科学研究センター
10:25-10:55 生体組織光学に基づく光治療のin silico評価 西村 隆宏 (オンライン 大阪大学大学院情報科学研究科
10:55-11:45 睡眠ビッグデータ解析・自動診断    
10:55-11:20 Assessment of the Impact of Sleep Scoring on Arousal Detection Using Multitask and Transfer Learning in U-Net Models for In-Home EEG Signals ネイラ・アルマンザ・ファン・カルロス 筑波大学国際統合睡眠医科学研究機構
11:20-11:45 神経雪崩解析を用いた新規睡眠ステージ判定手法の開発 岡 楓莉 筑波大学情報理工学位プログラム

11:45-13:00

 （お昼休憩）    
13:00-13:50 計算生体分子医科学    
13:00-13:25 クライオ電子顕微鏡データから拓く創薬・生命科学シードの創出 谷 一寿 筑波大学計算科学研究センター 
13:25-13:50 生体内環境を模倣する計算モデルの開発と疾患研究への応用 原田 隆平 筑波大学計算科学研究センター
13:50-14:40 3D Surgical Vision    
  2025年度活動中間報告 北原 格 筑波大学計算科学研究センター
  肘超音波画像に基づく異常検知および診断法 赤堀 史津香 筑波大学知能機能システム学位プログラム
  2D/3D Registration for Intraoperative X-ray Guidance in Orthopedic Surgery Pragyan Shrestha 筑波大学エンパワーメント情報学プログラム
14:40-14:45 クロージング    


[Cancel] 153rd Colloquium of the Center for Computational Sciences

*This colloquium has been canceled.

153rd Colloquium

Presenter:Prof. Adrian J. Mulholland (Centre for Computational Chemistry, School of Chemistry, University of Bristol)
   Website: https://mulhollandgroup.wordpress.com/
Date: 21 January 2026, 09:20–10:05
Venue: Workshop room, CCS
Language: English
 
Title:Enzyme Mechanism, Dynamics and Evolution — from Drug Resistance to Protein Design and Engineering
 
Research Interests (proposed wording):
Computational enzymology, QM/MM simulations, reaction mechanisms, enzyme evolution, drug resistance, and computational design of biomolecular systems.

Abstract: 

Molecular simulations can reveal enzyme catalytic mechanisms and functionally relevant dynamics. Simulations can be used as computational ‘assays’ of activity, e.g. to predict drug resistance or effects of mutation, and to inform molecular design and protein engineering. Combined quantum mechanics/molecular mechanics (QM/MM) methods allow modelling of reactions in proteins, identifying transition states, intermediates and catalytic interactions. QM/MM simulations can reveal determinants of catalytic activity: e.g. showing the active site electric field determines carbapenemase activity of class A b-lactamases [1]. Electric fields are optimized in natural enzymes for specific catalytic activities and provide a guide for enzyme design [2]. Electric field calculations and molecular dynamics (MD) simulations can be included in evolutionary enzyme design to accelerate enzyme engineering and design [3]. Evolution, natural and directed, often introduces distal mutations [4]. Dynamical-nonequilibrium MD (D-NEMD) simulations are emerging as a powerful approach to predict distal sites that affect activity, revealing allosteric networks and binding sites, and positions associated with drug resistance [5]. D-NEMD simulations can identify sites for mutation for enzyme engineering [6]. Biomolecular simulations accelerate protein design workflows, complementing other computational design tools, contributing to the design, engineering and directed evolution of natural enzymes and de novo biocatalysts, and of redox proteins for biomolecular electronics. Simulations are also contributing to the emerging evidence that activation heat capacity is important in the temperature dependence of enzyme activity at different temperatures. Simulations identify the dynamical networks associated with evolution of activity and adaptation to different temperatures [4,5,6,7].

1. Electric Fields Are a Key Determinant of Carbapenemase Activity in Class A b-Lactamases. H. Jabeen et al. ACS Catalysis 14 7166 (2024)
2. Solvent channels and electric fields guide proton delivery to the active site of heme peroxidases. R. Suardiaz et al. Angewandte Chemie International Edition e202515743 (2025)
3. AI.zymes–A modular platform for evolutionary enzyme design. L. Merlicek et al. Angewandte Chemie International Edition 64 e202507031 (2025)
4. Epistasis arises from shifting the rate-limiting step during enzyme evolution of a β-lactamase. C. Fröhlich et al. Nature Catalysis 7 499 (2024)
5. Dynamical nonequilibrium molecular dynamics simulations reveal allosteric networks, signal transduction mechanisms, and sites associated with drug resistance in biomolecular systems. B. Balega et al. Molecular Physics 123 e2428350 (2024)
6. Dynamical Responses Predict a Distal Site that Modulates Activity in an Antibiotic Resistance Enzyme M. Beer et al. Chemical Science 15 17232 (2024)
7. Cooperative Conformational Transitions Underpin the Activation Heat Capacity in the Temperature Dependence of Enzyme Catalysis. E. Walker et al. ACS Catalysis 14 4379 (2024)

Coordinator: Kowit Hengphasatporn 

【中止】第153回計算科学コロキウムを、1月21日（水）9:20より開催します

＊第153回計算科学コロキウムは中止となりました（2026.1.14追記）＊

第153回計算科学コロキウムを開催いたします。多数のご来聴をお待ちしております。

講演タイトル：Enzyme Mechanism, Dynamics and Evolution — from Drug Resistance to Protein Design and Engineering
講演者：Prof. Adrian J. Mulholland (Centre for Computational Chemistry, School of Chemistry, University of Bristol)
   Website: https://mulhollandgroup.wordpress.com/
日時：2026年1月21日（水）9:20-10:05
場所：計算科学研究センター　ワークショップ室
言語：英語
Research Interests (proposed wording):
Computational enzymology, QM/MM simulations, reaction mechanisms, enzyme evolution, drug resistance, and computational design of biomolecular systems.
講演内容：

Molecular simulations can reveal enzyme catalytic mechanisms and functionally relevant dynamics. Simulations can be used as computational ‘assays’ of activity, e.g. to predict drug resistance or effects of mutation, and to inform molecular design and protein engineering. Combined quantum mechanics/molecular mechanics (QM/MM) methods allow modelling of reactions in proteins, identifying transition states, intermediates and catalytic interactions. QM/MM simulations can reveal determinants of catalytic activity: e.g. showing the active site electric field determines carbapenemase activity of class A b-lactamases [1]. Electric fields are optimized in natural enzymes for specific catalytic activities and provide a guide for enzyme design [2]. Electric field calculations and molecular dynamics (MD) simulations can be included in evolutionary enzyme design to accelerate enzyme engineering and design [3]. Evolution, natural and directed, often introduces distal mutations [4]. Dynamical-nonequilibrium MD (D-NEMD) simulations are emerging as a powerful approach to predict distal sites that affect activity, revealing allosteric networks and binding sites, and positions associated with drug resistance [5]. D-NEMD simulations can identify sites for mutation for enzyme engineering [6]. Biomolecular simulations accelerate protein design workflows, complementing other computational design tools, contributing to the design, engineering and directed evolution of natural enzymes and de novo biocatalysts, and of redox proteins for biomolecular electronics. Simulations are also contributing to the emerging evidence that activation heat capacity is important in the temperature dependence of enzyme activity at different temperatures. Simulations identify the dynamical networks associated with evolution of activity and adaptation to different temperatures [4,5,6,7].

1. Electric Fields Are a Key Determinant of Carbapenemase Activity in Class A b-Lactamases. H. Jabeen et al. ACS Catalysis 14 7166 (2024)
2. Solvent channels and electric fields guide proton delivery to the active site of heme peroxidases. R. Suardiaz et al. Angewandte Chemie International Edition e202515743 (2025)
3. AI.zymes–A modular platform for evolutionary enzyme design. L. Merlicek et al. Angewandte Chemie International Edition 64 e202507031 (2025)
4. Epistasis arises from shifting the rate-limiting step during enzyme evolution of a β-lactamase. C. Fröhlich et al. Nature Catalysis 7 499 (2024)
5. Dynamical nonequilibrium molecular dynamics simulations reveal allosteric networks, signal transduction mechanisms, and sites associated with drug resistance in biomolecular systems. B. Balega et al. Molecular Physics 123 e2428350 (2024)
6. Dynamical Responses Predict a Distal Site that Modulates Activity in an Antibiotic Resistance Enzyme M. Beer et al. Chemical Science 15 17232 (2024)
7. Cooperative Conformational Transitions Underpin the Activation Heat Capacity in the Temperature Dependence of Enzyme Catalysis. E. Walker et al. ACS Catalysis 14 4379 (2024)

世話人：Kowit Hengphasatporn 

富士山周辺に発生する特徴的な雲の発生頻度や条件を科学的に解明

2025.11.25
国立大学法人筑波大学

　富士山周辺に発生する笠雲、吊るし雲、旗雲などの特徴的な雲について、ライブカメラを用いた2019年1月から2021年12月まで3年間にわたる観測を実施し、そのデータを検証することで、これまで経験的な仮説にとどまっていたこれらの雲の発生頻度や発生条件を初めて科学的に明らかにしました。

(provided by Hiroyuki Kusaka)

富士山の周辺では、笠雲、吊るし雲、旗雲など、特徴的な雲がしばしば発生します。これらの雲は、多くの人々に親しまれる馴染み深い存在です。しかし、その発生条件や仕組みについては十分に解明されておらず、これまでの理解の多くは経験的な仮説にとどまっていました。

　本研究では、富士山を囲むように独自にライブカメラ網を設置し、長期にわたる観察を行うことで、これらの雲をより詳細に分類し、それぞれの発生頻度や発生条件を明らかにしました。

　その結果、笠雲の中では「接地笠」、吊るし雲の中では「楕円型」、旗雲の中では「馬のたてがみ型」が主要なタイプであることが分かりました。また、笠雲と吊るし雲は発生する季節や時刻が似ているものの、風速や湿度の鉛直分布が大きく異なること、さらに、吊るし雲の発生要因は主に山岳波（大気の上下振動）であり、一部で指摘されてきた「風が富士山を迂回後に収束する効果」の影響は小さいことが明らかになりました。また、旗雲は、笠雲や吊るし雲とは発生する季節・時刻・気象条件が大きく異なっていました。

　本研究成果は、身近でありながら経験的な理解にとどまっていた笠雲、吊るし雲、旗雲の性質を、実際の観測データによって初めて科学的に検証したものです。

 

プレスリリース全文はこちら

掲載論文

【題名】
Characteristics of unique cap, Tsurushi and Hata clouds around Mount Fuji
（富士山周辺に見られる特徴的な笠雲・吊るし雲・旗雲の特徴）
 
【掲載誌】
Weather
 
【DOI】
10.1002/wea.7774

3,000億粒子の天の川銀河シミュレーションをAI×富岳で実現 －星一つ一つを再現する高解像度モデルで銀河進化に迫る－

2025年11月21日
理化学研究所
神戸大学
筑波大学

概要

理化学研究所（理研）数理創造研究センター数理基礎部門の平島敬也基礎科学特別研究員、神戸大学大学院理学研究科の斎藤貴之准教授、牧野淳一郎特命教授、筑波大学計算科学研究センターの吉川耕司准教授らの国際共同研究グループは、人工知能（AI）とスーパーコンピュータ「富岳」[1]のシステム全体（約15万ノード）を利用し、星や星間ガスなどを表す3,000億個の粒子を用いて星一つ一つまでを分解した世界最高解像度となる天の川銀河のシミュレーションを実現しました。

本研究成果により、天の川銀河の渦状腕構造（渦巻銀河が持つ、円盤上で中心から外側に向かって渦を巻いて伸びる腕状の構造）や、銀河内の元素の循環、太陽系や生命の材料の起源解明に貢献することが期待されます。

国際共同研究グループは、ボトルネックとなっていた超新星爆発[2]直後の急激な変化を、AIを用いたサロゲート・モデル[3]で高速予測しつつ、大規模並列化粒子法[4]向け汎用高性能ライブラリ（FDPS[5]）や多様なアーキテクチャ対応の最適化ツール（PIKG[6]）を統合し、銀河シミュレーションのためのコード「ASURA-FDPS-ML」の開発を行いました。その成果として、「富岳」だけでなく、GPU（画像処理装置）を搭載したスーパーコンピュータ「Miyabi」[7]のシステム全体（約1,000ノード）を用いた計算でも高い並列化効率を達成しました。この成果により、星一つ一つまで分解した天の川銀河サイズのシミュレーションを世界で初めて実現しました。

　本研究は、国際会議「The International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis（SC25）」（11月20日）において発表され、同論文集に掲載されました。

 

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掲載論文

＜タイトル＞
The First Star-by-star N-body/Hydrodynamics Simulation of Our Galaxy Coupling with a Surrogate Model

＜著者名＞
Keiya Hirashima, Michiko S. Fujii, Takayuki R. Saitoh, Naoto Harada, Kentaro Nomura, Kohji Yoshikawa, Yutaka Hirai, Tetsuro Asano, Kana Moriwaki, Masaki Iwasawa, Takashi Okamoto, Junichiro Makino

＜雑誌＞
SC’25: Proceedings of The International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis

＜DOI＞
10.1145/3712285.3759866

SC25 にてブース出展を行います

11月16日から21日にかけて米国セントルイスで開催される SC25 (The International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis; ハイパフォーマンスコンピューティング、ネットワーク、ストレージおよび解析についての国際会議）において、ブース出展（#2812）を行います。
17日のGala Openingでは、ブーストークも行います。センターのブースへぜひお越しください。

Booth Talk Schedule
@Booth #2812
Nov. 17 (Mon)

20:00-20:15
AMD’s engine inside Sirius (PACS12.0) at CCS of Tsukuba University
Brian Johnson, Senior Director of Business Development, HPC/AI GPU

20:15-20:30
New unified memory supercomputer at CCS with AMD MI300A: Sirius
Norihisa Fujita, University of Tsukuba

SC25 Exhibition Booth#2812

SC25 Exhibition will be held on November 17-21 at the America’s Center in St. Louis!
Please stop by our booth #2812, “CCS/JCAHPC, University of Tsukuba”.

We will have several booth talk sessions in our booth at SC25!

Booth Talk Schedule
@Booth #2812
Nov. 17 (Mon)

20:00-20:15
AMD’s engine inside Sirius (PACS12.0) at CCS of Tsukuba University
Brian Johnson, Senior Director of Business Development, HPC/AI GPU

20:15-20:30
New unified memory supercomputer at CCS with AMD MI300A: Sirius
Norihisa Fujita, University of Tsukuba

152nd Colloquium of the Center for Computational Sciences

152nd Colloquium

 
Presenter: Prof. Aiichiro Nakano (University of Southern California)
Date: 10/30 (11:00-11:45)
Venue: Workshop room, CCS
Language: English
 
Title: Science at the Post-Exascale Computing, Quantum Computing & AI Crossroads

Abstract: As the Exaflop/s computing matures, computing landscape is evolving rapidly. While quantum computers have outperformed the fastest supercomputers for certain problems, artificial intelligence (AI) is transforming every aspect of our life. These changes pose an existential challenge for traditional computational sciences based on simulation and modeling.

To address this challenge, we have developed a divide-conquer-recombine (DCR)/metamodel-space-algebra (MSA) paradigm to solve hard multiscale/multiphysics problems harnessing emerging trends of computing hardware. Based on this paradigm, we have developed a MLMD (multiscale light-matter dynamics) software composed of first-principles DC-MESH (divide-and-conquer Maxwell-Ehrenfest-surface hopping) module for nonadiabatic quantum dynamics (NAQMD) and AI-accelerated XS-NNQMD (excited-state neural-network quantum molecular dynamics) module to expand the spatiotemporal scale of NAQMD.

Using 60,000 GPUs of the Aurora supercomputer, MLMD has achieved 1.87 Exaflop/s performance, thus allowing the simulation of light-induced switching of topological superlattices for future ferroelectric ‘topotronics’. This work suggests new algorithm-hardware co-design pathways at the postexa-quantum-AI crossroads.


 

Coordinator: OTANI Minoru

第152回計算科学コロキウムを、10月30日（木）11:00より開催します

第152回計算科学コロキウムを開催いたします。多数のご来聴をお待ちしております。

講演タイトル：Science at the Post-Exascale Computing, Quantum Computing & AI Crossroads
講演者：Prof. Aiichiro Nakano (University of Southern California)
日時：2025年10月30日（木）11:00-11:45
場所：計算科学研究センター　ワークショップ室
言語：英語
講演内容：
As the Exaflop/s computing matures, computing landscape is evolving rapidly. While quantum computers have outperformed the fastest supercomputers for certain problems, artificial intelligence (AI) is transforming every aspect of our life. These changes pose an existential challenge for traditional computational sciences based on simulation and modeling.
To address this challenge, we have developed a divide-conquer-recombine (DCR)/metamodel-space-algebra (MSA) paradigm to solve hard multiscale/multiphysics problems harnessing emerging trends of computing hardware. Based on this paradigm, we have developed a MLMD (multiscale light-matter dynamics) software composed of first-principles DC-MESH (divide-and-conquer Maxwell-Ehrenfest-surface hopping) module for nonadiabatic quantum dynamics (NAQMD) and AI-accelerated XS-NNQMD (excited-state neural-network quantum molecular dynamics) module to expand the spatiotemporal scale of NAQMD.
Using 60,000 GPUs of the Aurora supercomputer, MLMD has achieved 1.87 Exaflop/s performance, thus allowing the simulation of light-induced switching of topological superlattices for future ferroelectric ‘topotronics’. This work suggests new algorithm-hardware co-design pathways at the postexa-quantum-AI crossroads.

世話人：　大谷実

次世代HPC・AI研究開発支援センター (HAIRDESC)の中核機関として筑波大学が参画

10月23日に都内で開催された第8回HPCIコンソーシアムシンポジウムにおいて、日本におけるHPC及びAIの研究開発を支援する新組織「次世代HPC・AI研究開発支援センター (HAIRDESC)」の設立が発表されました。

本センターは文部科学省の公募事業「次世代HPC・AI開発支援拠点形成事業」の採択を受けて設置されるもので、高度情報科学技術研究機構（RIST）が代表機関、筑波大学、東京大学、東京科学大学が中核機関として参画します。現・筑波大学計算科学研究センターの朴泰祐教授がセンター長を務め、GPU・CPU開発ベンダー等とも連携し、新規および既存のアプリケーション開発者に対する技術支援や必要な研究開発を推進します。あわせて、次期フラッグシップシステムを見据えたGPU対応や人材育成にも取り組みます。

筑波大学計算科学研究センターは、これまで運用してきた数々のGPUシステムで培った知見と、最先端のGPUスーパーコンピュータ資源を提供することで、本事業に貢献してまいります。

関連ニュース記事：
計算科学やAI開発を支援、筑波大など中核のセンター新設　文科省 （日本経済新聞 2025/10/23）