材料シミュレーションから実験天文学まで、NVIDIAの新AIソフトウェアが科学的発見を加速

ハンブルクで開催されているISC会議で、NVIDIAは科学分野でのAIを加速する新しいソフトウェアを発表しました。化学や材料発見からダークマターの探索まで、幅広い分野に対応します。新たに導入されたNVIDIA DAQIRIライブラリ、NVIDIA ALCHEMI NIMマイクロサービス、そして近日公開予定のNVIDIA cuPhotonリファレンスコードは、従来CPUで数時間から数日かかっていた作業を、リアルタイムのGPU加速パイプラインに変換します。

cuPhotonは、望遠鏡、X線、レーザー実験から得られる多次元データから洞察を抽出するためのリファレンスコードです。初期アクセスでは、ルビン天文台の時空レガシーサーベイ（LSST）が収集したFITS画像の読み込みと読み取りを14,900倍、信号処理と分析を8,400倍高速化しました。これにより、これまでにない規模のデジタルカメラであるLSSTカメラが捉える何十億もの銀河や近傍の微光天体からのデータを、より迅速に分析できるようになります。

DAQIRI（Data Acquisition for Integrated Real-time Instruments）は、高速検出器やセンサーからのデータをNVIDIAソフトウェアにストリーミングする高性能ネットワーキングライブラリです。従来のシステムは固定ハードウェアに依存し、データが保存速度を超えて生成されるとドロップする可能性がありましたが、DAQIRIは到着するストリームを処理することで対応します。CERN、シカゴ大学、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンの科学者らが開発したA-GHOSTプロジェクトは、DAQIRIを使用してCERNのATLAS実験で記録された衝突データをリアルタイムでAI分析し、通常は保存容量の制限で廃棄される99%以上のデータの中から潜在的に興味深いシグナルを捕捉します。

ALCHEMIは、化学および材料発見を加速するためのドメイン固有のマイクロサービスとツールキットのコレクションです。NVIDIAは3月に、バッチ幾何緩和（BGR）とバッチ分子動力学（BMD）の2つのALCHEMI NIMマイクロサービスをリリースしました。これらのAI加速ツールにより、研究者は数百万の分子や材料を同時にシミュレーションできます。さらに、ALCHEMIは間もなく、広く使用されているVienna Ab initio Simulation Package（VASP）用のマイクロサービスを含む予定で、NVIDIAマルチプロセスサービスを使用して単一GPU上で複数のVASP計算を実行することで、幾何最適化で3倍の高速化を実現します。

Lila SciencesはNVIDIAと協力し、ALCHEMIを使用した高忠実度磁気シミュレーションを実施しました。ALCHEMI NIMマイクロサービスを用いたBGRにより、高スループット材料スクリーニングを50倍高速化し、早期アクセス中のVASPマイクロサービスにより、選抜された候補の磁気特性計算を30%高速化しました。また、ALCHEMIのTensorNet用特殊カーネルにより、トレーニングと推論が6倍高速化され、メモリ使用量が3分の1に削減され、以前は数週間かかっていたシミュレーションが数日で完了するようになりました。

これらのソフトウェアはNVIDIA CUDA-Xコレクションの一部です。DAQIRIはGitHubで公開されており、cuPhotonは今夏、ALCHEMI NIMマイクロサービスはNVIDIA NGCカタログから入手可能です。VASP用マイクロサービスは夏後半に公開予定です。