1億水分子での分子動力学シミュレーションによるマイクロ液滴の変形と分裂挙動の解明

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1000万-1億水分子を用いた分子動力学(MD)シミュレーションにより、固体表面への水滴衝突の挙動を分子レベルで解析することを目指しており、プログラムの開発を続けている。これまでの研究で、シミュレーションプログラムの大規模水滴系への対応ができたため、6千水分子から、現在使用できる計算機で実行可能な最大となる500万水分子までの系で水滴衝突シミュレーションを行った。その結果、水滴に含まれる水分子数が100万を超えると、より現実に使いような固体表面衝突時の水滴の衝突や分裂過程を再現できることがわかった。これは、水滴が衝突で広がるときの液膜の厚さや分裂するとき小水滴の大きさよりも、十分大きなサイズの水滴を使用できるようになったためであると考えられる。現在使用できる計算機では1億水分子系の実行は難しいため、国内で最速のスーパーコンピュータである「富岳」を使うべく、一般試行課題に申請したところ、申請課題が採択されたため、シミュレーションプログラムの富岳への対応を行った。富岳の CPU は同時に複数の演算を行うSIMD演算機能が搭載されており、シミュレーションプログラムを自動でSIMD演算に対応させることができる。しかし、自動でのSIMD演算対応では機械的に計算をSIMD演算に置き換えるため、最適化には限界がある。そのため、自動ではなくMDシミュレーションで行う計算に合わせて、手動でSIMD演算に対応させた最適化を行ったところ、自動最適化に比べ約2.3倍の高速化を行うことができた。また、富岳において水分子数を増やしたテスト計算を行ったところ、目標としている1億水分子系でシミュレーションを実行することができた。ただし、研究で意味のある結果を得るためには、まだ実行速度が十分でないため、今後も引き続き富岳においてシミュレーションプログラムの高速化を行っていく予定である。