可変構造計算機による細胞シミュレーションの研究

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本研究は、細胞シミュレーションに必要なアルゴリズムの部を部分的にハードウェアすることにより、汎用マイクロプロセッサの1000倍以上の性能でシミュレーションする方式を確立することを目的とする。細胞内のタンパク間相互作用は非常に複雑であり、生化学反応による濃度の時間的変化だけでなく,拡散による空問的な局所性についても考慮する必要がある。このような観点から、タンパク質の空間的な拡散過程をシミュレーションするための方法として、セルラーオートマトンに着目し、FPGA用ハードウエアライブラリの構築とセルラーオートマトン専門言語ならびにコンパイラの開発を行なうこととした。FPGA用ハードウェアライブラリに関しては、FPGA内に格納できるメモリサイズよりも大きな格子サイズを扱かうための仮想メモリ機構を実現した。また、セルラーオートマトン専用言語としてC言語の仕様に従った記述言語を開発し、ハードウェア記述言語への自動変換を行うコンパイラの開発を行った。これにより、FPGA等のハードウェアに関する知識のない利用者でも容易にFPGAシステムを利用し、セルラオートマトンシステムを構築することが可能となった。ランダムウォークをする分子が反応しあうモデル(128×128の大きさの格子)において、1秒当たり180000世代をいう非常に高速な計算が実現可能であることが確認できた。