液冷式データセンター、高解像度デジタルディスプレイ、長寿命バッテリーといった未来のテクノロジーを支えるため、科学者たちはエネルギー消費、耐久性、効率といった要素に最適化された新しい化学物質や材料を模索しています。
セントルイスで開催されたSC25カンファレンスで発表された、NVIDIAアクセラレーションを活用した新しいデータ処理パイプラインとAIマイクロサービスは、化学と材料科学を発展させ、航空宇宙、エネルギー、製造業といった業界への応用が期待されるこれらの研究を支援しています。
NVIDIAブースでは、米国エネルギー省ブルックヘブン国立研究所がNVIDIA Holoscan AIセンサー処理プラットフォームを用いて10ナノメートル未満の解像度で材料を可視化する取り組みをデモで紹介しました。
もう1つのデモでは、NVIDIA NIMに搭載予定の2つのマイクロサービスについて紹介します。これらのマイクロサービスは、バッチコンフォーマー探索とバッチ分子動力学といった、原子レベルで材料特性を予測・シミュレーションするために必要なプロセスのための、効率的で高スループットなシミュレーションを提供します。 NIMマイクロサービスは、化学および材料科学向けのマイクロサービスとツールキットのスイートであるNVIDIA ALCHEMIの一部です。
日本のエネルギー企業ENEOSと、ニュージャージー州に拠点を置くOLEDディスプレイ技術企業Universal Display Corporationは、NVIDIA ALCHEMI NIMマイクロサービスの早期アクセスユーザーです。
ブルックヘブン国立研究所、NVIDIA Holoscanでナノスケールイメージングを加速
ブルックヘブン国立研究所は、国立シンクロトロン光源II（NSLS-II）を用いて材料科学研究を推進しています。この施設には数十本のビームラインがあり、科学者は強力なX線源を用いて材料特性を調査することができます。
NSLS-IIは、バッテリー、マイクロエレクトロニクス、ナノ粒子超格子といった複雑な材料系をナノメートル解像度でイメージングすることができます。これらの実験では大量のデータが生成されますが、科学者がそこから有意義な知見を引き出すには、高度な計算手法を用いて処理する必要があります。
NSLS-II の研究者たちは、NVIDIA Holoscan プラットフォームを活用し、ストリーミング データをリアルタイムで高帯域幅、高スループットのエッジ処理しています。Holoscan によって高速化された処理パイプラインにより、研究者は実験に関するフィードバックをほぼ瞬時に受け取ることができ、画像化ワークフローをより効率的に実行できます。
NSLS-II のハード X 線ナノプローブの主任ビームライン サイエンティストである Hanfei Yan 氏は、「NVIDIA との協力により Holoscan をパイプラインに統合したことで、各スキャンが完了するのを待つことなく、スキャンを実行すると同時に結果を確認できるようになりました。この機能により、関心領域をリアルタイムで特定し、測定中の特性の変化を観察できます。これは、実験における意思決定に不可欠です。」と述べています。
画像処理効率の向上は、研究者にとって時間の節約になるだけでなく、NSLS-II のような高価な装置の運用コストの最適化にも役立ちます。
「実験をより効率的に実行できれば、より多くのユーザーをサポートでき、ひいてはより多くの科学研究を行うことができます」と、NSLS-IIのデータエンジニアリンググループリーダーであるダニエル・アラン氏は述べています。「また、このパイプラインをAI支援運用に活用できる可能性も見出しています。つまり、AIモデルを画像化タスクと制御の両方に統合し、自律的な実験を実施できるのです。」
ENEOS、液浸冷却液とエネルギー変換触媒で革新を起こす
ENEOSは、次世代データセンターの液浸冷却に用いる新しい液体の発見と、水素燃料製造などのプロセスに使用可能な触媒の特定という、2つの重要なエネルギーアプリケーションにNVIDIA ALCHEMI NIMマイクロサービスを適用しています。
コンフォーマー探索と分子動力学のためのNVIDIA ALCHEMI NIMマイクロサービスにより、ENEOSの科学者は計算実験を通じて分子候補を事前にスクリーニングし、最も有望な材料のみを実際の実験でテストできるように選択肢を絞り込むことができます。この最適化により、研究開発コストを削減すると同時に、商業化への道を加速できます。
ALCHEMIを導入することで、チームは数週間以内に約1,000万の液浸候補と1億の酸素発生反応候補を評価できることを発見しました。これは、従来の方法と比べて少なくとも10倍の成果です。
ENEOSホールディングス株式会社 AIイノベーション推進部 部長 井深 毅氏は、「以前は1,000万から1億規模の探索は考えていませんでしたが、NVIDIA ALCHEMIを使用することで、驚くほど簡単に広範囲のサンプリングを行い、より物理的にリアルな結果を得ることができました。計算が非常に速く完了するため、計算作業だけでなく、結果の分析に多くの時間を割くことができます。」と述べています。
ユニバーサルディスプレイコーポレーション、次世代OLEDスクリーンを推進
ユニバーサルディスプレイコーポレーション（UDC）は、時計、スマートフォン、ノートパソコン、コンピューターモニター、テレビ、自動車、VRヘッドセットなど、日用品のディスプレイ向けに、エネルギー効率の高い有機発光ダイオード（OLED）材料を発明、開発、製品化しています。
NVIDIA ALCHEMI を活用し、UDC の科学者たちは、より高性能でエネルギー効率が高く、より精密な色調整が可能なディスプレイを実現する、新たな OLED 材料の特性予測に取り組んでいます。
OLED パネルの画像は UDC 提供です。
適切な OLED 材料を見つけるには、無限の可能性を探求する必要があります。UDC が OLED 用に作成できる分子の数は膨大で、約 10 の 100 乗に上ります。AI を活用したコンフォーマー探索のための ALCHEMI NIM マイクロサービスにより、UDC は数十億もの候補分子を従来の計算手法よりも最大 10,000 倍高速に評価できます。
「当初、私たちの研究は従来の CPU マシンに依存していました。そのため、一度に探索できる範囲が限られており、専門知識と化学的直感を駆使して、最も有望な化学分野を優先する必要がありました」と、UDC のエグゼクティブバイスプレジデント兼最高技術責任者であるジュリー・ブラウン氏は述べています。
「GPU アクセラレーテッド コンピューティングと NVIDIA ALCHEMI を社内の専門知識と組み合わせることで、発見の規模とスピードを根本から変えることができます」とブラウン氏は述べています。「これにより、これまで以上に迅速に機会を見出し、新材料の開発を加速することができます。」
この初期探索で発見された最も有望な化合物は、次に分子動力学用の ALCHEMI NIM を使用してシミュレーションされます。これにより、1 回のシミュレーションでプロセスが最大 10 倍高速化されます。UDC チームは、ワークロードを複数の NVIDIA GPU で並列実行することで、さらに高速化を図り、シミュレーション時間を数日から数秒に短縮しています。
画像提供: UDC
UDC は、エネルギー効率とデバイス性能を大幅に向上させる可能性のある青色リン光 OLED の開発など、研究プロジェクトに NVIDIA ALCHEMI NIM マイクロサービスを適用しています。
「NVIDIA ALCHEMI マイクロサービスは、容量とスループットの制限に関する懸念を取り除き、新しい化学反応に関する即時のフィードバックを提供することで、個々の科学者の創造性を高めます」とブラウン氏は述べています。 「NVIDIAとの今回の協業を通じて、私たちの科学的知見の影響力を高め、新素材の発見と開発のスピードを大幅に加速させることができます。これらの取り組みは、OLEDの可能性の限界を押し広げるだけでなく、世界中でより持続可能でエネルギー効率の高いディスプレイの実現に向けた基盤を築くものです。」
NVIDIA ALCHEMIは、科学と工学の分野における現実世界の課題解決を加速させる150を超えるNVIDIA CUDA-Xライブラリおよびフレームワークの1つです。
NVIDIA HoloscanとNVIDIA ALCHEMIの詳細をご覧ください。また、NVIDIAのハイパースケールおよびハイパフォーマンスコンピューティング担当バイスプレジデントであるイアン・バック氏によるSC25の炉辺談話もご覧ください。
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カテゴリ：データセンター｜研究｜スーパーコンピューティング
タグ：人工知能｜産業・製造｜推論｜NVIDIA Holoscan｜NVIDIA NIM｜科学｜科学可視化
出典: 元記事を読む
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