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~

2025-11-21 理化学研究所,,神戸大学,筑波大学

理研・神戸大・筑波大らの国際共同研究グループは、AIとスーパーコンピュータ「富岳」約15万ノードを用い、星や星間ガスなど3,000億粒子を扱う世界最高解像度の天の川銀河シミュレーションを実現した。超新星爆発直後の急激なガス変化のみを深層学習によるサロゲートモデルで高速予測し、N体計算とSPHを統合したコード「ASURA-FDPS-ML」で従来比最大20倍の計算効率を達成。これにより星一つ一つの運動とガス・元素循環を銀河全体と整合的に追跡でき、渦状腕や棒構造の形成史、金属量分布、さらには太陽系と生命の材料の起源解明への貢献が期待される。加えて、このAI×HPC手法は気候・核融合・材料など他分野の多階層シミュレーションにも応用可能とされる。

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~
開発した銀河シミュレーションコード「ASURA-FDPS-ML」の概念図

<関連情報>

代替モデルを用いた銀河結合の初めての星別$N$体/流体力学シミュレーション The First Star-by-star $N$-body/Hydrodynamics Simulation of Our Galaxy Coupling with a Surrogate Model

Keiya Hirashima, Michiko S Fujii, Takayuki R Saitoh, Naoto Harada, Kentaro Nomura, Kohji Yoshikawa, + 6
SC ’25: Proceedings of the International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis  Published: 15 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1145/3712285.3759866

Abstract

A major goal of computational astrophysics is to simulate the Milky Way Galaxy with sufficient resolution down to individual stars. However, the scaling fails due to some small-scale, short-timescale phenomena, such as supernova explosions. We have developed a novel integration scheme of N-body/hydrodynamics simulations working with machine learning. This approach bypasses the short timesteps caused by supernova explosions using a surrogate model, thereby improving scalability. With this method, we reached 300 billion particles using 148,900 nodes, equivalent to 7,147,200 CPU cores, breaking through the billion-particle barrier currently faced by state-of-the-art simulations. This resolution allows us to perform the first star-by-star galaxy simulation, which resolves individual stars in the Milky Way Galaxy. The performance scales over 104 CPU cores, an upper limit in the current state-of-the-art simulations using both A64FX and X86-64 processors and NVIDIA CUDA GPUs.

1700応用理学一般
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