ロドプシンは超高感度の光センサータンパク質である。その光吸収極大波長は棲息域の光学的環境に適応している。海中の魚類は、深度に応じてロドプシンのアミノ酸配列を変化させ、光吸収極大波長を調節している。我々はアナゴのロドプシンとその祖先型ロドプシンの立体構造をホモロジーモデリング法で予測し、長時間分子シミュレーションで統計アンサンブルを生成、さらに高精度の分子軌道法で吸収スペクトルを解析した。そして、吸収波長制御の分子機構をあきらかにした。

ミオグロビンは生体中で気体分子をヘムに結合し筋肉組織中で貯蔵する。最近、ミオグロビン内のヘムから一酸化炭素分子が光解離するプロセスの時間分解X線結晶解析が行われた。我々は分子シミュレーションとX線結晶解析の実験データを組み合わせて、ミオグロビンと気体分子の相互作用に関する平均力ポテンシャルを求めた。その結果、気体分子のミオグロビン内での移動制御に、タンパク質分子の動きが重要な役割を果たしていることが明らかになった。

炭素ナノチューブの物性機能を応用に活かすには基板表面に制御よく配列することが重要である。シリコン原子層ステップおよびサファイア表面での整列の可能性の探索結果を報告する。

NIMSとUCLで共同開発しているオーダーN法第一原理計算プログラムCONQUESTの最近の発展、特にNIMS側で行われている研究について報告する。具体的には、次世代スパコンでの超並列計算に対する準備としてopenMP+MPIのハイブリッド並列化の作業と効率について現状を報告する。また、アルゴリズムの変更によるプログラムの高速化、それを用いた生体系に対する大規模計算の試みを紹介する。

密度汎関数法における固有値対角化と厳密交換エネルギーの計算に対して低次の計算オーダーを有する新しい計算手法を開発したので報告する。

第一原理分子動力学計算を行う場合には、常に計算の負荷が非常に高いという難点があり、高速化するような手法が強く望まれている。本講演では、原子の質量を最適化し、有限温度における位相空間の探索を効率化するようなアルゴリズムについて紹介する。通常、原子の質量は原子の座標に依存しない対角型の行列で与えられるが、この方法では原子座標に依存するような非対角行列に拡張する。この行列の成分を古典的な力場で近似することで、位相空間が等方的になるような変換を行うことができる。また、運動方程式の数値積分についても効率の良い方法を開発した。液体の水（６４分子系）について検証を行い、アンサンブル平均を不変に保ちつつ３倍程度の高速化を実現できることを示した。本手法は特に平衡状態における平均構造や自由エネルギー計算において有用であると期待できる。また、オーダーＮ法と同時に利用することで、大規模系のシミュレーションをより手軽なものにできる。

計算物質科学の基本的問題となるシフト線形方程式と一般化固有値問題に関する高速解法の試みを報告する。

10ペタフロップス級の次世代スパコンに向けた数値ライブラリの一つとして、高速フーリエ変換（FFT）は物質科学アプリケーションで多く使われることが予想される。次世代スパコン「京」に向けたFFTコードの開発状況とT2K筑波システムにおける性能評価の結果について報告する。さらに、アクセラレータ（GPGPU）において線形計算の高速化を実現し、性能を評価した結果についても報告する。

複数右辺ベクトルをもつ連立一次方程式は、様々な分野で現れ、高速化が望まれている。本発表では、数値的不安定性に強い Block Krylov アルゴリズムについて述べ、アルゴリズム面の高速化と、チューニングによる高速化の相乗効果で、同方程式の求解が高速化できることを示す。

100ペタフロップスから1エクサフロップスを目標とする次世代スーパーコンピュータ構築の基礎は、必要とされる超低消費電力を実現するためのアーキテクチャ・マイクロアーキテクチャ選択である。我々は、様々な実現方式から、最も適したアーキテクチャを選択する基礎として、過去20年にわたるマイクロプロセッサの演算速度および消費電力の精密評価を行った。発表では、測定結果の一部と、そこから外挿される次世代スーパーコンピュータの基本アーキテクチャの可能性について紹介する。

大規模科学技術計算ソフトウェアシステムは、長年にわたりさまざまな研究者に利用され、機能追加されることも多いという特徴を持つため、保守性およびソースコードの可読性が重要な要素である。動的言語 Ruby は、高生産性／高保守性で知られるが、その動的な性質から最適化が困難であることが知られている。ここでは、今年度我々が開発した、静的データフロー解析に基づき Ruby の最適化を行うコンパイラを紹介し、これが科学技術計算について、C言語と遜色ない性能をあげたことを報告する。また、稲葉班の他の研究について俯瞰し報告を行う。