渡辺　宙志 (ワタナベ　ヒロシ)

Watanabe, Hiroshi

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所属（所属キャンパス）

理工学部 物理情報工学科 （矢上）

職名

教授

HP

外部リンク
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経歴 【 表示 ／ 非表示 】

  • 2004年04月
    -
    2007年03月

    名古屋大学大学院, 情報科学研究科複雑系科学専攻, 助手

  • 2007年04月
    -
    2008年07月

    名古屋大学大学, 院情報科学研究科複雑系科学専攻, 助教

  • 2008年08月
    -
    2010年07月

    東京大学情報センター, スーパーコンピューティング部門, 特任講師

  • 2010年08月
    -
    2019年03月

    東京大学物性研究所, 物質設計評価施設, 助教

  • 2019年04月
    -
    継続中

    慶應義塾大学, 理工学部物理情報工学科, 准教授

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学歴 【 表示 ／ 非表示 】

  • 1999年04月
    -
    2001年03月

    東京大学, 工学系研究科, 物理工学専攻

    大学院, 修了, 修士

  • 2001年04月
    -
    2004年03月

    東京大学, 工学系研究科, 物理工学専攻

    大学院, 修了, 博士

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学位 【 表示 ／ 非表示 】

  • 博士(工学), 東京大学, 課程, 2003年03月

    非平衡現象とその構造の数値的研究

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著書 【 表示 ／ 非表示 】

  • ゼロから学ぶPythonプログラミング Google Colaboratoryでらくらく導入

    渡辺宙志, 講談社, 2020年12月,  ページ数： 256

  • The Art of High Performance Computing for Computational Science, Vol. 1

    ed. by Masaaki Geshi, Springer, 2019年

    担当範囲: Chapter 9,  担当ページ： pp. 169-189

  • 計算科学のためのHPC技術１

    下司雅章 編／片桐孝洋，中田真秀，渡辺宙志，山本有作，吉井範行，Jaewoon Jung，杉田有治，石村和也，大石進一，関根晃太，森倉悠介，黒田久泰 著, 大阪大学出版会, 2017年03月

    担当範囲: 第7章,  担当ページ： pp. 129-157

  • 超多自由度系の新しい科学

    金田 行雄・笹井 理生監修・笹井 理生編, 共立出版, 2010年11月

    担当範囲: 4.3節,  担当ページ： pp. 525-282

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論文 【 表示 ／ 非表示 】

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KOARA（リポジトリ）収録論文等 【 表示 ／ 非表示 】

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研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

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競争的研究費の研究課題 【 表示 ／ 非表示 】

  • 大規模分子動力学フレームワークの開発と複雑流体への応用

    2021年04月
    -
    2026年03月

    慶應義塾大学, 科学研究費助成事業, 渡辺 宙志, 基盤研究(C), 未設定

    　研究概要を見る

    「富岳」に代表されるように、我が国では大規模な計算資源を保有している一方、その計算能力を十全に活かすには高度な計算機科学の知識が要求され、計算科学との両立が困難であるという背景があった。本研究は、特に大規模分子動力学法に向けたフレームワークを構築することで、数値計算を実行する研究者が自分でコードを開発する環境を提供し、計算機科学と計算科学の分断を緩和しようとするものである。特に、並列計算機を扱うにあたって通信部分と計算部分の密結合を分離することで、研究者が本質的なプログラミングに集中し、研究成果へとつなげることを期待する。具体的な応用例として、高分子や気液混相流への適用を目指す。

  • 不純物・相転移を伴う複雑流体の分子論からの数値解析

    2015年04月
    -
    2020年03月

    東京大学, 渡辺 宙志, 基盤研究(C), 未設定

    　研究概要を見る

    計算機の動作周波数の速度が向上しなくなって久しく、近年の性能向上は主にコア数の増加とレジスタ幅の増加に依存している。したがって、計算機の性能を活かすには、マルチコアを用いた並列化と、増えたレジスタ幅の有効活用が必須となる。中でもビット演算は数値計算黎明期よりマルチスピンコーディングなどで活用されて来た。これは古典スピンの自由度を一つのビットに割り当てることでレジスタ幅だけの並列度を稼ぎ、演算を加速する手法である。しかし、マルチスピンコーディングによりモンテカルロ法を行うためにはランダムなビット列が必要となる。そこで我々は、任意の確率で各ビットが独立に1となるランダムなビット列を高速に生成するアルゴリズムを考案した。我々が提案したのはBinomial-Shuffle法、Poisson-OR法、有限桁法の三種類である。Binomial-Shuffle法は、予めいくつのビットが立つかを計算し、その後でビットをシャッフルするアルゴリズムである。立つビット数の計算にWalker’s Alias法を、ビットのシャッフルにFloydのサンプリング法を使うことで高速なビット生成が可能となる。Poisson-OR法はTodo-Suwaにより提案されたアルゴリズムであり、Nビットのうち1ビットだけランダムに立っているビット列をランダムに組み合わせることでビット列を得る。有限桁法は確率が二進数表記でで有限桁で表せる時に有効な手法である。これらのアルゴリズムを組み合わせることにより、たかだか7回の乱数生成により任意の確率でビットが立っている32ビットのランダムビット列が得られる。我々はこの手法をDirected-Percolationのマルチスピンコーディングに応用し、スカラー実装に比べて14倍の高速化に成功した。このアルゴリズムは他のモデルへの応用も期待されている。
    近年、256ビット、512ビットと拡大を続けるレジスタ幅を、いかに数値計算に応用するかは非自明な問題であるが、任意のビット長に対して、各ビットが独立に任意の確率でランダムに1となるランダムビット列生成アルゴリズムを開発することで、幅広のレジスタを持つ計算機がモンテカルロ法に有効に活用できることを示した。当該研究は論文として出版され、実装例もサンプルプログラムとともに公開されており、本研究は順調に進展しているといえる。
    今年度は古典スピン系への応用を確認したが、同様に分子系への応用を試み、来るエクサスケールの数値計算資源をどのように活用していくかを検討する。

  • 相転移を伴う非平衡輸送現象の理論的、数値的研究

    2011年04月
    -
    2015年03月

    東京大学, 渡辺 宙志, 若手研究(B), 未設定

    　研究概要を見る

    液体を急減圧すると多数の気泡が出現し、その後、大きい気泡がより大きく、小さい気泡がより小さくなるOstwald成長という現象が起きる。この現象は発電所や冷却システムにおいて重要な役割を果たすが、その詳細は未解明であった。そこで我々は京コンピュータ上で数億粒子規模の大規模動力学計算を行い、急減圧された液体に発生する気泡のダイナミクスを解析した。急減圧直後は系の非一応性が原因で古典論では記述できないが、その後古典論で記述できるスケーリング領域があること、スケーリング指数が温度に依存し、それはミクロなダイナミクスから説明できることを見出した。

  • 格子模型のフラクタル構造と平衡および非平衡系への展開

    2007年
    -
    2010年

    名古屋大学, 南 和彦、小西 哲郎, 渡辺 宙志, 永尾 太郎, 基盤研究(C), 未設定

    　研究概要を見る

    2次元の細胞選別の問題が1次元で対生成と対消滅のあるランダムウォークに数理的に等価であることを示した。すなわち、細胞選別における接着確率はランダムウォークにおける期待値で書き表される。これは二つの全く異なる生物系が共通の数理構造に支配されている事の一つの実例になっている。この結果はこれらの生物系とスピン格子模型との等価性を利用して得られたものである〇また、任意の遷移行列がスピン演算子によって書けること、つまり生物学上の任意の生成規則が原理的にはスピン格子模型の分野で得られている技術と知識を利用して解析できることを示した。

  • 非ハミルトンダイナミクスにおける統計力学諸概念の力学からの基礎付け

    2007年
    -
    2010年

    名古屋大学, 渡辺 宙志, 若手研究(B), 未設定

    　研究概要を見る

    ハミルトン力学に従わない力学系として温度制御下にある分子動力学法の運動方程式、特にNose-Hoover法に着目し、その物理的、幾何学的な意味について研究した。Nose-Hoover法の時間発展を粗視化することで一般化Langevin方程式を導き、H定理との関係を明らかにした。また、運動方程式を一般的な多様体上に構成されるベクトル場として定式化することで温度の幾何学的な意味を考察し、カノニカル分布を定常状態に保つ運動方程式の時間発展が正準変換で表現できないことを示した。

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受賞 【 表示 ／ 非表示 】

  • 東京大学物性研究所 所長賞 (ISSP柏賞)

    福田 毅哉, 荒木 繁行, 髙橋 智恵子, 渡辺 宙志, 矢田 裕行, 2019年03月, 東京大学物性研究所, ストックルームシステムの更新

    受賞区分： その他

  • 東京大学物性研究所 所長賞 (ISSP学術奨励賞)

    2017年03月, 東京大学物性研究所, 気泡核のオストワルド成長

    受賞区分： その他

  • 第4回CMSI研究会 ポスター賞

    2013年12月

    受賞区分： 国内学会・会議・シンポジウム等の賞

  • 第2回CMSI研究会 ポスター賞

    2012年01月

    受賞区分： 国内学会・会議・シンポジウム等の賞

  • 2002年度未踏ユース「スーパークリエータ」認定 (IPA)

    2003年08月, 情報処理推進機構, 量子計算回路の設計と計算シミュレーターの開発

    受賞区分： 出版社・新聞社・財団等の賞

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担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

  • 物理情報工学ソフトウェア開発演習

    2024年度

  • プレゼンテーション技法

    2024年度

  • 数理物理

    2024年度

  • 自然科学実験

    2024年度

  • プログラミング基礎同演習

    2024年度

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所属学協会 【 表示 ／ 非表示 】

  • 分子シミュレーション学会, 

    2020年09月
    -
    継続中

  • American Physical Society, 

    2008年03月
    -
    2016年05月

  • 情報処理学会, 

    2002年01月
    -
    継続中

  • 日本物理学会, 

    2000年03月
    -
    継続中
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委員歴 【 表示 ／ 非表示 】

  • 2022年05月

    物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会, 東京大学物性研究所物質設計評価施設

  • 2020年12月

    第34回分子シミュレーション討論会 実行委員, 分子シミュレーション学会

  • 2020年04月
    -
    継続中

    東京大学物性研究所附属物質設計評価施設 スーパーコンピュータ共同利用委員会 3号委員, 東京大学物性研究所物質設計評価施設

  • 2019年03月
    -
    2021年03月

    日本物理学会第75〜76期代議員, 日本物理学会

  • 2011年
    -
    2019年

    東京大学物性研究所共同利用スーパーコンピュータ成果報告会組織委員, 東京大学物性研究所物質設計評価施設

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