未来のクリーンエネルギー源の安全な実用化を目指す核融合研究

核融合科学研究所では、ネットワークの活用によって、国内の核融合実験・研究環境の統合化を図る「核融合バーチャルラボラトリ構想」を推進し、2008年6月には、九州大学・QUEST装置との間で遠隔データ収集・配信を開始するなど、様々な取り組みを行っています。
SINETが果たす役割と今後のビジョンについて伺いました。

中西 秀哉氏
中西 秀哉氏

大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 核融合科学研究所(以下、NIFS)では、ネットワークの活用によって、国内の核融合実験・研究環境の統合化を図る「核融合バーチャルラボラトリ構想」を推進し、2008年6月には、九州大学・QUEST装置との間で遠隔データ収集・配信を開始するなど、様々な取り組みを行っています。
NIFS 高温プラズマ物理研究系准教授 中西 秀哉氏とNIFS シミュレーション科学研究部/ネットワーク作業班助教 山本 孝志氏に、SINETが果たす役割と今後のビジョンについて伺いました。
(インタビュー実施:2008年11月28日,更新:2010年1月18日)

まず、NIFSの活動目的と、先生方のご専門について伺いたいのですが。

中西氏: NIFSは、未来のエネルギー源として注目されている、核融合反応やプラズマの研究を行う機関です。核融合には、有害な廃棄物が出にくい、水素を原料として利用できるなど、様々な特長があります。このクリーンなエネルギーを、安全な形で実用化できるようにするのが我々の目的です。
私自身は、NIFSが運用するLHD(大型ヘリカル装置)の実験データシステムを担当しています。
LHDは稼働開始から10年が経過していますが、核融合分野ではまだまだ新しい装置であり、世界で最も多くの実験データを出力する装置でもあります。これらのデータをLHDから収集、解析すると同時に、他の大学や研究機関へのデータサービスを行うのが我々の役割です。

山本 孝志氏
山本 孝志氏

山本氏: 私が所属するシミュレーション研究部では、プラズマの物理機構を解明するためのシミュレーション研究を行っており、3次元没入型バーチャルリアリティシステムの開発なども進めています。
また私自身は、NIFSの情報ネットワーク全般を担当しています。

NIFSでは、「核融合バーチャルラボラトリ構想」を進めておられるそうですが。

中西氏: プラズマ実験は出力されるデータ量が大きいため、かつては共同実験の要望があった場合は、こちらの施設まで来て泊まり込みで参加してもらわないといけませんでした。これでは、研究もはかどりませんし、実験が行われるタイミングと都合が合わない場合もあります。
そんな時にスーパーSINETのサービスが開始されたため、ネットワークを利用した共同実験、つまりバーチャルなラボラトリが実現できるのではと考えたのです。いわばLHDの制御室が、接続先の各大学の研究室にも置かれているようなイメージですね。
実際の取り組みとしては、2002年より「LHD実験遠隔参加」を開始しています。

そのための基盤となるネットワークが「SNET」というわけですね。

山本氏: その通りです。当初SNETでは、スーパーSINETのL3-VPN(MPLS-VPN)を利用して、国内の大学・機関とNIFSを接続していました。
現在はSINET3のL2/L3-VPNサービスを利用しており、2009年4月現在21拠点(10大学・研究機関)と接続しています。(2011年3月現在24拠点) LHD実験遠隔参加の概要ですが、LHD制御室の様子をTV会議システムによって伝えると同時に、LHDに取り付けた計測機器の制御やデータ収集を、ネットワーク経由で遠隔地サイトから行っています。
たとえば、京都大学の例では、初期には計測機器の調整などをNIFSのスタッフが手伝ったりしていましたが、最近では計測機器の立ち上げからデータ収集までのほとんどの作業を、現地から行っているとのことです。

九州大学の「QUEST新装置」のデータ収集・配信にも、SNETが活用されていると伺いました。

山本氏: SNETの新たな展開として、2005年から「スパコン遠隔利用」「全日本ST(球形トカマク)研究」の2分野が加わっており、QUESTでの取り組みはこの後者にあたります。
QUESTから得られる計測データを、SNET経由でNIFSのLHDデータシステムに収集すると同時に、各大学・機関への配信を行っています。
ここで課題になったのが、大容量の実験データをいかに高速転送するかという点でした。
SNET構築当初から利用してきたL3-VPNは、一台ルータを置いておけばその先に利用目的の違うグループを作れるなど、柔軟な運用が可能です。ただ、大量の計測データをやりとりしたい場合には、もっと遅延が少なく高速なネットワーク環境が望ましい。
そこで新たに採用したのが、SINET3のL2-VPNサービスです。これを利用することで、1Gbpsの転送速度を目指したいと考えています。

中西氏: データシステムを担当する立場としては、プラズマ実験のデータ量が年を追うごとに増大するという問題に直面しています。たとえばLHDでも、一日あたりのデータ量は1TB以上、圧縮を行った後でも約300~400GBの容量になります。
こうした大量データを特定の研究グループで使いたいという時には、やはりL2-VPNのメリットが非常に大きい。ルータをたくさん経由したりしないため、パケットロスなども最小限に抑えられますしね。それだけにSINET3でL2-VPNサービスが開始されたのは、非常にありがたかったです。
また、もう一つのL2-VPNサービスのメリットとして、マルチキャストの同報通信が効果的に使える点が挙げられます。
プラズマ実験は、事前準備・点火・後処理という一連のシーケンスで構成されており、これをLHDでは3分間隔、QUESTでは5分間隔で繰り返します。
このタイミングを遠隔地サイト同士できっちり同期させる上で、L2-VPNのマルチキャストが大変役に立つんですね。たとえば「実験開始30秒前」というマルチキャストのメッセージを聞いた上で、待ち状態に入るといったことができます。 つまり、データ伝送の手段としてだけでなく、実験の制御用ネットワークとしてもSNETが利用できるのです。こうした使い方が可能になったことで、実験の形態も大きく広がっていくと期待しています。

国際共同研究プロジェクトも進められているそうですが。

中西氏: 実験装置は年々大型化しており、一国の予算だけでは賄えない規模になっています。そこで国際プロジェクトとして進められているのが「ITER国際共同研究」です。
フランスのカダラッシュに非常に大規模な国際熱核融合実験炉「ITER(イーター)」を設置、日本では青森県の六ヶ所村に遠隔研究サイトを設置することになりました。現在、2018年の完成を目指して、ITERの建設作業が進められています。
実験開始の暁には、ITERのすべての実験データを六ヶ所村に持ってくる予定です。また、フランスと日本では時差が7時間ありますので、このズレを利用して日仏の研究者が連続してITERを利用する検討も行われています。
もちろん、ここでもデータ容量の多さが重要な課題になります。ITERからはLHDとは桁違いのデータが出力されますので、このデータをどうやってフランスから持ってくるか、また、国内の大学・機関にどう配信していくかがポイントになります。それだけに、今後のSINETの進展にも大きな期待を掛けています。

最後に今後の研究に掛ける意気込みを伺えますか。

山本氏: ネットワークを担う立場としては、まず、各大学・機関のネットワーク担当者の方々にお礼を申し上げたいですね。SNETのネットワーク変更を行う際などにもいつも迅速なご対応を頂き、深く感謝しています。
個人的には、今後はネットワークもそうですが、新しい分野にもチャレンジしていければと考えています。

中西氏: LHDの実験データシステムでは、比較的早くから分散アーキテクチャを取り入れ、最初はLAN、それからWANへと領域を拡大してきました。またLHDから外への一方通行だけでなく、今回のQUESTのような双方向のデータ活用も実現してきました。
将来的には、こうした環境を海外にも拡げて、グローバルな核融合バーチャルラボラトリを創り上げていきたいですね。それにより、核融合の実用化に貢献できればと思います。

ありがとうございました。