PRESS RELEASE

2022年9月23日,台北

超級電腦「富岳」上雲！
協助成功驗證大規模電磁波模擬

有望解決太空領域及都市交通之社會課題

富士通運用超級電腦「富岳」^（1）建構的雲端運算環境，執行電磁波分析解決方案「Poynting for Microwave」(下稱Poynting)，並針對太空領域及都市交通的最新社會課題，從2022年1月起，進行為期3個月的大規模電磁波模擬，在2022年4月至7月間，確認其能有效於雲端提供服務。

在太空領域，富士通與日本國立研究開發法人宇宙航空研究開發機構(下稱JAXA)宇宙科學研究所合力，進行X射線太空望遠鏡電磁波干擾問題的定量評估。另外，在交通領域，針對現今近似演算法^（2）不可能完成的複雜大規模電磁波問題，我們發現透過運用HPC雲環境，將有可能進行嚴格精密的模擬，評估複雜形狀的設置如何影響5G在路車間的通訊品質。

富士通將活用「Poynting」高精確度電磁波分析能力，提供電磁波干擾對策及其顧問服務，作為任誰都能輕易運用的高效能運算技術服務群「Fujitsu Computing as a Service(下稱CaaS)」的其一解決方案，目標於2023年正式提供。並且，以實現永續世界的「Fujitsu Uvance」為基礎，繼續致力於推動人與地球共生共存、永續成長的「Sustainable Manufacturing」。

背景與技術考驗

為了在電子設備、汽車、太空機械等廣泛製造產業領域中，評估電子元件或通訊裝置間的電磁波干擾等電磁兼容性問題，電磁波分析的需求與日俱增。而且，無線通訊隨著5G服務的開始，智能道路交通系統(ITS)^（3）中車與車、道路與車輛間的交通安全、事故防止等，都必須評估都市規模的大範圍通訊品質，凸顯電磁波分析的重要性。為了執行此類複雜且廣域的嚴密大規模電磁波模擬，必須擁有HPC高效能運算環境，也因此實際能夠執行模擬的使用者少之又少。無法運用HPC環境的使用者，通常只能別無選擇地使用分析精度有限的近似演算法進行模擬。

為了解決上述課題，富士通規劃透過雲端、提供嚴密運算FDTD法^（4）下電磁波分析解決方案「Poynting」，使其能輕易被使用。這次，作為此服務提供前的實際驗證，我們運用超級電腦「富岳」建構的雲端運算環境，以以下兩個領域為驗證對象，活用「Poynting」進行大規模電磁波模擬驗證，並成功獲得有效成果，確認其可行性。

驗證概要

1．最新X射線太空望遠鏡的電磁波干擾定量評估(根據JAXA宇宙科學研究所的運用實例)

JAXA宇宙科學研究所在2022年度預定發射的X射線光譜成像衛星XRISM^（5）中，搭載具備廣闊視野的X射線成像儀和極低溫冷卻的X射線光譜儀^（6）。因X射線光譜儀對於微小的能量輸入有非常高的敏感度，因此為了不影響天體觀測的性能，要極力避免混入天體以外的訊號，特別是地面上的通訊電磁波，以盡量降低噪音對X射線光譜儀的影響。通常，此類風險在發射衛星前會進行驗證測試，但因極低溫冷卻的X射線光譜儀必須保存在真空槽中，且在有大氣的地面上不能打開上蓋，因此在地面上的實驗無法達到與太空空相同的觀測條件，至今皆無法進行完整驗證。

而透過在超級電腦「富岳」的雲環境中運用「Poynting」，複雜的衛星細部構造能夠模型化，被視為不可能達到的真空槽上蓋打開狀態，即能以此數據為基礎，透過大規模電磁波模擬再現。結果，JAXA成功定量評估XRISM中X射線光譜儀內的電磁波強度，確認即使在軌道上也將不會影響衛星觀測。

分析對象：X射線光譜成像衛星XRISM
分析規模：高達1935億個網格
分析時間：3小時

(圖)XRISM衛星圖

2．在5G環境中，評估道路與車輛間的通訊品質

在都市模型裡，車輛與車輛及道路間的通訊品質，會受到通訊的距離、周圍建築物、道路設置及其他車輛的影響。而這種影響會隨著通訊速度的提高而增強，為求實現5G高速穩定通訊，通訊品質的評估逐漸變得重要，但至今近似演算法的模擬，並沒有辦法去衡量複雜形狀的建築物或設置所帶來的影響。

因此，富士通在運用「Poynting」的雲環境裡，進行大規模電磁波模擬，可同時衡量建築物、道路設置、汽車等複雜形狀物的影響，並評估路口發信器與汽車接收器之間的通訊品質。結果顯示，在模擬都市規模的廣域分析中，成功實現連波長序^（7）的複雜形狀都能精準衡量的嚴密電磁波模擬，證實能夠衡量複雜形狀的建築物、設置所帶來的影響。而且，運用FDTD法模擬，能直接計算出汽車接收器從路口發信器接收的電磁波強度及延遲傳播^（8），達到嚴格精密的通訊品質評估。

分析對象：包含道路及路口周邊細部設置的都市模型
（以川崎市中原區，JR南武線武藏中原站前的路口為模擬原型）
分析規模：1兆網格
分析時間：約3小時

(圖)都市模型概觀解析圖

(圖)分析結果：電場強度分布(4.7GHz)
(動畫)分析結果:延遲傳播(單位:納秒)

JAXA宇宙科學研究所準教授辻本匡弘評論

過去一直認為計算上相當困難，但這次僅用單一求解器即達到全衛星CAD模型的高頻模擬，對衛星設計來說是一大技術進步。此次模擬的成果，成功定量評估未驗證的風險並確認設計的妥當性，在XRISM衛星計畫中起了相當大的功用。

致謝

本分析作為超級電腦「富岳」雲端運用驗證之關聯共同研究計畫「富岳ISV運用環境之整備・實證」的一環，運用由日本國立研究開發法人理化學研究所提供的計算資源進行。

註釋

1
超級電腦「富岳」：
作為超級電腦「京」的後繼機、設置於理化學研究所的電腦。2020年6月起至2021年11月，連續獲得世界超級電腦相關排行榜的主要四榜、連續四期的冠軍，擁有世界首屈一指的高性能。2021年3月9日開始共同使用。
2
近似演算法：
針對難以找到精確解的問題，花費一定的時間即能有效率尋得最佳可能解的方法。但此方法必須在限定條件下才能進行演算，且僅限滿足條件的狀況下，才能得出跟精確解十分接近的計算結果，如果不能滿足限制條件，即不能得到正確的計算結果。
3
智能道路交通系統(ITS)：
Intelligence Technology System，使用最先進通訊技術，將「人」、「道路」、「車輛」融為一體建構的系統，以利導航智慧化、建立收費道路自動收費系統、支援安全駕駛、優化交通管理、提高道路管理效率等。
4
FDTD法：
Finite-Difference Time-Domain Method的簡稱，一種使用電腦計算電磁波波動的方法。馬克士威方程組是運用有限差分法，針對時間和空間求出精確解。
5
X射線光譜成像衛星XRISM：
X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission，X射線成像和光譜學任務。JAXA的第七顆X射線天文衛星計畫於2018年與NASA和ESA合作發射。XRISM長5至6米，為8面圓柱體，搭載具備廣闊視野的X射線成像儀和極低溫冷卻的世界最佳性能的X射線光譜儀。
6
X射線光譜儀：
一種設備，能透過分解每個波長來檢測X射線區域中的電磁波。
7
波長序：
接近電磁波波長的長度（例如，在4.7GHz時，約為6.4厘米）。如果物體形狀的複雜度小於這個長度，則在電磁波模擬中不能使用近似演算法，而必須通過嚴密的精確解法來求解，例如富士通「Poynting」的FDTD法。
8
延遲傳播：
數位通訊中影響錯誤率的指標。該值越大，通訊吞吐速度越有可能降低。

富士通對永續發展目標的承諾 (SDGs)

聯合國於2015年宣布永續發展目標（SDGs），
作為2030年前，世界各國努力推動永續發展的指導方針。
而富士通的宗旨——“透過創新建立社會信任，使世界得以邁向永續。”
即是因應SDGs立下的承諾：富士通將致力實現永續發展目標，打造更美好的未來。

關於富士通（Fujitsu）

富士通（Fujitsu）是世界領先的日本資訊通信技術（ICT）企業，提供全方位的技術產品、解決方案和服務。在全球擁有約124,000名員工，客戶遍佈世界100多個國家。我們憑藉在ICT領域的豐富經驗和實力，致力於與客戶攜手共創美好的未來社會。富士通集團（東京證券交易所上市代碼：6702）截至2022年3月31日會計年度的合併收益為3.6兆日元（320億美元）。如需更多資訊，請瀏覽: www.fujitsu.com。

關於台灣富士通（Fujitsu Taiwan）

台灣富士通為富士通集團台灣子公司，提供客戶整合先進科技、解決方案與服務的IT專業產品與技術。主要事業群包括系統整合、電腦週邊產品與國際採購中心。系統整合事業群提供伺服器平台產品、商務資訊設備、系統解決方案、先進科技解決方案、以及IT資訊服務。電腦週邊產品則涵蓋筆記型電腦、印表機以及掃瞄器等產品。如需更多資訊，請瀏覽: http://www.fujitsu.com/tw/。

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【本篇新聞為Fujitsu Limited 於2022/7/21發布之新聞稿摘要】原文出處

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