コンテナ技術 — CAE用語解説

最近はCAEのワークフロー管理でもコンテナが使われ始めている。理由は「環境の再現性」だ。OpenFOAM 7 で動いていた解析がOpenFOAM 9 にしたら結果が変わった、というのはよくある悩みだ。Dockerコンテナに「OpenFOAM 7 + 特定のライブラリセット」を封じ込めておけば、1年後でも同じバージョンで再計算できる。論文の再現性確保や長期プロジェクトの継続性でコンテナが価値を発揮する。

基本操作はそれほど難しくない。docker run -it openfoam/openfoam9-paraview56 というコマンドでOpenFOAMのコンテナを起動できる。OpenFOAMのDockerイメージはDockerHub公式で配布されているから、自分でビルドする必要もない。難しいのはGPU計算のパススルー（NVIDIA Dockerが必要）とMPI並列計算のネットワーク設定だ。クラスター計算機での複数ノード並列ではDocker単体ではなくSingularity（HPC向けコンテナ）がよく使われる。

Singularity（現在はApptainer）はHPC向けに設計されたコンテナで、root権限なしで実行できるのが最大の違いだ。スパコンでは一般ユーザーにsudo権限を与えないから、Dockerは使えないことが多い。Singularityは.sifという単一ファイルにコンテナを格納できて、NFS共有ディスクに置いて複数ノードから参照できる。「あのスパコンでOpenFOAMを動かしたいが管理者にソフトをインストールしてもらうのが面倒」というときにSingularityを自分のホームで使えるのが実用的だ。

コードの変更がある度に自動でCAE解析を走らせて結果を検証する「CAEの継続的インテグレーション」が実現できる。例えばOpenFOAMのチューニングパラメータを変えたPRをGitHubに出すと、GitHub ActionsがDockerコンテナ上でキャビティ流れのベンチマーク解析を自動実行して、Ghia 1982の参照値と誤差が1%以内かチェックする——という仕組みだ。大規模なソルバー開発プロジェクトや設計自動化パイプラインでは実際にこういったCI/CDが導入されている。