スーパーコンピューティングとは

スーパーコンピューティング・テクノロジーは、世界最速のコンピューターであるスーパーコンピューターを構成しています。スーパーコンピューターは、Interconnect®、I/Oシステム、メモリー、プロセッサー・コアで構成されています。

従来のコンピューターとは異なり、スーパーコンピューターは複数の中央処理装置（CPU）を使用します。これらのCPUは、プロセッサーまたはプロセッサーのグループ（対称マルチプロセッシング（SMP））とメモリー・ブロックで構成される計算ノードにグループ化されます。大規模に、スーパーコンピューターには数万のノードを含めることができます。Interconnectの相互接続通信機能を使用すると、これらのノードは特定の問題を解決するために協力できます。ノードは、データ ストレージやネットワークなどのI/Oシステムとの通信にも相互接続を使用します。

注目すべき点は、最新のスーパーコンピューターは電力を消費するため、データセンターには冷却システムと適切なデータセンター施設が必要です。

スーパーコンピューターは人工知能プログラムの実行によく使用されるため、スーパーコンピューティングはAIと同義になっています。こうした定期的な使用が継続されるのは、AIプログラムにスーパーコンピューターが提供する高性能のコンピューティングが必要だからです。言い換えれば、スーパーコンピューターは、AIアプリケーションに通常必要な種類のワークロードを処理できます。

たとえば、IBMはビッグデータとAIワークロードを念頭に置いて、SummitとSierraのスーパーコンピューターを構築しました。同社は、あらゆる企業が利用できる技術を使って、超新星のモデル化、新素材の開拓、がん・遺伝学・環境分野の研究に取り組んでいます。

スーパーコンピューティングは、1秒あたりの浮動小数点オペレーション（FLOPS）で測定されます。ペタフロップスとは、1,000兆フロップに相当するコンピューターの処理速度の尺度です。そして、1ペタフロップのコンピューターシステムは、1クアドリリオン（10¹⁵）フロップを実行できます。別の視点から見ると、スーパーコンピューターは最速のノートPCよりも100万倍の処理能力を持つ可能性があります。

TOP500リストによると、2021年6月時点で世界最速のスーパーコンピューターは日本の富岳で、速度は442ペタフロップスです。IBMのスーパーコンピューターであるSummitとSierraは、それぞれ148.8ペタフロップスと94.6ペタフロップスで第2位と第3位を獲得しました。サミットは、テネシー州の米国エネルギー省の施設であるオーク・リッジ・国立研究所にあります。Sierraは、カリフォルニア州のLawrence Livermore National Laboratory（国立研究所）にあります。

現在の速度を大局的に見ると、1976年にCray-1がロサンゼルス国立研究所に設置されたとき、約160メガフロップの速度を管理しました。1つのメガフロップは100万（10⁶）フロップを実行できます。

スーパーコンピューティングという用語は、他の種類のコンピューティングの同義語として使用されることがあります。しかし、その他の場合、同義語は混乱を招くことがあります。コンピューティングタイプの類似点と相違点を明らかにするために、一般的な比較をいくつか紹介しよう。

スーパーコンピューティングは通常、スーパーコンピューターによって使用される複雑で大規模な計算のプロセスを指しますが、高性能コンピューティング（HPC）は、複数のスーパーコンピューターを使用して複雑で大規模な計算を処理することです。この2つの言葉はしばしば同じ意味で使われます。

スーパーコンピューターは並列コンピューターと呼ばれることもあります。スーパーコンピューティングは並列処理を使用できるからです。並列処理とは、複数のCPUが特定の時点で単一の計算の解決に取り組むことです。ただし、HPCシナリオでは、必ずしもスーパーコンピューターを使用せずに並列処理も使用します。

もう一つの例外は、スーパーコンピューターは、ベクトル・プロセッサー、スカラー・プロセッサー、マルチスレッド・プロセッサーなど、他のプロセッサー・システムを使うことができるということです。

量子コンピューティングは、量子力学の法則を利用してデータを処理し、確率に基づいて計算を実行するコンピューティング・モデルです。世界で最も強力なスーパーコンピューターが解決できない、そしてこれからも解決できない複雑な問題を解決することを目指しています。

1940年代にBletchley ParkでColossusが稼働して以来、スーパーコンピューティングは長年にわたって進化してきました。Colossusは、一般的な郵便局（GPO）の研究電話エンジニアであるTommy Flowers氏によって設計された最初の機能的な電子デジタルコンピューターでした。

スーパーコンピューターという用語は、IBMがIBM® 7030 Orchestrateを発表し、Sperry Rand社がUNIVAC LARCを発表した1960年代初頭に使用されるようになりました。これらは最初の2台の意図的なスーパーコンピューターで、その時点で利用可能な最速の商用マシンよりも強力になるように設計されています。スーパーコンピューティングの進歩に影響を与えた出来事は、官公庁・自治体が軍事用の最先端の高性能コンピューター技術の開発に定期的に資金を投入し始めた1950年代後半に始まりました。

スーパーコンピューターは当初は官公庁・自治体向けに限られた量で生産されていましたが、開発されたテクノロジーは産業および商業の主流になっています。例えば、Control Data Corporation（CDC）とCray Researchの2つの米国企業は、1960年代半ばから1970年代後半まで、商業スーパーコンピューター業種をリードしました。Seymour Crayによって設計されたCDC 6600は、最初の商用スーパーコンピューターとして成功したとされています。IBMはその後、1990年代から今日に至るまで、商業業界のリーダーとなりました。