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とは、ハイパフォーマンス・コンピューティングの一種であり、強力なコンピューターであるスーパーコンピューターを使用して決定や計算を行い、解決までの全体時間を短縮します。

サーバー・ルーム

スーパーコンピューティング技術とは

スーパーコンピューティング技術は、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で構成されています。 スーパーコンピューターは、相互接続、入出力システム、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演算処理装置(CPU)を使用します。 これらのCPUは、コンピュート・ノードと呼ばれるグループに組み込まれます。コンピュート・ノードは、プロセッサーまたはプロセッサーのグループ(対称型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ます。 大規模なスーパーコンピューターの場合、数万ノードが含まれることもあります。 相互接続通信機能により、これらのノードが連携して、特定の問題を解決することができます。 ノードは、相互接続を使用してデータ・ストレージ やネットワーキングなどの入出力システムとも通信します。

注意すべき点は、最新のスーパーコンピューターでは膨大な電力が消費されるため、データセンターには冷却装置とそれを収容するための適切な設備が必要であるということです。


スーパーコンピューティングとAI

スーパーコンピューターは、人工知能プログラム の実行に使用されることが多いため、スーパーコンピューティングはAIの代名詞となっています。 この定期的な使用は、AIプログラムにはスーパーコンピューターが提供するハイパフォーマンス・コンピューティングが必要であるためです。 つまり、スーパーコンピューターは、一般的にAIアプリケーションに必要となるタイプのワークロードを処理できるということです。

例えば、IBMはビッグデータとAIのワークロードを念頭に置いて、SummitおよびSierraと呼ばれるスーパーコンピューター を構築しました。 これらのスーパーコンピューターは、すべての企業が利用できるテクノロジーを使用して、超新星のモデル化や新素材の開拓、がん、遺伝学、環境の探求などを支援しています。


スーパーコンピューティングの速さ

スーパーコンピューティングは、浮動小数点演算数/秒(FLOPS)で測定されます。 ペタフロップスは、コンピューターの処理速度を表す指標であり、1000兆フロップに相当します。 つまり、1ペタフロップのコンピューター・システムは、1000兆(1015)フロップを実行できます。 別の見方をすると、スーパーコンピューターは、最速のノートPCの100万倍の処理能力を実現できます。

最速のスーパーコンピューター

TOP500リスト (リンク先はibm.comの外部)によると、2021年6月の時点で世界最速のスーパーコンピューターは日本の「富嶽」で、その速度は442ペタフロップスです。 IBMのスーパーコンピューターSummitとSierraが2位と3位を獲得しており、それぞれ148.8ペタフロップスと94.6ペタフロップスを記録しています。 Summitは、テネシー州にある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ローレンス・リバモア国立研究所にあります。

今日の速度を見ると、Cray-1が1976年にロスアラモス国立研究所に設置されたときに管理していた速度は約160メガフロップスでした。 1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の比較

スーパーコンピューティングという用語は、他のタイプ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、そうでない場合には、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確にするために、一般的な比較をいくつか示します。

スーパーコンピューティングとHPCの比較

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で使用される複雑で大規模な計算プロセスを指します。それに対して、ハイパフォーマンス・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を指します。 どちらの用語も同じ意味で使用されることがよくあります。

スーパーコンピューティングと並列コンピューティングの比較

スーパーコンピューティングでは並列処理を使用できるため、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。 並列処理とは、複数のCPUが同時に1つの計算を解くことです。 しかし、HPCのシナリオでも並列処理を使用しており、必ずしもスーパーコンピューターが使用されるわけではありません。

別の例外として、スーパーコンピューターがベクトル・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・システムを使用できるという点があります。

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でも解決できない複雑な問題を解決することを目的としています。


スーパーコンピューティングの歴史

スーパーコンピューティングの始まり

スーパーコンピューティングは、1940年代にBletchley ParkでColossusマシンが稼働して以来、長い年月をかけて進化してきました。 Colossusは、General Post Office(GPO)の研究電話技師であったTommy Flowers氏によって設計された、最初の機能的かつ電子的なデジタル・コンピューターです。

スーパーコンピューターの最初の発明

スーパーコンピューター という用語が使用されるようになったのは、IBMがIBM 7030 Stretchを発表した1960年代初頭です。Sperry Rand氏が発表したUNIVAC LARCは最初の2つの意図的スーパーコンピューターであり、当時市販されていた最速の商用マシンよりも強力になるように設計されたものでした。 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、1950年代後半に米国政府が軍事用途向け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提供し始めたことで始まりました。

当初、スーパーコンピューターは政府向けに限られた量だけ生産されていましたが、開発された技術は産業用および商業用の主力製品にも組み込まれていきました。 例えば、1960年代半ばから1970年代後半までは、Control Data Corporation(CDC)社とCray Research社という米国の2つの企業が商業用スーパーコンピュータ業界をリードしました。 Seymour Cray氏が設計したCDC6600は、成功した最初の商業用スーパーコンピューターであると考えられています。 その後、1990年代から今日に至るまで、IBMが商業業界のリーダーになりました。


関連ソリューション

HPCソリューション

HPCソリューションは、がんとの闘いや次世代素材の特定によって、世界最大の課題を克服するのに貢献します。

AI ITインフラストラクチャー・ソリューション

今日の課題に対応し、将来に備えるためには、インフラストラクチャーおよびデータ戦略と統合されたAIソリューションが必要です。

Power10チップによるスーパーコンピューティング

エネルギー効率、容量、パフォーマンスを向上させるために設計されたPower10により、ハイブリッドクラウドの未来を実現します。

コンピューティング・サーバーの高速化

入出力のボトルネックを解消し、GPUとCPUの間でメモリーを共有することで、より迅速な洞察とより正確なモデルを実現します。

Linuxサーバーとオペレーティング・システム

オープンソース開発によって得られる柔軟性と制御性により、オンプレミスとクラウドでITインフラストラクチャーを最適化します。


参考情報