第2章　米国のハイエンドコンピューティング研究開発動向

2.3　ハイエンドコンピューティング分野の新しい動向
―　実用化に向かう超並列、超分散コンピューティング　―

2.3.1　SC2001に見る動向

　 ハイエンドコンピューティング関連の最大のコンファレンスは、毎年11月に開催される、正式名称をSCxxxx High Performance Networking and Computingというスーパーコンピューティング・ショーであり昨年のSC2001は左記の通り開催された。（参照http://www.sc2001.org/）テーマは“Beyond Boundariesﾓであった。

SC2001 Denver, CO November 10-16, 2001

　SC GlobalといってAccess Gridのテクノロジを利用した遠隔会議による参加も初めて行われ、世界40カ所以上と接続された。同時にGrid2001が特別ワークショップの形で丸１日開催された。展示会場でもSUNの“Sun Powers the Gridﾓなるキャッチフレーズ等Gridにあやかった展示が多く見られ、SC2001の主役はGridの感が強かった。
　基調講演はゲノム塩基配列の解析を国際チームに先立って2001年に終了したセレラ・ジェノミックス社のCEOクレッグ・ベンター博士であった。バイオインフォーマティクスは今や、ハイエンドコンピューティングのアプリケーション分野のトップに踊り出した感がある。コンピュータパワーを駆使したショットガン方式が成功を収め、一説では、世界中のコンピュータパワーを集めてもまだ足りないとも言われている。
　SC2001の前日11/9に発表されたTop500（18th版）においても超並列マシンASCIが上位を独占し、近年PCクラスタもその順位をのばしておりハイエンドコンピューティングの流れはますます超並列、超分散化が加速している。今回、テロの影響もあり日本のベクトル型コンピュータは地球シミュレータ、富士通、日立が参加取り止めた為、更に印象が際だった気もする。付表１〜３に世界のTop20、世界のクラスタTop20、日本のTop20を載せた。
　なお、SC2001の報告については恒例になった東大小柳教授のレポートが詳しいので御参照ください。
（http://olab.is.s.u-tokyo.ac.jp/~oyanagi/reports/SC2001）
　次回SC2002は第15回目であり下記となる

SC2002 Baltimore, MD November 16-22, 2002

　参照サイトは　http://www.sc-conference.org/SC2002/
　テーマは“From Terabytes to Insights”となっており、大規模データの処理が重要テーマに上がっている。

2.3.2　超並列コンピューティング

（１）TOP500にみる超並列マシン
　SC2001と同時に発表されたTop500（参照サイト：http://clusters.top500.org/ ）によると超並列マシンが上位を占める、特に近年はASCIマシンの独壇場であった。Top１は昨年と同様のASCI Whiteである。（実行性能は昨年の4.9 Tflopsから7.2Tflopsに向上しているが構成は同じ）表2.3にTop５を示す。第２位にクラスタシステムが入って来ているのが注目すべき流れ。

（２）Peta Flopsを目指すBlue Geneプロジェクト
　従来、IBMが独自に開発を進めていたBlue Geneプロジェクトであるが、2001年11月にDOE/NNN(Lawrence Livermore National Laboratoryが対応)と共同開発を進めることを発表した。2005年に200Tflopsを目指す。
　http://www.research.ibm.com/bluegene/BG_External_Presentation_January_2002.pdfに詳細計画が紹介されている。図2.2に構成概念図を示す。

図2.2　Blue Bene/Lの構成概念図

　現在最速のスーパーコンピュータ（Option Whiteか）に比べて性能では15倍速く、電源容量は1/15、大きさは1/50から1/100と豪語している。このあと更にBlue Gene計画は1Peta Flopsを目指す。（規模縮小したとの声も有るが定かではない）
　このBlue Gene計画はASCI計画と合体したことになり、IBMは国家予算の後ろ盾を付けたことになる。日本も対抗が必要と思うが、地球シュミレータ計画の後のハイエンドコンピュータのビッグプロジェクトは無い。

（３）ベクター型超並列マシン“地球シミュレータ”
　ベクター型プロッセサを超並列に利用し40Tflopsと汎用スーパコンピュータ世界一の性能を叩き出す地球シュミレータが横浜市の海洋科学技術センター内に2002年３月末に完成した。次回（2002年６月）19th版のTop500で第１位が期待される。詳細はプロジェクトに当初より関わっている本ＷＧの横川委員、妹尾委員の３章の報告書に詳しいので参照下さい。
今や、ベクター型は日本しか作っておらずトレンドから外れた感もあるが地球シミュレータの実績如何では、見直しの可能性もある。（がんばれ日本のスーパーコンピュータ！）

（４）専用スーパコンピュータ
　汎用のスーパコンピュータのコスト、性能の壁を破るべく特定分野に特化した、専用スーパコンピュータの分野も性能向上がめざましい。SC2001でも東大の重力多体シミュレーション専用のGrape6は11.55Tflops（ピーク性能32Tflops）を達成し昨年に続きゴードンベル賞（Peak Performance部門）を受賞した。更に2002年3月5日にはピーク性能48Tflopsを達成し世界最高速となったと発表した。なお専用マシンの低コストについては“GRAPE-6 の開発総予算はわずか 5 億円であり、400億といわれる ASCI White の約 1/100 でしかない”と紹介されている。
　参照サイト：http://grape.astron.s.u-tokyo.ac.jp/pub/people/makino/press/2002-symposium.html

2.3.3　クラスタシステム動向

（１）Top500に見るクラスタシステムの増加
　今回はTop10で見ても２台のクラスタシステムがランクインした。従来はミドルクラスを占めていたがハイエンドの世界でも民生の部品を応用したクラスタシステムの流れが押し寄せてきている。専用部品を使用したスーパーコンピュータに対するコストパフォーマンスの良さが一番の原因であろう。表2.4に世界のTop５を示す。チップの種類を見るとCompaq社のAlphaチップがほぼ上位を独占している。

（２）世界最速のクラスタマシン
　PSC( Pittsburgh Super Computing Centerに設置されたCompaq社の民生Alphaチップを使用しており、概略仕様は下記。2001年より稼働。　NSFのPACI(Partnership for Advanced Computational Infrastructure)を通して研究開発に共同利用される。

Alphaチップ：3024個 ピーク性能：6.0 Tera flops メモリ：3.0 Tera Bytes ディスク：50 Tera Bytes

　参照サイト：http://www.psc.edu/publicinfo/news/2001/terascale-10-01-01.html

（３）日本のクラスタ動向
　ところで日本のクラスタは今のところ世界の第６位であり、お台場の生命情報科学研究センタ（CBRC）が利用しているNEC製のクラスタMagi Cluster（Pentium3,933Mh）である。（世界のクラスタTop20については付表3参照）
　なお、日本でもPCクラスタコンソシアムが2001年10月発足しており、産官学共同の促進が始まった。新情報処理開発機構(RWCP)が開発したSCoreクラスタシステムソフトウエアおよびOmni OpenMPコンパイラが中核となっている。
　参照サイト：http://www.pccluster.org/

（４）InfiniBand
　ベオウルフ型クラスタを構成する民生ネットワークとしてはGigaBit Ether, Myrinet等が使用されているが、最近InfiniBandが注目を浴びている。ネットワーク性能としては単線の2.5Gbitを１本／４本／12本で各 2.5 G bits, 10 G bits, and 30 Gbits／秒の速度を提供する。Compaq, Dell, Hewlett-Packard, IBM, Intel, Microsoft and Sun Microsystems が主体になって1999年10月にInfiniBand Trade Associationを設立し,2000年10月に標準仕様を策定している。（これだけの利害関係のある、企業がうまく仕様を合意できるか心配であるが。）
　参照サイト：http://www.infinibandta.org/ibta/
　本ＷＧにおいても、米国でInfiniBand関連ハードウエア主体のベンチャ企業RedSwitch社のCEO Dr.Wen Leeにご講演を頂いた。米国ではInfiniBand関連の企業化が始待っている。参照サイト：http://www.redswitch.com/
　現在,InfiniBAnd関連の製品は、量産化されておらずサンプル価格的なものが多いが、今後の市場拡大と価格の低下が期待される。

2.3.4　超分散コンピューティング

（１）Gridコンピューティング
　SC2001の展示会でも分かるように、Gridコンピューティングへの流れが加速している。
世界中のコンピュータを繋ぎコンピュータ資源を有効に活用しようと。ハイエンドコンピューティングの世界でも超並列を持ってしても単独のコンピュータセンタでは物理的、経済的にも制限がある。まずスーパコンピュータセンタを高速ネットワークで接続し仮想的研究所を構築する構想から始まっている。ASCI等の超並列コンピュータ自体もその一つのノードになる。ASCI Grid Serviceという広報用CDもSC2001では用意されていた。ASCIの超高速コンピュータもポータルの一つになるのだ。
　主に計算能力資源を活用するComputational Grid, ネットワークを介してマルチメディア情報をやりとりし遠隔会議を実現するAccess Grid、大規模な高エネルギー物理のデータを扱うEU連合のData Grid等多くのプロジェクトが世界的に行われている。
　ただしGridはまだ公式な標準が有るわけではなく、デファクトスタンダードの世界である。ソフトウエア・ツールキットとしてはGlobusがデファクトの位置を確立している。
　今後この流れは、研究開発向けから一般ビジネスの世界に広まるのは必至であろう。
　なお本WGの招待講演者出もある産総研の田中氏が展示者としてSC2001に参加し、３章に状況を詳細にレポートして頂いているので参照下さい。また昨年の当WG調査報告書に関口委員（産総研）の報告“Gridによる世界戦略とグローバルコンピューティング技術”で動向が分かり易く紹介されているので併せてご参考下さい。

（２）Tera Grid計画
　世界最大、最高速の分散ネットワーク環境を構築すべく、NSFから$53M資金提供を受け、４つの研究所（NCSA, Argonne, Caltech, SDSC）を光ファイバ高速バックボーンネットワーク（40Gbits）で結ぶ。完成時には13.6TeraFlopsのLinuxクラスタコンピュータパワーと450TeraBytesデータ容量と高精細のAccess Grid環境が提供される。
　参照サイト：http://www.teragrid.org/index.html

図2.4　４つの研究所を結ぶTera Gridバックボーンネットワーク
参照サイト：http://www.teragrid.org/img/teragrid.sm.jpg

IBM, Intel, Qwest社が企業として参加しており、64Bit Itaniumチップを320個用いたIBM製のLinuxクラスタマシンが2001年10月からテストを開始した。
日本では、Top100スーパコンピュータのうち６台が集中する、世界でも有数なつくば地区に“つくばWAN”が完成し2001年３月22日に開通式を行った。ネットワークは10Gbpsの光ループが使われている（総容量は570Gbps）。当初はつくば地区にとどまっているが、今後地球シミュレータはじめ全国の大学、研究所間の接続が検討されている。

（３）ベンチャ企業動向
　Gridコンピューティングが研究開発分野で注目を浴びる中、Grid関連で興味深い企業化が進行している。SC2001等で目に付いた企業をあげる。

• AVAKI社：http://www.avaki.com/
  Virginia大でLegionを開発した人（Dr. Andrew Grimshaw）がスピンアウトしApplied Meta Computing 社を設立（1998年8月）、2001年6月にAVAKI社に。現在はLegionベースにソフトウエアパッケージAVAKI2.1 Software Gridを販売している。用途として“Grid-Based Collaboration in Life Sciences Researchﾓなるホワイトペーパも発行されバイオ関連を有力なターゲットとしていることが伺われる。
• Platform Computing社：http://www.platform.com/
  創業は1987年で分散コンピューティングのLSF(Load Sharing Facility)を売り物にしているカナダの会社であるが、今回世界で最初にGlobus Toolkitの商用版をリリースすると発表した。Grid業界のRed Hutを目指している。
• Entropia社：http://www.entropia.com/
  分散コンピューティングを基盤モデルとして“どこからでもスーパーコンピュータのパワーがアクセス出来るように”とのコンセプトで1997年に創業された。Gridコンピューティングそのものがビジネスモデルになっている。利用例として２のＮ乗引く１が素数になるMersenne素数の発見では17万台以上のPCが接続されたEntropia Gridを用いて200１年11月には400万桁を越すの39番目の素数が発見された。Gridコンピューティングのパワーをうまく活用できた例といえる。
  （参照：http://www.mersenne.org/prime.htm）

2.3.5　量子コンピュータの動向

　IBM研究グループは2000年8月に５量子ドットの実験に成功した後、IBM Almaden研究センターとスタンフォード大学は共同で７量子ドットの量子コンピュータにて15=3x5の因数分解に成功と2001年12月20のNature誌に発表された。
　これは試験管に入れられた特別な分子を核磁気共鳴装置の核スピンの傾きを制御し計算を行うことで実現した。
　これは、1994年に当時AT&T社のShor氏が唱えたShorのアルゴリズム（量子コンピュータは今日の汎用コンピュータに比べて圧倒的なスピードで因数分解を計算できる）の初めての実験による証明になった。

図2.5　量子ビットを構成する核スピン
参照：http://www.research.ibm.com/resources/news/20011219_quantum.shtml

　研究は一歩一歩に進んでいるが、SC2001の展示でも、量子コンピュータ、分子コンピューティングはパネル展示の原理の解明段階であり目立ったアッピールはしていない。実用になる量子コンピュータの実現はまだ長期の研究開発が必要である。米国は長期研究テーマである新しい計算基盤に向けて研究開発投資を怠りなくやっている。

2.3.6　超並列、超分散を容易に開発できるソフトウエアの研究開発動向

（若杉　康仁　幹事）