高性能コンピューティング
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ハイパフォーマンスコンピューティング( HPC ) は、スーパーコンピュータとコンピュータ クラスターを使用して高度な問題を解決することです。

概要

HPCは、システム管理（ネットワークとセキュリティの知識を含む）、並列コンピューティング、分散コンピューティングを、デジタルエレクトロニクス、コンピュータアーキテクチャ、システムソフトウェア、プログラミング言語、アルゴリズム、計算技術を組み合わせた学際的な分野に統合します。 [ 1 ] HPCテクノロジーは、高性能コンピューティングシステムの実装と構築に使用されるツールとシステムです。[ 2 ] 2005年頃から、HPCシステムはスーパーコンピューティングからコンピューティングクラスターとグリッドに移行しました。[ 1 ]クラスターとグリッドでのネットワークの必要性から、高性能コンピューティングテクノロジーは、コラプスネットワークバックボーンの使用によって実現されます。コラプスバックボーンアーキテクチャはトラブルシューティングが容易で、アップグレードは複数のルーターではなく単一のルーターに適用できるためです。HPCは、AIエンジニアリングワークフローのデータ分析と統合して、シミュレーション能力を高め、「もし～だったら」という質問に答える新しいデータストリームを生成します。[ 3 ]

この用語は、科学研究や計算科学に使用されるコンピューティングと最も一般的に関連付けられています。関連用語であるハイパフォーマンス・テクニカル・コンピューティング（HPTC）は、一般的にクラスタベースコンピューティングのエンジニアリングアプリケーション（数値流体力学や仮想プロトタイプの構築とテストなど）を指します。HPCは、データウェアハウス、基幹業務（LOB）アプリケーション、トランザクション処理などのビジネス用途にも適用されています。

高性能コンピューティング（HPC）という用語は、「スーパーコンピューティング」という用語の後に生まれました。[ 4 ] HPCはスーパーコンピューティングの同義語として使われることもありますが、文脈によっては「スーパーコンピュータ」は「高性能コンピュータ」のより強力なサブセットを指すために使われ、「スーパーコンピューティング」という用語は「高性能コンピューティング」のサブセットになります。これらの用語の使用には混乱が生じる可能性があることは明らかです。

現在のアプリケーションのほとんどはHPC技術向けに設計されておらず、後付けであるため、より強力なプロセッサやマシンへのスケーリングを想定して設計・テストされていません。[ 2 ]ネットワーククラスタやグリッドでは複数のプロセッサやコンピュータが使用されるため、こうしたスケーリングの問題は将来のスーパーコンピューティングシステムの重要なシステムに悪影響を及ぼす可能性があります。そのため、既存のツールは高性能コンピューティングコミュニティのニーズに対応していないか、HPCコミュニティがこれらのツールを認識していないかのどちらかです。[ 2 ]商用HPC技術の例としては、以下のものがあります。

  • 建築設計のための構造工学
  • 構造設計のための自動車衝突シミュレーション
  • 新薬設計のための分子相互作用
  • 自動車や飛行機の上を流れる気流
  • 気候モデルと天気予報
  • 遺伝子研究とDNA配列解析
  • ロボット工学と自律走行車の開発
  • 無線通信のための電磁気シミュレーション

政府や研究機関では、科学者が銀河の形成と進化、核融合エネルギー、地球温暖化をシミュレートするほか、より正確な短期・長期の天気予報を作成する取り組みも行っている。[ 5 ] 2008年に世界で10番目に強力なスーパーコンピュータであったIBM Roadrunner （米国エネルギー省ロスアラモス国立研究所所在）[ 6 ]は、核兵器の性能、安全性、信頼性をシミュレートし、その機能を認証した。[ 7 ]

トップ500

TOP500は、高性能LINPACK （HPL）ベンチマークで測定された世界最速の高性能コンピュータ500台をランク付けしています。既存のコンピュータがすべてランク付けされているわけではありません。これは、不適格なコンピュータ（例：HPLベンチマークを実行できない）や、所有者がHPLスコアを提出していないコンピュータ（例：防衛上の理由から、システムのサイズを公開したくない）が理由です。さらに、単一のLINPACKベンチマークの使用は、単一の測定基準では高性能コンピュータのすべての側面をテストできないという点で議論の的となっています。LINPACKテストの限界を克服するために、米国政府は、LINPACKとその他のテストを含むHPC Challengeベンチマークスイートと呼ばれる一連のベンチマークテストの作成を、その考案者の一人であるテネシー大学のジャック・ドンガラに委託しました。この進化を続けるスイートは、一部のHPC調達で利用されてきましたが、単一の数値に還元できないため、あまり有用ではないTOP500 LINPACKテストの知名度という利点を克服することができませんでした。TOP500リストは年に2回更新され、1回は6月のISC European Supercomputing Conferenceで、もう1回は11月のUS Supercomputing Conferenceで更新されます。

グリッド コンピューティングの新しい波の多くのアイデアは、もともと HPC から借用されたものです。

クラウドにおける高性能コンピューティング

従来、HPCはオンプレミスのインフラストラクチャ、つまりスーパーコンピュータやコンピュータクラスタへの投資を伴っていました。過去10年間で、クラウドコンピューティングは、投資能力に関わらず商業部門でコンピュータリソースを提供する手段として人気が高まっています。[ 8 ]スケーラビリティやコンテナ化といった特徴は、学術界でも関心を集めています。[ 9 ]しかし、クラウドとオンプレミスのHPCリソースのどちらを選択するかを決める際には、データの機密性といったクラウドのセキュリティ上の懸念事項が依然として考慮されています。 [ 8 ]

現在主流のスーパーコンピュータ

以下はTop500リストで報告されている、計算能力による主要なHPCのリストです。[ 10 ]

  • Frontier：1.353エクサフロップスを誇るHPE Cray EX235aシステムは、614,656個のCPUコアと8,451,520個のアクセラレータコアを搭載し、合計9,066,176個のコアを備えています。米国オークリッジ国立研究所において、Slingshot-11インターコネクトで稼働しています。[ 12 ]
  • Eagle：Intel Xeon Platinum 8480C 48C 2GHzプロセッサとNVIDIA H100 GPUを搭載し、2,073,600コアで561.20ペタフロップスの演算能力を発揮します。高速接続を実現するNVIDIA Infiniband NDRを搭載し、米国Microsoft Azureでホストされています。[ 14 ]
  • HPC6：世界最強の産業用スーパーコンピュータであるHPC6は、Eni社によって開発され、2024年11月に運用開始されました。606ペタフロップスの演算能力を備え、エネルギー研究に利用されており、イタリアのフェレーラ・エルボニョーネ（PV）にあるEniグリーンデータセンターに設置されています。 [ 15 ]
  • 富岳：富士通が開発したこのシステムは、A64FX 48C 2.2GHzプロセッサとTofuインターコネクトD技術を用いて442.01ペタフロップスを達成している。理化学研究所計算科学研究センターに設置されている。[ 16 ]
  • Tuolumne：Tuolumneは208.10ペタフロップスを達成し、AMD第4世代EPYC 24C 1.8GHzプロセッサとAMD Instinct MI300Aアクセラレータを搭載しています。米国ローレンス・リバモア国立研究所で稼働しています。[ 20 ]

参照

参考文献

  1. ^ a b Brazell, Jim; Bettersworth, Michael (2005). High Performance Computing (Report). Texas State Technical College. 2010年7月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年5月16日閲覧。
  2. ^ a b c Collette, Michael; Corey, Bob; Johnson, John (2004年12月).高性能ツール＆テクノロジー(PDF) (レポート). ローレンス・リバモア国立研究所, 米国エネルギー省. 2017年8月30日時点のオリジナル(PDF)からのアーカイブ。
  3. ^ 「AIを活用したエンジニアリング：現代の必需品」 2024年4月24日. 2025年3月5日閲覧。
  4. ^ 「スーパーコンピューティング」。オックスフォード英語辞典（オンライン版）。オックスフォード大学出版局。(サブスクリプションまたは参加機関のメンバーシップが必要です。)「スーパーコンピューティング」は 1944 年から証明されています。
  5. ^シュルマン、マイケル.「ハイパフォーマンスコンピューティング：RAM vs CPU」 . Dr. Dobbs High Performance Computing、2007年4月30日。
  6. ^ 「米国における新たなスーパーコンピューティングの立ち上げ」エネルギー省、2022年11月17日。
  7. ^ 「高性能コンピューティング」。米国エネルギー省。 2009年7月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  8. ^ a bモーガン・エルドレッド、アリス・グッド博士、カール・アダムス（2018年1月24日）「クラウドHPCにおけるデータ保護とセキュリティに関する意思決定に関するケーススタディ」（PDF）。ポーツマス大学コンピューティング学部、英国ポーツマス
  9. ^ Sebastian von Alfthan (2016). 「クラウドにおけるハイパフォーマンスコンピューティング？」(PDF) . CSC – IT Center for Science.
  10. ^ 「2024年11月のトップ500リスト」。Top500.org。
  11. ^ 「AMD 搭載 El Capitan は、1.7 エクサフロップスのパフォーマンスを誇る世界最速のスーパーコンピュータです」。Tomshardware.com。
  12. ^ 「FrontierがTime誌の2023年ベスト発明品の1つに選出」 Hpe.com。
  13. ^ 「Auroraスーパーコンピュータがエクサスケールの容量を達成」 Admin-magazine.com。
  14. ^ 「マイクロソフトは毎月、561ペタフロップスのスーパーコンピュータ5台に相当するものを導入しています」。Datacenterdynamics.com。
  15. ^ 「EniがTOP500リストで第5位にランクインした新しいスーパーコンピュータHPC6を発表」。Eni.com。
  16. ^ 「スーパーコンピュータ『富岳』、HPCGおよびGraph500ランキングで世界1位を維持」（プレスリリース）川崎市：富士通. 2024年11月19日. 2026年1月13日閲覧。
  17. ^ Trueman, Charlotte (2024年9月16日). 「スイス国立スーパーコンピューティングセンター、アルプス・スーパーコンピュータを発表」 . Data Centre Dynamics . 2026年1月13日閲覧。
  18. ^ Fernandez, Pablo (2024年9月11日). 「これがLUMI、ヨーロッパで最も強力なスーパーコンピュータであり、AIのベンチマークだ」 . Silicon.eu . 2026年1月13日閲覧。
  19. ^ Prickett Morgan, Timothy (2024年9月23日). 「『Leonardo』スーパーコンピューターのGPUアップグレードは必要だが、予算の面でのアップグレードではない」 The Next Platform . 2026年1月13日閲覧。
  20. ^ Shilov, Anton (2023年7月7日). 「Tuolumneは200ペタフロップス以上のパフォーマンスを備えたEl Capitanの弟分」 . Tom's Hardware . 2026年1月13日閲覧。
  21. ^ 「EuroHPCスーパーコンピュータの世界ランキング：トップ10に3つのシステムがランクイン、さらに2つのシステムが新規参入」（プレスリリース）。欧州高性能コンピューティング共同事業体。2024年5月13日。 2026年1月13日閲覧。
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