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●ポスト京スパコンの性能目標は京の100倍
ISC 2016において、京コンピュータの後継となる次期スーパーコンピュータ(スパコン)と重点課題アプリケーションを開発するフラグシップ2020プロジェクトのプロジェクトリーダーである理化学研究所 計算科学研究機構(理研 AICS)の石川裕氏が、ポスト京スパコンについての講演を行った。

フラグシップ2020プロジェクトでは、ハードウェアの開発は、京コンピュータと同様、富士通が担当することが決まっている。ソフトウェアに関しては、「健康と長寿な社会」、「災害防止と地球的気候変動」、「エネルギー問題」、「工業的競争力」、「基礎科学」といった重点課題に向けてアプリケーションを開発することになっており、それぞれの開発担当が決定されている。

消費電力、生産性、可用性などを効率的に改善するため、ハードウェアの設計側からアプリケーションを開発する研究者にノードレベルの性能予測を提供し、最適の解を得るために仕様のすり合わせを行うという。

ポスト京の性能としては、Capacitive Computingでは京コンピュータの100倍、Capability Computingでは50倍の性能を目標とする。Capacitive Computingは、小規模な計算を多数並列に実施する場合で、Capability Computingは全系を使うような大規模計算を実施する場合である。そして、消費電力は30-40MWを目標とする。つまり、性能ターゲットは米国と同じであるが、実現時期が2020年と若干早いことから、消費電力では1.5〜2倍を許容するという目標設定となっている。

ハードウェアはメニーコアアーキテクチャで、計算ノードを6Dのメッシュ/トーラスネットワークで接続するという構造で、京コンピュータと同じような構造である。そして、(1)シリコンディスク、(2)磁気ディスク、(3)アーカイブの3レベルの階層的なストレージを接続する。OSは軽量カーネルを使うLinuxに3レベルのストレージをサポートするFile I/Oを扱うミドルウェアを装備する。また、アプリケーション向けのファイルI/Oミドルウェアという記述も見える。並列化はMPIとOpenMPと書かれており、これは基本的には京コンピュータと同じである。また、高生産性プログラミング言語とライブラリと書かれており、ソフトウェアスタックには筑波大学が開発したXcalableMP(XMP)などが想定されている。

●プロセサには拡張したARMアーキテクチャを活用
プロセサの命令アーキテクチャは、京コンピュータではSPARCであったが、ポスト京ではARMv8+HPC Extensionアーキテクチャに変わる。筆者の個人的見解であるが、命令セットアーキテクチャがSPARC V9でもARMv8でも、できることは大きな違いは無いので、ハードウェアの開発には大した違いは無い。それよりも、2020年にふさわしい性能/電力を実現するなどが設計上の課題になると思われる。

ARMはHPCにはほとんど実績がないのであるが、EUはARMのHPCでの利用を推進しているので、ARMから流用できるものがでてくるという期待もあり得る。

積和融合型の演算、演算を加速するプリミティブ、コア間バリア、セクタキャッシュ、ハードウェアプリフェッチのアシストなどが、富士通拡張としてARMv8の拡張の候補となっているようである。HPC拡張アーキテクチャについては、8月のHot Chips 28(HC28)で発表が行われる予定である。

そして、ポスト京では米国エネルギー省傘下の研究機関との協力も視野に入っている。新しい3レベルのメモリ階層に対応するメモリ管理や新しいMPI通信に関しては、アルゴンヌ国立研究所との協力が予定されている。

システムソフトウェアに関しては、軽量カーネルを使うことの利点についてIntelと意識を合わせ、IntelのmOSと日本McKernelとの違いの相互理解を経て、軽量カーネルのAPIの標準化に進みたいという。

プログラミングは、XMPなどのディレクティブベースの並列プログラミング言語を使う。これらの並列言語の開発には、AICS、ヒューストン大学、筑波大などが協力する。また、ランタイムの開発はアルゴンヌ国立研究所と協力する。

まとめとして、ポスト京スパコンの命令アーキテクチャはARMv8にHPC拡張を追加したものになる。ARMには大きなコミュニティがあり、使い勝手が改善されると期待される。

システムソフトウェアスタックに関しては、国際的な協力を得て開発を行う。理研が開発するソフトウェアはオープンソースとして公開する。そして開発するソフトウェアはポスト京だけでなく、IntelのXeon、Xeon Phiでも動くものとする。という方針が明らかにされた。

(Hisa Ando)