米最新スパコン「Summit」、世界トップ奪還を目指す

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オークリッジ国立研究所では、現在世界第2位のスーパーコンピューター「Titan」が稼働しているが、2018年からは、その後継となる「Summit」が稼働予定だ。

TEXT BY MATT SIMON
TRANSLATION BY RYO OGATA/GALILEO

WIRED(US)

規模の大きい本格的な科学研究を行うには、本格的なマシンが必要になる。たとえば、水冷式の巨大なコンピューターだ。最新鋭ノートパソコンの20万倍ほど強力で、1万2,000世帯相当のエネルギーを消費する。

テネシー州にあるオークリッジ国立研究所で完成が近づいているスーパーコンピューター「Summit」は、2018年に稼働を開始すれば、米国で最も強力なスーパーコンピューターになり、おそらくは世界でも第1位になるだろう。

スパコンは「短命」

科学そのものの“大規模化”が進むにつれ、マシンも大型化しなければならない。コンピューター自体だけでなく、コンピューターを収容し、莫大な発熱で問題が起こらないようにする施設にも、素晴らしいエンジニアリングがこれまで以上に必要だ。たとえば、気候変動に影響している驚くほどたくさんの変数のモデリングは、研究室のデスクトップコンピューターでは行えない。ゲノム研究や創薬、材料科学もある。とんでもなく複雑な計算が、Summitの回路を駆け巡ることになる。

Summitは、オークリッジ国立研究所が2012年10月から稼働させてきたスーパーコンピューター「Titan(タイタン)」と比べて5~10倍強力な性能を誇る。Summitが稼働を始めたのち、Titanは約1年で科学研究の仕事を終える予定だ。Titanに不具合があるわけではない。スーパーコンピューターの基準だと、5歳でも“高齢”が始まっているのだ(Titanは稼働時には世界のスーパーコンピューター「TOP 500」において1位だったが、2013年、中国の天河二号[日本語版記事]に追い抜かれた)。

Summitは、ノードと呼ばれるキャビネットを次々とつなぎ合わせた設計で、この点はTitanとほとんど同じだ。ただしTitanでは、CPU1個とGPU1個で構成されているノードが全部で1万8,688個あるのに対し、Summitでは各ノードがCPU2個とGPU6個の組み合わせになっている。

ここでのGPUは、CPUのターボチャージャーだと考えていい。「ヘテロジニアス・アーキテクチャー」というこの構成は、すべてのスーパーコンピューターが採用しているのではないが、こうすることで性能が上がる。Summitの場合、4,600個ある各ノードが40テラフロップ(1ペタフロップは毎秒1,000兆回の演算処理)に対応し、Summitのピーク性能は200ペタフロップになる。オペレーションマネジャーのスティーヴン・マクナリーは、「研究チームが計算の際に、すべてのノードでGPUを使い切ることをわれわれは想定しています。それがいわば、われわれの使命です」と語る。

Summitの全体像。青い色は冷却システム。IMEGE BY HEERY INTERNATIONAL

スパコンを「どう冷やすか」

こうした演算は大量の電力を消費し、大量の熱を生み出す。そのため、Summitのオーヴァーヒート防止と収容する建物への電力供給を担当する企業であるHeeryの課題はたいへんなものになる。Heeryは20メガワットの電力を供給するが(Summit自体は15メガワットで動く)、これは、ちょっとした都市を賄える規模だ。Heeryでシニアアソシエイトを務めるジョージ・ウェルボーンは、「南部の1万2,000世帯が一斉にエアコンを稼働させると、だいたい20メガワットの電力になります」と説明する。

幸い、オークリッジはテネシー川流域開発公社(TVA)に接続されている。TVAは、テネシー州だけで水力発電ダムを19カ所擁しているほか、原子力発電所2基と、ここでは挙げきれない多数のエネルギー源から、全部合わせて2万メガワット近い発電能力がある。

エンジニアリングの課題は電力だけではない。Summitの4,600個あるノードを一つひとつ冷却する必要があり、Summitではこれに水を使う(Titanは冷却剤を使っている。エレクトロニクスの冷却には、お望みならば鉱油も使える)。「ノードはすべて冷却板技術を採用しており、最上面に置かれた冷却板に水を通しています。それにより、発生する熱の70パーセントをこの冷却板で吸収できます」と、コンピューティングと施設のディレクターを務めるジム・ロジャーズは語る。

冷却された水を建物に引き込む装置。IMEGE BY HEERY INTERNATIONAL

意外なのは、使われるのが超冷却水ではなく、摂氏20度の水である点だ。なぜか。温度を下げすぎると結露し、スーパーコンピューターをダメにしてしまうからだ。「熱を取り除くには、(水温を下げるのではなく)流量を増やす必要があります」とロジャーズは語る。毎分8,000ガロン(3万L)近い最大流量が必要だという。「しかし、エネルギー効率と稼働コストの点で、この兼ね合いがちょうどいいのです」

Summitが負荷の高い科学計算を行えるようになるまでには、まだ乗り越えなければならないステップが残っている。10月末までにキャビネットをすべて設置し、それから1年にわたってテストとデバッグを実施しなければならない。それでも、人類がこれまでにつくったなかでも極めて驚異的な装置が、もうすぐ、世界中の最高のスーパーコンピューターたちの仲間入りをすることになる。

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