スーパーコンピュータの辞書的な定義は、"特に強力なメインフレーム・コンピュータ "です。

スーパーコンピュータの「パワー」は、1秒間にどれだけの演算を処理できるかで定義される。

これは広義の定義であり、コンピュータ技術の進歩に伴いゴールポストが変化しています。現在の最速のパーソナルコンピュータは、数十年前のスーパーコンピュータと同じスピードで演算処理を行っている。それだけ、技術の変化が速いということです。

では、スーパーコンピュータとは何なのか？

では、現在のスーパーコンピューターはどのようなものなのか、もう少し詳しく見てみましょう。

世界最高性能のスーパーコンピューター

長年、米国、中国、日本は世界最速のスパコンを目指して奮闘してきた。""高速 "とは、コンピュータシステムが実行できるギガフロップスの数で定義されます。ペタフロップは1秒間に10兆回の浮動小数点演算を行うことです。

2013年までに、現存する最も強力なスーパーコンピュータ2台は

• オークリッジ社の「Cray Titan」、処理能力17.59ギガフロップス。
• リバモアラボのIBM Sequoia、17.17PBにて。

しかし、この年、中国は広州のNUDT Tianhe IIの運営を引き継ぎ、33.86ギガFLOPSという驚異的な数字を叩き出した。このシステムは2016年まで王者でしたが、中国・無錫のSunway TaihuLightが93.01ギガFlopsという驚異的な性能でついに勝利しました。

Top500によると、次のスーパーコンピュータの王者はSummitになるはずです。オークリッジ国立研究所のスーパーコンピューターで、2018年夏に運用開始予定です。

スーパーコンピュータの徹底研究

このように、スーパーコンピュータがどのように進化してきたのか、その仕組みを見ていきましょう。太陽路太洋燈をチェックしよう。

Taihulightは、以下のようなプロセッサ・アーキテクチャを持つ超高効率コンピュータです。

• 1.45GHz SW26010プロセッサ、各コア4組。
• 各コアグループには65個のコアが含まれ、1ノードあたり合計260個のコアが搭載されています。
• 各システムキャビネットには1024台のノードが搭載されています。
• システム全体は40台のキャビネットで構成されています。

これらのキャビネットを接続するために、この印象的なシステムの構築者は独自のPCIe 3.0接続ネットワークをカスタマイズし、「Sunway Network」と名付けました。

ネットワークは、スイッチ、リソース共有ハードウェア、すべてのスーパーノードを7インチケーブルで結び、1秒間に70TBのデータを伝送します。

ここでは、世界のトップ500の中で最も高速なスーパーコンピュータ10台のリストを紹介します。

1. Sanwei Taiwhalite（中国）：10649600コア、93014TFlops/s
2. Tianhe II Milkway II（中国）：312,000コア、33,962TFlops/s
3. Piz Daint（スイス）：361760コア、19590TFlops/s
4. 行幸（日本）：1986万コア、19136TFlops/s
5. Titan（米国）：560,640コア、17,590TFlops/s
6. Sequoia（米国）：1572864コア、17173TFlops/s
7. Trinity（米国）：979968コア、14137TFlops/s
8. Cori（米国）：622,336コア、14015TFlops/s
9. オークフォレストPACS（日本）：556104コア、13555TFlops/s
10. スパーク64（日本）：705024コア、10510TFlops/s

世界中の先進的な研究所や**施設を巻き込んだ広大な競技場です。これらのリーダーは、世界中のコンピュータ専門家から尊敬を集めているだけでなく、トップの座をめぐって政治的な競争が繰り広げられているのです。スーパーコンピューターは1時間あたり何千ドルもかかるので、これらの企業もおそらく大儲けしていることでしょう。

スーパーコンピュータは何ですか？

なぜ、1秒間に1000万回の浮動小数点演算を処理できるコンピューターシステムが必要なのでしょうか？

ここでは、産業界、軍需産業におけるスーパーコンピュータの活用事例を紹介します。

2014年にinternationaldatacorporationが執筆したレポートでは、スーパーコンピュータが実際に使用されている数十のシナリオを詳細に分析しています。その研究から、次のような事例を導き出しました。

産業分野

• 航空宇宙産業の主要企業であるゼネラル・エレクトリック社は、オークリッジ国立研究所のコンピュータ専門家と共同で、高度なジェットエンジンシミュレーションを作成しています。このシミュレーションにより、GEはエンジン現象を発見し、会社全体の燃費向上に貢献した。
• ローレンス・リバモア国立研究所の科学者たちは、同所のスーパーコンピュータを利用して、地下のデータ収集技術を新たに開発した。これにより、米国の石油・ガス業界は、メキシコ湾の石油埋蔵量をより容易に把握することができ、米国の外国産石油への依存度を下げることができます。
• ボーイングのエンジニアは、スーパーコンピュータを使用して航空機のシミュレーションを行い、より優れた空力設計を実現し、より燃費が良く安全な航空機を製造しています。

**

• 米国疾病対策センターとコーネル大学は共同で、C型肝炎ウイルスの非常に詳細なモデルを構築しました。コーネル大学のスーパーコンピューターの1つを使用して、研究者は最終的に医療界が患者の肝臓疾患を減らしたり、治したりするのに役立つ新しい治療法を開発することができました。
• 米国国防総省は、気象学者が潜在的に危険なハリケーンやサイクロンを予測するのに役立つ新しい気象モデルを開発するためにスーパーコンピュータを使用しました。このような暴風雨について、より高度なコンピュータモデルを用いると、衝突の5日前に危険を予測することができるようになる。

ミリタリー

• 米国陸軍は、陸軍研究所のスーパーコンピュータを利用して高度なシミュレーションを行い、研究者が実機で行うにはコストがかかる「破壊的な実地実験や試作品の実証」を行うのに役立てている。
• 米軍で使われているスパコンの中でも、「コンドル・クラスター」と呼ばれる珍しいものは、2010年に米空軍によって作られたものです。そこでエンジニアは、ソニーの「プレイステーション 3」1,760台を接続してスーパーコンピュータのコアを作り上げた。500TFLOPを搭載可能で、パターン認識、衛星画像処理、人工知能研究などのタスクに使用されます。

このように、高度な計算能力に対する要求は、様々な産業、**機関、軍などから多く寄せられています。

次は量子コンピュータか？

スーパーコンピュータの速度が向上するのは、マイクロプロセッサに搭載されるトランジスタの数がどんどん増えて、規模が小さくなっていった結果である。このマイクロ回路が原子レベルまで縮小していくと、スーパーコンピュータの次のステージは量子コンピュータの領域になると多くの未来学者が予想している。

量子コンピュータは何ですか？

量子コンピュータは、コンピュータ技術におけるユニークな発展である。科学者たちは、素粒子の状態の制御を利用して、従来のトランジスタベースのマイクロプロセッサを置き換えることを期待している。

素粒子は非常に不思議な物理法則に従っており、そのほとんどは研究者によって最近発見されたばかりである。この素粒子の状態を制御するさまざまな手法を試すことで、古典的なトランジスタの1や0を、この量子粒子の1や0に置き換えることができると期待されているのだ。

この2つの状態を持つ粒子の別称が量子ビット（または "quantum bits"）である。

量子コンピューティングの心憎い点は、これらの粒子の利用可能な多くの状態によって、これらのコンピュータが単なる1や0以上のものを保存できるようになるかもしれないということだ。

量子スパコンはあるのか？

トップ500の中にトップクラスの性能を持つ量子スパコンがあるという話を聞かないのは、本当に安定した量子スパコンがまだ存在しないからです。

IBMでは、研究者向けに20ビットシステムへのオンラインアクセスを提供しています。研究者は通常、化学シミュレーションなど、量子コンピュータが得意とする特定の計算や解析に量子コンピュータを利用している。

量子コンピュータの開発者が使っている用語は、最近までほとんど理論的なものだった。しかし現在、これらのシステムを構築した科学者たちは、「量子ビット」間の非常に現実的な相互作用を「エンタングルメント」と表現し、量子ビットの特定の状態を「コヒーレンス」と表現しています。"といった具合に、従来のコンピュータとの比較はほとんど不可能です。

現在の伝統的なスーパーコンピュータに対抗する望みのある大規模システムは、まだ不安定すぎるのです。例えば、2017年11月、IBMは、**50ビットの量子コンピュータを開発したと発表しました。しかし、その量子的な「マイクロ状態」を維持できるのは、90マイクロ秒に過ぎない。

量子コンピュータは、将来的に大きな期待が寄せられているが、現時点では従来のシリコンベースのスーパーコンピュータとの競合はほとんどない。

今後、どのような展開を考えていますか？

スーパーコンピュータ技術の未来はどこに向かっていると思いますか？量子コンピュータは、人々が思っている以上に身近な存在だと思いますか？2018年以降、どの国がトップになると思いますか？