- 「HPCアーキテクチャの今後」
Future of HPC Architectures
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- HPCマシン，スーパーコンピュータのアーキテクチャはこれまで，その時代その時代で利用可能な最先端の半導体技術，コンピュータ技術，ならびに，研究開発投資を回収するためのビジネスモデルの双方に大きく依存して推移してきた。すなわち，ベクトルコンピュータ，MPP(Massively Parallel Processor)，SMP(Symmetric Multiprocessor)クラスタ，PCクラスタ，といったアーキテクチャの推移である。現在のテクノロジードライバーはPC向けの高性能マイクロプロセッサであり，ビジネスモデル的に成り立ち得るのはPCクラスタのみである，というのが今日の一般的な見方であろう。では，将来はどうなのか? 今のままのPCクラスタ路線なのか? それとも，何らかの新しいアーキテクチャが登場するのか? また，ユーザーは，アプリケーションはどう変わるのか? ビジネスモデルはどうなるのか?
本講演では，上記の視点からHPCマシンの将来のアーキテクチャを探ってみたい。
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[講演者プロフィール]
九州大学情報基盤センター長 / システム情報科学研究院情報理学部門教授
京都大学大学院工学研究科情報工学専攻修士課程修了。実用的かつ先進的なコンピュータ/VLSIシステム・アーキテクチャならびにその周辺技術の提案,実機の開発,検証を行っている。世界最初のスーパースカラ・アーキテクチャの一つSIMP方式を提案,開発。90年代にはメモリ/ロジック混載型並列システムLSIアーキテクチャ"PPRAM"を提案し、PPRAMコンソーシアムを設立して標準化活動を実施。最近では、科学技術振興調整費EHPC(組込み型ハイパフォーマンスコンピューティング)プロジェクト,知的クラスター創成事業「次世代システムLSIアーキテクチャの開発」プロジェクトの研究代表者を務めている。
・学位 : 博士(工学)
・専攻/専門 : コンピュータ・アーキテクチャ、VLSI工学、並列/分散処理
・主要論文 :
・"MOE: A Special-Purpose Prallel Computer for High-Speed, Large-Scale Molecular Orbital Calculation," (ACM/IEEE, 1999)
・"Dynamically Variable Line-Size Cache Exploiting High On-Chip Memory Bandwidth of Merged DRAM/Logic LSIs,"(HPCA-5, 1999)
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- 「ペタコンピューティングの世界」
The Universe of Peta-Computing
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- 米国におけるブルージーン計画、日本におけるプロテイン・イクスプローラ計画、GRAPE-DR計画など、ペタフロップス級の計算機の建設が現実のものとして語られるようになってきた。本講演では、ペタフロップス級計算機新しいHPCアーキテクチャVPM(Vector Processor Matrix)を紹介し、その予想性能と適用可能なアプリケーションに関して論ずる。また、ペタフロップス級計算機が切り開く、宇宙物理学および地球物理学に与えるインパクトを論ずる。特に、天の川銀河フルシミュレーションや、第一原理電子状態計算による惑星内部の高温・高圧状態における固体の物性予測などを取り上げたい。
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[講演者プロフィール]
理化学研究所 戎崎計算宇宙物理研究室 主任研究員
大阪大学理学部物理学科、東京大学理学系大学院天文学専門課程卒業。 分子動力学シミュレーション専用計算機(MDM：Molecular Dynamics Machine)を開発し、ゴードン・ベル賞の「ピーク・パフォーマンス賞」を受賞。 現在、宇宙ステーションを用いたEUSO(Extreme Universe Space Observatory)計画の日本代表を努める。 他に生体高分子解析、巨大ブラックホールシミュレーション、計算機の教育利用、細胞フルシミュレーションなど多岐に渡る研究を続ける。
・学位 : 理学博士
・主な職歴 : 米国National Research Council, Resident Research Associate、東京大学教養学部助教授
・専門 : 天文学
・主要論文 :
・"Filamentary magnetohydrodynamic simulation model, current-vortex method" (Phys. Plasmas, 2003)
・"First-principles calculation of elastic properties of solid argon at high pressures" (Physical Review, 2002)
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- 海外招待講演
- "The MIND Architecture for Practical Trans-Petaflops Computing"
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- Even as the Earth Simulator continues to dominate high end computing after more than two years of successful operation, plans are underway by several teams to design and implement Petaflops-scale computing systems by the end of this decade; a performance gain of more than 25X. Extrapolation of the Top-500 list over the last decade implies that the first general purpose 1 Petaflops system as measured by the Linpack benchmark will be deployed sometime in 2009. One or more special purpose machines may deliver 1 Petaflops sustained performance on their respective target applications as early as 2007. However, in spite of these indicators, it is unclear when practical Petaflops scale systems will become available; systems that exhibit the necessary properties to enable them to be employed in existing environments, including: 1) total power consumption on the order of 1 Megawatt, 2) floor space of less than 4000 square feet, 3) sustained efficiency of > 50%, 4) cost < $10M, 5) general purpose operation across a wide range of user applications, and 6) high programmability. Conventional computer architectures that have dominated the last decade are inadequate to meet these difficult but necessary goals, because in most cases they do not incorporate components designed to address the major challenges to effective parallel execution: latency, contention, starvation, and overhead. A proposed class of advanced processor in memory architecture is being developed at the California Institute of Technology to provide practical Petaflops scale computing. The MIND architecture integrates multiple combined processor/memory nodes with wide-word access on a single chip for memory bandwidth 100 - 1000X that of conventional systems of the same memory capacity. Combining multithreaded execution control, parcel message-driven computation, and in-memory virtual to physical address translation, the MIND architecture will enable very large arrays of such devices in a system exporting a single system image and achieving very high efficiency due to the intrinsic latency hiding methods and low overhead mechanisms. Using conventional packaging techniques, a Petaflops computer built with MIND chips would require a floor space of less than 1000 square feet. With advanced 3-D packaging, a peak Petaflops computer based on the MIND architecture would require approximately 10 square feet. This presentation will describe the advanced concepts of the MIND architecture and demonstrate through parametric simulation studies and other analysis the level of capability that may be achieved with it.
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[講演者プロフィール]
Thomas Sterling is a Faculty Associate at California Institute of Technology and a Principal Scientist and the NASA Jet Propulsion Laboratory. Thomas is probably best known for his work on Beowulf clusters and in Petaflops computing. He started the Beowulf project in 1993 at the NASA Goddard Space Flight Center and was one of several researchers to receive the Gordon Bell Prize for this work in 1997. In 1996, he started the inter-disciplinary HTMT project to conduct a detailed point design study of an innovative Petaflops architecture. He currently leads the NASA Gilgamesh Project to develop the MIND architecture, a fault tolerant space-borne PIM(Processor-In-Memory) chip and is an investigator on the DARPA-sponsored Cray Cascade Project to build a Petaflops computer by 2010. Thomas is co-author of four books and holds six patents. He received his Ph.D as a Hertz Fellow from MIT in 1984.
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- 「In silico創薬」
In silico Drug Discovery
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- ゲノム解析と構造生物学がもたらす医薬品の標的分子に関する情報は、近年極めて急速に増加している。これらの情報を有機的に活用し、より有効な医薬品分子の開発を主としてコンピュータを用いて迅速かつ正確に行うのがin silico創薬の目的である。医薬品分子は多くの場合、生命現象に関わる生体内分子(大部分がタンパク質)に働き、その薬効を示す。医薬品が直接作用するタンパク質などを標的分子という。in silico創薬の最も重要な使命は、このような標的分子にどのような化学物質が結合し得るかを迅速かつ正確に予測することにある。そのためには、幾つかの重要かつ困難な問題を解決する必要があり、少なくとも次の2点は極めて重要である。第1は、標的分子と医薬品分子の相互作用を正確に知ることである。標的分子であるタンパク質は非常に複雑な3次元構造をとり、医薬品分子も特異な立体構造をとる。従って、これらの複雑な分子間の相互作用を精密に知ることは容易ではない。第2は、無数にあると思われる分子群から、どのように医薬品になり得る分子を見出すかという問題である。
本講演では、これらの問題が現在どのように取り扱われているか、そして超高速のコンピュータの出現により今後どのように変わっていくかについて概観する。
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[講演者プロフィール]
東海大学医学部医学科基礎医学系分子生命科学教授
東京工業大学大学院理学研究科博士課程。 長年に渡り医薬品の化学構造を研究。 医薬品に馴染む性質「薬らしさ」(druglikeness)という考えを10年ほど前に提唱。 医薬品の作用や副作用を化学構造の側面から研究し続けている。 2002年度から東海大学創薬プロジェクトでプロジェクト・リーダーを努めオーファン・ドラッグ創薬にも力を注ぐ。 また、医薬候補品の設計に用いる独自データベースも開発。
・学位 : 理学博士
・主な職歴 : 協和発酵工業(株)東京研究所主任研究員、英国ロンドン大学インペリアル・カレッジ物理学科博士研究員
・主要著書・訳書 :
・生命系のためのX線解析入門 (2004)
・タンパク質ハンドブック (2003)
・分子レベルで見た体のはたらき-いのちを支えるタンパク質を視る- (2003)
・量子化学入門-分子軌道法で化学反応がみえる- (2002)
・知っておきたい薬の常識 (2000)
・暗記しないで化学入門-電子を見れば化学はわかる (2000)
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- 富士通報告
- 「ペタコンピューティングに向けたプログラミング・パラダイムの課題と展望」
Technological Issues and Prospect of Programming Paradigms for Peta-computing
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- ペタコンピューティングを実現するハードウェアの飛躍的な進歩に比べて、プログラミング・インタフェースの進歩はこの10年非常に緩やかだったと感じられる。MPIのような並列性と通信・同期のすべてを指示しなければならないスタイルが、この先いつまでも主流なのだろうか。自動ベクトル化が成功したように、自動並列化の時代は来るのだろうか。
「すべてを書かせる」MPIと「何も書かせない」自動並列化を両極とすれば、その中間に様々なプログラミング・パラダイムが提案されている。当社では、固有仕様のVPP Fortran、XPFortran、標準準拠のOpenMPやHigh Performance Fortran (HPF)を開発して来た。世界的には最近ではCo-Array Fortran、Global Arrays (GA)などが提案されている。これらは、利用者に何を見せ(プログラミングモデル)、何を書かせるか(処理系技術、通信方式の想定)がそれぞれ異なる。講演ではこれらを世界的な技術の流れと見て、ペタコンピューティングに向けた課題を考察し、今後を展望する。同時に、この流れの中での当社の取組みをご紹介する。
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