溶接工具の歴史

教習所選びは慎重に。

私は20歳の時に免許証を撮影しています。教習所の選択は難しく、合宿で持つか、近くの教習所でとるか足を伸ばして料金が安い教習所に行くか選択することができます、自分にあった免許証の取得方法を失ってしまった。結果、私は電車に乗って2駅先教習所を決定しました。私は順調に免許証が取れたので、教習所の選択は正解でした。しかし、友人と妹は、電車に乗ることが面倒になってしまいます切れる妹なんて免許取得2年かかりました。教習所選びは慎重に。
私は免許を持っていません。自動車の運転あればいいと何度も考えることができます。最近免許を持っていたい連れてたまりません。早く持ってと思うので、短期間で取ることができる合宿免許について調べてみました。場所や様々なプランが、お誕生日割引があったりだと空いている時間には、観光と温泉に入ることができているようなので、合宿免許に行くことを考えています。
　2002年、当時スーパーコンピュータの主流であったベクトル型計算機において世界最高の処理速度を実現したのが、海洋科学技術センター（現・海洋研究開発機構）が運営する「地球シミュレータ」であった。その後スーパーコンピュータの世界では、価格対性能の高さを特徴とするスカラー型計算機が台頭し、さらにはGPGPU型計算機も注目されるようになった。

　ベクトル型計算機は、その存在感が年々薄まりつつあるような印象があるが、現在でも本来の利用目的である大規模シミュレーションなどの分野では数多くの成果を生み出し、決して無用な存在とはなっていない。海洋研究開発機構 地球シミュレータセンターの渡邉國彦センター長（理学博士）に、地球シミュレータでの取り組みとベクトル型計算機の活路について聞いた。

　海洋研究開発機構が運用する現在の地球シミュレータは、2009年3月に更新した2代目（ES2）となる。NECのSX-9/E 160台から構成され、理論演算速度は初代の約3倍となる131テラFLOPS。2010年11月に米国で実施されたHPCチャレンジアワードでは、「Global FFT」（高速フーリエ変換）指標で11.876テラFLOPSを記録し、世界1位となった。

　一方、LINPACK ベンチマークにおいて2002年にトップに立った地球シミュレータは、2010年11月発表のTOP500ランキングでは55位となった。上位はスカラー型計算機がほぼ独占する状況だ。HPCチャレンジアワードはLINPACK ベンチマークを補完するもので、Global FFTは大規模シミュレーションに用いられることの多い計算での性能を測る。大規模シミュレーションという用途において、地球シミュレータの実力は今なお世界最高クラスにある。

　渡邉氏は、LINPACK ベンチマークを基にスーパーコンピュータの優劣が議論されがちな国内の風潮に危機感を募らせる。2009年の民主党による事業仕分けで話題になった「2位じゃダメなんでしょうか？」発言も、この風潮を端的に表したものだろう。

　「LINPACKで用いる計算は、シミュレーションに携わる人間にとってはごく一部でしかなく、その計算だけが速くてもあまり意味はない。だが、スーパーコンピュータ開発の最前線に携わる人たちはLINPACKの結果にどうしても目が向いてしまう」（渡邉氏）。スーパーコンピュータには必ず向き不向きがあり、ユーザーのニーズに応じてその意義を議論すべきというのが渡邉氏の見解である。

　ベクトル型計算機が強みとする大規模シミュレーションの例には、地球温暖化予測に使われている大気大循環モデルがある。実際の大気の物理現象は連続した場所で風が吹くように、隣同士のデータだけで現象を追いかけることもできるが、計算機の中で流れの様子を高速に追うには、FFTのようなベクトル型の計算機が得意とするアルゴリズムが必要になる。

　一方、スカラー型計算機で適しているのは創薬研究や遺伝子解析のような用途であり、大量の条件分岐が伴うような演算を順番に高速処理するという点に優位性がある。このような解析はベクトル型計算機やGPGPU型計算機には向かない。GPGPU型計算機は、ベクトル型計算機の強みとするシミュレーション解析を安価に行える手段として注目されているが、国内では技術者が少ないCUDAやOpenCLによるプログラミングが必要となるなど、「まだまだ汎用的に使える状況ではない」（渡邉氏）という。

　ベクトル型計算機では、消費電力など運用コストの高さが問題として指摘されることもある。この点について渡邉氏は、ベクトル型計算機のプロセッサが持つ実行効率の高さが貢献すると話す。一見してスカラー型計算機の電力消費がベクトル型計算機より少ないように見えても、計算結果が同じであれば、実行効率も同様であるという。また、ベクトル型計算機に向いたアプリケーションをスカラー型計算機で実行しようとすれば、その効率は約半分以下になってしまうという。

　また、ベクトル型計算機はプロセッサ当たりの処理速度がスカラー型計算機よりも速く、並列化に必要なプロセッサの数が少なくて済む。２０代女性はココカードローンを低金利のストーリープロセッサの数が少ない分、ベクトル型計算機はスカラー型計算機よりも故障する確率が低いというメリットもある。

　このように海洋研究開発機構が地球シミュレータを運用する理由は、同機構の研究がベクトル型計算機の性能や特徴に合致するためだ。渡邉氏は、「目的に応じてベクトル型やスカラー型、GPGPUを使い分けるべきで、全てを1つで満たすのには無理がある。処理性能の優劣やコストだけで議論すること自体がおかしい」と語る。

●地球シミュレータの活躍の場

　地球シミュレータは、その名の通り全地球規模で起きる事象の解析ばかりに利用されているイメージがあるが、実際の役割は多岐にわたる。

　例えば台風の進路予測では、海水の温度や上空の風の向き・強さ、陸上の地形といった多数のデータを基に5日間の台風の動きを5時間程度で解析できる。台風予測に用いる一般的なスーパーコンピュータでは、これらのデータをすべて取り入れて解析することが難しく、精度の高い解析には数日程度を要することが少なくない。気象予報業務に関する法的な制限から地球シミュレータによる予測は一般に提供できず、海洋研究開発機構では機構内の業務支援や地球シミュレータの性能検証などの用途に利用している。

　また、2010年には東海地震・東南海地震・南海地震の同時発生に関するニュースが話題となった。これに関連して、海洋研究開発機構は東京大学地震研究所と共同で、1707年に発生した宝永地震をモデルに津波の影響範囲を地球シミュレータで解析した。

　従来の予測は、大分県や宮崎県の太平洋沿岸では津波の影響は小さいとされていた。だが、東京大学地震研究所などが大分県佐伯市にある「龍神池」の湖底の地層を調査したところ、津波によると想定される地層が見つかった。震源域や地質データなどを基に地球シミュレータで解析した結果、従来の予測とは違い、この地域に甚大な被害をもたらす津波の発生が予測されることが明らかになった。

　こうした自然現象以外にも、産業分野や国民生活に身近な研究も地球シミュレータで数多く行われている。例えば東京大学と工学院大学、JR東日本は、地球シミュレータを用いて新幹線の騒音源解析を行った。

　新幹線自体は時速400キロ以上でも走行できる性能を実現しているが、実際は騒音規制などによって営業速度が厳しく制限されている。規制をクリアしつながら速度を上げることが課題だ。新幹線の騒音は、高速走行する車両と空気の衝突が一番の原因とされる。空気抵抗の様子は風洞実験などである程度再現できるため、その結果を車両先頭部などのデザインに生かせるが、細部についてはスーパーコンピュータよる解析が必要だという。地球シミュレータの解析から、先頭部以外では特に車両の連結部やパンタグラフの形状が騒音発生に大きく影響することが分かった。これらの研究成果は、より高速で静かな新型新幹線の実現に生かされる見込みだ。

●年中稼働する地球シミュレータ

　海洋研究開発機構は、地球シミュレータを有効利用してもらうため、「一般公募枠」「特定プロジェクト枠」「機構戦略枠」の3つのカテゴリーで計算資源の割り当てを実施している。一般公募枠は地球科学やそれ以外の先進的、独創的な研究のための資源枠だ。特定プロジェクト枠は、国などから委託や補助を受けて実施する研究のための枠となる。機構戦略枠は、国内外の共同研究や一般企業が有償で地球シミュレータを利用できる枠となっている。

　2010年度の地球シミュレータの計算資源は、一般公募枠に40％、特定プロジェクト枠と機構戦略枠にそれぞれ30％が割り当てられている。年に数日のメンテナンス日を除けば、ほぼ24時間体制で公共・民間のさまざまな研究での解析業務が地球シミュレータで行われる。

　特に機構戦略枠を活用するような民間の研究では、その成果が社会に反映されるまでに5〜10年近くかかる場合が多く、企業が単独で行うには設備面や資金面で制約が伴う。大学などのスーパーコンピュータでは計算能力が足りないという研究テーマもあり、こうした場合には地球シミュレータの存在が不可欠とされているようだ。

　渡邉氏は、研究目的に応じて最適なスーパーコンピュータを利用すべきとの立場を繰り返し強調する。それを実現する方策として同氏が期待するのが、文部科学省が進める「ハイパフォーマンス・コンピューティング・インフラ（HPCI）」構想である。HPCIは、理化学研究所が開発を進める次世代コンピュータ「京」を中核に、国内のスーパーコンピュータの計算資源を有効的に配分できることを目指している。

　また渡邉氏によれば、海洋研究開発機構ではベクトル型計算機とスカラー型計算機それぞれの強みを生かせるシステムを目指すという。気象シミュレーションではベクトル型が強いとされるが、空気中の水分が雲になるか、雨になるかは水の粒子の大きさと粒子同士の衝突パターンによって変わるため、このような計算にはスカラー型が向くとされる。

　ベクトル型計算機の展望について、渡邉氏は今後も必要な存在であり続けるが、従来のアーキテクチャのままでは活用範囲が限られるとの見方を示す。その上で、「ベクトル型とスカラー型が近づきつつある。次世代ではまだ難しいが、その先の世代ではアーキテクチャの融合が限りなく進むのではないか」と話している。今こそ着手すべきくりっく365の口コミ【國谷武史，ITmedia】