TOP500と呼ばれる組織は、年に2回、世界最速のスーパーコンピュータのリストを発表しています。これは、世界で最も強力なマシン、つまり「Sunway TaihuLight」や「Tianhe-2」といった巨大な設備のランキングです。どちらも中国製のコンピュータで、前者は世界最速です。最新のリストは月曜日に発表され、上位5位のスーパーコンピュータは中国、スイス、日本、そしてアメリカのものとなっています。
しかし、このランキングは、強力なコンピューターの名簿をタイムリーに紹介するものであり、現時点では中国がトップ 500 のうち 202 位を占め、リストを独占しているが、このランキングの発表は、スーパーコンピューターをスーパーコンピューターたらしめる要素は何なのか、そして科学者はそれを何に利用しているのか、という疑問を抱くのにも良いタイミングである。
「スーパーコンピュータとは、単一の問題にそのパワーを集中させるように設計された大型の機械です」と、イリノイ大学国立スーパーコンピューティング応用センター（Blue Watersと呼ばれるマシンを擁する）を率いるビル・グロップ氏は語る。言い換えれば、大規模なサーバーファームはGmailの体験やNetflixのストリーミング配信を支えているかもしれないが、その計算パワーは単一の複雑なタスクではなく、多数の個別のタスクに集中しているのだ。
そして重要なのは、スーパーコンピューターは、より小さな部分に分解できる問題を処理することを想定しているが、それらの部分は孤立したままではいられないということです。「それらの部分は隣接する部分と通信する必要があります」とグロップ氏は言います。
どのような外観か想像してみてください。冷蔵庫ほどの大きさのキャビネットにプロセッサなどの部品がぎっしり詰まっている様子を想像してみてください。大きなものだと数千平方フィートものスペースを占めることもあります。
トップクラスのスーパーコンピューターは、1秒あたりの浮動小数点演算処理速度（フロップス）を表す「フロップス」という指標でランク付けされます。これは、数式をどれだけ速く実行できるかを示す指標です。Sunway TaihuLightマシンは93ペタフロップス（93京フロップス）を記録しました。リストに載っている米国製マシンの中で最速の「Titan」は、17ペタフロップス以上を記録しています。（ちなみに、これらをベリーフロップスと混同しないでください。ベリーフロップスは全く異なるもので、実用性もはるかに低いです。）
シリコン上の世界
自然界の複雑さ、分子の相互作用、竜巻の発生、ハリケーンの進路などについて考えてみてください。これをデジタルでシミュレーションするには、膨大な計算能力が必要です。
スーパーコンピューターを開発するクレイ社の最高技術責任者、スティーブ・スコット氏は、これらの強力なマシンが科学研究の過程で重要な役割を果たしていると述べています。「基本的に、コンピューターが行っているのは自然界のシミュレーションです」と彼は言います。
例えば、HIVを考えてみましょう。このウイルスはカプシドと呼ばれる膜に包まれており、これは1,300個のタンパク質で構成されています。カプシドとウイルスが侵入する細胞との相互作用をより深く理解するため、デラウェア大学の化学・生化学助教授であるフアン・ペリラ氏は、2台のスーパーコンピューターを用いてシミュレーションを実行しました。1台はオークリッジ国立研究所のTitan、もう1台はイリノイ州のBlue Watersです。
シミュレーションによって生成されたデータは膨大で、その量は約 100 テラバイトに達したため、それを処理するために Blue Waters を再度使用する必要がありました。
スーパーコンピューターがなくてもできたことかと問われると、彼は笑った。「きっと何世代もかけてやっとできたはずです」と彼は言った。「私たちは自然を原子一つ一つ、非常に高い解像度で研究しているんですから」
ウイルスと細胞の相互作用が複雑であるように、スーパーセル雷雨から発生する竜巻も複雑です。この現象のシミュレーションにもスーパーコンピューターが必要でした。また、ヨーロッパ中期予報センターなどの気象センターも、天気予報を可能にするためにスーパーコンピューターを活用しています。
核オプション
スーパーコンピューターは自然現象のモデル化に加え、汚い爆弾や化学兵器が都市内でどのように有害物質を拡散させるかを解明するといった、他の分野でも活用されています。「これは実に計算量が非常に多い問題です」と、クレイ社のスコット氏は言います。
「核兵器の備蓄はシミュレーションによって維持されています」と彼は付け加える。「これは最も困難な問題の一つであり、米国政府関係者がハイエンドコンピューティングへの資金提供を強く求める大きな動機の一つです。」
来年 6 月に公開される、科学、産業研究、国家安全保障を推進する世界中の機械のランキングであるリストの最新版をお待ちください。
