今日の加速化するビジネス環境において、HPC テクノロジーの導入を成功させるための基盤は、明確に定義された HPC アーキテクチャーから始まります。 組織のワークロードとコンピューティングの目標に応じて、さまざまな HPC システムデザインとサポートリソースを利用し、生産性の向上とスケーラブルなパフォーマンスを実現できます。
最新の HPC アーキテクチャー設計における基本原則
HPC アーキテクチャーは、ニーズに応じてさまざまな形態をとります。 組織は、HPC システムを設計する各種方法から選択できます。
異種アーキテクチャー間における並列コンピューティング
ヘテロジニアス・コンピューティングにより、HPC クラスターは大規模なワークロードを実行し、同時に実行される別々の計算タスクに分割することが可能です。
これらのシステムは、スケールアップまたはスケールアウトのいずれにも対応するように設計できます。 スケールアップの設計では、単一システム内にジョブの取得と分割を含むため、個々のコアが作業を実行して、サーバーの可能な限り多くの部分を活用することができます。 一方、スケールアウトの設計は、同じジョブを取得し、管理可能なパーツに分割して、すべての作業を並列に実行する複数のサーバーまたはコンピューターへと配布しています。
シミュレーション、モデリング、高度な分析などの集約的なワークロードが一般的になるにつれて、HPC システムは、CPU だけでなくアクセラレータを組込むように設計されています。 これらのアクセラレーターには、開発者がサポートする必要のある、より広範で異種の有力な構成が導入されています。
開発者は、oneAPI のクロスアーキテクチャー・プログラミングを活用することで、CPU、GPU、その他のアクセラレーター上で効率的に動作する単一のコードベースを構築でき、生産性とパフォーマンスの高い開発を実現できます。oneAPI は、独自のプログラミング・モデルによる制約を取り除き、新しいハードウェアの導入を容易にし、コードのメンテナンス負担を軽減することで、HPC のイノベーションを加速させます。インテル® oneAPI ツールキットは、C、C++、SYCL、Fortran、OpenMP、MPI、Python など、HPC 開発者が信頼する既存のオープンな業界標準や言語をサポートしています。さらに、インテルは PyTorch* などの業界標準フレームワークと連携し、AI と HPC を組み合わせるためのシームレスなデベロッパー体験を提供することで、さらなるパフォーマンス向上とイノベーションを実現します。 oneAPI とインテル® oneAPI ツールキットについてもっと知る。
クラウド環境への HPC の導入
これまでは、HPC システムは、オンプレミス・インフラストラクチャーが提供する容量と設計に制限されてきました。 現在では、クラウドは追加のリソースを使用して、現地の容量を拡張します。
クラウド・コンピューティングは、需要に応じて拡張できる膨大なコンピューティング・パワーを提供しています。 HPC ワークロードはパブリック・クラウド上で実行できるほか、オンプレミス・インフラストラクチャーとパブリック・クラウドを組み合わせることで、利用可能なリソースを拡張することも可能です。
オンプレミス・インフラストラクチャーとパブリック・クラウド・サービスを組み合わせたハイブリッド・クラウドのアプローチにより、すべての利用可能なリソース間でワークロードをシームレスに運用できます。 このフレキシビリティーにより、企業はスケールアウトが可能になるだけでなく、総所有コスト (TCO) を調整および最適化する機会も得られます。
新しいアプリケーションやワークロードにおいて、パブリック・クラウドは、既存のオンプレミス・インフラストラクチャーを持たない企業でも利用可能なサービスを提供しています。
オンプレミスのコンピューティング・インフラストラクチャーの強化や、クラウドの最大限の活用のいずれにおいても、複雑なシミュレーションやディープラーニングといった HPC ワークロードは、インテルとクラウド・サービス・プロバイダーとの緊密な連携のメリットを享受できます。
クラウドにおける HPC イノベーションを推進するため、インテルはクラウド・サービス・プロバイダーと緊密に連携し、パフォーマンスを最大化しています。 インテルは、コンフィデンシャル・コンピューティング向けのインテル® Trust Domain Extensions や、ディープラーニング・アクセラレーションのためのインテル® Advanced Matrix Extensions などのテクノロジーを活用し、Cloud Services の強化とオンボーディングの簡素化を支援しています。 インテルの HPC クラウド・テクノロジーの詳細と、成果向上の支援方法については、こちらをご覧ください。
スケーラビリティーとパフォーマンスのための HPC プロセッサーの選択
インテルは、HPC テクノロジーに関する幅広い専門知識により、将来の最も要求の厳しいワークロードにも対応できるパフォーマンスを提供します。 インテル® Xeon® スケーラブル・プロセッサーは、重要な HPC ワークロードの様々なパフォーマンス要件をサポートするために、シームレスに拡張できる汎用性の高いプラットフォームを提供します。 これらのワークロードをさらに高速化するため、コードネーム「Crescent Island」と呼ばれる今後のデータセンター GPU は、Xe3P アーキテクチャーに基づいて構築されています。このアーキテクチャーは、空冷サーバー向けに電力とコストを最適化するとともに、大量のメモリー容量と帯域幅を統合するように設計されています。 FP64 を含むあらゆるデータタイプに対応しており、AI や High Performance Computing ワークロードにおいて高い柔軟性を実現します。 インテル Xeon プロセッサーは引き続きコンピューティングの基盤となる一方で、Crescent Island は、AI および HPC ワークロード向けに GPU アクセラレーションを追加します。
HPC アーキテクチャー向けメモリー・サブシステムのイノベーション
メモリーは、HPC システムデザインに不可欠なコンポーネントです。システムの短期的なデータ保存を担うメモリーは、ワークフローのパフォーマンスを制限する要因となり得ます。 インテル® Xeon® 6900 シリーズ・プロセッサーは、ストレージ階層とメモリー階層のギャップを埋めることにより、データセンターのこれらのボトルネックを克服し、コンピューティングの供給を維持するのに役立ちます。
HPC ファブリックを使用したパフォーマンスのスケーリング
最新の 800 シリーズ・コントローラーとネットワーク・アダプターを含む、インテルイーサネットの包括的な製品ラインを基盤とするインテル・ハイパフォーマンス・ネットワーキング (HPN) は、ハードウェア・レベルのアクセラレーション、高精度なタイミング・テクノロジー、および RoCE v2 (コンバージド・イーサネットにおける RDMA ) を活用し、CPU のオーバーヘッドを最小限に抑えつつ、極めて正確なタイミングと最大 200GbE のデータセンター速度を実現します。 これらのネットワークは、高度に確定的なアプリケーション応答時間、超低レイテンシーを実現し、AI ワークロード、高頻度取引、および大規模なバーチャライゼーションに必要とされる CPU リソースを最適化します。 oneAPI を含む既存の人気の高い HPC や AI ミドルウェアおよびフレームワークは、OpenFabrics Interfaces(OFI、libfabrics とも呼ばれます) およびインテル® Ethernet Fabric Suite を通じて、インテルの HPN で使用することができます。
ハイパフォーマンス・プロセッサーによる HPC アーキテクチャーの最適化
インテルは、HPC アプリケーション、アーキテクチャーを深く理解する専門知識を提供するとともに、オンプレミス、クラウド、ハイブリッドを問わず、HPC システムがユーザーの成果達成と最大限の効率化を実現するために必要な要件を明らかにします。 インテル® テクノロジーの基盤に基づいた HPC アーキテクチャーにより、将来の HPCやエクサスケール、ゼッタスケールのニーズを満たす準備ができます。
さらに、oneAPI ツールキットにより、開発者は HPC プログラミングを簡素化でき、より多くのハードウェア・タイプに対応し、ビジネス成果を最大化することが可能になります。