ハイパフォーマンス・コンピューティング (HPC) とは何か?

HPC のコンピューティング・パワーに対する需要は、急増するデータや、データ集約型アプリケーションのほか、AI 対応アプリケーションの増加により、高まり続けています。

HPC とは

  • ハイパフォーマンス・コンピューティング (HPC) は、アプリケーションとワークロードのクラスで、演算負荷の高いタスクを処理します。

  • 学術や産業分野において、膨大なデータと AI に対応したユースケースを促進するため、HPC への需要が高まっています。

  • HPC クラスターは、高速メモリーとストレージ、その他の高度なコンポーネントを備えたハイパフォーマンス・プロセッサー上に構築されます。

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HPC が重要な理由

ハイパフォーマンス・コンピューティング (HPC) は、新しいものではありません。HPC ワークステーションとスーパーコンピューターは、数十年にわたって学術研究において重要な役割を果たし、複雑な問題を解決し、発見と革新を促進してきました。

近年では、データ量が急速に増加し、多くの新しいアプリケーションは、HPC の共有されたリソース全体で演算負荷の高い動作を実行する能力による恩恵を受けており、従来のコンピューティングと比較して短時間かつ低コストで結果を出しています。同時に、HPC ハードウェアとソフトウェアは、より実現可能で広範なものになりました。

科学者、エンジニア、研究者は、HPC に依存し、天気予報、石油とガスの採掘、物理学、量子力学、およびその他の学術研究および商用アプリケーションの分野での幅広いユースケースを実現しています。

HPC の機能

HPC は単一のノードで実行できますが、その実際のパワーは、並列データ処理機能を搭載したクラスターまたはスーパーコンピューターに複数の HPC ノードを接続することで生まれます。HPC クラスターは、単一のシステム上では実行できない可能性のある極めて大規模なシミュレーション、AI 推論、データ分析などを計算できます。

最初の最も著名なスーパーコンピューターのいくつかは、Cray と IBM によって開発されました。どちらも現在インテル® Data Center Builders のパートナーです。最新のスーパーコンピューターは、CPU、アクセラレーター、ハイパフォーマンス・コミュニケーション・ファブリック、および高度なメモリーとストレージで構成されており、すべてのノードで同時に動作してボトルネックの発生を防ぎ、最高のパフォーマンスを発揮します。

パフォーマンスをスケールアップ

HPC アプリケーションは、ハードウェア・アーキテクチャーとソフトウェア・アーキテクチャーを活用して、一般的に単一のサーバー上でのリソース全体でコンピューティングを拡張します。単一システム内の並列処理では、強力なパフォーマンス向上が可能ですが、アプリケーションはそのシステムの機能の制限内でのみ拡張できます。

パフォーマンスをスケールアウト

複数のシステムが 1 つとして機能するように構成されている場合、結果として生じる HPC クラスターは、複数のノードにわたって並列でコンピューティングを拡張することで、アプリケーションがスケールアウトすることを可能にします。

HPC のメリット

膨大なデータセットと高度なアプリケーションの処理への需要が高まるにつれ、HPCは学術やエンタープライズなどの分野で受け入れられるようになっています。また、高度にスケーラブルなハイパフォーマンス・プロセッサーと高速で大容量のメモリー、ストレージ、ネットワークの登場により、HPC テクノロジーはよりアクセスしやすくなっています。研究者とエンジニアは、オンプレミスのインフラストラクチャーで HPC ワークロードを実行したり、または大規模な資本支出を必要としないクラウドベースのリソースによってスケールアップやスケールアウトが可能です。

HPC の使用事例

HPC が活用されている分野として、自律走行、製品設計と製造、天気予報、地震データ分析、およびエネルギー生産などが挙げられ、多様なアプリケーションにおけるシミュレーションやモデリングを実現しています。HPC システムは高精度医療、金融リスク評価、不正検知、計算流体力学などの分野での前進にも貢献しています。

HPC コンポーネント

最も生産性の高いハイパフォーマンス・コンピューティング・システムは、高度な HPC ハードウェアとソフトウェア製品の組合せを中心に設計されています。HPC 向けハードウェアには通常、ハイパフォーマンス CPU、ファブリック、メモリーとストレージ、ネットワーク・コンポーネント、および特殊なワークロード向けアクセラレーターが含まれます。

HPC プラットフォーム・ソフトウェア、ライブラリー、およびビッグデータやディープラーニング向けに最適化されたフレームワーク、その他のソフトウェア・ツールは、HPC クラスターのデザインと効率の向上に役立ちます。

HPC とインテル

インテルは、包括的なテクノロジー・ポートフォリオを提供し、開発者がハイパフォーマンス・コンピューティングの可能性を最大限に引き出す支援をします。

インテル® ハードウェアは、迅速でスケーラブルな HPC ソリューション向けに堅牢な基盤を提供します。また、インテルはさまざまなソフトウェアと開発者向けツールを提供しており、インテル® プロセッサー、アクセラレーター、その他のパワフルなコンポーネントを活用したパフォーマンスの最適化をサポートします。

インテルは、この幅広い製品とテクノロジーにより、インテル® HPC プラットフォーム仕様を介して、多くの一般的な HPC ワークロード向けに標準ベースのアプローチを提供します。

HPC プロセッサーとアクセラレーター

インテル® Xeon® スケーラブル・プロセッサーと FPGA など、インテルのさまざまな HPC プロセッサーとアクセラレーターは、ワークステーションからスーパーコンピューターまでの構成において HPC ワークロードをサポートします。

HPC ソフトウェアとツール

インテルは、開発者が AI、分析、ビッグデータ・ソフトウェアなどの HPC アプリケーション向けのプログラミングの作業を合理化し、加速するのに必要なソフトウェアとツールを提供しています。

HPC ストレージとメモリー

HPC ストレージとメモリー要件の進化は、レイテンシー削減のニーズを推進しています。インテル® HPC ストレージおよびメモリー・ソリューションは、不揮発性メモリー (NVM) テクノロジー、HPC ソフトウェア・エコシステム、およびその他の HPC アーキテクチャー・コンポーネント向けに最適化されています。

インテル® Optane™ SSD

インテル® Optane™ ソリッドステート・ドライブ (インテル® Optane™ SSD) は、必要とされるストレージの柔軟性、安定性、および効率を提供し、HPC データセンターのボトルネックの発生を防ぎ、パフォーマンスを向上するのに役立ちます。

DAOS

インテル® Optane™ パーシステント・メモリー対応の DAOS は、ストレージ I/O を劇的に向上させ、HPC、AI、分析、およびクラウドのプロジェクトを高速化します。

インテル® Optane™ パーシステント・メモリー

PMem は、手頃な価格での大容量とデータの永続性のユニークな組合わせを提供し、独自の動作モードをサポートして、HPC ワークロードのさまざまなニーズに対応します。

クラウド内の HPC

今日の HPC クラウドサービスは、オンプレミスのデータセンターで提供されているのと同様の多くのインテル® テクノロジーにより、最も複雑で困難なワークロードをサポートできます。HPC のスループットは、クラウドで加速することができます。クラウドでは、コンピューティング・リソースのオンデマンドの可用性により、ジョブはキューで放置されることなく、前進することができます。クラウドにおける HPC の追加のメリットは、クラウド・サービス・プロバイダー (CSP) が事前に選択し、構成した HPC ハードウェア上で、ワークロードを実行するメリットを評価する能力です。これを行うことで、何が機能し、どのような調整や最適化が必要かを特定することができます。

研究者と開発者は、世界中の主要 CSP の革新的なインテル® アーキテクチャー・ベースのプラットフォームがサポートするオンプレミス環境および HPC クラウド環境の組合せにおいて HPC ワークロードを展開できます。インテル® テクノロジー・パートナーは、専門家のガイダンスとアドバイスを提供し、組織が最高の HPC クラウド・インスタンスを選択する支援をします。

HPC の進歩を推進

コンピューティングやソフトウェアの最新の進歩は HPC の躍進につながっています。インテルは、OEM やより広い HPC エコシステムと密接に連携し、ハードウェア・パフォーマンスを最適化し、HPC を AI および分析と統合します。

インテルは、研究室から商業部門まで、量子コンピューティングを導入するのに役立つ新しい HPC テクノロジー、プロセッサー、材料を設計しています。

最新のインテル® Xeon® スケーラブル・プロセッサー・ベースのスーパーコンピューターが開発中であり、エクサスケール・コンピューティングにより、世界で最も要求の厳しい科学的課題に対応していきます。

HPC と AI

HPC、機械学習、ディープラーニングが結びついたことで、言語学からゲノム配列決定やグローバル気候モデルまで、さまざまなアプリケーションにおいて驚くべき成果が得られることが予想されます。インテルは、エコシステム・パートナーと協力して、HPC と AI を推進し、これらの重要なソリューション向けに特別に設計されたリファレンス・アーキテクチャーとソリューションを開発しています。

エクサスケール・コンピューティング

科学者とエンジニアは、HPC テクノロジーを適用してより困難な問題を解決しながら、エクサスケールで動作するパワフルなスーパーコンピューターを構築しています。たとえば、アルゴンヌ国立研究所 の Aurora スーパーコンピューターは、全く新しい機能を提供し、高度な 3D モデリング向けにデータ分析、AI、シミュレーションを統合します。

その他の革新的な HPC プロジェクトには、Broad Institute of MIT and Harvard におけるゲノム配列決定、Texas Advanced Computing Center (TACC) の世界で最もパワフルなスーパーコンピューターの 1 つによる高度な研究、および欧州原子核研究機構 (CERN) の大型ハドロン衝突型加速器からのデータに基づく粒子加速シミュレーションなどがあります。

インテルが、パワフルでスケーラブルな HPC をサポート

ハイパフォーマンス・コンピューティングは、学術、政府、産業の分野における研究者、開発者、エンジニアに非常に大きな可能性を提供します。

コンピューティングとソフトウェアにおける最新の進歩は、継続して HPC の新しい進歩を可能にします。しかし、パワフルでスケーラブルな HPC ソリューションを提供する最適なハードウェアとソフトウェア構成を選択することは、課題にもなりえます。

インテルは、継続的に HPC ソリューション・プロバイダーと密接に連携し、ハードウェアのパフォーマンスを最適化し、HPC と AI を分析と融合します。インテル® アーキテクチャーにおける HPC の力は、イノベーションを促進し、ますます複雑になる問題を解決し、エクサスケール・コンピューティングとゼタスケール・コンピューティングの未来への道を切り開きます。

よくある質問

ハイパフォーマンス・コンピューティング (HPC) は、共有のリソースでコンピューティング集約的なオペレーションを行うアプリケーションやワークロードのクラスです。

データ集約型および AI 対応のアプリケーションとユースケースの使用が増加し、学術分野や産業分野における HPC に対する需要が高まっています。

HPC は、自律走行、製品設計と製造、天気予報、高精度医療、金融リスク評価、計算流体力学、およびその他の学術的および商用アプリケーションなど、さまざまなユースケースでのシミュレーション、モデリング、分析に使用されています。