第15回PCクラスタシンポジウム

NECスーパーコンピュータとその応用

2015年12月17日
NEC ITプラットフォーム事業部

高原浩志

SXシリーズと技術の進化
1000＋ﾉｰﾄﾞ
クラスタ対応一貫して、ベクトルアーキテクチャに基づくスーパーコンピュータSXにより、高い実効性能をご提供

ES3

ES2
マルチレーンIXS対応MPI

性能

ES
100+ノード
クラスタ対応分散並列化（MPI-SX）
自動共有並列化
SUPER-UX

SX-4

自動ベクトル化
コンパイラ

SX-3
SX-1/2

バイポーラ
水冷19902© NEC Corporation 2015

マルチコア
All in One Chip
ECOスパコン
SX100GF
8/8R プロセッサ

SX-9

SX-7
3Dノード
SX-6
SX-5

モジュール

1チップ
ベクトルプロセッサ

マルチノード
CMOS
空冷20002010

SX-ACEの開発コンセプト

メモリ帯域重視アプリケーションの加速
ビッグコア
より少ないコア数で、より高い性能を実現する

世界トップクラスの単一コア性能:
世界一のメモリ帯域/コア:

64GF
64~256GB/s

低消費電力
メモリ帯域重視型アプリケーションで最良の電力効率を実現
GB/s / Watt
x86プロセッサとの比較

3.0x

ハイブリッド環境
ベクトル/スカラ連携により、あらゆるアプリケーション領域をカバーシステムソフト群
3© NEC Corporation 2015

SX-ACEのプロセッサ
Scalar Processing Unit

Vector Processing Unit

Remote access Control Unit

Architecture

Vector

CORE

SPU

VPU
256GB/score core core

1.0GHz

Performance

64GFlops

ADB size

1MB

ADB bandwidth

256GB/sMemory bandwidth

64GB/s~
256GB/sMemory Byte/Flop

1.0 ~ 4.0

Interconnect

ADB

RCU

(Assignable Data Buffer)

256GB/s

8GB/s x2

8GB/s x2

memory crossbar

CPU

MC
MC
MC
MC
MC
MC
MC
MC
MC
MC
MC
MC
MC
MC
MC
MC

256GB/sMemory controller

256GB/sMemory(DDR3)
4Clock frequency© NEC Corporation 2015

Cores4Performance

256GFlops

Memory bandwidth

256GB/s

Byte/Flop

1.0

Memory capacity

64GBシステム構成

SystemRack

64 nodes = 16TF, 16TB/s

16-Node Cage x44 cages = 32 modules = 64 nodes = 64CPUs

16-Node Cage
8 modules = 16 nodes = 16 CPUs

2-Node Module
2 nodes = 2 CPUs

Node Card
1CPU, 256GF, 256GB/s
5© NEC Corporation 2015

ラック諸元
16TF, 16TB/s, 64 CPUs
0.75m x 1.5m x 2.0m
Power (LINPACK): 17KWSX-ACE Lite
空冷システム（16または32ノード構成）
16ノード構成

32ノード構成

4TF, 4TB/s

8TF, 8TB/sRadiator

Radiator

SX-ACE Lite
小規模構成

16 nodesIXS

16または32ノード構成のモデル
IXS

空冷方式を採用

616 nodes

16 nodes

10KVA

18KVA

© NEC Corporation 2015

HPCGベンチマーク～

SX-ACEが効率１位を実現（東北大学様）

High Performance Conjugate Gradient (HPCG)
 LINPACKと比較して、アプリケーション性能をより適切に表現すべく提唱されたベンチマーク
 大規模疎行列の反復解法（共役勾配法）が対象

Efficiency [%]3~9x

SX-ACEは、3~9倍高いピーク性能のシステムと同等の性能を実現可能

電力効率(アーキテクチャ平均)
Power efficiency [GF/KW]

実効効率(アーキテクチャ平均)

2~4x

高い省エネ性
電力値はGreen500掲載値を使用

7© NEC Corporation 2015

応用ソフトウェアの性能分野

計算手法

BCM

流体解析

Navier Stokes 方程式

7.01

MHD (FDM)

電磁流体力学解析（MHD)

有限差分法

3.04

MHD (Spectral) 電磁流体力学解析（MHD)

擬似スペクトル法

2.21

QSFDM

地震波伝播

2.5次元 球面 有限差分法

2.16

SEISM3D

地震波伝播

有限差分法

2.15

Barotropic

海洋大循環モデル

浅水方程式

1.97

TURBINE

流体解析

Navier Stokes方程式直接解法

1.78

電力効率 (Intel Ivy Bridge=1)

実効性能の比較 (Intel Ivy Bridge=1)

SX-ACEは、2.3-3.9倍の高い性能を実現
8Bytes/Flop

Power efficiency ratio

Sustained performance ratio

アプリケーション© NEC Corporation 2015

SX-ACEは、1.8-3.2倍の高い電力効率を実現

第３世代の地球シミュレータ（2015年6月に更新・稼働）
海洋地球科学の発展をはじめ、大きな科学的・社会的貢献
 地球温暖化の影響評価

 将来の気候変動
 極端気象現象の解明（台風、豪雨等）

地球シミュレータシステム（国立研究開発法人 海洋研究開発機構様）

 地震の発生メカニズム解明

 津波伝播・浸水の予測 地球磁場の解析
 産業応用（機械・プラントの設計、創薬、新規素材の開発など）
海洋大循環モデルOFESによる超高解像度準全球海洋
シミュレーション結果（国立研究開発法人 海洋研究開発機構様）

NECプレス発表（2015/5/26）
http://jpn.nec.com/press/201505/20150526_02.html
9© NEC Corporation 2015

SX-ACEスーパーコンピュータの応用（都市設計、環境関係）
高層集合住宅への風の影響評価(株式会社大林組様）

10© NEC Corporation 2015

南海トラフ地震発生時の地震動予測

2015/5/28プレス発表（大林組様／NEC共同発表）
http://jpn.nec.com/press/201505/20150528_01.html

SX-ACEスーパーコンピュータの応用（海洋モデリング）
高解像度な全球海洋モデリング。
ORCA３重極格子による海面流速計算（ドイツ・キール大学様）

二酸化炭素濃度の変化とグリーンランド氷床の厚さ（ドイツ・アルフレッドウェゲナー極地海洋研究所様）

2015/11//30 NECプレス発表
http://jpn.nec.com/press/201511/20151130_01.html
11© NEC Corporation 2015

津波浸水被害予測の実証
津波浸水被害のシミュレーション予測・配信を、迅速に実施
地震検知

地震規模・震源特定

シミュレーション

予測結果の配信• 浸水域内人口• 建物被害棟数

スーパーコンピュータの活用によって、地震検知～予測・配信までを、大幅短縮

６時間以上• 津波到達時間• 浸水域• 浸水深分布
地方自治体

20倍以上の時間短縮
利用者

20分以内
＊総務省 G空間シティ構築事業 ～リアルタイム津波浸水・被害予測・災害情報配信による自治体の減災力強化の実証事業 （2014年9月～） ／ 代表機関 東北大学災害科学国際研究所
12© NEC Corporation 2015

SX-ACEによるリアルタイム津波浸水予測
SX-ACEでは、10分以内でシミュレーション予測が可能
実証実験の目標

地震検知

地震規模・震源特定

シミュレーション

予測結果の配信

10分以内
20分以内

津波浸水シミュレーションに要する時間（静岡エリア）
153.4

160

LX 406Re-2

140

SX-9

実行時間（分）120
82.1

806047.5

45.6

36.4

4024.6
14.0

20

9.1

6.803264128

並列プロセス数
13

今後対象地域を拡大予定

SX-ACE100

静岡エリア：6.8分
宮城エリア：6分以内
高知エリア：6分以内© NEC Corporation 2015

256512

IntelXeon
宮城

SX-ACE
高知静岡

次世代のベクトル型スーパーコンピュータ（開発プロジェクトコード： Aurora）

Aurora2017年度発売を目指し次期ベクトル製品開発のAuroraプロジェクトを推進中

Aurora
SX-9
SX-8

SX-7

SXACE

2017年度

SX-6
SX-5
SX-4
SX-3
SX-2
*Aurora: NECの次期ベクトル計算機の開発プロジェクトコード
15© NEC Corporation 2015

CPUトレンドとアプリケーションへの影響
メモリバンド幅拡大の必要性
 現状の多くのプロセッサは演算指向。一方、メモリとのデータ転送の多いアプリの性能向上が課題

分子動力学計算、天体物理など必要なメモリバンド幅 [Bytes/Flop]10

流体解析、気象など

メモリアクセス指向
10.10.01

演算指向

0.001

0.00010.001

量子化学、核物理など

0.01

0.1

1

101001000

必要なメモリ容量 [PB]
（参考） 将来のHPCIシステムのあり方に関する調査研究（文部科学省、2012年）
16© NEC Corporation 2015

コモディティ・プロ
セッサでは、B/F比が減少傾向

Auroraプロジェクトによるターゲット市場
従来からのハイエンドに加えて、中小規模市場へも展開
High

17

Meteorology

新規ターゲット

メモリアクセス密度© NEC Corporation 2015

Fluid dynamics

Seism
Electromagnetic

Material science

Crash analysis
Structural analysis

Image analysis

FinanceLow

Molecular design
Drug development

Space

Quantum Elementary
science particle

Gene analysis

演算規模

Nuclearphysics

High

官・学

先端研究

民需

民間利用

新アーキテクチャ

標準のLINUX環境で、SXの超高速性能を実現する

NEXT

高実効性能

SX-318SX-4

SX-5

SX-6

© NEC Corporation 2015

SX-7

SX-8

SXSX-9 ACE

標準環境・柔軟性

Auroraで実現する価値

使いやすく、高性能
Linux標準環境 + ベクトルプロセッサ + ベクトルソフトウェア

価格・電力あたり最大のメモリ帯域
従来SXから、大幅な低コスト化・低電力化

高実効性能
高い単一コア演算性能・メモリ帯域19© NEC Corporation 2015

Auroraで拡がる利用形態
Auroraの柔軟構成により、小規模～大規模までの利用ニーズをカバー 小~中規模システム: コード開発・デバッグ・最適化・実行
 大規模システム:
大規模実行、超高速実行
Aurora

大規模システム
計算機センター、データセンター

大規模実行

大規模実行

コード開発
デバッグ、最適化

Aurora小型Aurora

研究所・研究室
20© NEC Corporation 2015

Aurora

小規模シミュレーション

小型Aurora

企業