「京」を中核とする HPCI システムにおける RIST の利用支援とアプ
リケーション・ソフトウェア利用環境整備計画
吉澤 香奈子 1), 役 誠雄 1), 小林 清二 1), 増田 典雄 1), 宮内 敦 1),野口 孝明 1), 新宮 哲 1), 髙津 英幸 1), 奥田 基 1)
1) 高度情報科学技術研究機構 神戸センター
yoshizawa@rist.or.jp

User Support Services and Application Software Usability Improvement
Project by RIST in the HPCI System Including K computer
Kanako Yoshizawa 1), Shigeo Eki 1), Seiji Kobayashi 1), Norio Masuda 1), Atsushi Miyauchi 1),
Takaaki Noguchi 1), Satoru Shingu 1), Hideyuki Takatsu 1), Motoi Okuda1)
1) Kobe Center, Research Organization for Information Science & Technology概要
登録施設利用促進機関及び文科省委託事業「HPCI の運営」代表機関である一般財団法人
高度情報科学技術研究機構（RIST）は、「京」を中核とする HPCI システムにおいて、多様な分野の研究者による、高度かつ先端的な利用が円滑に行われるように利用支援を行っている。この利用支援の一環として、平成 29 年度から RIST のこれまでの利用支援から得られた知識や技術を活かし、HPCI 利用成果の最大化や、資源の効率的利用、国の資産としてのアプリソフトの活用・普及などを目指し、アプリケーション・ソフトウェアに対する利用環境整備業務を実施している。

1

はじめにされ、平成 24 年 4 月より神戸にて登録機関業務を開始した。平成 29 年 4 月からは登録施設利用促進

特定高速電子計算機施設（「京」）は、理化学研機関の登録更新を受け、第二期の業務を実施して究所により設置、運用される極めて高度な演算処いる。「京」を除く HPCI の利用にあたっても RIST理を行う電子計算機である。その「京」を中核とが文部科学省の委託を受け、「京」とともに HPCIする革新的高性能計算環境（HPCI）では、「HPCIとして一括して利用促進業務を実施している。さとその構築を主導するコンソーシアムの具体化にらに平成 29 年度からは RIST が「HPCI の運営代向けて表機関」として「京」を除く HPCI の運営を行っ－最終報告－」に基づき、理化学研究所、9 大学（北海道大学、東北大学、筑波大学、東京ている。

大学、東京工業大学、名古屋大学、京都大学、大利用促進業務においては、利用者からの一括阪大学、九州大学）、および 2 研究機関（海洋研した問い合わせの窓口（ヘルプデスク）の運用、究開発機構、統計数理研究所）が、計算機資源の計算機資源等に関する情報提供、産業利用促進の一部を供出し、全国の幅広い利用者に HPC 環境ための HPCI アクセスポイント東京の運用およびを提供する体制と仕組みを提供している。

利用支援実施、研究成果のデータベース（DB）化「京」の利用にあたっては、中立・公正な利用などにより利用者の利便性を図っている。

者選定が要求されるため、「京」の設置者である

平成 29 年度から RIST では、この利用支援業務

理化学研究所とは別に、登録施設利用促進機関をの一環として「HPCI で利用されるアプリケーショ設け、利用促進業務（利用研究課題の公募・選定、ン・ソフトウェア（アプリソフト）の利用環境整計算機資源の配分、利用支援、成果の普及等)を備（移植、実行環境整備、最適化、利用支援体制実施することが特定先端大型研究施設の共用の促構築、等）」を実施している。これは、HPCI にお進に関する法律に定められている。一般財団法人

けるアプリソフトの利用状況や、アプリソフトに高度情報科学技術研究機構（RIST）は、平成 23関して利用者に行った調査から判明したオープン

年 10 月に文部科学省より「京」の登録機関に認定

ソースソフトウェア（OSS）1の利用・支援への期
2

けてまとめたものをそれぞれ、表２－１、表２－

待や、HPCI コンソーシアム（HPCI コンソ） やス２に示す。なお、（一般／産業）トライアル・ユーパーコンピューティング技術産業応用協議会

ースと成果非公開の産業利用課題（個別利用）は3（産応協） などの利用者を代表するコミュニティ

調査対象から除き、平成 28 年度は定期募集課題

からの OSS や商用ソフトの利用環境の整備・最適のみを調査対象としている。開発種別については、化推進・利用支援とアカデミアが開発している先OSS、国プロ、商用、独自開発に分類し、それぞ端的・革新的アプリソフトの産業界での利用拡大

れ背景色を青、緑、赤、白に色分けした。ここで、に向けた支援と継続的な整備についての要望、な

国が実施または実施中の戦略ソフトプロジェクト

どが背景になっている。

や重点課題プロジェクト等のプロジェクトを国プ

我々は、これらの要望に応え、今後のポストロと略し、国プロで開発されたまたは開発中のア「京」のプロジェクトを見据え、これまで個々のプリソフトを国プロアプリソフトと呼ぶ。国プロ

利用者からの要請に応じて行って来たアプリソフ

アプリソフトは、オープンソースであってもトの利用環境整備を先行的・継続的に行うことにHPCI 戦略プログラムとポスト「京」重点課題など

より、HPCI 利用成果の早期の最大化、HPCI 資源

国のプロジェクトで開発されたものとして OSS との効率的利用・支援の効率化、さらに、国の資産区別している。独自開発というのは、自主開発にとしてのアプリソフトの活用・普及とスパコンの加えて、外部の大学や研究機関等が独自開発した新しい応用の開拓等を行い、将来の HPCI 及びポ非公開のアプリを共同研究等で利用しているもの

スト「京」を利用したアカデミアにおける研究とも含めて分類した。

産業界における研究開発の加速への貢献を目指している。
本稿では、HPCI におけるアプリソフトの利用

表２－１のアカデミア課題の利用対象となったアプリソフトの順位を見ると、•状況や、RIST の利用支援活動、さらに、それらの調査、分析に基づくアプリソフトに対する利用環占めている。
•境整備業務について紹介する。

2 HPCI におけるアプリソフトの利用状況年度）の利用研究課題について調査を行った。調査したアプリソフトは、平成 27 年度は利用報告書

商用アプリでは、４位の VASP のみが一覧に入っている。

がわかる。
一方、表２－２の産業課題では、•

Computer Aided Engineering（CAE）分野のアプリソフトが、上位を占めている。

HPCI におけるアプリソフト利用の現状を把握するために、最近 2 年間（平成 27 年度～平成 28

材料・バイオ分野のアプリソフトが、上位を•商用のみのアプリソフトは、５位の LS-DYNAだけである。

がわかる。

で記述された利用ソフトウェア、平成 28 年度は課

これらの結果から、アカデミア課題と産業課題申請書（不採択課題等を含む）に記述された利題のそれぞれで需要の高い材料・バイオ分野と用予定ソフトウェアをそれぞれ対象とした。

CAE 分野のアプリソフトの利用環境整備を優先的

HPCI の４課題以上で利用対象となったアプリに行う必要があると判断し、以降の国内外のアプソフトについて、アカデミア課題と産業課題に分

リソフトの状況調査では、この２つの分野に限定した。

1

オープンソースソフトウェア（Open Source Software）とは、ソースコードが公開され、無償で利用でき、また、変更したソースコードを自由に配布できるもので、正式な定義は The
Open Source Initiative Definition( https://opensource.org/osd ) 参照。
2 2017 年度 今後の HPCI 第二階層計算資源の整備とその活用に関する提言
3 2016 年 2 月 18 日 ポスト「京」への期待、 2016
年 3 月 11 日 「京」の共用に関する評価および｢京｣の今後に向けた意見･要望、 2017 年 5 月 16 日 産応協からの提言「HPCI の産業利活用促進に向けて(I)」

3 RIST の利用支援ーアプリソフト利用の視点からー
RIST は、「京」の登録施設利用促進機関として、利用者選定業務に加えて、利用支援業務として(1)申請前の事前相談、(2)利用相談、(3)技術支援、(4)情報提供、(5)利用講習会の実施、の５つの支援を実施している。特にこの中で「技術支援状況」と「利用講習会の実施状況」について分析した。

表２－１

HPCI の４課題以上で利用対象となったアプリソフト（アカデミア課題）

課題数 学術 産業
アプリ名称
27 24
3 GROMACS
16 14
2 MODYLAS
11 11
0 GENESIS1091 VASP
990 NTChem
990 SCALE
981 LANS3D
880 NICAM
880 TOMBO
1073 Quantum Espresso
表２－２分野
計算手法・対象 開発種別
物質材料 古典ＭＤ
OSS
物質材料 古典ＭＤ
国プロ
物質材料 古典ＭＤ
国プロ
第一原理ＭＤ 商用
物質材料 量子化学
国プロ
気象
国プロ
流体解析
独自開発
気象
国プロ
第一原理ＭＤ 独自開発
第一原理ＭＤ OSS

応用分野
計算手法・対象 開発種別
バイオ／物質材料 古典ＭＤ
OSS
バイオ／物質材料 古典ＭＤ
国プロ
バイオ／物質材料 古典ＭＤ
国プロ
物質材料
第一原理ＭＤ 商用
バイオ／物質材料 量子化学
国プロ
気象防災
気象
国プロ
CAE
流体解析
独自開発
気象防災
気象
国プロ
物質材料
第一原理ＭＤ 独自開発
物質材料
第一原理ＭＤ OSS

課題数 学術 産業
アプリ名称
185 13 OpenFOAM
1459 FrontFlow/blue1257 FrontFlow/red
1046 LAMMPS
835 LS-DYNA
624 CUBE
27 24
3 GROMACS
1073 Quantum Espress
633 FrontISTR
413 SeanFEM

HPCI の４課題以上で利用対象となったアプリソフト（産業課題）

課題数 学術 産業
アプリ名称
18
5 13 OpenFOAM
1459 FrontFlow/blue1257 FrontFlow/red
1046 LAMMPS
835 LS-DYNA
624 CUBE
27 24
3 GROMACS
1073 Quantum Espresso
633 FrontISTR
413 SeanFEM

計算手法・対象 開発種別
CAE
流体解析
OSS/商用
CAE
流体解析
国プロ
CAE
流体解析
国プロ/商用
物質材料
古典ＭＤ
OSS
CAE
衝突解析
商用CAE
流体解析
国プロ
バイオ／物質材料 古典ＭＤ
OSS
物質材料
第一原理ＭＤ OSS
CAE
構造解析
国プロ
気象防災
地震応答解析 独自開発

3.1 技術支援状況

応用分野

１に年度ごとの支援対象となったアプリソフトの技術支援は、利用者の要望に基づいて利用者種別、図３－２に OSS ごとの支援件数を示す。これの計算プログラムの性能分析を行い、実行時間のらの調査により、近年 OSS の需要が伸びており、短縮を図り、また、並列度を上げることを目的と

OSS 全体で見ても CAE 分野の OpenFOAM の支援する。「京」については、共用開始後の選定を経件 数 が 相 対 的 に 高 く 、 材 料 分 野 で は 、 Quantum

た課題が対象であり、HPCI については、開始当Espresso に対する需要が上昇していることがわか

初の産業利用に加え、H27 年度より一般利用へ対る。

象を拡大した。
例年、30 件程度の支援依頼を受け、様々なアプリソフトに対して支援を実施している。図３－

図３－１ 技術支援件数内訳（年度別）

図３－２ OSS ごとの支援件数推移
3.2 利用講習会の実施状況

を開催している（図３－３参照）。これまで、CAE

RIST では、京の利用者、および利用予定者を分野の OpenFOAM ワークショップは、４年前か対象とした利用講習会を開催している。併せて、ら毎年 1 回、材料分野の材料系ワークショップ

HPC の裾野拡大を目的とした、OpenMP や MPI の（古典）は平成 27 年度と平成 28 年度の 2 回、材プログラミング入門、および、スカラーチューニ料系ワークショップ（量子）は平成 28 年度に 1 回ング入門セミナーを開催している。このほかに、開催した。図３－３は、それぞれの参加人数を示利用者が多く、またユーザ支援依頼も多い CAEしている。このように、OSS のワークショップの分野と材料分野の OSS に特化したワークショップ参加人数は増加傾向にあることがわかる。

図３－３

OSS に特化したワークショップにおける 1 回あたりの参加者推移

3.3 ヘルプデスク（技術支援依頼も含む）への問い合わせ内容

RIST は、HPCI システムの利用者、あるいは利用を検討している人のために一元的窓口としてヘルプデスクを設置し、利用者からの全ての問い合わせに対応することで利用者の利便性を高めている。図３－４に､平成 26 年～平成 28 年におけるヘルプデスクへの問い合わせ内容を示す。601 件の問い合わせのうち、175 件（全体の約 1/3）は、OSS に関する問い合わせであった。

図３－４ ヘルプデスクへの問い合わせ内容

このように、ヘルプデスクには、事務手続き以外にも、•

OSS の利用者は、CAE 分野と材料・バイオ分野

各種 OSS に関する問い合わせも多く、その中で図３に比較的集中しているので、この２分野に対する－４より、具体的な内容は、翻訳・インストール方法に支援体制の充実が重要｡

関するものが全体の 35%で一番多いことがわかる。

•OSS 関連のワークショップにおける参加者の数や反応を見ても、OSS への期待は高く､さらなる OSS

3.4 支援依頼に対する分析
3.1 節から 3.3 節による利用支援の実施状況の調査により、支援依頼の多いアプリソフトは、表２－１、２－２における利用されている課題数も多に関する情報提供が必要。

4 アプリソフト利用環境整備への取り組み

く、HPCI で需要の高いアプリソフトだと言える。

我々は、これまでの利用支援活動において蓄積

また、これらの調査により、CAE 分野と材料・バした知識や技術に基づき、さらに調査、分析を行

イオ分野の OSS に対して、近年の HPCI での利用うことにより、利用成果の最大化や、HPCI 資源のにおける需要の高まりがわかる。

効率的利用を目指すアプリソフト利用環境整備計

さらに、詳細な支援依頼内容の分析により、支援の要件として下記のようにまとめられる。
•

アプリ分野により利用の状況が大きく異なり､分野の検討を行った。
4.1 アプリソフト利用環境整備の要件
我々は、ここまでの調査・分析や、アカデミアごとの対応が必要｡•画を立案し、整備するアプリソフト選定基準など

翻訳・インストールに対する支援依頼に対応したや産業界の利用者へのアプリソフトに対する要望

実行環境整備（各システムですぐにアプリソフトを調査を基に、アプリソフトの利用者から求められ利用できるような環境の整備）が必要｡

る要件を表４－１にまとめた。

表４－１
項番
１

アプリソフト利用環境整備に求められる要件

求められる要件
実行環境整備と最新化

内容 HPCI の計算機環境において、ＯＳＳや商用など将来期待される幅広いアプリソフトが直ぐに使える状態にある、もしくは導入・構築手順が整備されている。
 利用したい機能の動作確認がされている。
 最新版に対応している。

２

実行環境での最適化

 利用したい計算機環境において、実行性能が発揮されるよう最適化されている。
 利用したい機能が最適化されている。

３

情報整備

 利用マニュアル等のドキュメントが整備されている。
 HPCI で提供する計算資源または同一のアーキテクチャ上での実行性能情報が公開されている。
 各 HPCI で動作実績のあるアプリソフトの情報が整備されている。
 課題を解決するために利用可能なアプリソフトを案内する情報が入手できる。

４

利用講習会の開催

 利用したいアプリソフトの利用講習会が受講可能。

５

利用支援体制の充実 利用支援体制が整っている。
 システムとアプリソフトの協調最適化技術など、計算機科学と計算科学の両方にまたがる利用支援を受けられる。

６

利用者が情報交換できる場がある アプリソフト開発者と利用者、または利用者間で情報交換ができるコミュニティが形成されている。

これまでは利用者からの支援依頼があった事項に対して断続的に作業を行ってきたが、これからは、利用者の需要を把握した上で、継続的・戦略的に整備を進める必要がある。

整備対象のアプリソフトについて、これらの要件に沿うように整備計画を立て、推進していく。
4.2 アドバイザリ WG の設置

出などの好循環を生み出すエコシステムの構築を目標とする。
また、この調査を通じて、欧州の CoE、OSS

アプリソフト利用環境整備にあたって、外部のコミュニティとの情報交換チャネルの構築と、日有識者からのアドバイスをいただくため、平成 28

本発アプリソフトの普及に向けた欧州のアプリソ

年 12 月にアプリケーション・ソフトウェア利用環

フト・エコシステムに関する情報収集と分析を行

境整備アトドバイザリ WG を設置した。本 WG でうことができた。

は国内外のアプリソフトに関し、 幅広い視点を持つ有識者から、整備対象のアプリソフトの選定と4.4 利用環境整備方針
現在の利用環境整備に関するアプリソフト選整備の推進計画に対して助言をいただいている。

定の方法論や判断基準などの方針は下記のとおり

本 WG は、平成 29 年 10 月の時点で、本ＷＧはアである。

カデミア 9 名（主査・副主査、流体、構造、物性・

1. 利用の需要の高い、または将来高くなると予材料、バイオ医療、電磁場、燃焼）、産業界 3 名（重想される OSS・商用ソフト・日本のアカデミ工、化学、製薬）により構成されている。また、アで開発されたアプリソフトを対象とする。

必要に応じて、現在のメンバー以外の他の分野の2. 更に、現時点では「京」等での利用は多くな専門家への助言を依頼する可能性もある。

い、また将来の需要も明確ではないが、国の資産として重要、またはスパコンの新しい応

4.3 アプリソフトの海外調査の実施
OSS の開発・利用が盛んな欧州の現状や今後の用の開拓を担うと期待されるアプリソフトも対象とする。

動向などを把握するため、平成 29 年 1 月末から 2

3. 重点・萌芽的課題プロジェクトで開発中のア月初旬にかけて海外調査を実施した。CAE 分野

プリについては、現在もプロジェクトが進行と材料・バイオ分野の以下のアプリソフトや DB中で開発段階にあるので、今後の対応についの開発等を行っている組織と計算資源提供機関である PRACE を調査対象とした。
•CAE 分野：OpenFOAM, RADIOSS, FORGE•

材 料 ・ バ イ オ 分 野 ： GROMACS, Quantum
Espresso, ESPResSo++, VOTCA, NoMaD12調査の結果、欧州のアプリソフト開発では以下の基本戦略をとっていることが判明した。
••

4. 整備したアプリソフトは、原則としてオープンつまり再配布可能を前提とする。
4.5 アプリソフトの分類
上記の方針に従い、下記の２つのようにアプリソフトを分類し、そのカテゴリから整備対象となるアプリソフトの選定を行なった。近い将来の利用を想定して短期的に整備が必要なものはカテゴリ１に、一方、中期的HPC における世界戦略としてハードウェア開に重要性を増してくると予想されるものをカテゴリ２に発競争には加わらず、アプリソフト開発に主分類する。

眼を置く。

A) カテゴリ１ −「京」を中核とする HPCI・ポス

材料・化学、エネルギー、気象等の基礎科学的な分野では、アプリソフトの開発推進を目

ト「京」で現在及び将来に多くの利用が見込まれるもの。
B) カテゴリ２ − 現時点では「京」および HPCI

的とた公的資金による９つの CoE を設立。そ等での利用は多くないが、将来の技術開発・こでは、アプリ開発だけでなく、開発者・ユ社会応用面で戦略的に重要なもの。

ーザ支援に的を絞った CoE も設立し、基礎科学・ソフト開発・サポートの役割分担を徹底•ては関係者と検討を続ける。

4.6 平成 29 年度の実施計画および実施状況
平成 29 年度は､｢京｣については、（１）カテゴした組織的な開発行う。

リ１のアプリソフトからは数本を選択して利用環

単独のアプリソフト開発ではなく、アプリソ境整備を実施しており､（２）カテゴリ２のアプリ

フトを中心とし、市場の拡大、人材育成・輩ソフトについては、調査による候補リストの作成

と絞りこみを行っており、可能であれば利用環境でも利用者が多いので、主として「京」での利便整備に着手する予定である。他の HPCI システム性の向上を目指した整備を行う。具体的には、「京」

に対しては利用環境整備に向けた資源提供機関のでのプリインストールや、利用者に有益な性能情状況調査及びこれに基づく整備計画立案を行って報の公開などである。CAE 分野の OpenFOAM にいる。また､アドバイザリ WG を開催し随時推進に関しても同様の方針で整備を行う予定である。

ついてのアドバイスをいただいている。

カテゴリ２のアプリソフト（将来の技術開発・アテゴリ１のアプリソフトに関しては、これま社会応用面で戦略的に重要なアプリソフト)の候での調査とアドバイザリ WG の意見等から、表４

補については、平成 29 年度の上期はアプリソフト－２の４つのアプリソフトを選定し整備を行っての開発者、アドバイザリ WG、有識者、HPCI 計算いる。選定された４つのアプリソフトは、HPCI資源提供機関や学会等でヒアリングを実施し、そにおける利用状況や RIST による支援状況の調査れらの結果を参考に総合的に検討して整備アプリにおいて需要の高かった、CAE 分野と材料バイオソフトを決定する。下期は決定した候補アプリソ分野の OSS である。材料・バイオ分野の OSS であ

フトについて、開発状況やリリース状況、移植のる LAMMPS、Quantum Espresso、GROMACS は、難易度や最適化状況、需要等の調査を行い、｢京｣この分野のデファクトアプリと呼ばれ、既に日本を対象に整備作業に着手する予定である。

表４－２ 平成 29 年度のカテゴリ１の整備対象アプリソフトと実施概要
アプリ名称

OpenFOAM

応用分野

CAE

開発種別

OSS/商用•プリポスト・計算ノードへのインストール•チュートリアル実行手順の作成•ドキュメント整備•並列性能情報の収集
•情報公開

OSS

•最新版のコンパイル、インストール•サンプルデータによる実行性能分析・評価•ドキュメント整備•情報公開

LAMMPS
Quantum Espresso

バイオ/物質材料

実施概要

GROMACS

制を、図４－１に示す。インストール及び基本ラ4.7 平成 29 年度推進体制

イブラリ・言語系等の整備に関して理化学研究所

アプリソフト利用環境整備計画における RIST内における整備体制と、関連する機関との連携体

計算科学研究機構（理研 AICS）や、各 HPCI 資源提供機関と連携して作業を進めている。

図４－１ アプリソフト整備推進体制

5 まとめRIST は、登録施設利用促進機関 / 文科省委託事業「HPCI の運営」代表機関として利用支援業務を行っている。さらに、我々は、HPCI コンソや産応協などの外部組織や、HPCI の利用者からの要望を受け、HPCI、今後のポスト「京」を見据えて、利用が多い、またはこれから多くの利用が見込まれる OSS や商用アプリ（カテゴリ 1 アプリソフト）と国の資産として重要なまたはスパコンの新しい応用の開拓を広げることが期待されるアプリソフト（カテゴリ 2 アプリソフト）について、先行的かつ継続的に利用環境整備を行っている。この整備の推進にあたっては、RIST のこれまでの利用支援において蓄積された知識、技術に基づき、また、有識者から構成されるアドバイザリ WG の意見も参考とし、•

アプリソフトの利用環境について調査、分析•

欧州のアプリソフト開発に関する調査、分析•

利用環境整備の要件のまとめ•整備対象とするアプリソフトの選定方針と候補リストの作成•

整備対象とするアプリソフトの選定•

整備項目と整備計画の立案•

整備計画推進体制の構築などを実施した。
平成 29 年度においては、｢京｣を対象とし､カテゴリ 1 のアプリソフトとして、HPCI において需要の高い４本の OSS を選定し、主に利用者の利便性を高めるための整備作業を行っている。また､
HPCI システム構成機関における状況を調査し､平成 30 年度以降､対象を他の HPCI システムに広げていくこととした｡ カテゴリ 2 のアプリソフトについては調査、選定作業を継続し、｢京｣を対象に整備に着手する予定である。
この利用環境整備計画の実施においては、継続してアドバイザリ WG などの有識者の意見を参考にするとともに、関連する機関（理研 AICS、HPCIシステム構成機関等）との連携を進める。また、欧州のアプリソフト調査によって得られた関係諸機関とのコミュニティも維持していく。
RIST としては、これらの計画の推進により、アプリソフトの利用による HPCI における成果の早期の最大化・計算機資源の効率的利用・支援の効率化、国のアプリソフト資産の活用・普及とスパコンの新しい応用の開拓を実現し、将来の HPCI及びポスト「京」を利用したアカデミアにおける研究と産業界における研究開発の発展への貢献を目指している。