第7回けいはんな「エジソンの会」「次世代スパコンと人工知能エンジンによる、AI駆動科学の時代に向けて」

2017年 2月14日

齊 藤元 章（株式会社PEZY Computing/株式会社ExaScaler/UltraMemory株式会社
株式会社Deep Insights/株式会社Infinite Curation）

現在稼働する6台の独自スパコンシステム

「次世代スパコン」とは・日本では2022年に「京」より100倍高速な「ポスト京」が開発される予定（ExaFLOPS：エクサフロップス）
・「100年掛かる計算が、1年で出来る」ことの他にも、「100倍複雑な計算ができる」ことが重要（ネズミの脳が100倍高速になっても、知性レベルが上がる訳ではない）

・熱核融合炉の全体をスパコン上に構築して、詳細なモデリングと、シミュレーションを繰り返せる
・遺伝子解析に引き続き、タンパク質の解析が可能になり、代謝レベル解析も行え、生命科学が大きく進化
・人工知能搭載の軍事用コンピュータウィルスの開発で、大量破壊兵器が無効化され、その保有がリスクに「次世代スパコン」とは・熱核融合炉の全体をスパコン上に構築して、詳細なモデリングと、シミュレーションを繰り返せる

次世代スパコンと次世代植物工場
・LED光源の電気代と、冷却装置の電気代で、8割の植物工場は赤字経営のため普及が進まない

理化学研究所の「Shoubu（菖蒲）」（2015年）

4か月で開発したExaScaler-1.4による5台構成の2 PetaFLOPS級のスパコンを、「Shoubu（菖蒲）」として、理化学研究所和光の情報基盤センターに設置して頂く

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40年前のスパコンと、現在のスパコン
・1976年に開発された「Cray-1」と、京速計算機「京」規模が巨大になり過ぎ、性能向上の速度が大幅に低下中2020年、5nm世代の液浸冷却スパコン
・第5世代となる超メニーコアプロセッサ「PEZY-SC4」（16,000コア, 50TFLOPS, 5nmプロセス, 25TB/s帯域, 64bit CPU内蔵）・消費電力効率：100 GFLOPS/W（1Wで1秒間に1千億回）

・タワーサーバ性能：100 PetaFLOPS（ 1台で「京」の10倍）（冷却系を含めた体積効率・性能密度は「京」の1万倍以上）

・PCIeボード1枚で100タワーラック TeraFLOPS@1,000W

×10（PEZY-SC4を2個搭載、50TB/s帯域、メモリ1TB搭載）

864台の

創業法人構成
液浸冷却開発プロセッサ開発
創業：2010年1月
社員数：26名

株式会社PEZY Computing
創業：201４年４月
社員数：12名

株式会社ExaScaler（エクサスケーラー）
・液浸冷却技術開発
・HPC液浸システム開発
・液浸スパコンシステム開発
・液浸冷却水槽販売
・液浸冷却システム販売
・液浸冷却用ボード類販売

積層メモリ開発（ペジーコンピューティング）
・独自メニーコア・プロセッサ開発
・同汎用PCIeボード開発
・同独自システムボード開発
・同アプリケーション開発
・半導体2.5次元実装技術開発
・ウェハ極薄化応用技術開発

創業：2013年11月
社員数：50名

UltraMemory株式会社

株式会社Deep Insights（ディープインサイツ）
・高効率人工知能ハード
・超広帯域大容量メモリ混載
・精度可変密行列演算, etc.

（ウルトラメモリ）
・超広帯域独自DRAM開発
・DRAM積層技術開発
・磁界結合メモリIF開発
・ウェハ極薄化応用技術開発
・広帯域、高速DRAM開発
・最先端汎用DRAM受託開発

創業：2016年6月
社員数：～15名

新人工知能エンジン開発

2014年に開発した1,024コア「PEZY-SC」

僅か2cm角の半導体に、世界最多となる1,024個の独立演算コアを集積小型液浸スパコンで性能向上を再加速⇦ZettaScaler-3.5⇦ZettaScaler-3.0⇦日本ポスト「京」⇦ZettaScaler-2.5⇦ZettaScaler-2.0⇦京速計算機「京」⇦ZettaScaler-1.5⇦ZettaScaler-1.4⇦ZettaScaler-1.0

技術的には2017年6月に100 Peta、2018年11月に1 Exa超到達が可能（中国に先行し、世界初のExaFLOPS機を稼働したい）

次世代スパコンの小型化・高性能化
・設置規模（床面積・体積）は1/1000に・10 PetaFLOPSの京速計算機「京」が、僅か1台の液浸槽に・以下のスパコンと室外冷却装置による構成で2016年 6月： 0.25 PetaFLOPS（ZettaScaler-1.6）
2017年 6月： 1.50 PetaFLOPS（ZettaScaler-2.0）
2018年11月： 8.00 PetaFLOPS（ZettaScaler-3.0）
2020年11月：20.00 PetaFLOPS（ZettaScaler-4.0）

現在試験中の試作機「ZettaScaler-1.8」
1 PetaFLOPS/m3を超える性能密度（世界初）大規模スーパーコンピュータ開発へ

人工知能による革命は、まだ序章
ディープラーニングによる機械学習は、「抽象的概念」を既に獲得して、猛烈な勢いで進化中5年以内に生ずる「新」産業革命
・人工知能が処理可能であるのは、人間が手間暇を掛けてお膳立て（前処理）をした後の情報が殆どで、前処理には膨大な時間と作業を要する ・・・という大きな誤解（人間の驕り）・実は、そうした面倒で複雑な前処理こそ、本来は人工知能が得意とするところ。しかし、現実には十分な処理能力が無いために、人間が行っているだけである。この部分が解決すると、現時点の人間の知的労働・生産の大部分が置換される
・「旧」産業革命においては、人間や家畜の肉体労働・生産が置換されたのみならず、人間や家畜が行えなかった規模の工事や事業や大型生産設備が登場し、人類が月面にまで到達した。
・今回は、現在の人間の知的労働・生産の置換を遥かに上回る規模の極めて大きな衝撃に備える必要がある

AIチップ開発が死活問題に世界各国で、AI・ディープラーニングの開発が進み、米・英・イスラエル・韓ではAIプロセッサ（チップ）の開発が多数進められるが、日本ではソフト開発が中心である
ソフト開発は、新しいアルゴリズムや革新的な演算モデルが発明されると、一瞬で全く価値が消失する可能性が高いハードウェア、特にチップ開発が不可欠である
ことが明白ながら、日本で最先端半導体開発を行えるグループは2-3社しかなくなってしまった
Deep Insights社が日本のAI開発の重責を担う

AIチップ開発が死活問題に国内のAIチップ開発は僅か数社が行うのみ
その中でも、最先端の半導体プロセスで開発を行えるのは、富士通とDeep Insights社のみ

AIチップ開発のスタートアップ企業であるGraphcore社（英国）が、Samsung社とBosch社から3,600億円もの出資を受け入れて開発を加速しているなど、世界では大型開発が目白押しであるところ、日本ははるかに遅れている現状に甘んじており、抜本的な対策が必要なことが明らかであるAIエンジンとスパコンの開発方向は真逆
次世代スパコン：

少なくとも倍精度（DP: 64bit）浮動小数点演算が必要
今後、4倍精度（128bit）、8倍精度（256bit）、16倍精度（512bit）といった多倍長演算が必要になることに

新AIエンジン：

単精度（SP: 32bit）浮動小数点演算が基本
半精度（HP: 16bit）、1/4精度（8bit）で良い場合もあり、1/8精度（4bit）、1/16精度（2bit）、更にはビット演算でも十分な事例も報告が出て来ている
一方で、メモリ帯域とメモリ容量への要望は際限がない
1チップで100万コア、100TB/s、DRAM一体、100Wの積層型半導体エンジンが必要⇒ 1年半での製品化を予定

今後の「医療革新」に関する予測
１）AI・スパコンが、人間の医師の診断能力を上回る

２）AI・スパコンが、既存薬の新しい効能を発見する
３）AI・スパコンが、新しい診断法を確立する

４）AI・スパコンが、新しい治療法・治療薬を開発する
５）AI・スパコンが、新しい病気を発見する
６）AI・スパコンが、病気の概念を再定義する
７）AI・スパコンが、生殖・成長・老化・進化の神秘を解明する
８）AI・スパコンが、医療と生命科学をゼロから再構築する
９）AI・スパコンが、生命体のリデザインを進める

最強の科学技術基盤の出現
1,000倍高速な人工知能エンジン（仮説の立案）

1,000倍高速な次世代スパコン（仮説の検証）「最強の科学技術基盤」
人間には抽出できない複雑で無数の特徴点・特徴量から、更に規則性・法則性が抽出されることで膨大な仮説が立案され、それらが検証されることで、人間に構築できない次元の理論が、多数生まれてくることに（ノーベル賞級ではなく、「新しいノーベル賞」が幾つも創設されるレベルの理論が次々と産み出される）

量子ニューラルネットワークで共同研究
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最強の新科学技術基盤の出現
1,000倍高速な人工知能エンジン（仮説の立案）

1,000倍高速な次世代スパコン（仮説の検証）量子ニュラール
ネットワーク（組合せ最適化）「最強の新科学技術基盤」
人間には抽出できない複雑で無数の特徴点・特徴量から、更に規則性・法則性が抽出されることで、膨大な仮説が立案され、それらが高速に検証され、最適化されることで、人間には決して構築できない次元の理論が、多数生まれることに

月刊三橋、対談御清聴、有難う御座いました。
「迫る前特異点と、新しい世界」

2015年 9月8日
齊 藤元 章