次世代スーパーコンピューティングシンポジウム2009

次世代スーパーコンピュータと拠点への提言
松本 紘（京都大学）

2009年10月7日
MY PLAZAホール 1

目次


はじめに
次世代スパコンへの期待 問題空間＝分野×人・組織×規模


提言
分野軸
 人・組織軸 規模軸

分野×人・組織平面
 分野×規模平面
 人・組織×規模軸平面


おわりに：大樹の森へ
2

はじめに

次世代スパコンへの期待

新たな知の創造のために ...
単なる優秀な道具を越えて...
既存の問題解決の時間短縮だけではなく
 既存の問題のスケールアップだけではなく

新たな問題発見のためのガイド役として...
圧倒的計算パワーによる問題地平の拡大
 圧倒的物量活用のための計算科学パラダイム転換
 分野・組織を超えた知の交流
Î知の創造の推進と牽引
3はじめに次世代スパコンへの期待

時間短縮・スケール拡大

問題解決器

量による質転移
パラダイム転換???

???

分野横断???
問題発見器・問題創造器
4はじめに次世代スパコンへの期待
次世代スパコン＆拠点リーダへの期待 「計算」全般の俯瞰 未来の計算の指導原理・哲学の提示
六根（眼耳鼻舌身意）全てを扱う計算
人知の補佐から補完へ

対象の多体化・多様化
非線形相互作用

還元主義
第一原理計算5はじめに

次世代スパコン&拠点の問題空間


問題空間＝｛分野｝×｛人・組織｝×｛規模｝
分野
超高性能計算の対象は？
 拠点での研究対象は？




人・組織
超高性能計算のユーザは？
 拠点組織の構成とメンバーは？


規模
超高性能計算の性能・規模は？
 拠点の人的・物的な規模は？


これら３要素の絡み具合は？

6

はじめに

次世代スパコン&拠点の問題空間

規模

人・組織分野7

はじめに

次世代スパコン&拠点の問題空間

規模

大学スパコンセンター
 幅広い分野を対象
 設置組織が利用主体
 2009年～100TFlops
2012年～1PFlops
人・組織分野8

はじめに

次世代スパコン&拠点の問題空間

規模国研スパコンセンター
 特定分野が対象 コミュニティ全体で利用
 2009年～100TFlops
2012年～1PFlops
人・組織分野9

はじめに次世代スパコン&拠点の問題空間
戦略分野＆機関の空間構造
Î完全＆唯一解？

規模

次世代スパコンセンター
 広汎な分野が対象
 国家的な共用施設
 2012年≒10PFlops
201x年～1EFlops?

人・組織分野10

提言1

分野軸について

次世代スパコン計算＝未知への挑戦
巨大な物量を生かせるモデリング技術
 巨大な物量を生かした計算技術
 巨大な計算を正しく行う技術Î分野共通知の創造

スーパー科学者・技術者の育成
垂直方向にスパコン計算を見通す計算科学者・技術者
 水平方向に多分野を見通す計算機科学者・技術者


モデル的な研究プロジェクト／研究チーム
マルチフィジックス超高性能シミュレーションを対象
 水平・垂直方向に科学者・技術者を糾合


11

提言1

分野軸についてスーパー計算科学者
計算科学応用モデリング・アルゴリズム

未知の超大規模に挑戦する
分野共通知

1 p n ⎛ m n M nm ⎞ m
V (r ,θ ,φ ) =∑∑ ⎜ Ln r + r n +1 ⎟⎟ Y n (θ ,φ )4π 0 −n ⎜⎝⎠ソフトウェア工学
プログラミング#pragma omp parallel
for(i=0;i<n;i++){dgemm(a,b,c);}
MPI_Allreduce()

基盤
ソフトシステムプロセッサ

スーパー計算機科学者
12

提言1

分野軸についてモデル研究プロジェクトモデル研究チーム

スーパー計算科学者

計算科学応用モデリング・アルゴリズム

未知の超大規模に挑戦する
分野共通知

1 p n ⎛ m n M nm ⎞ m
V (r ,θ ,φ ) =∑∑ ⎜ Ln r + r n +1 ⎟⎟ Y n (θ ,φ )4π 0 −n ⎜⎝⎠ソフトウェア工学
プログラミング#pragma omp parallel
for(i=0;i<n;i++){dgemm(a,b,c);}MPI_Allreduce()

基盤
ソフト

システム
プロセッサ

スーパー計算機科学者
13

提言2人・組織軸について
次世代スパコン人材：大学＝供給元＋需要先
 供給サイドからの提言


次世代拠点でのみ育成可能な人材の定義
 スーパー科学・技術者？  巨大プロジェクト経験者？

大学（&産業界）とのキャリアパスの共同構築
 人材回帰メカニズム 専門家としてのゴール設定

需要サイドからの提言
次世代拠点からのみ獲得可能な人材の定義 大学（&産業界）との人材市場の共同構築
 双方向（三方向）人材交流  二足（三足）の草鞋体制
14

提言2人・組織軸について拠点で育つ人材モデル
 スーパー科学者・技術者？
 巨大プロジェクト経験者？

キャリアパス・人材市場の構築（産業界とも連携）
 人材の回帰・交流 専門家としてのゴールは？

15

提言3規模軸について


計算科学者としての注文＝システム規模の拡大が今後続いても...
転換を必要としない計算パラダイム、または計算パラダイム転換を要求しない規模拡大
 計算パラダイム転換に影響されない（されにくい）プログラム構築技術
 計算パラダイム転換に対応するための再プログラ
ミング／プログラム修正を安全・確実化する技術Î計算科学の優れた知的資産の次代への継承
Î計算科学と計算機科学の未来への共進16提言3規模軸について並列度
106105

再び壁を作らないための超大規模計算パラダイム
 転換不要化技術
 耐転換技術
 転換容易化技術

計算機科学的進歩

分散・共有メモリ
ハイブリッド104

分散メモリ並列103
共有メモリ並列102
101

分散・共有メモリ＋アクセラレータ？

計算科学的進歩ベクトル（＋共有メモリ）

1990

パラダイム転換ギャップ
2000

2010

年

17

提言4

分野×人・組織平面について

分野を超えた次世代スパコン共通知の組織を超えた all-Japan での創造


戦略機関の役割
高性能計算プロジェクトの組織間での実施・推進 戦略分野計算資源の組織間分配（公募も？）

中核拠点の役割


戦略機関にはできない計算・研究
例：分野共通知創造のためのモデル的プロジェクト

分野ではなく研究開発プロジェクトを指向した体制
 次々世代への先導的研究開発
18

提言4分野×人・組織平面について
戦略機関X

戦略分野A
計算資源組織間配分

組織間共有知の創造
組織間プロジェクト
実施・推進

研
募
公究分野
共通知
創造

計算地平開拓中核拠点
中核拠点にのみ可能な
研究プロジェクト

19

提言5

分野×規模平面について


分野間での計算資源配分

公正な（≠公平な）配分
計画評価型配分（○PFlops×○日でこれだけできる）
 成果評価型配分（○PFlops×○日でこれだけできた）

全関係者が納得する（≠満足する）配分
継続プロダクション実行 vs スポット大規模実行
 短期的進捗に応じた機動的配分


計算性能の旬に応じた傾斜的配分
計算性能@2012 ≫ @2014 計算難度@2012 ≫ @2014
 戦略利用 Î 一般&産業利用への段階的シフト
20

提言5

分野×規模平面について
継続的プロダクション実行

スポット大規模実行

計画ベース配分

実績ベース配分
進捗ベース
再配分

計算性能の旬戦略利用重視2012

2013

利用技術成熟利用者層拡大2014

2015

一般＆産業利用重視
2016

2017

21

提言6人・組織×規模平面について


今日のNLS＝明日のNIS＝明後日のLLS
T2K@2008 ＝ ES@2002 × 1.4~2.3
 #500@2009 ＝ ES@2002 × 0.5
Î数年後の水平（≠下方）展開のための蓄積

大規模システムの構築・運用技術

T2K @2008＝ 6,656~12,288 core@2012~3 ≒ 50,000~100,000 core

日常的な大規模並列計算の実現技術
京大 @2008≒100@2012≒1000@2016≒1000022提言6人・組織×規模平面について
10P

技術の水平展開

NLS

NLS
NIS

構築・運用
日常的大規模計算

1P

NIS
LLS
産業界

100T

LLS
産業界
10T

2012

2016

23

京都大学の取り組み


組織を超えたスパコン研究開発連携
T2Kオープンスパコンアライアンス
 オープンスパコン仕様策定



学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点
 eサイエンスソフト開発８大学情報基盤センターによるネットワーク型拠点

分野を超えた計算科学研究・教育

計算科学プログラム高度化共同研究


次世代スパコンを見据えた大規模並列化など

全学共通計算科学教育プログラム


シミュレーション科学、計算科学演習、計算科学特論

Î次世代スパコン・拠点との連携へ
24京都大学の取り組み
T2K連携
 オープンスパコン
 eサイエンスソフト開発

学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点
 スパコン利用共同研究

プログラム高度化
共同研究

大学院
共通教育

シミュレーション科学＆演習

計算科学
特論＆演習

スパコン
特論

25

おわりに


優れた研究は大樹枝を伸ばし葉を茂らせ花を咲かせ実を結ぶには
 肥沃な土壌（スパコン・拠点）を整え
 樹木自身が根を張り耕すこと

次世代スパコンでの研究は大樹の森
分野・組織を超えて枝と根を絡ませ 次代の若木のためにより肥沃な土壌を

26