Loading article…
1秒あたりの浮動小数点演算回数（FLOPS、flops、flop/s ）は、コンピュータの性能または計算能力の尺度であり、浮動小数点計算を必要とする科学計算の分野で有用です。[ 1 ] [ 2 ]
このような場合、1秒あたりの命令数よりも正確な指標となります。
浮動小数点演算は、非常に大きい実数や非常に小さい実数、または広いダイナミックレンジを必要とする計算に必要です。浮動小数点表現は科学的記数法に似ていますが、コンピュータは（まれな例外を除いて） 10進数ではなく2進数を使用します。エンコーディング方式では、符号、指数（CrayおよびVAXでは2進数、 IEEE浮動小数点形式では2進数または10進数、 IBM浮動小数点アーキテクチャでは16進数）、および仮数（小数点以下の数値）が格納されます。類似の形式がいくつか使用されていますが、最も一般的なのはANSI/IEEE Std. 754-1985です。この規格では、単精度と呼ばれる32ビット数値、倍精度と呼ばれる64ビット数値、および拡張精度と呼ばれるより長い数値（中間結果に使用）の形式が定義されています。浮動小数点表現は、固定小数点よりもはるかに広い範囲の値をサポートでき、非常に小さい数値と非常に大きい数値を表現することができます。[ 4 ]
浮動小数点演算に固有のべき乗演算は、表現可能な最大値と最小値であるダイナミックレンジを大幅に拡大します。これは、データの一部が非常に広い範囲の数値を持つ場合や、範囲が予測不可能な場合など、データセットを処理する際に特に重要です。そのため、浮動小数点プロセッサは、計算負荷の高いアプリケーションに最適です。[ 5 ]
FLOPSとMIPSは、コンピュータの数値計算性能を測定する単位です。浮動小数点演算は、科学計算研究や機械学習などの分野で一般的に使用されています。しかし、1980年代後半以前は、浮動小数点ハードウェア（任意の整数ハードウェア上でソフトウェアで浮動小数点演算を実装することは可能）は通常オプション機能であり、浮動小数点ハードウェアを備えたコンピュータは「科学コンピュータ」または「科学計算」機能を持つと言われていました。そのため、MIPSという単位は、そのような機能を持たないコンピュータも含め、あらゆるコンピュータの整数演算性能を測定するのに役立ち、アーキテクチャの違いを考慮するために、同様のMOPS（1秒あたりの百万演算）も1970年にはすでに使用されていました[ 6 ]。整数（または固定小数点）演算の他に、整数演算の例としては、データの移動（AからB）や値のテスト（A = BならばC）などがあります。そのため、コンピュータがデータベースクエリ、ワードプロセッシング、スプレッドシート、または複数の仮想オペレーティングシステムの実行に使用される場合、MIPSは性能ベンチマークとして適切です。[ 7 ] [ 8 ] 1974年、デビッド・クックは、当時のスーパーコンピュータの性能を1秒あたりの浮動小数点演算回数で表すために、flopsとmegaflopsという用語を作り出した。[ 9 ]これは、コンピュータを比較するために広く使われていたMIPSを使うよりもはるかに優れていた。なぜなら、この統計値は通常、科学的なタスクにおけるマシンの算術能力とはほとんど関係がなかったからである。
HPCシステムにおけるFLOPSは、この式を用いて計算できます。[ 10 ]
これは最も一般的なケースに単純化できます。つまり、CPUがちょうど1つしかないコンピュータです。
FLOPSはさまざまな精度で記録できます。たとえば、TOP500スーパーコンピュータリストは、1秒あたりの64ビット（倍精度浮動小数点形式）演算（ FP64と略記）でコンピュータをランク付けしています。[ 11 ] 32ビット（FP32）および16ビット（FP16 ）演算についても同様の尺度が利用可能です。
1983年にNECが開発したスーパーコンピュータであるNEC SX-2は、 13億FLOPSのギガFLOPS（GFLOPS）性能を達成した。[ 43 ]
1997年6月、インテルのASCI Redは、世界で初めて1テラFLOPS以上の性能を達成したコンピュータとなった。サンディア国立研究所所長のビル・キャンプは、ASCI Redはこれまで製造されたどのスーパーコンピュータよりも高い信頼性を持ち、「長寿命、価格、性能においてスーパーコンピューティングの最高水準」であったと述べた。[ 44 ]
NECのスーパーコンピュータSX-9は、単一コアあたり100ギガフロップスを超える性能を実現した世界初のベクトルプロセッサだった。
2006年6月、日本の理化学研究所（RIKEN）は、MDGRAPE-3という新しいコンピュータを発表した。このコンピュータの性能は最大1ペタFLOPSで、Blue Gene/Lのほぼ2倍の速さだが、MDGRAPE-3は汎用コンピュータではないため、Top500.orgのリストには掲載されていない。分子動力学シミュレーション専用のパイプラインを備えている。
2007年までに、インテル社は実験的なマルチコアPOLARISチップを発表し、3.13GHzで1テラFLOPSを達成した 。80コアチップは、6.26GHzでこの結果を2テラFLOPSまで高めることができる が、この周波数での熱放散は190 ワットを超える。[ 45 ]
2007年6月、Top500.orgは、世界最速のコンピュータはIBM Blue Gene/Lスーパーコンピュータであり、ピーク時で596 テラFLOPSを記録したと報告した。[ 46 ] Cray XT4は101.7テラFLOPSで2位となった 。
2007年6月26日、IBMは、Blue Gene/Lよりも高速な、1ペタFLOPSを超える速度で連続的に動作するように設計された、同社の最上位スーパーコンピュータの第2世代であるBlue Gene/Pを発表した。そのように構成すると、3ペタFLOPSを超える速度に達することができる。[ 47 ]
2007年10月25日、日本のNECは、世界最速のベクトルスーパーコンピュータであると主張するSXシリーズモデルSX-9を発表するプレスリリースを発行した[ 48 ] 。SX - 9は、シングルコアあたり102.4ギガFLOPSのピークベクトル性能を実現できる初のCPUを搭載している。
2008年2月4日、NSFとテキサス大学オースティン校は、 AMD Sunのスーパーコンピュータ「Ranger」[ 49 ]で本格的な研究運用を開始しました。これは、 オープンサイエンス研究のための世界で最も強力なスーパーコンピューティングシステムであり、0.5 ペタFLOPSの持続速度で動作します。
2008 年 5 月 25 日、 IBMが製造したアメリカのスーパーコンピュータ「ロードランナー」が、1 ペタフロップスの計算マイルストーンを達成しました。2008 年 6 月と 11 月の最も強力なスーパーコンピュータのTOP500リスト (グリッド コンピュータを除く) で首位を獲得しました。[ 50 ] [ 51 ]このコンピュータはニューメキシコ州のロスアラモス国立研究所にあります。コンピュータの名前は、ニューメキシコ州の州鳥であるオオミチバシリ( Geococcyx californianus ) に由来しています。[ 52 ]
2008年6月、AMDはATI Radeon HD 4800シリーズを発売しました。これは、1テラFLOPSを達成した最初のGPUであると報じられています。2008年8月12日、AMDは2つのRadeon R770 GPUを搭載し、合計2.4テラFLOPSの性能を持つATI Radeon HD 4870X2グラフィックカードを発売しました。
2008年11月、米国エネルギー省（DOE）のオークリッジ国立研究所（ORNL）にあるCray Jaguarスーパーコンピュータのアップグレードにより、システムの計算能力はピーク時1.64ペタFLOPSに向上し、Jaguarはオープンリサーチ専用の世界初のペタFLOPSシステムとなった。2009年初頭、このスーパーコンピュータは神話上の生き物であるクラーケンにちなんで命名された。クラーケンは、大学が管理する世界最速のスーパーコンピュータであり、2009年のTOP500リストでは全体で6番目に速いと宣言された。2010年、クラーケンはアップグレードされ、より高速かつ強力に動作するようになった。
2009年、Cray Jaguarは1.75ペタFLOPSの性能を発揮し、IBM Roadrunnerを破ってTOP500リストの1位を獲得した。[ 53 ]
2010年10月、中国は最高計算速度2.5ペタフロップスで動作するスーパーコンピュータ「天河1号」を発表した。 [ 54 ] [ 55 ]
2010年現在最速の PCプロセッサは倍精度演算で109 ギガ FLOPS (Intel Core i7 980 XE ) [ 56 ]に達しました。GPUはそれよりもはるかに強力です。たとえば、Nvidia Tesla C2050 GPU コンピューティング プロセッサは倍精度演算で約 515 ギガ FLOPS [ 57 ]を実行し、AMD FireStream 9270 は 240 ギガ FLOPS [ 58 ]でピークに達します。
2011年11月、日本はKコンピュータで10.51ペタFLOPSを達成したと発表しました。[ 59 ] Kは864ラックに88,128個のSPARC64 VIIIfxプロセッサを搭載し、理論性能は11.28ペタFLOPSです。Kという名前は、10ペタFLOPSという目標速度に対応する10京を表す日本語「けい」に由来しています。[ 60 ]
2011年11月15日、インテルは「Knights Corner」というコードネームの単一のx86ベースのプロセッサをデモンストレーションし、広範囲のDGEMM演算で1テラFLOPSを超える性能を維持しました。インテルはデモンストレーション中に、これは持続的なテラFLOPS（他社がより高いが意味の低い数値を得るために使用する「生のテラFLOPS」ではない）であり、テラFLOPSを超えた最初の汎用プロセッサであることを強調しました。[ 61 ] [ 62 ]
2012年6月18日、米国ローレンス・リバモア国立研究所（LLNL）に設置されているIBMのSequoiaスーパーコンピュータシステムが16ペタFLOPSを達成し、世界記録を樹立するとともに、最新のTOP500リストで1位を獲得した。[ 63 ]
2012年11月12日、TOP500リストは、 LINPACKベンチマークに基づき、17.59ペタFLOPSでTitanを世界最速のスーパーコンピュータとして認定した。[ 64 ] [ 65 ]これはオークリッジ国立研究所でCray Inc.によって開発され、AMD Opteronプロセッサと「Kepler」NVIDIA Teslaグラフィックス処理ユニット（GPU）テクノロジーを組み合わせている。[ 66 ] [ 67 ]
2013年6月10日、中国の天河2号は33.86ペタフロップスで世界最速にランクされた。[ 68 ]
2016年6月20日、中国のSunway TaihuLightはLINPACKベンチマークで93ペタFLOPS（ピーク時125ペタFLOPS）を記録し、世界最速にランクインした。このシステムは無錫の国家スーパーコンピューティングセンターに設置されており、当時のTOP500リストで次に強力な5つのシステムを合わせたよりも高い性能を示した。[ 69 ]
2019年6月、 IBMが構築し、現在エネルギー省（DOE）オークリッジ国立研究所（ORNL）で稼働しているスーパーコンピュータ「Summit」が、TOP500リストのランキングに使用されるベンチマークであるHigh Performance Linpack（HPL）で148.6ペタFLOPSの性能で1位を獲得した。Summitは4,356ノードで構成され、各ノードには22コアのPower9 CPUが2基とNVIDIA Tesla V100 GPUが6基搭載されている。[ 70 ]
2022年6月、米国のFrontierはTOP500で最も強力なスーパーコンピュータとなり、LINPACKベンチマークで1102ペタフロップス（1.102エクサフロップス）を達成した。 [ 71 ]
2024年11月、リバモアにあるローレンス・リバモア国立研究所に設置されている米国のエクサスケール・スーパーコンピュータ「エル・キャピタン 」が、第64回Top500（2024年11月版）でフロンティアを抜いて世界最速のスーパーコンピュータとなり、2025年6月版のリストでもその地位を維持した。[ 72 ]
分散コンピューティングは、インターネットを利用してパーソナルコンピュータ、場合によってはスーパーコンピュータを接続し、より高いFLOPS（演算性能）を実現します。
米国の機関に所属する研究者であれば誰でも、システム上のサイクル割り当てを要求する提案書を提出できます。
