高性能コンピューティング近代化プログラム

高性能コンピューティング近代化プログラム
略語	HPCMP
形成	1992年; 32年前
本部	ビックスバーグ、ミシシッピ州
監督	ケビン・ニューメイヤー（演技）
親組織	ERDC
Webサイト	翻訳:
ASN	668;

米国国防総省の 高性能コンピューティング近代化プログラム(HPCMP) は、国防総省 (DoD) 研究所の高性能コンピューティング機能を近代化するという議会の指示に応えて 1992 年に開始されました。^[1] HPCMP は、スーパーコンピュータ、国家研究ネットワーク、ハイエンドのソフトウェアツール、安全な環境、計算科学の専門家^[2]を提供し、国防総省の研究所とテストセンターが研究、開発、テスト、技術評価活動を実施できるようにしています。^[3]

このプログラムは2011年度まで国防研究技術局長室（現在は国防研究技術担当次官）によって管理されていたが、その時点で陸軍調達・兵站・技術担当次官室に移管され、現在は研究技術担当副次官によって管理されている。^[4]

このプログラムは、3 つの主な要素で構成されています。大規模スーパーコンピュータと運用スタッフを提供する DoD スーパーコンピューティングリソースセンター (DSRC)、センターと主要なユーザーコミュニティを接続する全国規模の高速で低遅延の R&D ネットワークである国防研究技術ネットワーク (DREN)、および DoD の科学およびエンジニアリングの課題に対処するソフトウェアの開発、最新化、保守を行うソフトウェアアプリケーションの取り組みの集合です。現在、Kevin Newmeyer 博士が HPCMP の代理ディレクターを務めています。

国防総省スーパーコンピューティングリソースセンター

HPCMPは、国防総省スーパーコンピューティングリソースセンター（DSRC）と呼ばれる5つのスーパーコンピューティングセンターの運営に資金を提供し、監督しています。センターは、ミシシッピ州ビックスバーグのエンジニア研究開発センター、メリーランド州アバディーンの陸軍研究所、ミシシッピ州ステニス宇宙センターの海軍気象海洋司令部、オハイオ州デイトンの空軍研究所、ハワイ州マウイ島のマウイ高性能コンピューティングセンターによって運営されています。^[5]アラスカ州フェアバンクスの北極圏スーパーコンピューティングセンター（ARSC）は、 2011年に資金が打ち切られるまで、6番目のDSRCでした^[6]。^[7]

各センターには、大規模なスーパーコンピュータ、高速ネットワーク、数ペタバイトのアーカイブ大容量ストレージシステム、計算専門家が配置されています。センターは HPCMP センター担当副ディレクターによって管理されており、この副ディレクターは、ユーザーサポート (HPC ヘルプデスク) や科学的視覚化 (データ分析および評価センター、DAAC) に関するプログラム全体の活動にも資金を提供しています。

防衛研究工学ネットワーク

国防研究技術ネットワーク (DREN) は、米国国防総省 (DoD) の計算研究、エンジニアリング、テストのための高速全国コンピュータネットワークであり、DoD 高性能コンピューティング近代化プログラム (HPCMP) の重要なコンポーネントです。

DREN は、研究、テスト、エンジニアリングのミッションのための国防総省の最高の広域ネットワーク (WAN) です。DREN は、国防総省の高性能コンピューティング、科学技術、テストと評価、調達エンジニアリングコミュニティをサポートする、高速、大容量、低遅延、低ジッターの全国的なコンピュータネットワークです。DREN は、科学者やエンジニアを、5 つの国防総省スーパーコンピューティングリソースセンター (DSRC) を含む、HPCMP の地理的に分散した高性能コンピューティング(HPC) サイトに接続します。DREN は、米国全土 (ハワイとアラスカを含む) の研究室、テストセンター、大学、産業施設など、210 を超える国防総省のサイトにインストールされています。^[8]

第4世代DRENネットワーク（DREN 4）は、2021年にVerizonに授与された商用サービス契約に基づいて提供されます。 ^[9] DRENは、過去にLumen（DREN 3）、Verizon（DREN 2）、およびAT&T（DREN 1）に授与されています。DRENサービスプロバイダーは通常、商用ネットワークインフラストラクチャ上の仮想プライベートネットワークオーバーレイとしてDRENを構築します。DREN 4が提供する機能には、1Gbit/sから100Gbit/sのデジタルデータ転送速度が含まれます。DREN 4は、レガシーIPv4をサポートするIPv6ネットワークです。HPCMPは現在、2022年に完全にテストされたときに最終的にDREN 3に取って代わるDREN 4を構築中です。210のサイトがDREN 3からDREN 4に移行している間、2つのネットワークは約1年間並行して実行されます。

2003 年、DREN は、国防総省ネットワークおよび情報統合担当次官により、国防総省初のIPv6ネットワークに指定されました。それ以来、DREN は国防総省および米国連邦政府内で IPv6 導入の先駆者であり、IPv4/IPv6 デュアルスタックと IPv6 のみのネットワークの両方を運用しています。DREN は、ベストプラクティスと教訓を含む広範な IPv6 ナレッジベースを提供しており、HPCMP Web サイトで無料で入手できます。

その他の興味深い研究ネットワーク:

ソフトウェアアプリケーション

HPCMP は、スーパーコンピュータと国家広域研究ネットワークに加えて、国防総省が展開する大規模スーパーコンピュータ上で重要な国防総省のアプリケーションが効果的に実行されるようにすることで、国防総省の研究目標の達成を支援するソフトウェアアプリケーションに資金を提供しています。

HPCソフトウェアアプリケーション研究所

HPCソフトウェアアプリケーション研究所（HSAI）は、HPCMPの資金提供を受け、国防総省の研究所で実行される学際的なプロジェクトです。HSAIプログラムは、国防総省が直面している重要な計算問題を解決するためのツールを開発し、省内で有機的なHPCの専門知識を構築します。^[10]

ユーザーの生産性向上とトレーニング (PET)

高性能コンピューティング近代化プログラム (HPCMP) のユーザー生産性向上およびトレーニング (PET) プログラムでは、ユーザーはさまざまな HPC 技術分野での経験を持つ計算専門家にアクセスできます。PET チームは、マイルストーンの達成を早め、国防総省ユーザーの技術開発に関連する全体的なコストを削減することを目標に、HPCMP リソースを使用して HPC ユーザーの生産性向上を支援します。^[11]

PET チームは、内部の専門知識に加えて、ソフトウェア、ハードウェア、ネットワーク、データ転送、データストレージ、データの視覚化の効果的な使用方法に関する仮想トレーニングも提供しています。PET は、HPCMP ユーザーと、国防総省やその他の連邦機関を含むより広範なコンピューティングコミュニティとの間の科学的および技術的知識の移転を促進します。特定の技術推進領域 (TTA) での支援では、新しい配信方法、新しいハードウェアの調査、高性能データ分析 (HPDA)、ソフトウェアのデバッグ、ユーザーコードによるパフォーマンスの改善、スケーラビリティの問題、新しいハードウェアへのソフトウェアの移植など、幅広い専門知識が提供されます。^[11]

PET は、必要なユーザーサポートの種類、期間、レベルに応じて、次の 3 つのサポートモードを提供します。

ミッションプロジェクト (MP): ミッションプロジェクトは、ミッションクリティカルな領域における複雑な問題の解決をユーザーを支援するために設計されています。MP の期間は 1 か月から 12 か月です。PET チームの科学者は、アルゴリズムの開発、適用、使用、および既存のソフトウェアの使用率の最大化についてアドバイスや支援を行います。
特別プロジェクト (SP): プロジェクト/ユーザー固有の課題に対応するために PET チームのサポートスタッフやその他の下請け業者が関与する可能性のある、個別に資金提供されるプロジェクトに関する集中的な取り組み。
トレーニング：最新のコラボレーション、遠隔学習、トレーニング技術を使用して、HPCコミュニティに適用可能なツールとテクノロジーをトレーニングします。^[11]

計算研究およびエンジニアリング取得ツールと環境

CREATE は、国防総省の 2006 年プログラム目標覚書 (POM) プロセスで承認された連合プログラムであり、2008 年に資金提供が開始されました。CREATE プログラムは、三軍国防総省 (DoD) の高性能コンピューティング近代化プログラム (HPCMP) の一部です。HPCMP は、ミシシッピ州ビックスバーグにある米国陸軍工兵隊 (USACE) のエンジニア研究開発センター (ERDC) 情報技術研究所 (ITL) によって実行されます。

CREATE の目的は、国防総省のエンジニアリング組織による軍用航空機、海軍艦艇、無線周波数アンテナシステム (2012 年に地上車両も対象に拡大) の設計と分析のための多分野にわたる物理学ベースのソフトウェアアプリケーションを開発および導入することにより、国防総省の調達プログラムのコスト、時間、リスクを削減することです。

CREATE ソフトウェア製品ポートフォリオは、主要な国防総省調達プログラム向けに物理ベースの仮想プロトタイピングとテスト分析を可能にするために構築され、次のプログラム領域が含まれています。

航空機設計（AV）
基礎技術（FT）
地上車両設計（GV）
無線周波数アンテナ設計 (RF)
船舶設計（SH）
教育ソフトウェア（Genesis）

CREATE-AV – 航空機製品

ケストレル – 固定翼の設計と分析

空気力学、熱化学、構造力学、熱力学、推進力、飛行制御など、広範囲にわたる結合物理学をサポートする、高精度の多分野にわたる解析プラットフォームです。

Helios – 回転翼航空機の設計と分析

回転翼航空機の連成 CFD/CSD 解析のための高精度航空構造ソフトウェア: 空気力学、構造力学とトリム、操縦、相互作用空気力学、空中発射効果。

ADAPT - 航空機の設計、分析、性能、貿易スペース

設計者が DoD 固定翼航空機の事前プログラム要件開発をサポートできるようにする多分野にわたる分析および最適化 (MDAO) 環境。

CREATE-FT – 基礎技術製品

キャップストーン – ジオメトリ、メッシュ、アトリビューションの生成

複雑なエンジニアリングシステムの物理ベースのシミュレーション用の数値表現 (デジタルモデル) を定義するために、ジオメトリメッシュと属性情報を作成、変更、照会するソフトウェアプラットフォームです。

CREATE-GV – 地上車両製品

マーキュリー – 地上車両の設計と分析

車両ダイナミクス、パワートレイン、タイヤと土壌、トラックと土壌の相互作用、ドライバーと制御モデルの物理領域を統合し、乗り心地、個別障害物による衝撃、軟らかい土壌での移動性、砂の斜面登坂、最高速度、車線変更安定性、円旋回安定性などの複数のパフォーマンステストを可能にします。

CREATE-RF – 無線周波数アンテナ製品

SENTRi – アンテナのモデリング、設計、分析

誘電体、磁気、インピーダンス境界条件、複素数値抵抗シートなど、マルチスケール機能を備えた高度に異質な材料構造を含む複雑な構造のモデリング。

FLO-K – アンテナ高速設計ツール

周波数選択表面、フェーズドアレイアンテナ、バンドギャップ構造などの周期構造（誘電体、磁性体、インピーダンスシートを備えた完全な 3 次元構造を含む）の迅速な設計ツール。

Aurora – アンテナパターン予測ツール

複雑なプラットフォーム統合分析のためのアンテナパターンの正確な予測。

CREATE-SH – 製品を発送

RSDE – コンセプトデザイン

航続距離、速度、武装、航空支援、さまざまな船体サイズと形状、システム、構造、動力、積載量など、船舶設計におけるさまざまな競合性能パラメータの評価を可能にするコンセプト設計ツール。

IHDE – 統合、設計、分析

船体形状設計および解析ツールのスイートを統合して、ユーザーが抵抗、耐航性、流体力学的負荷、および操作可能時間率 (PTO) の形式での操作性の領域における流体力学的パフォーマンス (視覚化を含む) を評価できるようにします。

NavyFOAM – 船舶モデリングと分析

抵抗、推進、操縦、耐航性、航路荷重などの船舶性能の高精度な流体力学的解析と予測を可能にします。

NESM – マルチフィジックスツールキット

米国エネルギー省サンディア国立研究所のマルチフィジックスツールキットである Sierra Mechanics を拡張し、外部の衝撃や爆発に対する船舶やコンポーネントの反応を評価する手段を提供します。

ISDE – 構造分析

構造概念設計、一次評価、および詳細な FEA 間の計算データブリッジを提供し、将来の海軍の要件に必要な設計機能を導入することで、現在の構造設計ツールの不十分さに対処するマルチ忠実度構造解析環境。

CREATE-Genesis – 航空宇宙教育用ツールスイート

Genesis CFD – 流体力学解析

基本的な計算流体力学解析機能を提供します。これには、単一メッシュの非構造化ナビエ・ストークスソルバー (コア数制約)、モーション (規定および 6-DOF)、モーダルモデルベースの空力弾性構造、および推進境界条件の 0-D 線形エンジンモデルが含まれます。

キャップストーン – ジオメトリ、メッシュ、アトリビューションの生成

複雑なエンジニアリングシステムの物理ベースのシミュレーション用の数値表現 (デジタルモデル) を定義するために、ジオメトリメッシュと属性情報を作成、変更、照会するソフトウェアプラットフォームです。

ADAPT - 航空機の設計、分析、性能、貿易スペース

設計者が DoD 固定翼航空機の事前プログラム要件開発をサポートできるようにする多分野にわたる分析および最適化 (MDAO) 環境。

現職および元プログラムディレクター

次の表はプログラムディレクターの年表をまとめたものである。^[12]^[要出典]

国防総省予算における HPCMP

2012会計年度以降、HPCMPの基本資金は陸軍予算の2つの項目で提供されており、陸軍予算自体は大統領が毎年提出し議会で承認される国防総省予算の一部です。PE 0603461Aは、センターとDRENを運営し、プログラム目標を支援する研究開発活動に資金を提供するRDT&E資金を提供します。^[19]項目番号B66501（行103、BA 02、BSA 92）は、新しいスーパーコンピューティングハードウェア（スーパーコンピューターと関連システムの両方）の年間購入のための調達資金を提供します。^[20]

2012年度以前は、HPCMPのRDT&E資金はPE 0603755D8Zで提供され、^[21]調達はPE 0902198D8Z（P011）で資金提供されていました。^[22]

次の表は、最新の連邦会計年度におけるプログラムの RDT&E 部分に対する要求額と委員会承認額をまとめたものです (連邦予算の別の項目で提供される調達資金はこの表には含まれていません)。

2004 会計年度のプログラム要素番号の一時的な変更は、プログラムの管理を国防長官室から空軍に移管する予定を反映したものですが、この移管は最終的に行われませんでした。

参考文献

^ 1992年度および1993年度国防権限法第215条スーパーコンピュータ近代化プログラム
^ HPCMP は、世界クラスの計算リソース、全国規模の研究およびエンジニアリングネットワーク、および国防総省の研究所と戦争センターのネットワークを通じて高度な物理学ベースの計算分析機能を開発するためのビジョン、資金、専門知識を提供します。「HPCMP Public について」。高性能コンピューティング近代化プログラム (HPCMP)。米国国防総省。2013 年 8 月 29 日。2019年 7 月 14 日に取得。
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^ 現在 HPCMP の 6 つのセンターの 1 つである北極圏スーパーコンピューティングセンター (ARSC) は、2011 年 5 月末に国防総省 (DoD) からの資金提供がなくなる予定です。現在、ARSC には 1,200 万ドルから 1,500 万ドルの資金が提供されており、そのうち DoD の資金が全体の約 95% を占めています。センターのメインの生産マシンは、HPCMP の最近の大規模な調達の一部であった Cray XE6「Baker」スーパーコンピューターの Chugach です。このシステムはビックスバーグセンターに移され、リモートで稼働しています。Michael Feldman ( 2010-01-22 )。「北極圏スーパーコンピューティングセンター、DoD から冷遇される」。HPC Wire。Tabor Communications。2019-07-06に取得。
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^ H. 報告書 105-746 - 第 105 回議会 (1997-1998)
^ H. 報告書 105-265 - 第 105 回議会 (1997-1998)

外部リンク

この記事には、米国国防総省の高性能コンピューティング近代化プログラムからのパブリックドメイン資料が組み込まれています。