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スーパーコンピューティングの歴史は、シーモア・クレイが革新的な設計と並列処理を使用して優れた計算ピーク性能を実現するようにコントロール・データ・コーポレーション（CDC）の一連のコンピュータを設計した1960年代に遡ります。 [1] 1964年にリリースされたCDC 6600は、一般的に最初のスーパーコンピュータと考えられています。[2] [3]ただし、 1950年代の1954年のIBM NORC 、 [4] 1960年代初頭のUNIVAC LARC（1960年）、[5] IBM 7030 Stretch（1962年）、[6]マンチェスター・アトラス（1962年）など、当時のスーパーコンピュータと見なされていたコンピュータもありました。これらはすべて同等の性能を持っていました。[要出典]
1980 年代のスーパーコンピュータは数個のプロセッサしか使用していませんでしたが、1990 年代には米国と日本の両方で数千個のプロセッサを搭載したマシンが登場し、新しい計算性能記録を樹立しました。
20 世紀の終わりまでに、パーソナル コンピュータに搭載されているものと同様の「既製」プロセッサを数千個搭載した超並列スーパーコンピュータが構築され、テラフロップスの計算の壁を突破しました。
21 世紀の最初の 10 年間の進歩は劇的で、60,000 個を超えるプロセッサを搭載したスーパーコンピュータが登場し、ペタフロップスのパフォーマンス レベルに達しました。
始まり: 1950年代と1960年代
「スーパーコンピューティング」という用語は、1929年にニューヨークワールド紙で初めて使用され、 IBMがコロンビア大学向けに特注した大型の集計機を指して使用されました[7]。[8]
1957年、技術者のグループがスペリー社を離れ、ミネソタ州ミネアポリスにコントロールデータ社（CDC）を設立した。シーモア・クレイは1年後にスペリー社を離れ、CDCの同僚に加わった。[1] 1960年、クレイはCDC 1604を完成させた。これは商業的に成功したトランジスタ化コンピュータの第一世代の1つであり、発売当時は世界最速のコンピュータであった。[9]しかし、完全にトランジスタ化された唯一のハーウェルCADETが1951年に稼働し、IBMは1959年に商業的に成功したトランジスタ化されたIBM 7090を納品した。
1960年頃、クレイは世界最速のコンピュータを設計することを決定した。ジム・ソーントン、ディーン・ラウシュ、その他約30名のエンジニアと4年間の実験を経て、クレイは1964年にCDC 6600を完成させた。クレイはゲルマニウムから、プレーナプロセスを使用するフェアチャイルドセミコンダクター製のシリコントランジスタに切り替えた。これらにはメサシリコントランジスタのような欠点がなかった。彼はそれらを非常に高速に動作させ、光速の制限により非常にコンパクトな設計を余儀なくされたが、深刻な過熱問題があったが、ディーン・ラウシュが設計した冷却装置を導入することで解決した。[10] 6600は、業界の以前の記録保持者であったIBM 7030 Stretch [要説明]の3倍の性能を誇った。[11] [12]最大3 メガフロップスの性能を備え、[13] [14]スーパーコンピュータと呼ばれ、200台のコンピュータが1台あたり900万ドルで販売されたことでスーパーコンピューティング市場を定義しました。[9] [15]
6600 は、周辺計算要素に作業を「外注」することで速度を上げ、CPU (中央処理装置) を実際のデータ処理に解放した。このマシン用の Minnesota FORTRANコンパイラはミネソタ大学の Liddiard と Mundstock によって開発され、これにより 6600 は標準的な数学演算で 500 キロフロップスを維持できた。[16] 1968 年、Cray はCDC 7600 を完成させたが、これも世界最速のコンピュータとなった。[9] 36 MHzの7600 は 6600 の 3.6 倍のクロック速度だったが、他の技術革新により大幅に高速化した。7600 はわずか 50 台しか売れなかったが、失敗作というわけではなかった。Cray は 1972 年に CDC を離れ、自分の会社を設立した。[9]彼が去った2年後、CDCは100メガフロップスのSTAR-100を納品しました。これは7600の3倍の速度でした。Texas Instruments ASCと並んで、STAR-100はベクトル処理を採用した最初のマシンの1つでした。アイデアは1964年頃にAPLプログラミング言語に触発されたものでした。[17] [18]
1956年、英国マンチェスター大学のチームがMUSEの開発を開始しました。MUSEはマイクロ秒エンジンに由来するで、最終的には1マイクロ秒に近い処理速度、つまり1秒あたり約100万命令で動作するコンピュータの構築を目指してい。[19] Mu （ギリシャ文字のμの名前）はSI単位系やその他の単位系の接頭辞で、10 −6 （100万分の1）の係数を表します。
1958年末、フェランティはマンチェスター大学と共同でプロジェクトに取り組むことに同意し、その後まもなくコンピューターはアトラスと改名され、トム・キルバーンが合弁事業を管理しました。最初のアトラスは、世界初スーパーコンピューターの1つとしてクレイCDC 6600スーパーコンピューター導入されるほぼ3年前の1962年12月7日に正式に稼働しました。稼働当時は、IBM 7094 4台に相当する、世界で最も強力なコンピューターであると考えられていました。アトラスがオフラインになるたびに、英国のコンピューター容量の半分が失われたと言われていました。[20]アトラスは、 16,384ワードのプライマリコアメモリと追加の96Kワードのセカンダリドラムメモリを組み合わせることで、ワーキングメモリを拡張する方法として仮想メモリとページングの先駆者でした。[21] Atlasはまた、多くの人に最初の認識可能な現代のオペレーティングシステムであると考えられているAtlas Supervisorの先駆者でもありました。[20]
クレイ時代: 1970年代半ばから1980年代
CDCを離れてから4年後、クレイは1976年に80MHzのクレイ-1を納品し、これは史上最も成功したスーパーコンピュータとなった。[18] [22]チップあたり2ゲートの集積回路を使用したクレイ-1はベクトルプロセッサであった。これは、スカラーレジスタとベクトルレジスタが、計算速度を低下させる追加のメモリ参照なしに、すぐに使用できる中間結果を生成するチェーニングなど、多くの革新を導入した。 [10] [23]クレイX-MP （スティーブ・チェンによって設計）は、より優れたチェーニングサポートと複数のメモリパイプラインを備えた105MHz共有メモリ並列 ベクトルプロセッサとして1982年にリリースされた。X-MPの3つの浮動小数点パイプラインはすべて同時に動作できた。[23] 1983年までにクレイとコントロールデータはスーパーコンピュータのリーダーとなった。IBMはコンピュータ市場全体でリードしていたにもかかわらず、利益を生む競合製品を生み出すことができなかった。[24]
1985年に発売されたCray -2は、4プロセッサの液冷式コンピュータで、作動中に泡立つフロリナートのタンクに完全に浸されていました。 [10] 1.9ギガフロップスを達成し、世界最速のスーパーコンピュータとなり、ギガフロップスの壁を破った最初のコンピュータとなりました。[25] Cray-2はまったく新しい設計でした。チェーニングを使用せず、メモリのレイテンシが高かったものの、パイプラインを多用し、大量のメモリを必要とする問題に最適でした。[23]スーパーコンピュータの開発におけるソフトウェアのコストを過小評価すべきではありません。これは、1980年代にCrayでのソフトウェア開発のコストがハードウェアに費やされたコストと等しくなったという事実によって証明されています。[26]この傾向は、社内のCrayオペレーティングシステムからUnixベースのUNICOSへの移行の一因となりました。[26]
クレイY-MPもスティーブ・チェンが設計し、X-MPの改良版として1988年に発売された。167MHzのベクトルプロセッサを8基搭載し、プロセッサ当たり333メガフロップスのピーク性能を発揮した。[23] 1980年代後半、クレイはクレイ3でガリウムヒ素半導体を使用する実験を行ったが、成功しなかった。シーモア・クレイは1990年代初頭に超並列コンピュータの開発を開始したが、完成前の1996年に自動車事故で亡くなった。しかし、クレイ・リサーチはそのようなコンピュータを製造した。[22] [10]
大量処理：1990年代
1980 年代中盤から後半にかけてスーパーコンピューティングの限界を打ち立てたCray -2には、わずか 8 個のプロセッサしかありませんでした。1990 年代には、数千個のプロセッサを搭載したスーパーコンピュータが登場し始めました。1980 年代末のもう 1 つの進歩は、日本製のスーパーコンピュータの登場であり、その一部は Cray-1 をモデルにしていました。
戦略的コンピューティング・イニシアチブの前半では、 WARPシストリックアレイ、 Cosmic CubeハイパーキューブのようなメッセージパッシングMIMD、Connection MachineのようなSIMDなど、いくつかの超並列アーキテクチャが機能することが実証されました。1987年には、1992年までに1テラOPS（1秒あたり1兆回の演算）を達成することを目標としたTeraOPSコンピューティング技術プログラムが提案されました。これは、これまでに実証されたアーキテクチャのいずれかをスケールアップすることで達成可能と考えられていました。[27]
SX -3/44Rは1989年にNECから発表され、1年後には4プロセッサモデルで世界最速の称号を獲得した。[28]しかし、富士通のNumerical Wind Tunnelスーパーコンピュータは166個のベクトルプロセッサを使用して1994年にトップの座を獲得した。そのピーク速度はプロセッサあたり1.7ギガフロップスだった。[29] [30]日立SR2201は、高速3次元クロスバーネットワークを介して接続された2,048個のプロセッサを使用して、1996年に600ギガフロップスのピーク性能を達成した。[31] [32] [33]
同じ時期に、インテル パラゴンはさまざまな構成で 1,000 から 4,000 個のインテル i860プロセッサを搭載することができ、1993 年には世界最速のマシンにランクされました。パラゴンは、高速な 2 次元メッシュを介してプロセッサを接続し、プロセスが別々のノードで実行できるようにした MIMD マシンで、メッセージ パッシング インターフェイスを介して通信します。[34] 1995 年までに、クレイは3 次元トーラス相互接続を使用して、2,000 個を超えるプロセッサを搭載したCray T3Eなどの超並列システムも出荷しました。[35] [36]
パラゴンアーキテクチャはすぐに米国のインテルASCI Redスーパーコンピュータにつながり、 Advanced Simulation and Computing Initiativeの一環として20世紀末までトップのスーパーコンピュータの座を維持した。これもメッシュベースのMIMD超並列システムで、9,000台以上の計算ノードと12テラバイトを超えるディスクストレージを備えていたが、一般的なパーソナルコンピュータに搭載されている市販のPentium Proプロセッサを使用していた。ASCI Redは1996年にMP- Linpackベンチマークで1テラフロップスの壁を突破した最初のシステムであり、最終的には2テラフロップスに到達した。[37]
21世紀のペタスケールコンピューティング
21世紀の最初の10年間で大きな進歩がありました。スーパーコンピュータの効率は向上し続けましたが、劇的な向上ではありませんでした。 1991年にCray C90は500キロワットの電力を消費しましたが、2003年にはASCI Qは3,000kWの電力を消費しながら2,000倍の速度になり、ワットあたりの性能は300倍に向上しました。[38]
2004年、NECが海洋研究開発機構（JAMSTEC）に構築した地球シミュレータスーパーコンピュータは、それぞれ8つの独自のベクトルプロセッサを搭載した640のノードを使用して、35.9テラフロップスを達成しました。[39]
IBM Blue Geneスーパーコンピュータ アーキテクチャは、21 世紀初頭に広く使用され、TOP500リストのコンピュータのうち 27 台がこのアーキテクチャを採用しました。Blue Gene のアプローチは、プロセッサ速度を 犠牲にして消費電力を低く抑え、空冷温度でより多くのプロセッサを使用できるという点で、やや異なります。60,000 個以上のプロセッサを使用でき、ラックあたり 2048 個のプロセッサを搭載し、3 次元トーラス相互接続を介して接続します。[40] [41]
中国の進歩は急速で、2003年6月にTOP500リストで51位にランクインし、その後2003年11月に14位、2004年6月に10位、2005年には5位となり、2010年には2.5ペタフロップスの天河一号スーパーコンピュータでトップの座を獲得した。[42] [43]
2011年7月、 600台以上の筐体に6万台以上のSPARC64 VIIIfxプロセッサを搭載した、8.1ペタフロップスの日本の京コンピュータが世界最速となった。京コンピュータが地球シミュレータの60倍以上高速であること、そして地球シミュレータがトップの座を維持してから7年後に世界68位にランクされているという事実は、トップパフォーマンスの急速な向上とスーパーコンピューティング技術の世界的な成長の両方を実証している。[44] [45] [46] 2014年までに地球シミュレータはリストから外れ、2018年までに京コンピュータはトップ10から脱落した。2018年までに、サミットは200ペタフロップスで世界最強のスーパーコンピュータとなった。2020年、日本人は442PFLOPSの能力を持つ富岳スーパーコンピュータで再びトップの座を獲得した。最終的に、2022年から現在（2023年12月時点）まで、世界最速のスーパーコンピュータは、米国テネシー州のオークリッジリーダーシップコンピューティングファシリティ（OLCF）でホストされている、OLCF-5としても知られるヒューレットパッカードエンタープライズフロンティアになりました。フロンティアはCray EXをベースにした世界初のエクサスケールスーパーコンピュータで、 AMDのCPUとGPUのみを使用しています。Rmax 1.102エクサフロップスを達成しました。これは、1秒あたり1.102京回の演算に相当します。[ 47] [48] [49] [50] [51][アップデート]
過去のTOP500表
これは1993年以降にTOP500リストの上位に登場したコンピュータのリストです。[52]「ピーク速度」は「Rmax」評価として与えられます。
最大規模のスーパーコンピュータ500台の合計性能
最速のスーパーコンピュータ
500位のスーパーコンピュータ
輸出規制
ココムとその後のワッセナー協定は、高性能コンピュータ（HPC）の特定の国への輸出を法的に規制し、ライセンスと承認と記録保持を義務付け、または完全に禁止した。このような規制は正当化が難しくなり、規制が緩和された。これらの規制は正当化されなかったと主張する人もいる。[53] [54] [55] [56] [57] [58]
参照
- FLOPS – コンピュータのパフォーマンスの測定単位
- Green500 – エネルギー効率によるTOP500のスーパーコンピューターのランキング
- 1秒あたりの命令数 – コンピュータの処理速度の指標
- 準オポチュニスティック スーパーコンピューティング – スーパーコンピューティングの計算パラダイム
- スーパーコンピュータのアーキテクチャ
- 中国のスーパーコンピューティング
- ヨーロッパのスーパーコンピューティング
- インドにおけるスーパーコンピューティング
- 日本のスーパーコンピューティング
- パキスタンのスーパーコンピューティング
外部リンク
- コンピュータ歴史博物館のスーパーコンピュータ（1960 年代～ 1980 年代）
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