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NASA先端スーパーコンピューティング（NAS）部門は、カリフォルニア州マウンテンビューのシリコンバレー中心部、モフェットフィールドにあるNASAエイムズ研究センター内に位置しています。約40年にわたり、空気力学、宇宙探査、気象パターンや海流の研究、スペースシャトルや航空機の設計・開発といったNASAのミッションにおいて、主要なスーパーコンピューティング、モデリング、シミュレーションのリソースとして機能してきました。
この施設には現在、ペタスケールのスーパーコンピュータであるPleiades、Aitken、Electra 、およびテラスケールのスーパーコンピュータであるEndeavourが設置されています。これらのシステムは、Intelプロセッサを搭載したSGIおよびHPEアーキテクチャに基づいています。メインビルには、1エクサバイトを超えるデータ容量を持つディスクおよびアーカイブテープストレージシステム、ハイパーウォール可視化システム、および世界最大級のInfiniBandネットワークファブリックも設置されています。 [ 1 ] NAS部門はNASAの探査技術局の一部であり、NASAのハイエンドコンピューティング能力（HECC）プロジェクトを運営しています。[ 2 ]
1970年代半ば、エイムズ研究センターの航空宇宙エンジニアの一団は、費用と時間がかかる風洞試験から、当時市販されていたものよりも高性能なスーパーコンピュータ上で計算流体力学（CFD）モデルを用いたシミュレーションベースの設計・エンジニアリングへと、航空宇宙研究開発の手法を移行させる研究を開始した。この取り組みは後に数値空力シミュレーター（NAS）プロジェクトと名付けられ、最初のコンピュータは1984年にエイムズ研究センターの中央計算施設に設置された。
最先端のスーパーコンピューティング施設の起工式は1985年3月14日に行われ、CFD専門家、コンピュータ科学者、可視化専門家、ネットワークおよびストレージエンジニアが共同作業環境で同じ屋根の下に集える建物を建設することを目的としていました。1986年にNASは本格的なNASA部門に移行し、1987年にはNASのスタッフと機器、2台目のスーパーコンピュータであるNavierという名のCray-2を含む機器が、1987年3月9日に落成した新しい施設に移されました。[ 3 ]
1995年、NASは名称を数値航空宇宙シミュレーション部門に変更し、2001年には現在の名称に変更した。
NASはスーパーコンピューティングの世界における主要なイノベーターの1つであり、商用スーパーコンピューティングで広く使用されるようになった多くのツールとプロセスを開発してきました。これらの最初のもののいくつかには、次のものがあります。[ 4 ]
NASは、「システムサポート、監視システム、セキュリティ、科学的可視化のためのソフトウェアを含め、スーパーコンピュータ上で実行される作業を補完および強化する」ためにソフトウェアを開発および適応させており、多くの場合、NASAオープンソース協定（NOSA）を通じてこのソフトウェアをユーザーに提供しています。[ 6 ]
NASの重要なソフトウェア開発には、以下のようなものがあります。
1987年の建設以来、NASA先端スーパーコンピューティング施設は、世界で最も強力なスーパーコンピュータのいくつかを収容し、運用してきました。これらのコンピュータの多くは、より大規模に利用される可能性のある新しいアーキテクチャ、ハードウェア、またはネットワーク設定をテストするために構築されたテストベッドシステムを含んでいます。[ 3 ] [ 5 ]ピーク性能は、 1秒あたりの浮動小数点演算回数（FLOPS）で示されます。
1987年、NASは国防高等研究計画局（DARPA）およびカリフォルニア大学バークレー校と提携し、複数のディスクドライブコンポーネントを1つの論理ユニットに統合するストレージ技術の開発を目指すRAID（ Redundant Array of Inexpensive Disks ）プロジェクトに着手した。1992年に完了したRAIDプロジェクトは、今日使用されている分散データストレージ技術につながった。[ 3 ]
NAS施設は現在、4つの32プロセッサのフロントエンドシステムで構成される高可用性ソフトウェアを備えたSGI並列DMFクラスタ上にディスク大容量ストレージを収容しており、これらはスーパーコンピュータとアーカイブテープストレージシステムに接続されています。このシステムは、フロントエンドあたり192 GBのメモリ[ 31 ]と7.6ペタバイト（PB）のディスクキャッシュ[ 1 ]を備えています。ディスクに保存されたデータは、スーパーコンピュータで実行されている他のユーザープロジェクトのためにスペースを解放するために、施設内のテープアーカイブストレージシステムに定期的に移行されます。
1987年、NASは初のUNIXベースの階層型大容量ストレージシステムであるNAStoreを開発した。NAStoreには、それぞれ約1.1テラバイトのストレージ容量を持つ2台のStorageTek 4400カートリッジテープロボットが搭載されており、テープの取り出し時間を4分から15秒に短縮した。[ 3 ]
2008年にプレアデス・スーパーコンピュータが設置されたことで、NASが20年間使用してきたStorageTekシステムでは、ユーザー数の増加と各プロジェクトのデータセットのファイルサイズの増大に対応できなくなりました。[ 32 ] 2009年、NASはSpectra Logic T950ロボットテープシステムを導入し、施設の最大容量を16ペタバイトに増やし、ユーザーがスーパーコンピュータからデータをアーカイブできるようになりました。[ 33 ] 2019年3月現在、NAS施設はSpectra Logicテープライブラリの総アーカイブストレージ容量を35%圧縮で1,048ペタバイト（または1エクサバイト）に増やしました。[ 31 ] SGIのデータ移行施設（DMF）とOpenVaultは、NAS施設のディスクからテープへのデータ移行とテープからディスクへのデータ移行を管理します。
2019年3月現在、NASアーカイブストレージシステムには110ペタバイトを超える固有データが保存されている。[ 31 ]
1984年、NASは25台のSGI IRIS 1000グラフィック端末を購入しました。これはシリコンバレーに拠点を置く同社との長期にわたるパートナーシップの始まりであり、施設内のスーパーコンピュータで実行されたCFD結果の後処理と視覚化に大きな影響を与えました。[ 3 ]視覚化はスーパーコンピュータで実行されたシミュレーションデータの分析における重要なプロセスとなり、エンジニアや科学者が結果を空間的に、そして設計に作用するCFDの力をより深く理解できるような方法で表示できるようになりました。
2002年、NASの可視化専門家は、「ハイパーウォール」と呼ばれる可視化システムを開発しました。これは、科学者が複雑なデータセットを、大きくて動的な7×7のスクリーンアレイで表示できる49個のリンクされたLCDパネルで構成されていました。各スクリーンは独自の処理能力を備えており、それぞれがデータセットを表示、処理、共有できるため、1つの画像をすべてのスクリーンに表示したり、巨大なビジュアルスプレッドシートのようにデータを「セル」で表示するように構成したりできます。[ 34 ]
第2世代の「hyperwall-2」は、2008年にNASがColfax Internationalと提携して開発したもので、幅23フィート、高さ10フィートの8x16グリッドに配置された128個のLCDスクリーンで構成されています。2億5000万ピクセルをレンダリングすることができ、世界で最も高解像度の科学可視化システムとなっています。[ 35 ] 128個のノードがあり、それぞれに2つのクアッドコアAMD Opteron（Barcelona）プロセッサとNvidia GeForce 480 GTXグラフィックス処理ユニット（GPU）が搭載されており、システム全体で128テラフロップスの専用ピーク処理能力を備えています。これは、初代hyperwallの100倍の性能です。[ 36 ] hyperwall-2は、InfiniBandネットワークを介してPleiadesスーパーコンピュータのファイルシステムに直接接続されており、hyperwall-2のメモリにファイルをコピーすることなく、ファイルシステムから直接データを読み取ることができます。
2014年、ハイパーウォールは新しいハードウェアでアップグレードされました。256個のIntel Xeon「Ivy Bridge」プロセッサと128個のNVIDIA GeForce 780 Ti GPUが搭載されました。このアップグレードにより、システムのピーク処理能力は9テラフロップスから57テラフロップスに向上し、グラフィックメモリは400ギガバイト近くになりました。[ 37 ]
2020年、ハイパーウォールは新たなハードウェアでさらにアップグレードされました。256個のIntel Xeon Platinum 8268（Cascade Lake）プロセッサと128個のNVIDIA Quadro RTX 6000 GPU、合計3.1テラバイトのグラフィックスメモリが搭載されました。このアップグレードにより、システムのピーク処理能力は57テラフロップスから512テラフロップスに向上しました。[ 38 ]
NASで開発されたハイパーウォール技術の重要な特徴は、データの「同時可視化」を可能にすることです。これにより、科学者やエンジニアは、スーパーコンピュータ上で計算が実行されている間にデータを分析および解釈できます。これは、実行時の監視、制御、および終了のために計算の現在の状態を示すだけでなく、「I/Oとストレージスペースの要件が大幅に不要になるため、後処理と比較してより高い時間分解能の可視化が可能になり、そうでなければ見えないシミュレーションの特徴を示すことができます。」[ 39 ]
NASの可視化チームは、国立ハリケーンセンターの大西洋ハリケーンシーズンの予測を支援するため、2005年にコロンビア大学のスーパーコンピュータ上で実行される大規模並列予測モデルで使用するための、構成可能な並列パイプラインを開発しました。各予測の提出期限があったため、可視化プロセスがシミュレーションを著しく妨げたり、失敗させたりしないことが重要でした。