米国エネルギー省が推進するエクサスケール・コンピューティング・プロジェクトによって開発されたKokkosは、C++のためのライブラリで、ハードウェアに依存しない並行実行環境を提供する。現在、100以上のプロジェクトで導入され、世界最先端のスーパーコンピュータの多くで活用されている。この講演では、Kokkosが持つ機能やプログラミングモデル、アプリケーションの移植への貢献、さらには米国エネルギー省のエクサスケールコンピュータへ向けての開発及び利用状況について説明する。

ChatGPTに代表される生成AIはインターネットやスマートフォンのように社会全体のあり方を変える革新的な技術であり、Society5.0における研究開発、経済社会、安全保障などあらゆる側面の基盤技術となることが予想される。生成AIの学習には膨大なデータと計算資源が必要であり、その性能はデータ及び計算資源量の増加に伴い冪乗則に従って向上し続けることが経験的に示されている。OpenAIやGoogleなどの巨大IT企業はそのために世界最大級のスパコンを導入している。また、このような大規模分散学習にはHPCの先端技術が応用されている。本講演では生成AIに用いられるHPC技術について紹介する。

2021年の東京オリンピック・パラリンピック期間中、「富岳」の11580ノード（約7%）を専有利用し、30秒毎に更新するリアルタイム天気予報の実証実験に成功した。延べ1ヶ月の実験期間中、30分先までの予報結果を得るのに概ね3分以内の処理時間（time-to-solution）を達成し、合計75248回の予報を発表した。既存の1時間毎に更新するシステムに比べ120倍高頻度であり、他に類を見ないビッグデータ同化システムとして2013年より継続的に開発してきた。リアルタイムの計算速度を実現するため、単精度実数演算を活用し、並列I/Oに工夫を凝らしたほか、適切な実験パラメータ設定を見つけた。

格子を用いた流体シミュレーションはステンシル計算に基づいていて、均一格子であればGPUで計算することは比較的容易である。気液界面があったり移動境界があったりすると近傍に高解像度格子を動的に配置しなければならず、AMR法や動的負荷分散などが必要となる。そのGPU実装の方法と、それらを使った混相流および流体構造連成問題のアプリケーション例を示す。また、既存のCPUコードからGPUコードへの移植と、そのメインテナンスについても議論を行う。

【参考文献等】青木尊之: スーパーコンピュータの最新動向と混相流シミュレーション, 化学工学, 特集 2030年に向けた化学工学系流体シミュレーション, 第86巻 第3号, PP.112-115, (2022)

2022年8月頃から開始された、文科省次世代計算基盤に関する調査研究、いわゆる「ポスト富岳Feasibility Study」は2024年度末まで実施される。計４チーム中、理学研究所及び神戸大学をそれぞれ中心とする２チームが基本となるシステムの調査研究を進めている。システム提案はいずれもCPUだけでなく、京や富岳にはなかった演算加速装置を備えることを想定しており、世界の潮流である演算加速装置による高性能・低電力化に踏み切る見込みである。本講演ではこれまでの研究開発の流れと、今後、フラッグシップシステムのユーザとしてどういう心構えをしていくべきかについて、公開できる範囲での情報共有を行う。各チームは様々な企業とのNDAに基づいて詳細議論をしており、その部分については割愛する。