カタールのHPC

Gary M. Johnson

すべての国が多くのコンピューティング能力を有しているが、HPCでの熱心な利用者は比較的少ないとされている。これまで中東において、Top500リスト上にマシンを連ねた唯一の国は、サウジアラビアである。直ぐ隣にあるカタールは、簡単にかなりのHPCパワーとなることができる非常に裕福で明瞭な国である。なぜカタールは、HPCで活動し、どのように重要なプレーヤーとなれるのだろうか？

カタールの首都ドーハの1980年から2013年までの比較写真によって証明されるように石油と天然ガスの収益は、主に真珠養殖で有名な貧しい英国保護領から、世界で最も一人当たり所得の高い国に、カタール自身が変身することを可能にしている。

事業評価では、カタールの2012年の国内総生産(GDP)は、$1910億あり、1人当たりのGDPは $103,900である。その世帯の約36％は、その所得分配の最も高い10%のシェアがある。カタールの2012年の人口は約180万人で、その労働力は約 140万人である。総人口の約30万人だけがカタール市民である。急速な経済発展を可能にするため、カタールは建設労働者から研究者、学者および管理職の全てのレベルで世界中から国外在住労働者の大きな賛辞のもとその国内労働力を補完している。

人材の獲得

Thomas Zacharia

カタールで現在働く多くの専門家の中で、2名が特にHPCに関係している – Thomas ZachariaとMohammad (Moe) Khaleelである。およそ1年前、オークリッジ国立研究所の25年にわたる仕事の後、Thomas Zachariaは、カタール財団(QF)の研究開発担当副社長になるために研究所を辞めた。以前、ORNLの科学技術担当副所長のZacharia博士は、研究所にリーダーシップコンピューティング施設を導入し、国立計算科学研究センターの設立とTop500リストの上位にあるORNLのJaguarスーパーコンピューターを設置したことで最も有名だった。

およそ6ヶ月前、Moe Khaleelは、太平洋北西国立研究所の20年以上に従事した後、カタールエネルギー環境研究所(QEERI)のためのQF研究開発上席ディレクターになって、カタール国立コンピューティング研究基盤センター(NCRI)センターのエグゼクティブ ディレクターを勤めるために研究所を辞めた。

Mohammad (Moe) Khalee

PNNLの間、Khaleel博士は、研究所の計算科学と数学部門を率いており、そしてワシントン大学で高度コンピューティング北西研究所の共同ディレクターをしていた。彼のリーダーシップの下でPNNLは、HPC、計算科学研究とExascaleコンピューティング研究で強い国家的評判を得た。

HPCと計算科学アプリケーションのR&DにおけるZacharia博士とKhalee博士のプロとしての豊富な経験を考えると、HPCへ参入し、計算科学アプリケーションのR&Dを行うことは、カタール財団の研究開発プログラムがこれらの分野にそのリソースの多くを集中させようとすることに期待するために合理的と思われる。この期待は、NCRIにとって恒久的なエグゼクティブディレクター探しという最近の発表によって確固たるものとなっている。

カタールのR&Dの優先順位

カタール国家ビジョン2030のドキュメントに記載；

カタールは岐路に立っている。国の豊かな富は、以前は考えもしなかったチャンスと素晴らしい挑戦の両方を作り出す。今、カタールにとってそのリーダーシップの見解とその人々の願望とを両立させることは、最高の開発工程を選択するために不可欠である。

カタール国家研究戦略のビジョンステートメントは：

カタールは、研究開発の優秀さと革新の中心になります。

その国家研究戦略の実施において、カタールは多くの横断的研究の優先順位の数を選択している。これらの内、少なくとも4つはHPCの観点から注目に値する：

エネルギー安全保障;
水の安全保障;
サイバー セキュリティ;そして
生物医学研究。

カタールは豊富な石油と天然ガスの供給をする一方、その焦点は再生可能なエネルギー源(主に太陽光)へ自身のエネルギー経済を移行している。カタールは、実質的にすべての国内の新鮮な水のニーズを満たすため、それを提供ため海水の淡水化に依存している。したがって、エネルギーコストで高いスループットを提供する新しい水の浄化技術はきわめて重要である。カタールは、世界で最も結び付きのある国の一つである。文化的、経済的、政治的、社会的、科学的、そして金融的に国は、高度に自動化された基盤や通信ネットワークのため、世界的に傑出して上昇している。カタールは、コンピューティングおよびネットワー キングの技術に依存しておることにより、世界で最も顕著なサイバーセキュリティ攻撃の標的の一つとなっている。なので、サイバー セキュリティも優先度が高い。カタールにおける生物医学研究は、ゲノム創薬、生体医用工学、幹細胞、主に糖尿病に注視した遺伝子療法、癌および神経学的疾患に関して集中させている。加えて、カタール財団医療イニシアティブには、Sidra 医療研究センター、患者のケアの新しい基準を設定しようとしている超現代的で、全デジタル化された学術医療センター、が含まれる。

エネルギーの確保;
水の確保;
サイバーセキュリティ; そして
生物医学研究.

カタールの基盤の多くは非常に新しいために、ドーハは急速に成長しているので、人はスマートシティの発展のための場として考えることができる。それはドーハを都市研究のための興味深い場所にする — そして、多様性への追加的なデータ集約型コンピューティング研究領域を提供する。Zacharia博士は、この夏のビッグデータに関する国際スーパーコンピューティング会議でシンクタンクのパネルディスカッションの間、このテーマについて詳しく述べた。

他の場所で同様の課題に対処するための活動の我々の理解に基づき、これらの問題についての深刻な攻撃が非常に重要なコンピューティング機能を要求すると言っても問題ないだろう。

HPC予算の予測

よって、カタールは国民金融資源を有し、核となるリーダーシップおよびR&Dの優先度が世界的なHPCにおける重要なプレーヤーになることを正当化する。カタールがなることができるのはどのくらい重要だろうか？・・・そしてコストはどうか？

カタール財団のR&D企業は、米国エネルギー省(DOE)の科学部と同程度の規模と想定した場合、その規模は、年当たり約$50億となる。科学部は、大体年間$2億1000万、または予算の4%を費やして、3つの大規模なコンピューティング活動を支援している。このコレクションは生産施設で構成され、約$6500万/年で2つの「リーダーシップ」施設を持つNERSC、約$6000万/年のANL施設 (ALCF)、そして約$8500万/年のORNL施設(OLCF)がある。OLCFは、現在Top500リストのNo.2マシン、Titanを収容している。

上記の数値は、定期的なコストを表す。取得コストをみた場合、現在Top500リストのNo.1にあり、Titanのおよそ2倍高速な天河2号を考慮する必要がある。報道によると、天河2号の取得原価は$3億9000万である。

ハイエンドマシンのための予算を跳ね上げるもうひとつの方法は、その開発コストを見ることだろう。米下院の公聴会は、今年初めにDOEのアルゴンヌ国立研究所のRick Stevens博士から2020年までにExascaleシステムの分野に必要な投資は約$4億/年(この公聴会のYouTubeビデオの中の約62分あたりに関連する議論を見つけることができる)になると報告した。

よって、このすべてを考えると、多少の概算をすることができる。QFのR&DがTitan規模のマシンを設置した場合、おそらくそのコストは約$8000万/年、もしくが想定された$50億予算の約1.6%になるだろう。倍の速さ(すなわち天河2号規模)と想定すると2倍のコストになる。それは、3.2％、もしくは$1億6000万/年をもたらすだろう。

Exascaleシステムの開発は、全く別の問題である。しかし、$4億/年予測の節約のための幾つかの選択肢があると想定する。おそらく$3億/年で十分だろう。これらのシナリオは、$50億予算想定の8％、または6％コストである。また、次世代マシンの開発が、現在または直近の将来の要件を満たしていない場合、それらのニーズをカバーするために1.6～3.2%の追加を含める必要がある。

要約すると、素晴らしい実用的なスーパー コンピューティング施設を必要とするなら、約$6000万/年で運用できるかも知れない。それを以上を目指すなら、高くとも$4～6億/年の範囲で出来る。

コミットメント

我々は、あらゆる国について幾つかの相当大きな予算額を議論してきた。そして、カタールは、小さな(しかし、繁栄している)なものの1つである。その研究の優先度のコンピューティングニーズを考えると、カタールがHPCの主要なプレーヤーであることをコミットできるだろうか？

最近の記事でZacharia博士は、「野心的な」が「達成可能」なこととしてカタールのR&D目標の彼の見解を要約して述べ、そして言うようになった：

カタールで起きていることは、最近では前例がない。多くの点でそれは、NASAが設立中に米国内で大きな国立研究所が設立された時を思い起こさせる。我々は、この知識ベース経済を構築するチャンスと責任がある。

その記事はまた、QFのR&Dが支援しようとする今後5年間の多くの概要的期待を示す：

• 新しい20万平方メートルのR&Dの複合体;
• QFのR&Dでの2,000名の新たな研究者;
• 8,000名の民間研究者;と
• 1,000名の博士課程卒業生。

世界的に、R&Dとスーパー コンピューティング支出の関係をGDPの比率として広く扱われる。世界銀行、CIAの世界実勢調査書と欧州委員会のためのIDCの研究結果からの統計に基づくと、幾つかの関連性の高い比較を行うことができる。

国・リージョン	R&D支出 GDPに対する%	スーパーコンピューティング支出 GDPに対する%
アメリカ	2.9%	0.0089%
ヨーロッパ	1.8%	0.0049%
日本	3.4%	0.0055%
中国	1.7%	0.0014%
韓国	3.7%	0.0083%
シンガポール	2.4%	0.0100%
カタール	2.8%	?

 

カタールのために引用した 2.8%のGDP数値は、2012年8月に書かれたKnoxville News Sentinelの記事から来ている。もし正しいとするならば、それは米国やシンガポールと同様なR&D支出の範囲で、欧州もしくは中国より上であるが、日本や韓国よりは低い。もし、カタールがスーパーコンピューティングにGDPの0.01%を費やした場合(すなわち、米国やシンガポールの範囲)、これは概ね$2000万/年を用意することになる。それは極めて見込みのあるHPCプレーヤーとするのには十分だろう。トップランクへ移るには、カタールはおそらくGDPの約0.030～0.045%を費やす必要がある。

カタールは、HPCに大きなコミットメントをすることができるのか？　これまでのところ、彼らは真珠養殖や漁業をベースとした貧しい経済から、世界の最も高い一人当たり所得を産み出す国へと変身している。カタールの衛星テレビ局アルジャジーラは、アラブ世界だけではなく世界的に最も重要な放送局のひとつとなった。カタールは、地域や世界の舞台でかなり活動的であり、中東やアフリカにおける紛争の仲裁を行っている。カタールは、世界最大のスポーツイベントの2022年ワールドカップを主催する投票に勝利した。カタールは、ドーハの開発とその基盤の拡充を急速に行っている。事実、カタールはドーハの基盤開発に今後10年間に約$1000億を費やすと予想される。多くの建物が建設中であり、新しい高速道路の追加、新空港の建設、地下鉄システムの建設を含めて、交通ネットワークの巨大な拡張が行われている。カタールが何やっている事についてのビジュアルでの象徴として、これらのビデオで見てみる：ドーハ湾横断とLusail高速道路.

最も重要なことは、観光に焦点を当てよりもむしろ一部の他の中東諸国が行っているように、カタールは知識経済の開発に資源を集中することを選択している。HPCは、このような経済の不可欠な一部である必要がある。

カタールは、「その重量以上のパンチ」で知られている。HPCで、その重量以上のパンチすることを選択するかどうかは時間が教えてくれる。