Nvidia、DGX Quantumプラットフォームの導入でハイブリッド量子を推進

Agam Shah　オリジナル記事

Nvidiaは、Grace Hopperと呼ばれるCPUとGPUを組み合わせた国産の製品を発表してから、遅々として進まなかったが、量子コンピュータのシミュレーションに新たな用途を見いだした。

Grace Hopperチップは、Quantum Machines社の量子ハードウェアとともに使用され、量子クラシカルコンピューティングを促進するために使用されている。

Nvidiaは、量子プロセッサとGPU上でシミュレートされた量子環境との間の仲介役を果たす、国産のArmベースCPUの良い使い方を見出しているのだ。

量子コンピュータはまだ開発中であるが、研究者やインフラプロバイダーは、量子コンピュータが従来のコンピューティング環境におけるアクセラレーターとなることを認識している。

考え方としては、量子ワークロードを分割して、適切なタスクだけが量子プロセッサに進むようにし、その運用はGPUで補うというものである。Nvidiaは、GPUで量子コンピューティング環境を構築できるソフトウェアツールを用意している。

NvidiaのDGX Quantumシステムは、Grace CPUとHopper GPUを搭載し、Quantum MachinesによってOPX+量子コントローラに接続されている。GPUは、エラー訂正、キャリブレーション、制御、ハイブリッドアルゴリズムを加速するための古典的なワークロードを実行していると、Nvidiaの広報担当者は述べている。

例えば、量子エラー訂正はGPUにオフロードされ、どちらかというと古典コンピューティングのワークロードとなる。

Nvidiaは、GPUで量子環境を模倣するCUDA Quantum（旧称QODA）と呼ばれるツールを作成した。OPX+量子コントローラは、研究者が処理に使用される量子ビットの種類を気にせずに済むようにする、よりインタプリタ的な存在となっている。

量子関連企業は独自の量子ビットを開発しており、それらは独自のソフトウェアツールキットやコンパイラを持っている。さまざまな技術やツールが、多様なハードウェアとソフトウェアの環境を作り出しているのである。

IBM、Google、Rigettiは超伝導量子ビットを、IntelとPsiQuantumはそれぞれ量子ドットとシリコンフォトニクスに焦点を当てて開発している。

Nvidiaは、量子制御システムはCUDA Quantumのオープンソースプログラミングモデルをベースにしているという。しかし、Nvidiaのソフトウェアは、自社製GPUのアクセラレーション用に設計されている。つまり、ユーザはこのハードウェアを購入するか、クラウドで探す必要があり、価格が高くなる可能性がある。

DGX Quantumシステムでは、量子ワークロードはすべてGrace CPUに送られ、Grace CPUはQuantum Machinesコントローラと連携して、量子システムとGPU間のタスク分配を促進する。出力はCPUに戻され、CPUは結果をユーザに提示する。

このシステムは、量子コンピュータのワークロードをより古典的なコンピューティング環境や代替回路に分割する現在進行中の研究に適合している。量子コンピュータは優先順位の低いワークロードを実行する必要がないため、より電力効率が高いと考えられている。

Dellは、従来のサーバーと、トラップ・イオン量子ビットを使用するIonQの量子コンピュータをリンクする環境で、量子回路切断と呼ばれる技術を使用する計画を立てている。IBMは、ワークロードをより小さな回路に分割する動的回路を用いた古典-量子環境の計画を立てている。

DGX Quantumに搭載されたGrace CPUは、ArmのNeoverse V2デザインに基づく合計144個のコアを搭載している。

Grace Hopperマルチチップモジュールは、CPUとHopper GPUをNVLink-C2Cコネクタで接続し、1テラバイト/秒の速度を持つ。メモリはLPDDR5Xを使用する。

Nvidiaは、Grace Hopper Superchipを搭載した複数のシステムとリファレンスデザインを発表しており、メタバース向けのOVXやAIやハイパフォーマンスコンピューティング向けのHGXなどがある。システムには、ネットワーク、ストレージ、データ処理用のBlueField-3ボードが含まれている。

DGX Quantumシステムは、PCIeスロットを介してOPX+量子コントローラに接続します。Grace Hopperシステムは、PCIe Gen5インターコネクトをサポートする。

サーバーメーカーのSupermicro、Asus、Lenovoは、今年の前半にGrace Hopperを搭載したサーバーをリリースすると述べている。しかし、Grace Hopperを搭載したサードパーティーのシステムはまだ発売されていない。これらのベンダーの現行システムは、H100 GPUをIntelまたはAMDのx86 CPUにリンクしている。

ヘッダー画像 NvidiaのDGX Quantumシステム