世界のスーパーコンピュータとそれを動かす人々


5月 9, 2022

国産HPC:その意味するところ、なぜ今なのか

HPCwire Japan

Tiffany Trader

スーパーコンピューティングは、国家の繁栄と安全保障にとって不可欠な資産となっている。このタイムリーなQ&Aでは、Hyperion ResearchのシニアアドバイザーであるSteve Conwayが、世界中でいわゆる国産あるいは主権的なHPCプログラムの台頭を調査している。彼は、米国を含む最も活発な地域の取り組みを検証しており、米国は現在、他の国や同盟国によってスーパーコンピューティングのリーダーシップが脅かされていることに気づいている。ロシア・ウクライナ戦争がグローバリゼーションの終焉を予感させる中、国内の先端コンピューティングの世界的な状況は、これほどまでに重要な意味を持つことはなかったと言える。


HPCwire: HPC の主権を追求するために、国産の HPC 技術を開発する取り組みが世界的に活発化しています。その理由は何でしょうか。

Steve Conway: 各国政府は、先端研究における HPC の重要性を長い間認識してきましたが、今日では、HPC が経済的な競争力にとって重要であるとも考えています。これは大きな変化です。中国、ヨーロッパ、日本などは、科学技術だけでなく、経済的にもHPCのリーダーシップが必須であると考え、独自のHPC技術イニシアチブを推進しています。中国とヨーロッパは、国家間の政治的関係が不確実であるため、この重要な技術を米国やその他の外国に大きく依存したままにはしたくないと考えています。自国の技術やサプライチェーンを育成することで、HPC の主権を獲得したいと考えているのです。日本は数十年にわたりHPC技術のリーダーであったため、日本の状況は異なっています。

HPCwire: 主な取り組みと、それぞれの背景を要約していただけますか。

Conway: これらのイニシアチブを正当に評価することはできませんが、やってみましょう。中国、ヨーロッパ、日本での取り組みには、いくつかの共通要素があり、特に、国内のHPCシステムベンダーによる幅広い販売をサポートできる業界標準の技術に基づく、国産プロセッサの開発に中心的な役割が割り当てられていることがわかります。つまり、世界的なエクサスケール競争は、プロセッサの競争でもあるのです。

HPCwire: まずは中国から、1つずつ取り組みを紹介しましょう。

Conway: 中国は、国産プロセッサを搭載した最先端のスーパーコンピュータの設計と導入で大きな進歩を遂げました。中国は、世界初のエクサスケールスーパーコンピュータを導入しているかもしれませんが、Top500への掲載はまだ報告されていません。しかし、中国の半導体工場は世界のリーダーから一世代以上遅れており、2025年までに半導体の自給率70%を目指す「Made in China 2025計画」は大幅に遅れているようです。米国政府が外国製半導体の輸入を制限していることが、中国が国産開発を加速させる動機となっていますが、中国がHPCや他の市場で半導体自給率を達成するには、しばらく時間がかかると思われます。

HPCwire: ヨーロッパはどうでしょうか。

Conway: ヨーロッパもエクサスケール時代のHPC技術の生産と消費におけるグローバルリーダーの1つとなるべく、大きく前進しています。ヨーロッパは、グローバルリーダーの仲間入りをすることを約束します。特に印象的なのは、「EuroHPC Joint Undertaking」を通じて、この目標を達成するために20数カ国を組織化し、すでに8台ほどのプレエクサスケールのスパコンを導入していることです。また、ETP4HPC や European Processor Initiative などの取り組みにより、固有技術の発展が図られています。欧州は、参加国の科学研究者や産業研究者を対象とした Center of Excellence や SMB イニシアチブを通じて、エクサスケール技術の民主化におけるグローバルリーダーとなる態勢を整えています。欧州は、HPC の主権を単独ですべてを行うこととは考えておらず、状況に応じて欧州以外の HPC サプライヤーとの協業を継続すると思われます。プロセッサー主権にはしばらく時間がかかると思われますが、順調に進んでいます。

HPCwire: 最後に日本です。

Conway:日本の固有技術イニシアティブは異なっています。それ以前の「ホットボックス」と呼ばれる独自のベクトル型スーパーコンピュータの時代には、日本と米国が世界的なリーダーシップを競い合っていました。しかし、日本はx86プロセッサをはじめとする業界標準のクラスタアーキテクチャへの移行が遅れていました。そのため、日本のシステムベンダーは国内以外の市場から大きく撤退することになった。その後、日本政府は、2002年から2004年にかけてTop500で1位となったNECの地球シミュレータや、2011年と2012年に1位となった富士通のスーパーコンピュータ「京」など、約10年に一度、上位のスーパーコンピュータを開発するために多額の資金を提供するパターンを続けています。富士通の「富岳」は2020年6月以降、ランキングのトップに立っており、より高いポテンシャルを持つマイクロプロセッサー技術(今回はArm64)への大きなシフトを反映して、日本国外での大きな普及を支える可能性があります。すでに米国と欧州の複数の政府機関が富岳システムを研究しており、理研は国際的な研究チームにナンバーワンのスパコンを提供することで、日本以外のユーザーコミュニティを拡大しつつあります。

HPCwire: ロシアは、ネイティブなHPCエコシステムを開発していた国の1つです。ロシアのウクライナ侵攻は、国産HPCプロジェクトにどのような影響を与えるのでしょうか?そこではどのようなことを考慮しているのでしょうか。

Conway: ロシア政府はスーパーコンピューティングの重要性を認識していますが、世界レベルのエクサスケールプログラムや国家的なHPC技術イニシアチブに十分な資金を提供できていません。ロシアは2021年11月のTop500のトップ50に4つのシステムを入れており、そのすべてがAMDとNvidiaのプロセッサを使用しています。AMDとNvidiaはIntel、TSMC、Global Foundriesとともに、ウクライナ侵略後の米国の制限に準拠してロシアへの輸出を停止しています。ロシアが侵攻後、国際的な金融メッセージングサービスであるSWIFTから切り離されたことも、特にロシア国外での販売には問題です。ロシアのHPCベンダーは、一時的に古いプロセス技術に戻す必要があるかもしれませんが、すぐに解決できる方法はないようです。

HPCwire: これらの取り組みの中には、米国のサプライチェーンに依存したくないという願望や必要性が動機となっているものもあります。米国では、たとえ明確な枠組みがなくても、「固有の」HPC の取り組みが行われているのでしょうか。また、米国が自国の利益を守るためにどのような取り組みを行っているか、教えてください。

Conway: 事実上、米国は1960年代から、防衛やその他の政府部門、そして最近では米国経済におけるHPCの重要性に対する認識の高まりから、継続的に固有のHPC技術イニシアティブを持っています。2021年CHIPS for America Actは、特に2020年の米国半導体供給の88%が国外で製造されたことを踏まえ、半導体サプライチェーンを確保することを目的としています。この目標に関連して、TSMCとサムスンは欧州だけでなく、米国でもファブを建設しています。インテルは外部顧客向けにファブするようになり、ドイツのマグデブルクに大規模なファブ施設を計画して、ヨーロッパでの足跡を増やしています。これらのことは、米国政府が、世界のHPCとメインストリームIT市場の競争が激化していることを認識していることを物語っています。

HPCwire: HPC の主権という目標は、どの程度現実的なのでしょうか?どの国にも外部サプライチェーンへの依存があるのではないでしょうか?特にファウンドリについてはどうでしょうか?

Conway: 現在、そして当分の間は、どの国も世界地域も、完全に独立したHPCサプライチェーンを持つことは期待できません。一般に、半導体の国産化はHPCの主権の礎と考えられていますが、主要なプロセッサ開発イニシアティブはすべて、台湾や韓国の製造、中国のリチウム、オランダの先端リソグラフィー装置など、一部の重要な供給や能力を非国産ソースに依存しています。したがって、目標はサプライチェーンの安全性であり、国内および非国内の供給源からなるサプライチェーンが可能な限り中断されないことを保証することです。

HPCwire: HPC コミュニティは、以前にこのようなものを経験したことがありますか?古代ローマ人は、”太陽の下に新しいものはない “と言いました。

Conway: そうです、世界は以前に経験したことがあるのです。初期のコンピュータ時代には、アメリカの協調的な取り組みが、イギリスの世界的なリードを追い越しました。1980年代からは、日本の取り組みがアメリカのHPCの地位に挑戦しています。1990 年代初頭、インドは現在も続く Param スーパーコンピュータ構想を開始し、中国の HPC における急成長は、政府の後押しによるものです。

HPCwire: 独自のHPC 技術に関するイニシアチブは、これまでどのような成功を収めてきたのでしょうか?それらは順調に進んでいるのでしょうか。

Conway: HPC のリーダーシップには何年もの継続的な投資が必要であり、終わりのない努力です。中国のベンダーは、素晴らしいリーダークラスのスーパーコンピュータを生産していますが、中国の HPC およびその他の IT 市場における外国製半導体を置き換える取り組みは、先ほど述べたように予定より遅れています。ヨーロッパは、特に EuroHPC Joint Undertaking を通じて、非常に目覚しい進歩を遂げ、エクサスケール時代のグローバルリーダーの 1 つとなるべく位置づけを確立しています。新しい半導体設備に莫大な費用がかかることを考えると、欧州は賢明にも、欧州以外のチップメーカーとの協力関係を継続しながら、独自の半導体イノベーションを強化しているのです。日本は長い間 HPC のリーダーであり、世界的な販売と研究協力の拡大に必要な重要なステップを踏んでいます。米国は、CHIPS 法などの政府の取り組みや、欧州やその他の地域に研究開発施設を設立することによって、グローバルな競争の激化に対応しています。

HPCwire: これらの取り組みがまだ直面している課題には、どのようなものがありますか。

Conway: いくつか挙げましたが、欧州やアジア太平洋地域に拠点を置く一部のHPCベンダーが直面している最大の課題は、グローバルなHPC市場の経験をより多く積むことです。グローバルで競争するためには、できるだけ多くのグローバル市場にアクセスする必要があります。なぜなら、グローバルな収益は必要なスケールを提供し、顧客の文化や要件は場所によって大きく異なる可能性があるからです。これらの多様な要件を製品に組み込む必要があります。そのため、これまで HPC 製品を国内でのみ、あるいは主に国内で販売してきたベンダーは、一時的に不利な立場に立たされることになります。これに関連して、特にヨーロッパの HPC ベンダーにとっては、米国、中国、日本では障壁が高いため、保護障壁という課題があります。このようないわゆる市場の非対称性に対処することは、政府間の問題なのです。

HPCwire: これらのイニシアチブは、グローバルな HPC 市場、特に競争と協調に関して、どのように展開されるとお考えでしょうか。

Conway: 少なくとも今後数年間は、移行期となることが予想されます。そこでは、世界のどこからでも最も高性能なスーパーコンピュータに継続的にアクセスしたいという研究者のニーズと、調達において国内サプライヤーを優遇することを意味する、国産サプライチェーンの強化という目標とのバランスがますます重要になってきます。この移行期には、開発中の国産技術や製品の中には、世界最高水準に対抗できるものがないかもしれないので、必要に応じて国内と海外の要素を組み合わせたソリューションが期待されます。なお、非国産ベンダーの中には、特にプロセッサー分野で、政府調達の際に国産ベンダーとして認定されるよう、現地施設に多額の投資を行っているところもあります。

HPCwire: 経済規模が小さい国は、どのように競争すればよいのでしょうか。

Conway: 国防など特定の分野では各国が競い合い、足並みを揃えていますが、HPCの主要機能である研究に関しては、HPCコミュニティはますますグローバルになっています。HPCの主な貢献は、悪天候の予測、より安全な自動車、より良いエネルギー探査など、人類全体に利益をもたらしています。ですから、より重要な課題は、あらゆる規模の国の研究者がHPCリソースにアクセスできるようにすることです。EuroCCプログラムでは、参加するヨーロッパ33カ国にHPCコンピテンスセンターを設立し、日本の理化学研究所も、あらゆる規模の他の国の研究者のためにアクセスを広げていく予定です。このように HPC の利用が拡大すれば、やがて科学と国内経済の両方に利益をもたらすことになるでしょう。

HPCwire: 最後に、これらの固有技術のイニシアチブをどのようにお考えですか。

Conway: 最終的には、グローバルな HPC 市場における競争とイノベーションを促進し、買い手とユーザの選択肢を増やすことになるでしょう。政府によっては、研究者のニーズと国産サプライチェーンの強化という目標とのバランスをとることを学ぶため、一時的な混乱が生じるかもしれません。理想的な世界では、HPC の競争は自由で公平、かつグローバルで、保護障壁は必要ありませんが、現実の世界は政治的に分断されています。自国の HPC 技術イニシアチブは、グローバルな研究協力を制限するのではなく、むしろ促進することを目的としていることは心強いことです。