2023年、HPCを形作る5つのトレンド

Philip C. Roth　オリジナル記事

現代のHPCは、急速な成長、変化、進化を遂げている。市場全体は348億ドルに急成長し、今後も拡大が見込まれている。パンデミックの後遺症や学際的な研究の増加、技術的な進歩の増加など、私たちはHPCの新しいパラダイムに突入しているの だ。実際、IEEEコンピュータソサエティ（CS）は最近、他の技術の進歩の中でも「次世代コンピューティングコンポーネント、システム、プラットフォームの開発と展開のための新しいソフトウェアは、エネルギー効率と信頼性の高い方法でエッジとファーエッジに強い能力を持つコンピューティング連続体への移行を可能にするだろう」と予測 している。

しかし、これは2023年のHPCにとって何を意味するの だろうか？つまり、これらのシフトは、重要なテクノロジーの研究、開発、商業化を促進する5つの主要なトレンドに道を譲ったことになるのだ。

1.エクサスケールコンピューティング。我々は、エクサスケールの時代にしっかりと根付いている。実際、Hyperion Researchは、世界中で受け入れられているエクサスケールシステムの価値は、2027年までに100億ドルに達すると予測している。

イリノイ大学、国立スーパーコンピューティング応用センター（NCSA）のBlue WatersのディレクターでSC22会議の副議長で私の同僚であるビル・クレイマー氏は、「我々は今、複数の異なる場所でその処理量を用いて科学の影響を受けようとしています」と述べている。「我々は、これらの問題により多くの計算能力がもたらされ、はるかに複雑なアルゴリズムとデータの流れがあるため、大幅に増加した忠実度（例えば、グリッド解像度の増加、粒子数の増加、より複雑なエージェント動作）や時間ステップの拡張によって、大きな改善を見ることになるでしょう。」

2.AIやMLとHPC。以前から、コミュニティは人工知能（AI）や機械学習（ML）をHPCモデルに組み込むことで、境界を広げてきた。我々は、特定の環境においてこれらの統合がより一般的になっていることを目の当たりにしており、それが技術的な探求の新たな機会を与えている。

「私たちは、ハードウェアにおける技術の進歩を目の当たりにしています。より高性能なGPUを製造する技術企業や、特殊なAIコンピューターハードウェアを製造する企業があり、それを使用する新しい方法を見出しているのです」とローレンス・リバモア国立研究所のコンピューターサイエンティストで、SC23のファイナンスチェアを務めるジェイミー・ヴァン・ランドウィック氏は語る。「技術の進歩に伴い、人々は新しいソフトウェアを開発し、アナリティクスを受け入れてきました。そして今、ハードウェア技術とソフトウェアがより効果的に統合され、合理的な時間で実行できるようになっています。それは多くの可能性をもたらしています。」

3.量子コンピューティング。量子コンピューティングが理論的な概念からHPCへの応用へと進むにつれ、我々は真の発展を実現し始めている。まさに量子時代の幕開けだ。

今後5年間は、量子デバイスを従来のコンピューティング環境に取り込み、従来型のプログラムでありながら、量子リソースを加速器として呼び出すプログラムを作成し、その情報を従来の科学ワークフローに活用する、というような仕事が多くなると考えている。

4.ポータブルなパフォーマンスと生産性。効率とスケーラビリティのために、これらの分野が重視されるようになってきている。あるマシン向けに科学ソフトウェアを開発した場合、同じ実装を別のマシンに持っていき、移植に多大な労力をかけることなく、優れたパフォーマンスと精度を得られるようにしたいのだ。

ニューロモルフィック・プロセッサーや量子コンポーネントなど、従来とは異なるコンピューティング・デバイスをシステムに追加することを考えると、パフォーマンスの移植性が大きなポイントになるだろう。アプリケーション開発者はプログラマーではなく、物理学者や化学者かもしれないが、自分の科学に集中しながら、利用可能なあらゆるシステムでソフトウェアを実行し、優れたパフォーマンスと科学的に同等の結果を得ることができるようにしたいのだ。

5.領域横断的なコラボレーション。ポータブルな 性能と生産性が重視される中、領域横断的なコラボレーションが上昇し続けるのは理にかなっている。Covidの大流行は、かなり以前から浸透していた傾向を加速させただけだ。オークリッジ国立研究所の国立計算科学センター長であるジーナ・トゥラッシ氏がSC22で総括したように、このような集中的かつ協力的なアプローチをとることで、当初の目的をはるかに超える結果がもたらされたのだ。彼女は、エネルギー省とLeadership Computing Facilitiesの間の仕事と、国立がん研究所との戦略的パートナーシップを指摘した。

「このようなパートナーシップの意図しない結果として、私たちが開発し、展開してきたモデル、つまり、がんの臨床データに完全に合わせたAIモデルが、パンデミックの際に、全く異なるデータセットでAIモデルを活用し、有望な治療標的を見つける検索プロセスを加速させるという点で、すぐに役立つことがわかりました」と、トゥーラッシ氏は述べている。「このように、パートナーシップやコラボレーション、アイデアの掛け合わせは、とてもエキサイティングなことです。私たちは、何かを考えて始めることが多いのですが、それ以上のものになることもあるのです。」

2023年は、エクサスケール技術の民主化、量子探索の実現、新しい形の分析のためのAIとMLアルゴリズムの導入、ポータブルなパフォーマンスと生産性の調査、領域横断的なコラボレーションの強調など、HPCにさらなる進歩をもたらすことを約束している。また、産業界のパートナーは、アイデアの進化と新しい環境への応用を可能にするソリューションの開発を通じて、HPCをサポートし続けている。

しかし、これらの開発は、2023年のHPCの真の可能性の表面をかすめるに過ぎない。コンピュータサイエンスとエンジニアリングの分野では、今がとてもエキサイティングな時期だと、私たちすべての人の気持ちを代弁しているつもりである。そして、私たちのコミュニティがそのようなシフトを推進し、2023年に私たちが直面するチャンスに畏敬の念を抱くことを、私は楽しみにしている。

フィリップ・C・ロスはSC23の副議長であり、オークリッジ国立研究所の国立計算科学センターのグループリーダーである。2023年のHPCに関する詳細については、IEEE CSにお問い合わせいただくか、computer.orgをご覧ください。