韓国の科学技術の発展と共にあった国家スーパーコンピュータの歴史

[韓国科学技術情報研究院 科学の香り]韓国の科学技術の発展と共にあった国家スーパーコンピュータの歴史

人工知能(AI)とビッグデータ時代に入り、スーパーコンピュータは国家競争力の中核要素に位置づけられている。科学技術の研究、産業分野での活用、社会問題の解決など、様々な分野でスーパーコンピュータの需要が増え、その重要性はますます高まっている。

韓国はスーパーコンピュータの分野でどのような歴史を作り、現在、どのような位置に立っているのだろうか？

◇1988年の1号機導入から5号機ヌリオンまで

国家スーパーコンピュータの歴史は、ソウル五輪が開催された1988年までさかのぼる。当時、韓国科学技術院(KAIST)傘下のシステム工学センター（後にSERIに拡大）が導入した「Cray-2S」が韓国初のスーパーコンピュータだった。

CPU4つ、メモリ1ギガバイト(GB)で構成されたCray-2Sの性能は2ギガフロプス(GFlops)で、今日のスマートフォンより劣る性能だったが、当時は韓国にあったどのコンピューターよりも性能が良かった。また、Cray-2Sの価格は約2,600万ドル（現レートで約39億円）と、当時の物価水準でも破格の価格だった。

韓国初のスーパーコンピュータは、金浦空港からソウルのホンルンにあったKISTまで、国賓級の警備を受けながら運ばれるほど貴重な扱いを受けた。

Cray-2Sは多方面で幅広く活用され、特に国産車の設計と製作に大きく貢献した。起亜（キア）、大宇（テウ）、双竜（サンヨン）など、当時の自動車企業はスーパーコンピュータ1号機を活用して車両衝突、エンジンやタイヤの設計などのシミュレーションを行い、そのおかげで開発期間とコストを大幅に削減することができた。スーパーコンピュータ1号機が韓国を自動車大国にするのに大きな役割を果たしたのだ。

それだけではない。スーパーコンピュータの導入のおかげで、韓国は科学的な天気予報ができる土台を固めた。気象学者は気象データをもとに数値予報モデルを作り、天気予報を行う。数値予測モデルは、非常に複雑な力学・物理方程式を計算する必要があり、時間がかなりかかる。

しかし、スーパーコンピュータのおかげで、30時間かかっていた作業が1時間でできるようになった。また、1989年9月の台風「ベリー」と1991年9月の台風「ミーアリアル」の進路を正確に予測し、人的・物的被害を大幅に減らし、天気予報の精度を大幅に向上させることができた。

その後、2001年、韓国科学技術情報研究院(KISTI)が発足し、スーパーコンピュータの導入と活用が本格化した。KISTIは国家レベルでスーパーコンピュータの導入と運営を決定し、スーパーコンピューティングの資源を保有し、関連インフラを支援し始めた。

2001年～2003年にはスーパーコンピュータ3号機として「ノーベル(IBM p690)」とNEC SX-5/6を、2007年から2009年には4号機である「タキオン(SUN Blade6048、6275)」と「ガイア(IBM p595、p6H)」を導入した。韓国のスーパーコンピュータは着実に成長と発展を重ね、宇宙探査、核融合、タンパク質構造分析などの巨大研究はもちろん、金融やコンピュータグラフィックスなど、様々な応用分野に活用され、重要な役割を果たしてきた。

国家スーパーコンピュータ5号機ヌリオン。2018年に導入されたヌリオンは25.7ペタフロップスの性能を備えている。 ⓒKISTI

現在、韓国は保有台数では世界7位、性能では世界9位のスーパーコンピュータ大国だ。（2023年11月現在）NAVER（ネイバー）、サムスンなどの大企業が高性能のスーパーコンピュータを保有しており、気象庁も独自にスーパーコンピュータを導入して使用している。

国家レベルのスーパーコンピュータとしては、2018年に導入された5号機「ヌリオン(Cray CS500)」が使用されている。ヌリオンの性能は25.7ペタフロップス(PFlops)で、これは70億人が420年間で計算する量を1時間で処理できる速度だ。導入当時、世界第11位のスーパーコンピュータにランクインするほどの高い性能を示した。

◇ヌリオンで知るスーパーコンピュータの構造

ヌリオンのインフォグラフィック。ⓒKISTI

では、スーパーコンピュータは一般的なコンピュータとどう違うのだろうか？ヌリオンを通じて、スーパーコンピュータの構造を見てみよう。スーパーコンピュータは「ノード」という基本単位で構成されている。それぞれのノードは、CPU、メモリ、記憶装置などを含んでおり、それ自体が一つの独立したコンピュータと言える。

ヌリオンはこのようなノードが計8437個もある。（8305個のマニコアCPUノード、132個の汎用CPUノードで構成）並列プログラミングにより、各ノードは同時にタスクを実行する。

スーパーコンピュータはオペレーティングシステム(OS)も私たちが使っているコンピュータとは異なる。スーパーコンピュータのオペレーティングシステムとしては通常、リヌクスを使う。WindowsやmacOSのようなユーザーにやさしいインターフェースではなく、コマンドを入力して使用するシステムだ。

そして、各ノードは「インターコネクト」と呼ばれる高速ネットワークで接続される。インターコネクトは、データ、コマンド、結果などを迅速に転送し、スーパーコンピュータ全体の通信を担当する役割を果たすため、スーパーコンピュータの全体的な性能に大きな影響を与える要素と言える。

ヌリオンは100Gbps速度のインターコネクトシステムを備えている。また、スーパーコンピュータは大規模なデータを処理するため、ストレージ容量も大きくなければならない。ヌリオンは33.88ペタバイト(PB)の記憶容量を持ち、これはHD解像度の映画を675万本保存できる量だ。

スーパーコンピュータでノードと同じくらい重要なのが冷却装置だ。スーパーコンピュータは膨大な量のCPUを使用しているため、発熱量も非常に多い。そのため、スーパーコンピュータが安定的に動作するためには冷却が必須だ。水や液体を使って冷やしたり、クーラーを使って空気で冷やすなど、さまざまな冷却方法があるが、ヌリオンは水を使った水冷方式を使用している。

◇AI、ビッグデータ時代のための第6号機導入の必要性

2018年から現在に至るまで、ヌリオンは科学技術研究、産業分野だけでなく、社会問題の解決にも大きな役割を果たし、国家競争力を最大化する中核的なツールとして貢献している。ただ、スーパーコンピュータは年々、発展の速度が速いため、ヌリオンも導入当時と比較すると、性能ランキングで大きく遅れを取っている。

海外では、スーパーコンピュータの発展速度と運用効率を考慮し、4～5年周期で交換しているが、ヌリオンはすでに6年経過している。しかも、あまりにも多くの研究機関や企業などが使用しているため、システム容量の70～80%以上を使用中で、すでに過負荷状態だ。

バイオ、天体物理などの分野で巨大な課題が多くなり、スーパーコンピュータの需要は一層増えており、特に最近急成長している人工知能(AI)分野の需要に対応するには到底足りない状況だ。このため、KISTIは2023年から6号機の導入を準備している。世界10位の性能のスーパーコンピュータを構築することを目指している。

スーパーコンピュータは、発展速度と運用効率を考慮し、4～5年周期で交換される。現在、KISTIは世界10位の性能を持つ6号機の導入を準備している。ⓒshutterstock

1988年に1号機を導入してから35年以上の間、韓国は絶え間ない努力によってスーパーコンピュータの性能を大幅に向上させてきた。これは韓国の科学技術発展の歴史を示す象徴的な成果でもある。今後、スーパーコンピュータはAI、ビッグデータなどの中核技術と融合し、今まで以上に多様な分野で革新をもたらし、未来の科学技術発展の中核的な原動力となるだろう。今後も持続的な投資と技術開発を通じて、スーパーコンピューティングの技術競争力を強化し、韓国がスーパーコンピュータの先導国家として飛躍していくことを期待する。

<文：東亜Science オ・ヘジン記者>

<画像=国家スーパーコンピュータ1号機Cray-2SⓒKISTI>

原文：https://www.etnews.com/20240303000020