次世代計算基盤に係る調査研究（2022年8月～）

トップページ研究活動将来の計算機システムに向けた取り組み次世代計算基盤に係る調査研究（2022年8月～）

理化学研究所は文部科学省次世代計算基盤に係る調査研究事業（システム調査研究）に代表機関の一つとして採択されました。

本事業では、ポスト「富岳」時代の次世代計算基盤について、広範なSDGs・Society 5.0の実現に向けた課題解決のためのプラットフォームを実現すべく、高度なデジタルツインによる研究DX基盤となり得る次世代システムについて、サイエンス・産業・社会のニーズも考慮しながら、それを実現可能なシステム等の選択肢を提案することを目的としています。

そのために、次世代計算基盤のアーキテクチャ、システムソフトウェア・ライブラリ、アプリケーションの調査と要素技術の検討を行い、技術的課題や制約要因を抽出しつつ、次世代計算基盤に求められる性能・機能要件を明らかにしていきます。

取り組み概要

次世代計算基盤には、SDGs・Society 5.0の実現に向けた課題解決のためのプラットフォームとしての役割が求められる。そこで、今後の科学に「研究DX」をもたらす高度なデジタルツイン実現の基盤として、広範な計算手法・シミュレーション技法や大規模データを駆使しつつ、それらが密に連携しながら全体のワークフロー実行が可能な汎用性の高い計算基盤の実現を目指し、あるべきアーキテクチャやシステムソフトウェア・ライブラリ技術について、アプリケーションとのコデザインを通じた調査研究を行う。

特に、システム設計の基本理念として演算精度も考慮しながら必要な計算性能を確保し、電力制約の下でデータ移動を高度化・効率化する「FLOPS to Byte」指向のシステム構築を、アーキテクチャ開発からアルゴリズム設計、アプリケーション技術に至るまで実践する。

ALL Japan体制のもと、実効的な性能を向上させる次世代計算基盤のシステム構成や要素技術の調査検討、要素技術の開発を、アーキテクチャ・システムソフトウェアとアプリケーションとのコデザインを通じて実施する。

調査内容

アーキテクチャ調査研究

半導体技術・パッケージング技術動向を踏まえつつ、システム全体やその構成要素について考え得る技術的可能性や総合性能を調査（新規要素技術として三次元積層メモリ技術、強スケーリング・計算インテンシブ向けアクセラレータ、チップ間直接光通信技術などを意識）
アプリケーション調査研究G提供のベンチマークセットの性能解析に基づき将来システムの性能を予測、また次世代アプリ開発へとフィードバック

システムソフトウェア・ライブラリ調査研究

従来のソフトウェアに加え、データ利活用促進、機械学習技術と第一原理シミュレーションや大規模リアルタイムデータ処理との高度な融合、高セキュリティの担保などを主要検討項目と据え、国内で開発すべきソフトを優先度も含めて明らかにしつつ今後の開発ロードマップを策定

アプリケーション調査研究

複数アーキテクチャを統一的に評価するための広範なベンチマークセットを構築し、それを利用したアーキテクチャ評価結果を踏まえてアルゴリズムやパラメータの改善を検討しつつベンチマークセットを更新しながら、性能モデルも利用した探索的な”What if”の視点で解析を行う
次世代計算基盤に向けてどのようなアルゴリズムのクラスが大幅な進化が見込まれるか、の指標も抽出して今後のアプリ発展につなげる

スケジュール

スケジュール
時期	アーキテクチャ	システムソフトウェア	アプリケーション
2022 H2～2023 H1	テクノロジ・アーキ技術の調査・検討	既存ツールや利用動向調査	アプリ調査とベンチマーク設計
2023 H2～2024 H1	ベンチマーキングによる性能予測	新規開発ソフト項目検討・定量的評価	ベンチマーク評価に基づく性能分析
2024 H1～2024 H2	アーキ選択と要素技術開発	将来の要件整理とロードマップ	ターゲット問題に向けた検討

体制図

アーキテクチャ調査研究グループ

取りまとめ担当：（代表機関）理化学研究所
アーキテクチャ調査研究サブグループ１：（代表機関）理化学研究所
アーキテクチャ調査研究サブグループ２：（分担機関）富士通株式会社
アーキテクチャ調査研究サブグループ３：（分担機関）インテル株式会社
アーキテクチャ調査研究サブグループ４：（分担機関）日本AMD株式会社
アーキテクチャ調査研究サブグループ５：（協力機関）NVIDIA Corporation
アーキテクチャ調査研究サブグループ６：（協力機関）Hewlett Packard Enterprise
アーキテクチャ調査研究サブグループ７：（協力機関）Arm Ltd.

システムソフト・ライブラリ調査研究グループ

取りまとめ担当：（代表機関）理化学研究所
システムソフト取りまとめ補助：（協力機関）名古屋大学
スケジューラ・ランタイムサブG：（分担機関）東北大学
IO・ストレージ・ファイルシステムサブG：（分担機関）筑波大学
ストレージアーキ・パターン調査：（協力機関）株式会社DDNジャパン
OS・仮想化・クラウド連携サブG：（協力機関）国立情報学研究所
HPC利用環境サブG：（分担機関）大阪大学
通信ライブラリサブG：（分担機関）九州大学
コンパイラ・プログラミングモデルサブG：（代表機関）理化学研究所
数値ライブラリサブG：（代表機関）理化学研究所
AIフレームワークサブG：（代表機関）理化学研究所

アプリケーション調査研究グループ

取りまとめ担当：（分担機関）東京大学
取りまとめ補助：（協力機関）京都大学、北海道大学
生命科学分野サブG：（分担機関）横浜市立大学
新物質・エネルギー分野サブG：（分担機関）物質・材料研究機構
気象・気候分野サブG：（分担機関）海洋開発研究機構
地震・津波防災分野サブG：（分担機関）東京大学
ものづくり分野サブG：（代表機関）理化学研究所
ものづくり分野協力：（協力機関）宇宙航空研究開発機構
基礎科学分野サブG：（代表機関）理化学研究所
宇宙・惑星アプリ協力：（協力機関）国立天文台
社会科学分野サブG：（代表機関）理化学研究所
デジタルツイン・Society5.0分野サブG：（分担機関）東京大学
デジタルツインアプリ協力：（協力機関）日本原子力研究開発機構
気象庁モデル評価・解析サブG：（代表機関）理化学研究所
気象庁モデル評価・解析サブG補助：（協力機関）気象庁気象研究所
科学技術計算アルゴリズムサブG：（分担機関）筑波大学
機械学習アルゴリズムサブG：（分担機関）東京工業大学
ベンチマーク構築サブG：（代表機関）理化学研究所
性能モデリングサブG：（代表機関）理化学研究所