「富岳」が性能ランキングで世界初の4冠達成！それぞれのランキングで求められる性能とは？

まず、「TOP500」は、スパコンの性能評価で、最も有名なランキングで、「LINPACK（密行列の直接解法）」と呼ばれるベンチマークプログラムの平均計算速度を競うものです。

1993年から毎年6月と11月の年2回ランキングが発表されています。「富岳」の前の「京」も、2011年6月と11月に世界第1位を獲得しました。

そもそもコンピュータにおいて計算に使う数値は、「浮動小数点」という形式でメモリーに格納されています。浮動小数点には、計算できる精度によって、「倍精度」、「単精度」および「半精度」があります。それぞれの精度で使用される数値のビット数は、倍精度が64ビット、単精度が32ビット、半精度が16ビットです。LINPACKは倍精度を使って演算処理するプログラムで、今回のランキングでの「富岳」のLINPACK性能は、倍精度の演算で415.5 PFLOPS（ペタフロップス）※1でした。

TOP500を見れば、約30年間にわたるスパコンの性能の推移がわかることから、これから将来、スパコンの性能がどのように向上していくのかの性能予測にも使われています（図1）。

また、ベンチマークプログラムはシステム全体を用いて4～10時間にわたって実行することが求められることから、計算速度に加え、システムが故障することなく、長時間稼働できることも重要な評価ポイントになります。

「Graph500」は、実社会における複雑な現象を表現するために用いられる大規模なグラフの探索能力に関する性能ランキングです。グラフとは、図2のように、頂点と枝によってデータ間の関連性を示したものです。

グラフを使って道路網や無線通信ネットワーク網、脳細胞のニューラル・ネットワークなど多くのものがグラフで表現できますので、グラフを高速に探索できることで、さまざまな現象の解析が可能になります。

Graph500では、計算性能だけでなく、メモリー性能やネットワーク性能も重要な評価ポイントになります。「京」は引退するまで長年にわたり、第1位を維持してきました。

現在、Graph500には、「BFS」※3と「SSSP」※4という2つの性能指標があります。まず、BFSはスタートの頂点につながっているすべての辺を調べ、さらにその辺につながっているすべての頂点を調べていくことにより、グラフのすべての頂点に到達する経路を見つけるまでにかかる計算時間を競うというものです。一方、SSSPは、スタートの頂点からすべての頂点への最短経路を求めるベンチマークです。「京」と「富岳」は、BFSの性能指標で、世界一の記録を達成しました。

様々な用途によって、スパコンに求められる性能は大きく異なります。したがって、このような異なる4つの性能ランキングにおいて、「富岳」が世界第1位を獲得したということは、たとえていえば、まったく異なる種目のすべてで第1位を獲得したようなものです（図3）。

とはいえ、「富岳」は性能ランキングにおいて、ベンチマークの性能ランキングの世界第1位を獲得することを目的に開発したわけでは決してありません。開発において最もこだわった点は、幅広い分野において、「使い勝手が良いスパコン」「画期的な成果を創出できるスパコン」を実現することです。これこそが、高さ（高性能）と広い裾野（幅広い応用分野）を兼ね備えるという「富岳」の名前に込められた開発目標です。

そのため、「富岳」の研究開発プロジェクトでは、CPUをはじめとするシステムを開発する側と、「富岳」を使ってさまざまな研究を行うアプリケーション側の双方が協調しながら開発を進めました。このようなシステムとアプリケーションの協調的な開発手法は、「コ・デザイン」と呼ばれています。そして、それぞれのアプリケーションにおいて最高の性能を目指した結果として、多様なベンチマークにおいて4冠を獲得できたというわけです。つまり、今回の快挙は、「富岳」の開発目標が見事に達成されたことを証明しているといえます。