国立天文台の新天文学用スパコン「アテルイIII」始動！ “理論の望遠鏡”で何が見える？

スパコンが計算を行うとき、内部では、データをストレージから演算用のCPUへ移動させ、計算後、その結果を再びストレージに返す作業が繰り返される。このうち、計算能力を上げることと、データを移動させる能力を上げることを比べると、実は後者のほうが技術的に難しく、コストもかかるという。

そのため、従来のシステムでは、計算能力の向上に主眼が置かれていた。しかし、計算に必要なデータが十分に供給されず、処理が滞るという課題があった。たとえるなら、親鳥が一羽で多くのひな鳥に餌を運ぶも追いつかず、ひな鳥たちが腹を空かせているような状態だった。この点で、アテルイIIIは大幅な改善が期待されている。

システムMは、流体計算のような、プログラム中の演算数(足し算、引き算、掛け算などの回数の合計)に対して多くの変数を必要とするシミュレーションを得意としている。たとえば、宇宙にある水素やヘリウムなどのガスの振る舞いを調べるのが流体のシミュレーションで、星のもとになる雲や、星が爆発するときにまき散らされるガス、ブラックホールの周りの円盤のガスなどが、どういう風に振る舞うのかを調べることができる。
○システムP

一方のシステムPは、メモリーの容量を重視したシステムで、アテルイIIの1.3倍の 512GB(1ノードあたり)を積んでいる。扱うデータ量が大きいアプリケーションのためのシステムである。

このうちシステムMは、流体計算のような、プログラム中の演算数(足し算、引き算、掛け算などの回数の合計)に対して多くの変数を必要とするシミュレーションを得意としている。たとえば流体シミュレーションでは、宇宙にある水素やヘリウムなどのガスの振る舞いを調べ、星のもとになる雲や、星が爆発するときにまき散らされるガス、ブラックホールの周りの円盤のガスなどが、どういう風に振る舞うのかを調べることができる。

また、重力多体問題のような、重力で引き合う多数の粒子の振る舞いの計算も得意としている。宇宙全体の動きを考えるときに銀河を粒子として、また銀河を考える場合は星が粒子、惑星系だったら惑星が粒子といったように捉えることで、それらが重力で引き合っている場合に、系がどういう形になるのか、どう進化していくのかを計算することができる。

ちなみに、最近流行りのGPUは、アテルイIIIには搭載されていない。

これについて、国立天文台 天文シミュレーションプロジェクト長を務める小久保英一郎(こくぼ・えいいちろう)教授は、「GPUが載っていないことで、少し遅れているのではと思われるかもしれません」と前置きしたうえで、「GPUを載せたスパコンにするかどうか、非常に多くの議論を行いました。ただ、ユーザーが使用している天文計算アプリケーションがGPUで性能を発揮するかを調べた結果、現時点では汎用CPUの並列機が最も研究に適していると結論付けました」と説明した。