「追従」から「主導」へ！ 27年前の今日、我が国はGalaxy-IIIスーパーコンピュータの開発に成功しました

1997年6月19日、国立国防科学技術大学が開発した並列スーパーコンピュータ「Galaxy-III」が北京で国家評価に合格した。このマシンは分散共有ストレージ構造を採用しており、大規模な科学技術計算や大規模データ処理向けに設計されています。基本ワード長は 64 ビット、ピーク性能は 130 億倍です。この機械は国内トップクラスの技術を数多く備えており、総合的な技術力は現在国際的に先進的なレベルに達しています。現在、高性能スーパーコンピュータを開発する技術を習得しているのは、世界でも数カ国に過ぎません。 「ギャラクシーIII」スーパーコンピュータの開発成功により、中国はこの分野で世界の先進国の仲間入りを果たした。

中国のスーパーコンピュータ開発は「ゼロブレークスルー」を達成

1970 年代には、ハイパフォーマンス コンピューティングは、科学技術の革新と経済社会の発展を促進する戦略的なハイテクノロジーになりました。しかし、中国は独自のスーパーコンピューターを持っていないため、経済や社会の発展において他国に支配されることが多い。探査を通じて得られた鉱物や石油のデータや情報は、処理のために海外に送らなければなりませんが、これには費用がかかるだけでなく、まずデータを外国の専門家が習得する必要があります。

「中国が4つの近代化を達成したいなら、巨大な機械なしではできない！」 1978年に中央委員会が開催した重要な会議で、鄧小平同志の言葉は明瞭に述べられました。この会議で、我が国は近代化建設における大規模な科学計算問題を解決するためにスーパーコンピュータを独自に開発することを決定しました。鄧小平同志は厳粛にこの重要な任務を国防科学技術大学に託した。

当時、国防科技大学は中国で最初にコンピューターを開発した機関であったが、それ以前に開発された「151」コンピューターの計算速度は1秒間に100万回に過ぎなかった。さて、1秒間に1億回以上計算できるマシンを開発するには、計算速度を100倍に上げなければなりません。技術的な困難さは想像に難くない。

「中華民族に栄光をもたらそう！」前例のない困難に直面して、科学研究者たちは力を結集した。彼らは命をかけて巨大な機械を造り、外国人に首を絞められないようにしようとした。研究開発作業が始まった後、さまざまな複雑な技術的問題が浮上しました。どのような技術的ルートを取るべきでしょうか?どのようなアーキテクチャを採用すべきでしょうか? 1秒間に1億回の計算速度をどうやって実現するか…次から次へと「障害物」のような問題が立ちはだかります。科学研究者たちはこの挑戦に立ち向かい、実験室を戦場とみなして、火薬なしで昼夜を問わず戦い続けました。

改革開放当初、我が国の産業基盤は弱く、加工設備は単純で、部品は後進的でした。このような状況では、巨大な機械を設計することの難しさがわかります。研究者たちは、例えばコンピューターハードウェアの回路を設計する際、回路を一つずつ紙に描かなければならず、間違えた場合は最初からやり直さなければならなかったことを思い出した。小規模集積回路を設計するには、図面を描くだけで半月かかります。

進捗に追いつくために、みんな工場で食事をし、機械室で寝て、少なくとも夜12時まで働きました。当時、残業代は1晩20セントでしたが、誰もそれを受け取る気はありませんでした。誰もが考えているのは、一銭も無駄にせず節約し、できるだけ早く中国の巨大な機械を建設することだ。

5年間の昼夜を問わない努力を経て、院士の慈雲貴氏を代表とする科学研究者らは、次々と理論的、技術的、科学技術上の困難を克服し、独創的に「デュアルベクトルアレイ」構造を提案し、マシンの計算速度を大幅に向上させました。開発作業は予定より1年早く完了し、使用された資金は当初計画の5分の1に過ぎませんでした。

1983年11月26日、中国初の1秒あたり1億回の演算処理が可能なスーパーコンピュータが国家技術審査に合格し、スーパーコンピュータ開発における「ゼロ」の躍進を記録し、中国は米国と日本に次いで初めて自主的にスーパーコンピュータを設計・製造した国となった。

それ以来、自主的な革新に頼って「Galaxy-II」や「Galaxy-III」などの一連の巨大コンピュータを相次いで開発し、我が国の高性能コンピュータ開発技術を徐々に国際最前線に押し上げ、経済社会発展における一連の差し迫った問題を徐々に解決してきました。

約7日先の天気予報を入手

1994年3月、激しい市場競争のなか、「Galaxy-III」プロジェクトが正式に開始されました。その後、さらに3年かけて開発を進め、1997年6月に完成し、多重処理並列メインフレームから大規模並列処理メインフレームへの飛躍を果たしました。このマシンは分散共有ストレージ構造を採用しており、大規模な科学技術計算や大規模データ処理向けに設計されています。基本ワード長は 64 ビット、ピーク性能は 130 億倍です。

1997年6月19日、毎秒130億回の計算速度を持つ「銀河III」の開発に成功すると、中国気象局はこれを用いて中長期数値予報システムを構築し、天気予報を2、3日先から約7日先に早めました。このシステムの統合技術は現在の国際先進レベルに達しており、より高レベルのコンピュータのキーテクノロジーを突破・習得しており、より高性能なスーパーコンピュータを開発する能力を備えています。これは我が国の高性能スーパーコンピュータ開発技術における新たな進歩を示すものです。

「ギャラクシー」スーパーコンピュータシステムは、当時我が国で最も高速で、最大の記憶容量を持ち、最も強力な電子コンピュータでした。 「ギャラクシー」シリーズのスーパーコンピュータは現在、天気予報、航空力学実験、工学物理学、石油探査、地震データ処理、衛星画像処理、大規模科学研究テーマの計算、国防建設などの分野で広く利用されており、莫大な経済的・社会的利益を生み出しています。

現在、巨大な電子コンピュータを開発できる国はほんのわずかです。 「ギャラクシー」コンピュータの開発成功により、全国科学会議が提唱した「我が国の超高速スーパーコンピュータを1985年までに実用化する」という目標が2年前倒しで達成され、我が国は世界でも有​​数のスーパーコンピュータ開発国となった。

中国のスーパーコンピュータ開発レベルは世界最高レベル

新世紀に入り、我が国の各種事業は急速な発展期に入り、高性能コンピュータの計算速度と容量に対する需要が一層高まっています。しかし、先進国と比較すると、我が国は計算能力が桁違いに遅れているだけでなく、設置容量でも大きく遅れをとっています。国立国防科学技術大学は再び重要な任務を託され、わが国のエクサスケール・スーパーコンピュータシステムをできるだけ早く開発し、世界の科学技術の頂点に登りつめるという使命を掲げました。

世界中でスーパーコンピュータが開発されている事実は、計算能力が 1 桁増加するには、アーキテクチャの革新と一連の主要技術における新たなブレークスルーが必要であることを示しています。当時、国立国防科技大学は比較的強力な技術的蓄積と豊富な工学実践経験を有していたものの、兆倍から千兆倍への技術的飛躍を達成するには依然として困難が山積していました。

科学研究者は、多くの技術的困難と厳しい課題に直面しながらも、協力し合い、独立して革新し、中核となる主要技術を習得して、我が国の高性能コンピューティング産業の発展を促進するよう努めています。

天河スーパーコンピュータが世界最速のコンピューティング性能を誇る理由は、独自の「CPU + GPU」ヘテロジニアスアーキテクチャにあります。しかし、この新しい異種システムは、作成中に一連の大きな技術的ボトルネックに遭遇しました。天河スーパーコンピューターの副主任設計者であるヤン・カンクン教授は、GPU はグラフィックスとビデオ処理が可能であると述べた。計算が得意なCPUと組み合わせて計算を行うのは、プログラミングが難しいだけでなく、計算効率も低くなります。国際的に認められている最高のコンピューティング効率はわずか 20% です。

イノベーションの鍵は、いかにして「不可能」を「可能」に変え、道のないところに道を切り開くかにあります。スーパーコンピュータ システムが 1 秒間に 1 兆回の計算を実行するには、あらゆる種類の情報を「高速に実行」できるように、高速でスムーズなネットワーク システムも必要です。国立国防科学技術大学の研究チームは悪の存在を信じることを拒否した。彼らは、ゼロから模索し、困難を克服するために懸命に努力しながら、独自のデザインルートを進むことを主張しました。わずか10か月で、新しいタイプのスイッチが開発されました。実際の技術指標は類似システムのそれをはるかに上回りましたが、コストは同規模の類似製品のわずか 80% でした。

一連の重要な技術革新と工学上の成果により、2009年10月29日、わが国初のエクサスケール・スーパーコンピュータ「天河1号」の開発に成功し、わが国が独自に開発したスーパーコンピュータの性能が1兆倍から1ペタフロップスへと飛躍し、中国は米国に次いでペタフロップスのスーパーコンピュータシステムを開発できる世界第2位の国となった。