スーパーコンピュータ「京」がGraph500で世界第1位を獲得

概要

九州大学と東京工業大学、理化学研究所、スペインのバルセロナ・スーパーコンピューティング・センター、富士通株式会社による国際共同研究グループは、2016年6月に公開された最新のビッグデータ処理（大規模グラフ解析）に関するスーパーコンピュータの国際的な性能ランキングであるGraph500において、スーパーコンピュータ「京（けい）」^[用語1]による解析結果で、2015年11月に続き3期連続（通算4期）で第1位を獲得しました。

大規模グラフ解析の性能は、大規模かつ複雑なデータ処理が求められるビッグデータの解析において重要となるもので、今回のランキング結果は、「京」がビッグデータ解析に関する高い能力を有することを実証するものです。

本研究の一部は、科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業CREST「ポストペタスケール高性能計算に資するシステムソフトウェア技術の創出」（研究総括：佐藤三久 理研計算科学研究機構）における研究課題「ポストペタスケールシステムにおける超大規模グラフ最適化基盤」（研究代表者：藤澤克樹 九州大学、拠点代表者：鈴村豊太郎 バルセロナ・スーパーコンピューティング・センター）および「ビッグデータ統合利活用のための次世代基盤技術の創出・体系化」（研究総括：喜連川優 国立情報学研究所）における研究課題「EBD：次世代の年ヨッタバイト処理に向けたエクストリームビッグデータの基盤技術」（研究代表者：松岡聡 東京工業大学）の一環として行われました。

2016年6月20日に公開されたGraph500上位10位

順位：システム名称	設置場所／ベンダー／国名／ノード数 [用語5]／プロブレムスケール[用語6]／GTEPS [用語4]
1：京	理研　計算科学研究機構／富士通／日／82,944／40／38,621
2：神威太湖之光	無錫国立スーパーコンピューティングセンター／NRCPC／中／40,768／40／23,756
3：Sequoia	ローレンス・リバモア研究所／IBM／米／98,304／41／23,751
4：Mira	アルゴンヌ研究所／IBM／米／49,152／40／14,982
5：JUQUEEN	ユーリッヒ研究所／IBM／独／16,384／38／5,848
6：Fermi	CINECA／IBM／伊／8,192／37／2,567
7：天河2号	GENCI／NUDT／中／8,192／36／2,061
8：Turing	CINECA／IBM／仏／4,096／36／1,427
8：Blue Joule	ダーズベリー研究所／IBM／英／4,096／36／1,427
8：DIRAC	エジンバラ大学／IBM／英／4,096／36／1,427
8：Zumbrota	EDF社／IBM／仏／4,096／36／1,427
8：Avoca	ビクトリア州生命科学計算イニシアティブ／IBM／豪／4,096／36／1,427

• 2016年6月20日に公開されたGraph500上位10位

1. Graph500とは

近年活発に行われるようになってきた実社会における複雑な現象の分析では、多くの場合、分析対象は大規模なグラフ（節と枝によるデータ間の関連性を示したもの）として表現され、それに対するコンピュータによる高速な解析（グラフ解析）が必要とされています。例えば、インターネット上のソーシャルサービスなどでは、「誰が誰とつながっているか」といった関連性のある大量のデータを解析するときにグラフ解析が使われます。また、サイバーセキュリティや金融取引の安全性担保のような社会的課題に加えて、脳神経科学における神経機能の解析やタンパク質の相互作用分析などの科学分野においてもグラフ解析は用いられ、応用範囲が大きく広がっています。こうしたグラフ解析の性能を競うのが、2010年から開始されたスパコンランキング「Graph500」です。

規則的な行列演算である連立一次方程式を解く計算速度（LINPACK^[用語2]）でスーパーコンピュータを評価するTOP500^[用語3]においては、「京」は2011年（6月、11月）に第1位、その後、2016年6月20日に公表された最新のランキングでも第5位につけています。一方、Graph500ではグラフの幅優先探索（1秒間にグラフのたどった枝の数（Traversed Edges Per Second;TEPS^[用語4]））という複雑な計算を行う速度で評価されており、計算速度だけでなく、アルゴリズムやプログラムを含めた総合的な能力が求められます。

今回Graph500の測定に使われたのは、「京」が持つ88,128台のノード^[用語5]の内の82,944台で、約1兆個の頂点を持ち16兆個の枝から成るプロブレムスケール^[用語6]の大規模グラフに対する幅優先探索問題を0.45秒で解くことに成功しました。ベンチマークのスコアは38,621GTEPS（ギガテップス）です。Graph500第1位獲得は、「京」が科学技術計算でよく使われる規則的な行列演算だけでなく、不規則な計算が大半を占めるグラフ解析においても高い能力を有していることを実証したものであり、幅広い分野のアプリケーションに対応できる「京」の汎用性の高さを示すものです。また、それと同時に、高いハードウェアの性能を最大限に活用できる研究チームの高度なソフトウェア技術を示すものと言えます。「京」は、国際共同研究グループによる「ポストペタスケールシステムにおける超大規模グラフ最適化基盤プロジェクト」および「EBD：次世代の年ヨッタバイト処理に向けたエクストリームビッグデータの基盤技術」の2つの研究プロジェクトによってアルゴリズムおよびプログラムの開発が行われ、2014年6月に17,977GTEPSの性能を達成し第1位、また「京」のシステム全体を効率良く利用可能にするアルゴリズムの改良が行われ2倍近く性能を向上させ、2015年7月に38,621GTEPSを達成し第1位でした。そして今回のランキングでもこの記録は神威太湖之光等の新しいシステムに比べても大幅に高いスコアであり、世界第1位を3期連続で獲得しました。

2. 今後の展望

大規模グラフ解析においては、アルゴリズムおよびプログラムの開発・実装によって今回のように性能が飛躍的に向上する可能性を示しており、研究グループでは今後も更なる性能向上を目指していきます。また、上記で述べた実社会の課題解決および科学分野の基盤技術へ貢献すべく、スーパーコンピュータ上でさまざまな大規模グラフ解析アルゴリズムおよびプログラムを研究開発していきます。