富士通のUNIXサーバー、かく戦えり 第2回

“メインフレームゆずり”のSPARCプロセッサ設計の秘密

SPARCプロセッサとメインフレーム、「京」の関係とは？

（→第1回記事からの続き）

　本記事の第1回では、富士通のUNIXサーバーとSPARCプロセッサ開発の歴史を、富士通 執行役員常務 サービスプラットフォーム部門 副部門長 豊木則行氏に聞いた。今回も引き続き豊木氏に登場いただき、富士通におけるメインフレーム開発とSPARCプロセッサ開発の関係などを語っていただく。

富士通 執行役員常務 サービスプラットフォーム部門 副部門長 豊木則行氏。今回はメインフレーム開発とSPARCプロセッサの開発について聞いた

富士通から見たサンの「APL」と「Rock」

――（のちに「SPARC Enterprise」サーバーとして製品化される）APLの共同開発が発表された際、外部からは当時サン・マイクロシステムズが開発中だった次世代プロセッサ（開発コード名：Rock^※6）が完成するまでの“つなぎ役”を富士通に託したようにも見えましたが。

　サンとしては、“Rock”プロセッサが完成すればいずれはハイエンドサーバーも自前でやりたいという意識があったかもしれません。当時のUltraSPARCプロセッサは、IBMのPOWERプロセッサを強く意識して設計されていましたが、性能面でなかなかPOWERプロセッサに追いつけない状況でした。

　そこでサンは「スループット・コンピューティング」という新たなコンセプトを打ち出し、大きな戦略転換を図りました。これはプロセッサ内部に多数の小さなコアを集積し、多数の処理を並列動作させることでスループットを稼ぐという考え方です。富士通もその議論に加わりましたが、サンはこのスループット・コンピューティングで「市場の需要のおよそ8割はカバーできる」と考えていたようです。もちろん市場動向が一気に変わるわけはないので、シングルスレッド性能を重視したサーバーや、大規模システムでは従来型アーキテクチャの需要もまだあるだろうということにはなっていましたが。

　いろいろな議論がありましたが、最終的にはサンがローエンド市場向けにスループット・コンピューティングのTシリーズ・プロセッサを、富士通がハイエンド市場向けにシングルスレッド性能重視のSPARC64プロセッサを提供していく、という役割分担が決まったのです。

　サンのRockは、スループット・コンピューティング向けの設計をさらに強化したうえでシングルスレッド性能も高めることを狙ったもので、スペック的には相当アグレッシブなプロセッサでした。実際に試作チップを製造するところまで行ったようですが、試作の結果「クロックは上がらない、性能も出ない」となり、残念ながら製品化には至らず終わってしまいました。開発には失敗しましたが、すばらしいチャレンジだったことは間違いなく、その点は高く評価しています。

^{※6 Rock：サンが「スループット・コンピューティング」という新たなアイデアを取り込み、「UltraSPARC IV」の後継プロセッサとして開発表明を行ったプロセッサ。2007年ごろから情報が小出しになっていた。
　スループット・コンピューティング・アーキテクチャに基づくプロセッサとしては、すでに2005年に「UltraSPARC T1」が製品出荷されていた。しかしT1はマルチプロセッサシステムに対応せず、浮動小数点演算が遅いなど、ハイエンド市場やシングルスレッド処理性能が必要な用途には向いていなかった。
　こうしたT1の欠点を踏まえ、Rockではマルチスレッド処理とシングルスレッド処理の両方において圧倒的な性能を実現することを目指していた。Rock以前に着手されていた「UltraSPARC V」などの開発プロジェクトは中止され、開発リソースを集中するというまさに“社運を賭けた”プロジェクトだったが、2008年中の製品化予定がやがて2009年以降とトーンダウンし、最終的にはオラクルに買収されたことで放棄された。}

“メインフレームゆずり”のプロセッサ設計の秘密

――前回「SPARCプロセッサとメインフレーム用プロセッサの開発はかなりの部分で共通化されている」というお話がありましたが、具体的には何が共通化されているのでしょうか。

　メインフレームのプロセッサとSPARCは、あくまでも別のプロセッサです。ただし、内部構造や演算処理といった部分では共通化されている部分もあるという関係です。より細かく言うと、論理設計をシリコンに落とし込む際のトランジスタ回路設計などが共通化されています。

　富士通のメインフレームは、SPARCプロセッサ上でエミュレーションをするのではなく、メインフレームの命令セットを直接実行する専用プロセッサを搭載しています。例外はローエンドの基幹IAサーバー「PRIMEQUEST」^※7で、このマシンはx86系プロセッサの上でメインフレームの命令セットをエミュレーション実行します。しかし、ハイエンド向けのメインフレームでエミュレーションを使っている機種はありません。

　一方で、現在のSPARCプロセッサはUNIXサーバーやHPC／スーパーコンピュータで利用されています。SPARCとメインフレームのプロセッサは、お互いに技術をやり取りしながら半導体技術を高めていくという関係にあります。たとえば「SPARC M10」では、スーパーコンピュータ「京」^※8で実装したベクトル演算機構を移植しています。そのため、ソフトウェア側での対応が完了すればデータベース性能を大幅に高めることも可能になります。

<sup>※7 PRIMEQUEST：富士通が“基幹IAサーバー”と位置づける製品で、最初のモデル「PRIMEQUEST 400シリーズ」はItanium2プロセッサを採用し、2005年4月に発表された。2010年3月発表の現行モデル「PRIMEQUEST 1000シリーズ」は、Xeonプロセッサを搭載し、同社のメインフレーム用OS「OS IV/XSP」とアプリケーションを稼働させるオプション「OS IV/XSP動作機構」が用意されている。この動作機構は、CPUの仮想化と、命令コードの変換／実行を行うファームウェアレイヤのハードウェア・オプションであり、メインフレーム用プロセッサが搭載されているわけではない。

※8 京：2012年6月に完成した、10ペタフロップス（毎秒1京回）を目標演算性能として設計されたスーパーコンピュータ。富士通と理化学研究所の共同開発。プロセッサは富士通が設計／開発した「SPARC64 VIIIfx」を採用している。同プロセッサは45nm（ナノメートル）プロセスで、1CPUあたり8コアを搭載する。京のプロセッサ数は8万8128個なので、消費電力量と発熱を抑制することも大きな課題となっている。</sup>

富士通と理化学研究所が共同開発したスーパーコンピュータ「京」

（次ページ、プロセッサの開発体制とロードマップは？）