ロードマップでわかる！当世プロセッサー事情 第289回

スーパーコンピューターの系譜　IBMが作ったもう1つのASCI Blue

POWER2/P2SCとPowerPC 604の
2つのベースが存在

　POWER2/P2SCベースのRS/6000とPowerPC 604ベースのRS/6000の最大の違いは、プロセッサー数である。POWER2/P2SCベースは前述の通りマルチプロセッサーに未対応なので、マシン1台あたり1CPUという構成である。

　ところがPowerPCは当初からマルチプロセッサーに対応しており、RS/6000の中にも複数プロセッサーを搭載したモデルがラインナップされている。

　PowerPC 604世代の場合、タワー型のType 7012 Model G40は最大4プロセッサー、ラックマウント型のType 7015 Model R4xは最大8プロセッサーが利用可能になっている。この結果、プロセッサー単体の性能は以下のようになる。

プロセッサ単体の性能（出典：SPEC CPU95 Result)
System	Processor	SPECint_base95	SPECfp_base95
RS/6000 591	POWER2(77MHz)	3.19	11.2
RS/6000 595	P2SC(135MHz)	5.88	15.4
RS/6000 C20	PowerPC 604(120MHz)	3.47	3.50

　整数演算性能はともかく浮動小数点演算性能ではPowerPCは大きく見劣りするが、プロセッサ数が増えればその分上乗せも大きくなる。

　また、当初のPowerPC 604は133MHzあたりまでが普及帯だった^(*)が、1996年にはプロセスを0.50μmから0.35μmに微細化するとともに、命令/データでキャッシュを分割したPowerPC 604eを投入、動作周波数は233MHzに達した。
^{*：スペック上は180MHzまで用意されていたが、ほとんど出荷されなかった。}

　さらにIBMはこの後、0.20μmプロセスに微細化し、最大400MHz駆動となるPowerPC 604evをリリースし、どちらもRS/6000に採用される。こちらでは急速に性能を上げており、例えば1997年に投入されたRS/6000 43P-140(PowerPC 640ev 332MHz)の場合、1PでのSPECint_base95で12.9、SPECfp_base95で5.99まで改善している。

　PowerPC 604ベースのSP2では、このPowerPC 604ev 332MHzを2/4P構成とした製品が用意されており、トータル性能ではPOWER2やP2SCを上回ることになった。

アップグレードで性能が飛躍的に向上

　これで、ようやく連載288回で話をしたASCI Blueの提案依頼書のタイミングになった。この時点ではまだP2SCは完成しておらず、またPowerPC 604ベースのSP2は存在しない。なので実在するシステムはPOWER2ベースのSP2しかないのだが、IBMはP2SPやPowerPC 604の完成を前提に、最終的にはPowerPC 640evベースのSP2を提案した。

　この提案に沿って、まず1996年9月20日には、最初のシステム(ID：Initial Delivery)がローレンス・リバモア国立研究所に納入されている。これは契約締結からからわずか6週間のことで、その2週間後には稼動を開始している。

Blue PacificのIDシステムの様子。エネルギー省のRandy Christensen氏による論文“Computer SImulations in Support of National Security”より抜粋

　もっとも時期を考えると、これは112MHz駆動のPowerPC 604ベースのHigh 1というモデルと思われ、しかも1ノードあたり1プロセッサーの構成だった。

　IDの構成は512ノードでピーク性能は136GFLOPS、メモリーは67GB、ストレージは2.5TBで、キャビネットは340とされており、340キャビネットの半分弱がプロセッサー、残りがストレージとネットワークと思われる。

　ちなみにこのIDは非公式にはASCI Blue Snowと呼ばれていたらしい。このシステムは1998年3月にアップグレードが行なわれ、112MHz駆動のPowerPC 604×1のカードが、334MHz駆動のPowerPC 604ev×4のカードに交換されている。

　ただこの時には単にカード交換だけではなく、ノードの追加とおそらくネットワークの追加もなされていると思われる。

　1998年10月にASCI Blue Pacific CTR(Combined Technology Refresh)として構成されたシステムは、1344個(336ノード)のPowerPC 604ev 332MHzから構成され、LINPACKで468.2GFLOPSを叩き出して1998年11月のTOP500では8位に入っている。

　CTRとは別に、最終的にASCI Blueで求められた3TFLOPSマシンは、1999年に稼動を始めたASCI Blue Pacific SST(Sustained Stewardship TeraOp、非公式名称はASCI Blue Sky)で、こちらは5856個(1464ノード)のPowerPC 604ev 332MHzから構成される。

Blue Pacific SSTの設置イメージ。出典は先の画像と同じ論文

稼働中のBlue Pacific SSTの様子。出典はDelivering Insight:The History of the ASCI

　この膨大な数のノードは、TB3MXと呼ばれる双方向の150MB/秒のリンクで接続されており、これは続くASCI Whiteでも継承されることになる。

　ちなみにASCI Blue Pacific SSTの設置面積は1万2000平方フィート、消費電力は5.65MWという壮絶なものである。理論ピーク性能は3.86TFLOPSだが、LINPACKでは2.14TFLOPSを計測。1999年11月～2000年6月のTOP500では2位の座を維持した。

　このASCI Blue Pacific SSTを(ASCI Redの時と同じように)10TFLOPSにアップグレードするという話も出ていたが、それは最終的にASCI Whiteとして実現することになった。その理由は比較的明確である。1999年11月におけるTOP500の結果を抜き出してみよう。

1999年11月におけるTOP500の結果
	CPU数	LINPACK (GFLOPS)	理論値 (GFLOPS)	効率 (％)
ASCI Red	9632	2379	3207	74.2
ASCI Blue Pacific SST	5808	2144	3856.5	55.6
ASCI Blue Mountain	6144	1608	3072	52.3

　ご覧のとおり、MPP(Massively Parallel Processing：超並列コンピューター)のASCI Redの効率の良さが明白だが、それを抜きにすると、同じSMP(Symmetric Multiprocessing：対称型マルチプロセッシング)＋クラスターであればASCI Blue MountainよりもBlue Pacific SSTの方が少ないコア数で実効性能も高い。

　おまけに1999年といえば、もう次のPOWER3チップがリリースされ、POWER4チップの設計も始まっていたから、プロセッサーコアをこれに代えるだけで性能が向上することが期待できた。

　他方ASCI Blue Mountainの方は、1998年にMIPS部門を再度切り離しており、プロセッサー単体のさらなる向上があまり期待できなかったため、これをアップグレードする案は望み薄だった。

　したがって、ASCI Blue PacificはそのままスムーズにASCI Whiteに移行した反面、ASCI Blue MountainはASCI Qに期待をかけることになる。