数年前、ARM ISAをベースにしたチップを搭載したスーパーコンピュータがTOP500 （世界で最も強力なスーパーコンピュータ500台を掲載したリスト）でトップに立つと誰かが言っていたら、きっと大笑いされただろう。ほとんど使われていなかったアーキテクチャが、まさかそんな地位に到達するとは誰も想像していなかったのだ。
ARMチップは、その効率性と性能のおかげでモバイルデバイス市場をはじめとする多くの組み込み製品で徐々にシェアを拡大してきた。しかし数年前から、低消費電力のARMサーバーの開発が始まり、このISAはHPC（ハイパフォーマンスコンピューティング）分野で注目を集めるようになった。
アップルがインテルとの提携を解消し、独自のARMベースチップを開発するという最近のニュースは、その意味するところを考えると非常に重要だったが、それよりもはるかに重要な別のニュースによって、ほとんど影を潜めてしまった。ARMスーパーコンピュータがIBM Summitを凌駕し、Top500リストで首位を獲得したのだ。ARMがこれほど高い順位に到達したのは初めてのことであり、これは大きな転換点となるだろう。
アップルに戻ると、ARMチップが効率と性能の両面でインテルのチップを凌駕するとは考えにくいように思われたが、アップルはそれを実現しようと決意しており、非常に興味深い設計を生み出すことができるだろう。インテルはますます苦戦しており、それはAMDとの競争だけが理由ではない…。
スーパーコンピューター
しかし、少し前までは誰も想像できなかったのは、彼らがHPCのチャンピオンにもなれるということだ。もっと詳しく知りたい？2020年6月のTop500リストでは、パフォーマンスのトップに日本のスーパーコンピュータ「富岳」が輝いた。このスーパーコンピュータは、2.2GHzで動作する富士通A64FX 48Cチップをベースにしており、7.299.072個の処理コアを搭載し、驚異的な浮動小数点演算性能を実現している。
具体的には、415,5 PFLOPS（つまり、毎秒415.500.000.000.000.000回の10進演算）の性能を持ち、とりわけSARS-CoV-2に対する研究に利用される予定です。
このシステムは、日本の神戸にある理化学研究所のデータセンターに設置されています。このデータセンターには150万台以上のノードが設置されており、各ノードは高速なTofu Interconnect Dネットワークを介して相互接続され、各ノードに搭載された52コアのARMv8.2-A SVEチップが接続されています。
また、ノードあたり32GiBの容量を持つ高帯域幅HBM2メモリを採用しています。ストレージに関しては、1.6ノードごとに16TBの共有NVMeストレージ、150PBの共有ファイルシステム、および追加のクラウドストレージサービスを備えています。
オペレーティングシステムとしてLinux（具体的にはRHEL 8ディストリビューション）を使用し、同時にIHK/McKernelも動作させています。パフォーマンスシミュレーションはすべてMcKernel上で測定されましたが、残りのPOSIXサービスを提供するためにLinuxも存在しています。
チップ
これらの数値の背後にある処理能力の源泉は、むしろ「控えめ」なものだ。それは富士通が開発したチップである。A64FXと呼ばれるこのマイクロプロセッサは、ARM 8.2Aアーキテクチャをベースに、より優れた演算性能を実現するために基本ISAにSVE（スケーラブル・ベクター・エクステンション）を追加したものだ。
富士通が設計したA64FXは、同社の従来のSPARCベースのHPCチップに取って代わるものです。そして、富岳をTop500ランキングのトップに押し上げただけでなく、512ビットSIMD SVEを初めてサポートしたことでも歴史に名を刻みました。
これらのチップは、AMDのZenプロセッサを製造しているのと同じTSMCの工場で製造され、将来ヨーロッパ向けチップもそこで製造される予定です。7nmプロセス技術を用いて87億8600万個のトランジスタが製造されました。これらすべてが、わずか594ピンの小さなチップに収められています。
さらに、各プロセッサは帯域幅1TB/sの32GBのHBM2メモリを使用し、プロセッサごとに16レーンのPCIexを備え、GPGPUやFPGAなどのアクセラレータに接続します。
最終的に、動作周波数は2.2GHzとなり、十分な数のパッケージが追加され、約7.3万個のコアと約5PBのメモリという数値が実現した。