[論文レビュー] Eurolab-4-HPC Long-Term Vision on High-Performance Computing

Theo Ungerer, Paul Carpenter|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2018

Scientific Computing and Data Management参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、Eurolab-4-HPCイニシアチブを通じて、3次元チップスタック、フォトニクス、量子コンピューティング、ニューロモルフィックシステム、エネルギー効率の高いアーキテクチャなどの新興技術を対象とした、ヨーロッパにおけるハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）の長期的ビジョンを提示している。本研究では、ヨーロッパを代表する研究者らの知見を統合し、持続可能性、レジリエンス、および多様な新興コンピューティングパラダイムにおけるハードウェア・ソフトウェア共同最適化を柱とする、今後のHPCイノベーションを導く戦略的ロードマップを提示している。

ABSTRACT

Radical changes in computing are foreseen for the next decade. The US IEEE society wants to "reboot computing" and the HiPEAC Vision 2017 sees the time to "re-invent computing", both by challenging its basic assumptions. This document presents the "EuroLab-4-HPC Long-Term Vision on High-Performance Computing" of August 2017, a road mapping effort within the EC CSA1 Eurolab-4-HPC that targets potential changes in hardware, software, and applications in High-Performance Computing (HPC). The objective of the Eurolab-4-HPC vision is to provide a long-term roadmap from 2023 to 2030 for High-Performance Computing (HPC). Because of the long-term perspective and its speculative nature, the authors started with an assessment of future computing technologies that could influence HPC hardware and software. The proposal on research topics is derived from the report and discussions within the road mapping expert group. We prefer the term "vision" over "roadmap", firstly because timings are hard to predict given the long-term perspective, and secondly because EuroLab-4-HPC will have no direct control over the realization of its vision.

研究の動機と目的

• ヨーロッパにおけるハイパフォーマンスコンピューティングの将来を定義する戦略的で長期的なビジョンを提示し、新興技術分野における研究とイノベーションを統合する。
• 3次元チップスタック、フォトニクス、量子コンピューティング、ニューロモルフィックシステムなどの主要な技術的道筋を特定・優先順位付けし、次世代HPCシステムを形作る。
• エネルギー効率、システムのレジリエンス、ハードウェア・ソフトウェア共同最適化といった重要な課題に取り組み、持続可能なHPCの進化を確保する。
• ワークショップや専門家からのフィードバックを通じて、共同ロードマッピングを実施し、ヨーロッパの研究機関および研究コミュニティ間の協力を促進する。
• 2030年以降のHPCのための統一されたビジョンに専門家の知見を統合することで、政策立案および資金配分を支援する。

提案手法

• ビジョンは、多様なHPC技術分野における20か所以上のヨーロッパを代表する研究者および機関が協働して開発した。
• 参加者らは、ダイスタック、3次元チップ、フォトニクス、量子および抵抗性コンピューティング、メモリスタ、ナノ材料といった特定技術分野について専門的知見を提供した。
• HiPEACおよびEXDCIが主催した構造的なロードマッピング・ワークショップに加え、作業部会および技術専門家からのフィードバックを反映した。
• 複数の機関および研究分野からの貢献を統合し、技術的、システムレベル、持続可能性の課題を包括的にまとめた。
• 最終文書はアウグスブルク大学の研究者らが編集・統合し、多様な視点を統合した戦略的ビジョンとしてまとめた。
• 広範な配布とコミュニティからのフィードバックを確保するため、arXivにプレプリントとして公開された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヨーロッパにおけるハイパフォーマンスコンピューティングの将来を規定する最も有望な新興技術は何か？
• RQ2 3次元チップスタックおよび高度なパッケージング技術は、HPCシステムの性能向上およびエネルギー効率の改善にどのように寄与できるか？
• RQ3 フォトニクス、ニューロモルフィック、量子コンピューティングは、従来のHPCアーキテクチャの限界を克服するために果たす役割は何か？
• RQ4 次世代HPCシステムにハードウェア・ソフトウェア共同最適化およびレジリエンス戦略を統合するにはどうすればよいか？
• RQ5 ヨーロッパ全域で持続可能で調整されたHPCイノベーションを実現するための包括的かつ協働的なアプローチは何か？

主な発見

• 3次元チップスタックおよびダイスタック技術は、将来のHPCシステムにおける性能向上および消費電力低減の鍵となる技術と特定された。
• フォトニクスは、従来の電気的インターコネクトに比べ、より高い帯域幅と低いビットあたりエネルギー消費で実現可能な変革的技術と位置づけられている。
• 量子コンピューティングおよび抵抗性コンピューティングは、古典的アーキテクチャの能力を超える特定のHPCワークロードを処理できる可能性を秘めた新興パラダイムと見なされている。
• ニューロモルフィックおよびメモリ内コンピューティングの手法は、データ集約的かつAI駆動のワークロードに対するエネルギー効率が高く、遅延が小さい処理の主要な解決策と位置づけられている。
• メモリスタおよびグラファイトやダイヤモンドトランジスタを含む新しいナノ材料は、次世代の非揮発性かつ低消費電力コンピューティング部品の可能性を示している。
• グリーンICT、システムのレジリエンス、ハードウェアの影響に強い重点が置かれており、多数の貢献者がHPCスタック全体における持続可能性と信頼性に言及している。