슈퍼 컴퓨터의 탄생과 완성

슈퍼 컴퓨터의 탄생과 완성

고성능 계산 수요는 주로 과학기술 계산이었지만 역사적으로는 '슈퍼컴퓨팅'이라는 용어는 다른 뷰레이팅 머신에 대해 사용된 것으로 처음 알려져 있습니다. 인구 조사와 같이 (과학 계산이라고도 말할 수 있습니다만) 사무 처리에서도 고속으로 대량의 처리를 해내는 것이 필요한 것도 있다고 합니다. 먼저 컴퓨터 이전 시대에 대해 대략적으로 말씀드리겠습니다. 아스트로라 베는 천문현상을 기계적으로 시뮬레이션하는 아날로그 계산기입니다. 이것은 달력이나 측량에 사용되었습니다. 그런 현상을 계산으로 다룰 수 있게 되기까지는 오랜 시간이 걸렸습니다. 가감산은 애바카스와 같은 기구를 이용하여 할 수 있지만 곱셈은 가감산의 반복을 필요로 합니다. 혹은 통계 등 대량의 계산을 필요로 하는 용도가 있습니다. 17세기에 로그를 기반으로 정확도는 제한되지만 계산자가 곱셈할 수 있게 되었습니다. 수치적으로는 네이피어에 의한 네이피어 뼈 발명과 후술 하는 수표의 일종인 로그표가 있습니다. 같은 무렵 파스칼이나 라이프니츠에 의한 기계식 계산기에 의해 앞당겨지거나 앞당겨지는 것이 자동이 되었습니다. 중국과 일본에서는 독특한 수학(일본의 것을 화산이라고 한다)이 발달하면서 산수반('주판'이 아닌 '산반')이라는 기구가 생겨났고 천원술이라는 계산술이 생겨났습니다. 원주율이나 자연대수 등의 정수, 로그·지수, 삼각함수, 제곱근 등 응용상 중요한 초등함수의 수표는 한 번 계산해 두면 나중에 여러 번 사용할 수 있습니다. 수표는 그러한 계산 수요를 충족시켰습니다. 수표의 역사에 대해서는 수표 #역사와 이용을 참조하십시오. 공학의 진보로 정확한 수치표가 갈망되게 되었습니다. 기계식 계산기의 발전으로 숫자표를 기계적으로 만들겠다는 야망이 19세기에 생겨났습니다. 1767년에는 최초의 천측항법에 사용하는 천측력인 "The Nautical Almanac and Astronomical Ephemeris"가 간행되었습니다. 19세기 영국에서 수표를 작성하는 계산기로 릴레이 기관이 만들어졌습니다. 바지는 또한 펀치 카드로 제어되는 컴퓨터라고도 불리는 기계인 해석 기관을 계획했습니다. 동시대의 다른 일반 계산기에 비해 뛰어난 능력을 가진 계산기를 슈퍼컴퓨터라고 하면, 버비지의 이러한 기계들은 그에 해당합니다. 또한 19세기말에는 미국에서 타뷰레이팅 머신의 역사가 시작되었습니다. 1900년대 들어 두 차례에 걸친 세계대전이 일어났습니다. 두 차례에 걸친 세계대전은 국가 총력전이라는 사태로까지 발전했고, 그중 과학기술은 전쟁의 도구로 사용되었습니다. 그 과학기술을 발전시키기 위해서는 역시 계산능력이 중요하고 또 정확한 계산이 요구되게 되었습니다. 20세기 전반의 '총력전 시대'에 계산 수요를 발생시킨 것은 주로 다음과 같은 분야입니다. 사격 관제나 거기에 필요한 탄도학 외에 기초한 사표, 기계 암호와 그 해독, 항공 우주, 광학, 원자 폭탄입니다. 한편 전쟁과 관련된 극히 적은 분야에 대량의 인적자원 및 기타 자원이 집중적으로 투입되고 동시에 대량의 자원과 에너지가 발전과는 전혀 관계없이 소모된 것은 과학의 극히 일부 분야의 돌출된 발전과 대가로 넓고 깊은 기초 분야에 손상을 입혔으며 투제오가 같은 선구자도 있었지만 만능(튜링 완전) 기계로서의 컴퓨터의 탄생은 제2차 대전의 종결을 기다리게 되었습니다. 이 시대에는 미분해석기 등 아날로그 계산기나 (전자적이지 않고 프로그램 내장 방식도 아니라는 점에서 컴퓨터 이전의 계산기로 분류된다) Harvard Mark I나 그 후계기 등으로 대표되는 대형 전기기계식 등의 계산기도 종종 만들어졌습니다. 이 시대에는 전자공학도 발전했습니다. 전자공학을 이용한 고속계산기, 즉 '컴퓨터'의 맹아는 1940년대 전반 무렵에 태어났습니다. 실용적인 컴퓨터의 탄생을 위한 기술적 마지막 권장 사항은 전쟁으로 인해 급격히 진보한 레이더에 의한 고주파 등의 기술 발전이었습니다. 다만, 한편으로 컴퓨터 자체의 발달은(냉전이라고 하는 배경이 있다고는 하지만), 전후에 급격히 진행된 것 또한 확실합니다. 컴퓨터 여명기입니다. 여명기 컴퓨터는 처음 만드는 컴퓨터이기 때문에 그런 이유나 투입할 수 있는 자금, 자원 등의 제한 때문에 스펙을 적당히 줄인 것과 어쨌든 스펙을 향상한 것이 있었습니다. ENIAC는 후자입니다. 이 시대, 세계 정상급 고성능 컴퓨터에는 UNIVACLARC와 IBM 7030이 있습니다. 파이프라인화와 병렬화의 맹아입니다. CDC 6600 1964년 최초의 슈퍼컴퓨터로 간주됩니다. 고성능화는 크게 두 가지 방향으로 진행되었습니다. 하나는 파이프라인화, 다른 하나는 병렬화입니다. 첫 번째 파이프라인화 컴퓨터는 '스트레치'인 IBM 7030입니다. 7030은 제4 스테이지 파이프라인에 의해 페치 디코딩의 실행을 병렬로 실시했습니다. 후술 하는 파이프라인 처리에 의한 고성능을 자랑한 벡터형 슈퍼컴퓨터로 이어지는, 최초의 슈퍼컴퓨터는 CDC6600입니다. 6600은, 연산 처리에 특화해 고속으로 동작하는 중앙 프로세서와, 그 외의 느린 처리를 실시하는 10개의 주변 프로세서(정확하게는 레지스터군 등이 10개분 있는 「배럴」과, 처리를 실행하는 1개의 슬롯으로 이루어집니다. 배럴 프로세서 기사도 참조)라는 구성으로 잘 프로그래밍하면 컴퓨터의 모든 부분을 항상 일하게 할 수 있는 기계였습니다. 또한 6600에서는 Scoreboarding에 의한 아웃오브오더 실행도 이루어지고 있습니다. 한편 병렬화에 대한 도전으로서 일리노이 대학에서의 컴퓨터 제작 프로젝트는 주목할 만합니다. 이 당시에는 컴퓨터를 만드는 것 자체가 드물었던 가운데 당시 벨 연구소의 계산 기능력 합계를 뛰어넘는 성능의 진공관 컴퓨터 ILIACI를 1952년 완성했습니다. IILIACI의 후계기로서 설계된 ILIACII(1962년 운용 개시)는 트랜지스터를 이용한 최초기의 컴퓨터 중 하나였다. ILLIACII에서는 계산 유닛을 병렬화하여 처리 속도를 향상하는 파이프라인이 처음 도입되었고 ILLIACII에서는 화상 처리를 목적으로 한 SIMD 아키텍처가 채택되었습니다. ILLIA CIV는 프로젝트로서는 잘 되지 않았다고 생각되지만, SIMD형 병렬 컴퓨터의 초기기로 평가받고 있습니다. 이 시대의 컴퓨터에서는 IBM System/360의 모델 91도 메인프레임으로서는 고성능이었던 것 외에 오늘날까지 계속되는 많은 선구적인 수법을 개척하고 있습니다. 특히 Tomasulo 알고리즘을 통한 아웃오브오더 실행이 특기입니다. 벡터형 슈퍼컴퓨터의 완성입니다. CDC 6600과 CDC 7600 개발의 중심인물이었던 씨모어 클레이는 CDC를 떠나 클레이 리서치사를 설립했습니다. 클레이의 Cray-1에 의해 파이프라인 처리에 의해 고성능을 실현하는 벡터형 슈퍼컴퓨터는 완성되었습니다. Cray-1의 성공은, 타사에서 볼 수 있었던 만연히 벡터 계산을 실시하면 된다라고 하는 아키텍처에 빠지지 않고, 벡터 레지스터나 체이닝에 의해 가능한 한 성능을 낸다고 하는 설계의 능숙함에 의한 것입니다. 피크 성능을 발휘하는 것은 64K 워드입니다. Cray-1의 워드는 64비트) 단위의 행렬 계산으로 가산 및 곱셈으로 이루어진 계산을 실시했을 경우입니다. 이후 슈퍼컴퓨터군에서는 벡터 레지스터의 용량 증대 및 뺄셈 및 나눗셈 연산 기능을 하드웨어에 내장하는 형태로 성능 향상이 이루어졌습니다. 이상 Cray-1은 성능 면에서 다른 것을 한 자릿수 이상 앞서고 있었습니다. 한편, 일본의 컴퓨터 제조업체도 독자적으로 어레이 프로세서를 개발했습니다. 1980년대에는 후지쯔·히타치 제작소·닛폰 전기와도 클레이와 경쟁하는 클래스의 슈퍼컴퓨터를 개발해 판매했습니다. 이들 일본 메이커기의 특징으로서는, 각사 모두 주력 제품으로서 메인프레임기를 가지는 것을 살려, 그러한 연산 강화 유닛과 같은 형태로, 또는 주변 프로세서로서 그것들을 사용하는 설계로 했습니다. 이로 인해 성능 대 가격에 유리해졌습니다. Cray-1에서는 하드웨어의 출하에 있어서 소프트웨어의 충실이 늦어, 몇 년 후가 되었지만, 자동 벡터화 처리에 대응한 FORTRAN 라이브러리를 제공했습니다. 게다가 1983년의 Cray X-MP/4 제공 시에는 Unix계 OS의 UNICOS를 제공했습니다. 그 후, 클레이에 의해서 세워진 슈퍼 컴퓨터의 기축에 따른 형태로, 각 스포캔 메이커가 자사의 슈퍼 컴퓨터를 발표해 갑니다. 그 기축이거든요. ECL 디바이스에 의한 고속 동작입니다. 파이프라인에 의한 고속 벡터 계산의 실현입니다. UNIX계 OS에 의한 사용 편의성의 제공입니다. 과학기술 계산을 위한 FORTRAN 라이브러리의 제공입니다. 그렇지 않습니다. 소프트웨어의 진보입니다. FORTRAN 라이브러리의 충실화와 동시에 대화형 벡터 컴파일러의 개발이 슈퍼컴퓨터 개발에 영향을 준 것도 이 시기입니다. 대화형 벡터 컴파일러는 IBM이나 유니시스에 의해 1960년대 말 고안된 기법이지만 널리 실제 기기에 응용되기 시작한 것은 이 시대였습니다. 병렬화입니다. Cray-1에서 기본 구조로는 완성되었기 때문에 이후 벡터 계산기의 고성능화는 병렬 벡터화되었습니다. 예를 들어 후지쯔에서는 VP→VPP와 같이 이행했습니다. 컴퓨터의 트랜지스터화가 진행되었을 무렵에 있었던 예언으로서, 주로 신호의 전송 속도의 한계를 이유로 세계 최강의 컴퓨터는 점점 작아진다라고 하는 것이 있었다. 그러나 그 예언대로였던 것은 Cray-1까지로, 그 후에도 소자의 축소는 진행되었지만 다수의 연산 요소를 나열하게 되면서 세트는 오히려 커지는 경향이 되었고, 오늘날의 일례로는 경 컴퓨터 계산 기동의 3층은 50m x 60m의 광활한 공간입니다.