次世代GPU「Pascal」と次々世代GPU「Volta」はよく似たものに。NVIDIA，スパコン用GPUに関する説明会で将来製品の情報を少し公開

こちらはSC14で発表されたHPC向け数値演算アクセラレータ「Tesla K80」の実物。ただし，話題のメインは次世代以降のGPUである

　2014年12月24日，NVIDIAは，東京都内でスーパーコンピュータに関する記者説明会を開催した。そのテーマは，2014年11月に米国ニューオーリンズで開催されたスーパーコンピュータ関連国際会議「SC14」で発表された，2017年に米国で稼働予定のスーパーコンピュータ導入プロジェクト「CORAL」の話題だ。これにはNVIDIA製のGPUが多数採用されることになっているという。
　ゲーマーにはいささか縁遠い話題ではあるものの，そのCORALを通して今後のNVIDIA製GPUや関連技術に関して見えてくる部分もあったので，簡単にレポートしてみたい。

3つの国立研究所が共同調達するスーパーコンピュータに次々世代のGPU「Volta」を使用

NVIDIA プラットフォームビジネス本部部長の林 憲一氏

　今回の説明を担当したのは，同社のプラットフォームビジネス本部部長である林 憲一氏。林氏はまず，CORALとはなにかについての説明から始めた。
　さて，テーマであるCORALとは，「Collaboration of Oak Ridge, Argonne, and Livermore」の略称で，その名にあるとおり，オークリッジ国立研究所（Oak Ridge National Laboratory），ローレンス・リバモア国立研究所（Lawrence Livermore National Laboratory），そしてアルゴンヌ国立研究所（Argonne National Laboratory）という米国の研究機関が，2017年の稼動を目指して共同で調達するスーパーコンピュータプロジェクトの名称である。

オークリッジ国立研究所が有する「Titan」の概要。1万8688個の「Tesla K20X」を採用している

　これら3つの国立研究所はそれまで，それぞれ独自にスーパーコンピュータを調達してきたという。たとえば，オークリッジ国立研究所は，NVIDIAの「Tesla K20」を採用するスーパーコンピュータ「Titan」（タイタン）を導入しており，2012年11月には世界的なスーパーコンピュータの性能ランキングである「TOP500 List」の1位を獲得したこともある。「GeForce GTX TITAN」の名前は，このTitanにちなんだものだ。

　しかし，おそらくはコストの関係だろうが，次世代のスーパーコンピュータは3研究所別々にではなく，共同で調達することになったという。そのプロジェクト名がCORALというわけだ。現時点では，オークリッジ国立研究所が「Summit」，ローレンス・リバモア研究所が「Sierra」というスーパーコンピュータを導入する予定とされている。なお，アルゴンヌ国立研究所に導入される予定のシステムだけは，SC14時点では発表されていない。

　さて，そのCORALでは，アプリケーションの移植がしやすい点などを考慮して，GPUベースのスーパーコンピュータとなることが決定している。その概要を示したのが下のスライドだ。CPUにはIBMのPOWER 9シリーズを採用し，GPUにはMaxwellの2世代先となるアーキテクチャ「Volta」が使われる予定となっている。

CORALの概要を示したスライド。CPUはIBMのPOWER9，GPUには現行Maxwellの2世代先に予定されているVoltaが採用される。

　CORALで実現される演算性能の「90％はGPUによるもの」と林氏はアピールしていた。これらのスーパーコンピュータを実現し得るのは，POWER 9ではなくVoltaというわけだ。

CORALでは，かつて世界最速を誇った日本の「地球シミュレーター」と同等の演算性能を1ノードで実現するほか，スライドに中央にあるユニット程度の大きさで，現行のTitanに匹敵するほどの演算性能を実現できるという。想定する消費電力は10MWで，約9MWのTitanとほぼ同じ。それでいて演算性能は5〜10倍にも達する

　ちなみに，SummitとSierraは同じアーキテクチャを採用するものの，予算の都合で性能は異なるものになるそうだ。スライドでも，Summitの演算性能を150〜300PFLOPS（ペタフロップス）と幅を持たせた表記にされているが，これは「純粋に予算の関係で，Voltaの性能が計画通りには出ないかもしれない，といったことでは決してない」と林氏は述べている。つまり，オークリッジ国立研究所がSummitに対して確実に使える予算で実現可能なのが150PFLOPSで，将来的に予算が増額されれば，300PFLOPSの性能まで実現できるだろうというわけだ。

第2世代NVLinkがCORALでは大きな意味を持つ

　NVIDIAにとってのCORALの意義はなにか。林氏は「NVLinkによって，設計段階からNVIDIAが関与することになった。これが大きい」と強調する。NVLinkとは，CPUとGPU，あるいはGPUとGPU間を，PCI Express 3.0比で5〜12倍の実効帯域幅を持つ高速なバスで接続するという規格だ（関連記事）。NVIDIAのGPUでは，次世代GPUとなる「Pascal」から導入される予定である。

　実際，CORALのシステムではNVLinkが非常に大きな意味を持つようだ。たとえば，POWER 9とVoltaは同じメモリ空間を共有し，コヒーレント（Coherent，一貫性または整合性のある）なメモリになるという。POWER 9はNVLinkを内蔵しているためVoltaと高速なインターコネクトで接続可能なうえ，メモリのコヒーレンシを保つような仕組みも盛り込まれるようだ。
　なお，CORALに利用されるNVLinkは第2世代のものになる予定で，Pascalで採用される「第1世代のNVLinkより高速化される」（林氏）という。第1世代のNVLinkは1レーンあたり20GB/sの帯域幅を持ち，Pascalではそれを4レーン備えることが明らかにされているので，トータルでは80GB/sの帯域幅を持つことが公表されている。ゆえに，CORALで使われるNVLinkは，これよりも帯域幅が広くなるのは確実と思われるが，その詳細は明らかにされなかった。

CORALを構成する主要な3要素。POWER 9プロセッサ，NVLink，そしてVoltaという3つの将来技術が軸になる

　先述したとおり，CORALで導入されるスーパーコンピュータは，2017年の稼動開始が予定されている。つまり，Voltaは遅くとも2017年にはリリースされることになるわけだ。そして，その1つ前，Maxwellの次となるPascalは，2016年にリリースされる予定だ。
　ただ，2014年に登場したMaxwellと次世代となるPascalには2年の間があるのに対して，PascalとVoltaの間はたった1年しかない。他人事ながら「ちゃんと開発は終わるのかな」という思いが頭をよぎる。林氏もこれについて，「少し心配している」というのだが，その一方で，「PascalとVoltaは非常によく似ている」（ので大丈夫）とも述べていた。

　Pascalはそもそも，2014年3月に行われた「GTC 2014」で発表された次世代GPUだ。それまでNVIDIAのロードマップでは，Maxwellの次がVoltaとなっていたので，Pascalがその間に割り込むことが発表されたときには，驚きを持って受け止められたものである。
　林氏の発言やリリース時期の差から想像すると，もしかしたらPascalは，Voltaで導入される仕様を実地でテストすることも目的とするGPUなのかもしれない。

GTC 2014で発表されたPascalのモジュール（左）。中央にあるGPUの周囲に見えるのはメモリチップを縦に積み重ねた3次元メモリだ。右は同じGTC 2014で発表されたGPUのロードマップ。PascalはMaxwellの次，2016年のGPUとされている

　ところで，現在のTeslaは「Kepler」世代のアーキテクチャを利用し続けているが，これらがMaxwellに切り替わることはあるのだろうか。
　これについて林氏は，明快にその可能性を否定した。曰く，「Maxwellは倍精度（浮動小数点演算ユニット）がないのでTeslaのような形で使われることはない。（次に）倍精度が入るのはPascalになる」とのこと。つまり2015年のNVIDIAは，グラフィックス分野ではMaxwellへの移行を進めるものの，HPC分野では引き続きKeplerを展開していくことになるわけだ。

　だが，PascalがHPC用途を重視して倍精度演算用ユニットを導入するのであれば，グラフィックス向けとしてはいささか過剰な機能を備えたGPUになる。そうなると，ハイエンドからローエンドまで，幅広いラインナップに展開するのは難しいのではないか。
　もし幅広いラインナップをPascalで置き換えるのは難しいとNVIDIAも考えた場合，ウルトラハイエンドGPUとしてPascalをリリースする可能性は否定できないものの，ハイエンド以下のラインナップは，2016年以降もMaxwellを引き続き主力に据えていくこともありえるのではないだろうか。そうなった場合，Maxwellは意外に息の長いGPUアーキテクチャとなる可能性もあるだろう。
　いずれにしても，答えが分かるのは2016年だ。それまではPascalの続報を気長に待ちたいところである。

冒頭でも掲載したTesla K80の実物（左）。通常ならカードの上側にあるPCI Express電源コネクタが見当たらない（右）

裏返して基板を見ると（左），左上に8ピン×2基分の電源コネクタパターンだけが作られている。カード後端を見ると，こちらに8ピン×1の電源コネクタがあった（右）。もしTesla K80ベースのグラフィックスカード――GeForce GTX TITANの後継といったところか――が登場することになれば，上側の電源コネクタが使われたりするのだろうか

NVIDIAのTesla製品情報ページ