SXシリーズ は、日本電気 にほんでんき (NEC) が開発 かいはつ ・提供 ていきょう しているスーパーコンピュータ のシリーズで、主戦 しゅせん 力 りょく 級 きゅう のベクトル型 がた スーパーコンピュータとして、世界 せかい で唯一 ゆいいつ 生 い き残 のこ っているシリーズである。2019年 ねん 現在 げんざい の最新 さいしん モデルはSX-Aurora TSUBASA (続 つづ き番号 ばんごう としてはSX-11に相当 そうとう )である。
1983年 ねん にSX-2と下位 かい モデルのSX-1を発表 はっぴょう 、1985年 ねん に出荷 しゅっか したのがシリーズのはじまりである。さらに廉価 れんか 版 ばん のSX-0もラインナップされた。その後 ご は主力 しゅりょく 機 き の新 しん 世代 せだい ごとに、末尾 まつび の数字 すうじ を1つずつ増 ふ やしていた。サフィックスの数字 すうじ や英字 えいじ は、サブモデルや改良 かいりょう 版 ばん (SX-2A、SX-3Rなど)やサーバモデル(SX-4B、SX-5S)や小型 こがた モデル(SX-6i、SX-8i)等 とう を示 しめ す。
TOP500 首位 しゅい で話題 わだい となった地球 ちきゅう シミュレータ の初代 しょだい システムは本 ほん シリーズのSX-5、2代目 だいめ システムはSX-9/E、3代目 だいめ はSX-ACE、4代目 だいめ の現行 げんこう 機 き はSX-Aurora TSUBASA がベースである。
1983年 ねん (昭和 しょうわ 58年 ねん )4月 がつ 発表 はっぴょう 。SXシリーズで最初 さいしょ に登場 とうじょう したのはSX-2である(1985年 ねん 出荷 しゅっか )。SX-2の下位 かい モデルとして、SX-1,SX-0が提供 ていきょう された。改良 かいりょう 版 ばん として、SX-2A等 とう が開発 かいはつ ・出荷 しゅっか された。SX-2は世界 せかい で最初 さいしょ にG FLOPS を越 こ えたスーパーコンピュータ で、Cray-2 に抜 ぬ かれるまでのひとときであったが世界 せかい 最高 さいこう 速 そく であった。
1989年 ねん (平成 へいせい 元年 がんねん )4月 がつ 発表 はっぴょう 。OS を、ACOS-4 (メインフレーム用 よう )ベースのSX-OS から、Unix ベースのSUPER-UX に切 き り替 か えたモデルである。その後 ご 、1990年 ねん に低 てい 価格 かかく モデル、1992年 ねん 1月 がつ に改良 かいりょう 型 がた モデル(SX-3 R)を発表 はっぴょう 。最大 さいだい 4つのAPが構成 こうせい できる。メモリ を共有 きょうゆう して動作 どうさ する。CPも2つ構成 こうせい できる。ベクトルレジスタの容量 ようりょう 、パイプライン の本数 ほんすう 、とAPの台数 だいすう によって、1Lから44まで、10個 こ のサブモデルがあった。
1994年 ねん (平成 へいせい 6年 ねん )11月発表 はっぴょう 。SX-3まではバイポーラ論理 ろんり LSIを使 つか っていたが、SX-4ではCMOS 論理 ろんり LSIを使 つか うようになった。このためサイクルタイムはSX-3Rの2.5nsから8nsに遅 おそ くなったが、消費 しょうひ 電力 でんりょく と発熱 はつねつ の低下 ていか による空冷 くうれい 化 か と、CPU モジュール1個 いっこ のチップ数 すう 37、面積 めんせき 38.6cm x 45.7cmという高 たか い実装 じっそう 密度 みつど により、コストパフォーマンスは向上 こうじょう している。
計算 けいさん 性能 せいのう は、ノードあたり64G FLOPS 、システムあたり最大 さいだい 1024GFLOPSとなった。SX-3同様 どうよう ノード単位 たんい でメモリ を共有 きょうゆう するが、ノード間 あいだ では分散 ぶんさん したシステム間 あいだ で協調 きょうちょう 動作 どうさ を行 おこな う。コンパクトモデル、シングルノードモデル、マルチノードモデルがあった。(1ノード は1つの処理 しょり 単位 たんい 、い替 いか えればオペレーティングシステム (OS) が動作 どうさ する単位 たんい である)
SX-5外観 がいかん
1998年 ねん (平成 へいせい 10年 ねん )6月 がつ 発表 はっぴょう 。シングルノード の最大 さいだい CPU 数 かず は16個 こ (128GFLOPS)、最大 さいだい 共有 きょうゆう メモリ容量 ようりょう は128GB、主 しゅ 記憶 きおく 転送 てんそう 速度 そくど は1024GB/sであった。
SX-4と同様 どうよう にCMOSを採用 さいよう 、集積 しゅうせき 化 か を進 すす めチップの処理 しょり 速度 そくど 向上 こうじょう 施策 しさく と共 とも に排 はい 熱 ねつ 設計 せっけい /多層 たそう 配線 はいせん などにより全体 ぜんたい の処理 しょり 速度 そくど の向上 こうじょう を図 はか ったモデルがSX-5であり、クロックが4ns(250MHz)、ベクトル命令 めいれい パイプラインが16本 ほん と、SX-4に比 くら べCPUモジュール1個 こ あたりの性能 せいのう が4倍 ばい の8GFLOPSとなった。この32チップで構成 こうせい されたCPUモジュールを1チップLSI化 か したのが初代 しょだい 地球 ちきゅう シミュレータ のCPUである。
1999年 ねん 5月 がつ に、ベクトルパイプラインが半分 はんぶん の8本 ほん のサーバモデルSX-5Sを発表 はっぴょう 。2000年 ねん 6月 がつ クロックを約 やく 3.2nsに向上 こうじょう させた1CPUモジュール10GFLOPSのモデルを発表 はっぴょう 。このCPU演算 えんざん 性能 せいのう 強化 きょうか モデルではシングルノードの最大 さいだい 演算 えんざん 性能 せいのう は160GFLOPSと向上 こうじょう したが主 しゅ 記憶 きおく 転送 てんそう 速度 そくど は640GB/sに低下 ていか した。
2001年 ねん (平成 へいせい 13年 ねん )10月 がつ 発表 はっぴょう 。シングルノードの最大 さいだい CPU数 すう は8個 こ (64GFLOPS)、最大 さいだい 共有 きょうゆう メモリ容量 ようりょう は64GB、主 しゅ 記憶 きおく 転送 てんそう 速度 そくど は256GB/sであった。地球 ちきゅう シミュレータ のシングルノードを改良 かいりょう (メモリ容量 ようりょう が2倍 ばい )したものを用 もち いている。従来 じゅうらい はスカラー部 ぶ とベクトル部 ぶ は同期 どうき 動作 どうさ だったが、地球 ちきゅう シミュレータ同様 どうよう にベクトル部 ぶ がスカラー部 ぶ の倍速 ばいそく で動作 どうさ するように改良 かいりょう された。クロック2ns(500MHz)で動作 どうさ するスカラ演算 えんざん ユニットと、クロックが1ns(1GHz)で動作 どうさ する8本 ほん のベクトルパイプラインを持 も つ、1チップベクトルプロセッサから構成 こうせい されている。0.15μ みゅー mCMOSプロセスを採用 さいよう している。
2001年 ねん 11月にデスクサイドモデルSX-6i(1CPU、メモリ最大 さいだい 搭載 とうさい 量 りょう 8GB)を発表 はっぴょう 。
2003年 ねん 9月 がつ に9GFLOPS CPUとシングルノード当 あ たりの最大 さいだい メモリ容量 ようりょう が2倍 ばい (128GB,主 しゅ 記憶 きおく 転送 てんそう 速度 そくど 289GB/s)の機種 きしゅ を発表 はっぴょう 。
2002年 ねん (平成 へいせい 14年 ねん )10月 がつ 発表 はっぴょう 。シングルノードの最大 さいだい CPU数 すう は32個 こ (282GFLOPS)、最大 さいだい 共有 きょうゆう メモリ容量 ようりょう は256GB、主 しゅ 記憶 きおく 転送 てんそう 速度 そくど は1131GB/sである。基本 きほん 的 てき にはSX-6のシングルノード内 ない のCPU数 すう と最大 さいだい 共有 きょうゆう メモリ量 りょう を拡張 かくちょう したモデル。0.15μ みゅー mCMOSプロセスを採用 さいよう 。
2004年 ねん (平成 へいせい 16年 ねん )10月 がつ 発表 はっぴょう 。シングルノードの最大 さいだい CPU数 すう は8個 こ (128GFLOPS)、最大 さいだい 共有 きょうゆう メモリ容量 ようりょう は64GB(FCRAM)/128GB(DDR2-SDRAM)、主 しゅ 記憶 きおく 転送 てんそう 速度 そくど は512GB/sである。1ノード1モジュールを達成 たっせい しCPUとメモリモジュール間 あいだ にSX-6/7まで有 あ った同軸 どうじく 布線 ふせん 20,000本 ほん を廃 はい しカード化 か (ケーブルレス化 か )を高密度 こうみつど 実装 じっそう (15インチUXGAディスプレイの画素 がそ と同 おな じ密度 みつど の外部 がいぶ 接続 せつぞく ピン密度 みつど )を用 もち いて実現 じつげん した。90nmCMOSプロセスを採用 さいよう 。クロックが SX-6比 ひ 2倍 ばい 、スカラ演算 えんざん ユニット1ns(1GHz), ベクトル演算 えんざん ユニット0.5ns(2GHz)となり1CPUあたり16GFLOPSを達成 たっせい 。SXシリーズとしては初 はつ のSQRT命令 めいれい のハードウェアサポートを実現 じつげん 。
2005年 ねん 9月 がつ 、SX-6iの後継 こうけい 相当 そうとう のデスクサイドモデルSX-8i発表 はっぴょう 。SX-6iで不評 ふひょう だった最大 さいだい 搭載 とうさい メモリ量 りょう を32GBと大幅 おおはば に拡大 かくだい し、主 しゅ 記憶 きおく 転送 てんそう 速度 そくど は64GB/s。
2006年 ねん (平成 へいせい 18年 ねん )10月 がつ 発表 はっぴょう 。ベクトルプロセッサ(CPU)の中枢 ちゅうすう 機能 きのう であるベクトル加算 かさん 器 き と乗算 じょうざん 器 き を倍増 ばいぞう し、CPU当 あ たりの性能 せいのう を従来 じゅうらい 機 き に比 くら べ2倍 ばい 以上 いじょう の35.2GFLOPS(従来 じゅうらい は16GFLOPS)に向上 こうじょう した。同時 どうじ に、1CPU(シングルコア)当 あ たりの最大 さいだい ベクトル性能 せいのう で100GFLOPSを超 こ える1チップベクトルプロセッサを搭載 とうさい した次期 じき ベクトルスーパーコンピュータを開発 かいはつ 中 ちゅう であることを表明 ひょうめい した。
2007年 ねん (平成 へいせい 19年 ねん )10月 がつ 発表 はっぴょう 。ペタフロップス時代 じだい を視野 しや に入 い れ開発 かいはつ された。当初 とうしょ の予定 よてい 通 どお り1チップベクトルプロセッサを採用 さいよう し、プロセッサ当 あ たりの性能 せいのう は100GFLOPSを越 こ える。(発表 はっぴょう 時点 じてん ではシングルプロセッサとして世界 せかい 最高 さいこう 性能 せいのう )これに伴 ともな い、性能 せいのう 当 あ たりの電力 でんりょく 効率 こうりつ を大幅 おおはば に向上 こうじょう させている。65nm CMOSプロセス、11層 そう 銅 どう 配線 はいせん 採用 さいよう 。最大 さいだい で8192台 だい のCPUを接続 せつぞく できる。ノード間 あいだ の接続 せつぞく 速度 そくど も見直 みなお され、回線 かいせん 交換 こうかん 方式 ほうしき からパケット交換 こうかん 方式 ほうしき に変更 へんこう 。最大 さいだい で256GB/S(128GB/S×2)となった。オペレーティングシステムはSUPER-UXを継続 けいぞく 採用 さいよう している。
2011年 ねん (平成 へいせい 23年 ねん )11月に開発 かいはつ 開始 かいし を発表 はっぴょう [ 1] 。SX-9と比較 ひかく し、性能 せいのう 当 あ たりの消費 しょうひ 電力 でんりょく を1/10に、設置 せっち 面積 めんせき を1/5に、CPUコア性能 せいのう を64GFLOPSに、データ転送 てんそう 速度 そくど をCPUコア当 あ たり64GB/sにする事 こと を目指 めざ すとしていた。SXシリーズとして初 はじ めて複数 ふくすう のCPUコアを1チップ上 じょう に集積 しゅうせき するマルチCPUコアのLSIを採用 さいよう した。
名称 めいしょう については、2013年 ねん 4月 がつ のCool Chips 16では決 き まっていないとのことでNGVと呼 よ んでいたが、筐体 きょうたい の写真 しゃしん にはSX-Xとあった[ 2] (なお、SX-Xという仮称 かしょう はSX-3の開発 かいはつ 中 ちゅう などで使 つか っている例 れい がある[ 3] )。発売 はつばい 時 じ にSX-ACEとして発表 はっぴょう された。
2013年 ねん 11月発売 はつばい 、SC13で展示 てんじ もおこなわれた。「SX-10」は商標 しょうひょう 登録 とうろく されており使 つか えなかったため変 か えたとのことである。[ 4] 。ACEの名 な は16進 しん 法 ほう などで10に使 つか う記号 きごう であるAを意識 いしき している。[ 5]
2017年 ねん 10月 がつ 25日 にち に、発売 はつばい 予定 よてい を発表 はっぴょう した[ 6] 。演算 えんざん 器 き 周辺 しゅうへん は前 ぜん 世代 せだい までと同様 どうよう のパイプライン演算 えんざん 器 き だが、ノードをPCIeカードに実装 じっそう し、それを1枚 まい 使用 しよう するデスクサイドマシン形態 けいたい の最小 さいしょう 構成 こうせい から、多数 たすう 使用 しよう するラック実装 じっそう のスーパコンピュータセンタ向 む けまでを揃 そろ えている(地球 ちきゅう シミュレータの更新 こうしん が2020年代 ねんだい 前半 ぜんはん にあると思 おも われるが、それとの関連 かんれん についての情報 じょうほう は2018年 ねん 末 まつ の時点 じてん では無 な い)。そしてPCIe化 か にともない、管理 かんり 側 がわ のシステムが変更 へんこう され、ハードウェアの面 めん では管理 かんり 側 がわ (NECでは、演算 えんざん 側 がわ の「ベクトルエンジン」に対 たい し「ベクトルホスト」と呼 よ んでいる)が独自 どくじ の専用 せんよう アーキテクチャからx86機 き ベースに、ソフトウェアの面 めん ではOSはSUPER-UXから、Unix系 けい である点 てん は同 おな じだが[ 7] Linuxに更新 こうしん された。8コアのベクトルエンジンは、SX-ACEと比較 ひかく し、性能 せいのう 当 あ たりの消費 しょうひ 電力 でんりょく を1/5に、設置 せっち 面積 めんせき を1/10に、CPUコア性能 せいのう を307GFLOPSに、データ転送 てんそう 速度 そくど をCPUコア当 あ たり150GB/sとした[ 6] 。
2019年 ねん 12月、VE-10AEを搭載 とうさい したSX-Aurora TSUBASA A412-8発表 はっぴょう 、大学 だいがく 共同 きょうどう 利用 りよう 機関 きかん 法人 ほうじん 自然 しぜん 科学 かがく 研究 けんきゅう 機構 きこう 核 かく 融合 ゆうごう 科学 かがく 研究所 けんきゅうじょ のプラズマシミュレータ雷神 らいじん に搭載 とうさい [ 8] 。
2020年 ねん 6月 がつ 、VE-20を搭載 とうさい したSX-Aurora TSUBASA B401-8発表 はっぴょう 、第 だい 4世代 せだい 地球 ちきゅう シミュレータ[ 9] 、東北大学 とうほくだいがく サーバーサイエンスセンターのAOBA-A[ 10] に搭載 とうさい 。
2022年 ねん 10月 がつ 8日 にち に、VE-30を搭載 とうさい したSX-Aurora TSUBASA C401-8発表 はっぴょう [ 11] 。
SX概要 がいよう 図 ず
アーキテクチャ はSX-3以前 いぜん (SX-2まで)とそれ以降 いこう は多少 たしょう 差 さ はあるが、ここでは全体 ぜんたい 的 てき な特徴 とくちょう について説明 せつめい する。大 おお きく分 わ けて2つのユニットから構成 こうせい されている、非対称 ひたいしょう 密 みつ 結合 けつごう マルチプロセッサ構成 こうせい をとっている。また同 どう 時期 じき に開発 かいはつ された他 た 系統 けいとう の機種 きしゅ と比較 ひかく すると、日立 ひたち のもの(HITAC S-810)と対照 たいしょう 的 てき で、S-810は既存 きそん メインフレームの拡張 かくちょう という形態 けいたい であるのに対 たい し、SXシリーズでは制御 せいぎょ 部 ぶ のメインフレームとは分離 ぶんり 独立 どくりつ した形態 けいたい をとった[ 12] 。
また、モデル毎 ごと に高速 こうそく 化 か をはかる機能 きのう が追加 ついか されてきている。たとえば、パイプライン の増加 ぞうか 、命令 めいれい セット の強化 きょうか (8バイト 演算 えんざん 命令 めいれい の追加 ついか など)、データのロード/ストア用 よう のバスの分離 ぶんり や強化 きょうか などがあげられる。
いわゆる汎用 はんよう コンピュータ的 てき な仕事 しごと をする所 ところ である。オペレーティングシステム (OS) はこのプロセッサ上 じょう で実行 じっこう される。データの入出力 にゅうしゅつりょく 、プログラム の編集 へんしゅう やコンパイル 作業 さぎょう などを行 おこな う。SX-2まではACOS-4 系 けい の汎用 はんよう コンピュータである。CPはさらに、通常 つうじょう の演算 えんざん を行 おこな うEPUとシステム制御 せいぎょ 部 ぶ (SCU)から構成 こうせい される。入出力 にゅうしゅつりょく を行 おこな うIOPもSCUから接続 せつぞく される。
SX-3以降 いこう はUP4800 等 ひとし のUNIX サーバとなった。CP単独 たんどく で処理 しょり をする、というようなイメージではなくなった。APの制御 せいぎょ 、入出力 にゅうしゅつりょく 処理 しょり の制御 せいぎょ を行 おこな うためのプロセッサという役割 やくわり になった。
数値 すうち 演算 えんざん のプログラムを実行 じっこう するだけのプロセッサである。アーキテクチャ はSXシリーズ用 よう に新 あら たに開発 かいはつ された。RISC 形式 けいしき 風 ふう の命令 めいれい セットであり、1命令 めいれい は4バイト または8バイトである。基本 きほん 的 てき に64ビット マシンである。大 おお きく分 わ けてスカラ [要 よう 曖昧 あいまい さ回避 かいひ ] 演算 えんざん ユニット(SU)、ベクトル演算 えんざん ユニット(VU)とインターフェースユニット(IU)から構成 こうせい される。
APはSX-2,SX-1,SX-0は1システムに1ユニットであるが、SX-3以降 いこう は1システムに複数 ふくすう ユニット構成 こうせい できるようになった。そのため、各 かく APは共有 きょうゆう メモリ型 がた マルチプロセッサを構成 こうせい している。
数値 すうち 演算 えんざん を高速 こうそく に行 おこな うために、ベクトル演算 えんざん 機能 きのう が用意 ようい されている。スカラ演算 えんざん は、RISC風 ふう のため、SX-2シリーズにおいては、同社 どうしゃ で当時 とうじ 最新 さいしん の汎用 はんよう コンピュータ S1000の3.5倍 ばい 以上 いじょう を目標 もくひょう に設計 せっけい されていた。ベクトル演算 えんざん 機能 きのう とスカラ演算 えんざん 機能 きのう (汎用 はんよう レジスタ )は独立 どくりつ しているため、並行 へいこう に動作 どうさ 可能 かのう である。キャッシュメモリ は、命令 めいれい キャッシュとオペランド キャッシュが独立 どくりつ している。
データを高速 こうそく に処理 しょり するための工夫 くふう が用意 ようい されている。たとえば、SX-2,1においては、メモリは512ウェイインターレース(最大 さいだい )構成 こうせい をとっていて、6nsクロック のスピードと共 とも に、最大 さいだい 11G バイト /sのデータ転送 てんそう 能力 のうりょく (SX-2において)、1.3G FLOPS (SX-2)の性能 せいのう を誇 ほこ る。クロックはSX-3Rで2.5nsまで高速 こうそく 化 か されたが、SX-4ではデバイスがCMOS になったため、8nsまで遅 おそ くなった。
SX-2のレジスタ はおおよそ以下 いか のとおりである。なお、SX-1ではベクトル 関係 かんけい のレジスタはSX-2の半分 はんぶん になる。SX-3以降 いこう も基本 きほん 的 てき にはこの構成 こうせい をとっている。
ベクトル演算 えんざん 機能 きのう は4つのパイプライン (SX-3まで、SX-4は最大 さいだい 8つ、モデルによって本数 ほんすう は変 か わる)を持 も っている。そのため、1サイクルで複数 ふくすう の演算 えんざん を同時 どうじ に行 おこな うことが出来 でき る。また、ベクトル演算 えんざん 機能 きのう は、加算 かさん 、乗算 じょうざん 、論理 ろんり 演算 えんざん 、シフト演算 えんざん の4つの演算 えんざん 機能 きのう が別々 べつべつ に用意 ようい されている。そのため、それぞれの演算 えんざん を独立 どくりつ して行 おこな うことが出来 でき る。たとえば、
DO 100 I = 1 , 100
C ( I ) = A ( I ) + B ( I )
100 CONTINUE
というようなDOループ はベクトル演算 えんざん 命令 めいれい の1マシン命令 めいれい にコンパイル され、実行 じっこう される(ベクトル化 か 。詳 くわ しくはベクトル化 か のページを参照 さんしょう のこと)。もちろん、浮動 ふどう 小数点 しょうすうてん 数 すう だけではなく整数 せいすう に対 たい してもベクトル処理 しょり が可能 かのう である。
また、ベクトルマスク機能 きのう を使 つか い、ベクトル内 ない で演算 えんざん 対象 たいしょう のものだけをふるい分 わ けたり、ベクトルをマスクの価 あたい によって圧縮 あっしゅく 、伸張 しんちょう するような演算 えんざん を行 おこな うことが出来 でき る。そのため、より高速 こうそく な演算 えんざん が可能 かのう である。この機能 きのう は、DOループ 内 うち にあるIF文 ぶん 内 うち のベクトル演算 えんざん (条件 じょうけん 付 つ き演算 えんざん )を高速 こうそく に行 おこな うために用意 ようい されている。
そのほか、累 るい 和 わ を高速 こうそく に求 もと める機能 きのう や、浮動 ふどう 小数点 しょうすうてん 数 すう の0.5倍 ばい /2倍 ばい を高速 こうそく に行 おこな う機能 きのう も用意 ようい されている。
スカラ 演算 えんざん 機能 きのう もパイプライン 化 か で高速 こうそく 化 か されている。
さらに、SX-3では、命令 めいれい のアウト・オブ・オーダー実行 じっこう 機能 きのう が加 くわ わった。
SX-4ではスーパースカラー 化 か されている。同時 どうじ に2命令 めいれい のデコード、フェッチと分岐 ぶんき を含 ふく め、最大 さいだい 4命令 めいれい が同時 どうじ に実行 じっこう 可能 かのう である。固定 こてい 小数点 しょうすうてん 数 すう 演算 えんざん 用 よう の演算 えんざん 器 き が2つ、浮動 ふどう 小数点 しょうすうてん 数 すう 演算 えんざん 用 よう の演算 えんざん 器 き が1つ、乗算 じょうざん 器 うつわ が1つある。固定 こてい 小数点 しょうすうてん 数 すう 演算 えんざん は1マシンサイクル、浮動 ふどう 小数点 しょうすうてん 数 すう 演算 えんざん も2マシンサイクルで実行 じっこう 可能 かのう であり、極 きわ めて高速 こうそく な演算 えんざん が可能 かのう になっている。
命令 めいれい セット は3オペランド 形式 けいしき である。演算 えんざん はすべてレジスタ で行 おこ なわれる。RISC 風 ふう のため、演算 えんざん 命令 めいれい とロード/ストア命令 めいれい が分 わ かれている(メモリ上 じょう のデータをレジスタ上 じょう の値 ね と演算 えんざん を行 おこな う命令 めいれい はない)。
スカラ [要 よう 曖昧 あいまい さ回避 かいひ ] 演算 えんざん 用 よう の命令 めいれい とベクトル演算 えんざん 用 よう の命令 めいれい が分 わ かれている。スカラ演算 えんざん 用 よう の命令 めいれい (RX型 がた )は1命令 めいれい 1ワード (4バイト )または2ワード(8バイト)である。1バイトのオペコード の後 のち に、3つのオペランドが続 つづ く。オペランドはレジスタ、インデックスレジスタ、あるいは即値 そくち である。
ベクトル演算 えんざん 用 よう の命令 めいれい (RR型 がた /RV型 がた )も、1バイトのオペコードの後 のち に3つのオペランドが続 つづ く。主 おも な命令 めいれい は
などが用意 ようい されている。演算 えんざん は、ベクトルとベクトルの演算 えんざん だけではなく、ベクトルとスカラーの演算 えんざん なども用意 ようい されている。このため、ベクトルに特定 とくてい の価 あたい を足 た したり掛 か けたりするようなDOループ が、ハードウェア 的 てき な1命令 めいれい で実行 じっこう できる。
また、数値 すうち 演算 えんざん 専用 せんよう のプロセッサのため、いわゆる10進 しん 演算 えんざん 等 とう の命令 めいれい は用意 ようい されていない。基本 きほん 的 てき にワード(64ビット)単位 たんい の処理 しょり であるが、ロード/ストア命令 めいれい についてはバイト/16ビット単位 たんい のものが用意 ようい されている。
SX-3では、64ビット 整数 せいすう 演算 えんざん 命令 めいれい 、最大 さいだい 値 ち /最小 さいしょう 値 ち 検索 けんさく 命令 めいれい 等 とう が追加 ついか されている。
SX-4では、浮動 ふどう 小数点 しょうすうてん 演算 えんざん に、IBM 形式 けいしき 、CRAY 形式 けいしき の他 ほか に、IEEE 形式 けいしき もサポートするようになった。
ベクトル命令 めいれい は、複数 ふくすう のオペランドを持 も つが、1つのベクトルのオペランドを全 すべ て処理 しょり してから次 つぎ のベクトル命令 めいれい を実行 じっこう すると処理 しょり が遅 おそ くなる。SXシリーズでは、1つのベクトルのオペランドが演算 えんざん を終 お えた後 のち 、次 つぎ のベクトル命令 めいれい の処理 しょり を開始 かいし する機能 きのう がハードウェアによって用意 ようい されている。このため、ベクトル命令 めいれい の高速 こうそく 化 か が可能 かのう である。
SX-2(SX-1を含 ふく む)では、配線 はいせん を最適 さいてき 化 か するために、APとメモリ部分 ぶぶん がY型 がた になっている。APの先 さき に、CPやIOPが接続 せつぞく される。冷却 れいきゃく 機構 きこう は別 べつ 筐体 きょうたい である。水冷 すいれい のため、SX-2本体 ほんたい はそばによっても熱 ねつ を感 かん じず、ひんやりとして、音 おと も静 しず かであるが、冷却 れいきゃく 機構 きこう の空気 くうき 吹 ふ き出 だ し口 こう (機構 きこう の上部 じょうぶ )は猛烈 もうれつ に熱 あつ い風 ふう が吹 ふ き上 あ げている。
SX-3では各 かく 筐体 きょうたい が平行 へいこう に並 なら び、その装置 そうち 間 あいだ をインタフェースユニットが接続 せつぞく している。
SX-4では、1つのユニットの筐体 きょうたい が人 ひと の形 かたち に似 に た、非常 ひじょう に特徴 とくちょう のある形状 けいじょう になっている。
SX-2以降 いこう 、AP、CPとも主要 しゅよう 部分 ぶぶん は水冷 すいれい 方式 ほうしき となっている。SX-2では複数 ふくすう のICを集積 しゅうせき したICモジュールに10cm四方 しほう の水冷 すいれい ユニットが取 と り付 つ けられている。
SX-3では、APのみLCM(リキッドクーリングモジュール)と呼 よ ばれる30×20cm程度 ていど のモジュールが採用 さいよう され複数 ふくすう の集積 しゅうせき 回路 かいろ と水冷 すいれい 機構 きこう が一体 いったい となっている。CPはUNIX サーバとなったため空冷 くうれい 化 か となり、外部 がいぶ に設置 せっち する設備 せつび の大幅 おおはば な縮小 しゅくしょう が可能 かのう となった。
SX-4ではチップがCMOS になったため、空冷 くうれい になっている。
SX-2、SX-1は、ACOS-4 をベースとしたSX-OS というオペレーティングシステム (OS)で動作 どうさ している。
ACOS-4系 けい で提供 ていきょう されている機能 きのう がほとんどすべて動作 どうさ 可能 かのう である。また、ACOS-4/MVP XE と疎 うと 結合 けつごう マルチプロセッサ構成 こうせい をとることが出来 でき る(ディスクの共有 きょうゆう )。
さらに、チェックポイントリスタート機能 きのう を有 ゆう している。この機能 きのう を使 つか うことで、長期間 ちょうきかん 処理 しょり を行 おこな うジョブ を分割 ぶんかつ して実行 じっこう したり、出力 しゅつりょく 制限 せいげん 値 ち を越 こ えてしまってアボートしたジョブのリスタートも可能 かのう になる。長 なが い数値 すうち 計算 けいさん を行 おこな う処理 しょり には便利 べんり である。
SX-3以降 いこう は、メインフレーム ベースのオペレーティングシステム (OS) をやめ、UNIX ベース(System V ベース)のOS、SUPER-UX となった。ベースは System V ではあるが、4.3BSD の機能 きのう を取 と り入 い れ、ネットワーク 関係 かんけい 等 とう が強化 きょうか されているTCP/IP だけではなく、OSI への対応 たいおう もなされている。そのほかの特徴 とくちょう は以下 いか のとおり。
マルチプロセッサ 対応 たいおう
カーネル のマルチスレッド 化 か を行 おこ なっている。
2つのページサイズ
32Kバイト と1Mバイトのページサイズを提供 ていきょう している。UNIXコマンドのような小 ちい さなプログラムは32Kバイト、科学 かがく 技術 ぎじゅつ 計算 けいさん には1Mバイトのページサイズを割 わ り当 あ てている。どちらを使 つか うかは、実行 じっこう 可能 かのう バイナリファイルに設定 せってい されている。
オーバレイ機能 きのう
メモリを効率 こうりつ 的 てき に使 つか うため、サブルーチン 単位 たんい にオーバレイ機能 きのう を使 つか うことが出来 でき る。この機能 きのう はソースプログラム を変更 へんこう することなく実行 じっこう 可能 かのう である。
スケジューリング機能 きのう の大幅 おおはば な変更 へんこう
通常 つうじょう の処理 しょり (UNIXコマンドによる対話 たいわ 的 てき な処理 しょり )と、数値 すうち 演算 えんざん のようなバッチ 的 てき な処理 しょり のスケジューリングを適切 てきせつ に行 おこな うために、ドメイン、スケジューリンググループという機能 きのう を用意 ようい している。
ドメイン
会話 かいわ 処理 しょり ドメインとバッチ処理 しょり ドメインが用意 ようい されている。それぞれに対 たい して、CPU配分 はいぶん 、メモリ配分 はいぶん を設定 せってい できる。
スケジューリンググループ
ユーザ毎 ごと にスケジュール方法 ほうほう を設定 せってい できる。従来 じゅうらい のUNIX風 ふう のスケジュール方法 ほうほう の他 ほか に、固定 こてい 的 てき にスケジュールを設定 せってい する機能 きのう も、バッチ的 てき な処理 しょり のために用意 ようい されている。
ファイルシステム の改良 かいりょう
ファイルシステムはs5fs(System V固有 こゆう のファイルシステム)をベースに改良 かいりょう したSFS (Supercomputing File System) である。このファイルシステムは、基本 きほん 的 てき なUNIXのファイルシステムをベースに、大量 たいりょう の入出力 にゅうしゅつりょく (I/O) に対応 たいおう するように改良 かいりょう されている。たとえば、I/O単位 たんい がブロックをまとめたクラスタ単位 たんい である、カーネル のバッファ を使 つか わず、直接 ちょくせつ ユーザアプリケーション とI/Oを行 おこな う、仮想 かそう ボリューム機能 きのう を用 もち いて、ディスク容量 ようりょう より大 おお きなファイル を作成 さくせい できるなどである。
NQS機能 きのう
バッチ処理 しょり を効率 こうりつ 的 てき に行 おこな うために、NQS(Network Queuing System)というジョブ 管理 かんり システムが提供 ていきょう されている。
SX-4対応 たいおう のOSでは、SVR4.2MP (System V Release 4.2 MP) 対応 たいおう になった。また、並列 へいれつ 処理 しょり も、SX-3ではタスクライブラリというFortran 指向 しこう のライブラリを用意 ようい していたが、SX-4ではPOSIXスレッド を使 つか えるようになった。また、より並列 へいれつ 度 ど が上 あ がるように、粒 つぶ 度 ど を向上 こうじょう したり、アトミック命令 めいれい が追加 ついか されている。
SX-2、SX-1では、AP上 じょう で実行 じっこう するバイナリを生成 せいせい する FORTRAN 77/SXと、CP上 じょう で実行 じっこう 可能 かのう なバイナリを生成 せいせい するFORTRAN77が提供 ていきょう されている。CP上 じょう では、FORTRAN77以外 いがい にもCOBOL やPL/I など、他 た の言語 げんご もコンパイル、実行 じっこう 可能 かのう である。しかし、AP上 じょう で処理 しょり 可能 かのう な高水準 こうすいじゅん 言語 げんご は、FORTRAN77しかない。
CP上 じょう 実行 じっこう 可能 かのう なFORTRANは、デバッグ 用途 ようと である。また、FORTRANのソースコード を整形 せいけい するBEAUTIFIERや、動作 どうさ を解析 かいせき する(動的 どうてき /静的 せいてき )ANALIZER/SX、対話 たいわ 的 てき にベクトル化 か を推進 すいしん するVECTRIZER/SXも用意 ようい されている。
SX-3以降 いこう のSUPER-UX 向 む けには、新 あたら しいハードウェア に対応 たいおう して、コンパイラ も機能 きのう 強化 きょうか されている。たとえば、8バイト 整数 せいすう 、ベクトル [要 よう 曖昧 あいまい さ回避 かいひ ] レジスタ の容量 ようりょう 拡大 かくだい 対応 たいおう などである。機能 きのう 的 てき にも、外部 がいぶ 手続 てつづ きをインラインで展開 てんかい したり、行列 ぎょうれつ 演算 えんざん を認識 にんしき して、関数 かんすう 呼 よ び出 だ しに変 か えたり、ループ 数 かず を減 へ らして、ループ内 ない 演算 えんざん を増 ふ やして(ループアンローリング )、メモリ アクセスの軽減 けいげん 、ベクトルレジスタの効率 こうりつ 的 てき な利用 りよう をはかるように改良 かいりょう されている。
さらに、APが複数 ふくすう あることを利用 りよう し、並列 へいれつ 実行 じっこう を行 おこな う機能 きのう が用意 ようい されている。並列 へいれつ 実行 じっこう は、サブルーチン レベルで並列 へいれつ 化 か を行 おこな う、マクロタスク機能 きのう 、ループ内 ない 演算 えんざん を並列 へいれつ 化 か する、マイクロタスク機能 きのう がある。マクロタスク機能 きのう はソースコードレベルでの修正 しゅうせい が必要 ひつよう だが、マイクロタスク機能 きのう 機能 きのう では自動的 じどうてき に並列 へいれつ 化 か が行 おこ なわれる。さらに、より高度 こうど な並列 へいれつ 化 か を行 おこな うために、並列 へいれつ 化 か を指示 しじ するような命令 めいれい や、並列 へいれつ 実行 じっこう のための補助 ほじょ 的 てき な命令 めいれい も追加 ついか されている。
また、SUPER-UXでベースとなっているオペレーティングシステム (OS) がUNIX であるので、UNIXに関係 かんけい が深 ふか いC言語 げんご もサポートしている。C言語 げんご でもFORTRAN と同様 どうよう 、ベクトル化 か 機能 きのう を有効 ゆうこう に使 つか えるようなコード生成 せいせい を行 くだり なえるようになっている。
性能 せいのう 向上 こうじょう のためのツールは、新 あら たに、ANALIZER-P/SXと、PARALLELIZER/SXが提供 ていきょう されている。
SX-4からはFORTRAN90が提供 ていきょう されている。
また、SX-4用 よう のコンパイラは、SX-4で新 あら たに追加 ついか された命令 めいれい や、高速 こうそく 化 か のためのアーキテクチャ の改良 かいりょう を取 と り込 こ んで最適 さいてき 化 か を行 おこ なっている。さらに、マルチノードにも対応 たいおう している。
SXシリーズは、アメリカ合衆国 あめりかがっしゅうこく (米国 べいこく ) においてダンピング を行 おこな っていると大幅 おおはば に課税 かぜい されたことがある。これは、当時 とうじ 、米国 べいこく 社 しゃ 製 せい のスーパーコンピュータ に比 くら べ、SX-3等 とう の価格 かかく が安 やす かった為 ため でもある。当時 とうじ 、米国 べいこく にはSX-3は殆 ほとん ど輸出 ゆしゅつ されておらず、専 もっぱ ら米国 べいこく 国外 こくがい でSX-3の出荷 しゅっか が順調 じゅんちょう に進 すす み、米国 べいこく 社 しゃ 製 せい のスーパーコンピュータの販売 はんばい がしにくくなった為 ため でもある。
米国 べいこく などのスーパーコンピュータメーカでは制御 せいぎょ 系 けい を専用 せんよう マシンで補 おぎな わなければならないためこの製作 せいさく が高額 こうがく であった。これに対 たい し日本 にっぽん メーカーは自社 じしゃ の汎用 はんよう マシンで補 おぎな い、さらに、SX-3等 とう では小型 こがた 汎用 はんよう サーバに置 お き換 か える事 こと により大幅 おおはば な価格 かかく 差 さ が生 しょう じる結果 けっか となった。
米国 べいこく では軍事 ぐんじ 産業 さんぎょう 保護 ほご の観点 かんてん からスーパーコンピュータも保護 ほご すべき対象 たいしょう となっていた為 ため 、安価 あんか であった日本 にっぽん のスーパーコンピュータの導入 どうにゅう は一向 いっこう に進 すす まなかった。
後 のち に、米国 べいこく 国内 こくない でも安価 あんか なスーパーコンピュータが使 つか えない事 こと に抗議 こうぎ の声 こえ が上 あ がり、この問題 もんだい は消 き え去 さ ることとなった。2001年 ねん 2月 がつ 28日 にち に、日本電気 にほんでんき (NEC) はクレイ 社 しゃ にSXシリーズをOEM することで合意 ごうい している。なお、詳 くわ しい経緯 けいい については日米 にちべい スパコン貿易 ぼうえき 摩擦 まさつ を参照 さんしょう されたい。
SX-4, SXシリーズ以降 いこう のスーパーコンピュータは二 に 重 じゅう 並列 へいれつ 構成 こうせい である。複数 ふくすう のCPU は並列 へいれつ ベクトル処理 しょり ノードに配置 はいち される。
これらのノードは標準 ひょうじゅん 的 てき なSMP 構成 こうせい である。
シングルノード SX システム
SX-2
SX-3
SX-4
SX-5
SX-6
SX-7
SX-8
SX-8R
SX-9
SX-ACE
最大 さいだい CPUの個数 こすう
1
4
32
16
8
32
8
8
16
1
ピーク CPU GFLOPS
1.3
5.5
2
8
8
8.83
16
35.2
102.4
256
ピークシステム GFLOPS
1.3
22
64
128
64
282
128
281.6
1638
256
最大 さいだい 主 ぬし メモリ
256 MB
2 GB
16 GB
128 GB
64 GB
256 GB
128 GB
256 GB
1 TB
1 TB
システムメモリ帯域 たいいき 幅 はば (GB/s)
11
44
512
1,024
256
1,129
512
563.2
4,096
256
CPU毎 ごと のメモリ帯域 たいいき 幅 はば (GB/s)
11
22
16
64
32
35.3
64
70.4
256
256
マルチノード SX システム
SX-4
SX-4A
SX-5
SX-6
SX-8
SX-8R
SX-9
SX-ACE
最大 さいだい ノード数 すう
16
16
32
128
512
512
512
512
最大 さいだい CPUの個数 こすう
512
256
512
1,024
4,096
4,096
8,192
512
ピーク TFLOPS
1
0.5
4
8
65
140.8
839
131
最大 さいだい 主 ぬし メモリ
256 GB
512 GB
4 TB
8 TB
64 TB
128 TB
512 TB
32 TB
合計 ごうけい メモリ帯域 たいいき 幅 はば (TB/s)
8
4
32
32
131
281.6
2,048
131
SXシステムの開発 かいはつ 背景 はいけい 、NEC技 わざ 報 むくい ,Vol39 No1/1986
SXシステムの概要 がいよう 、NEC技 わざ 報 むくい ,Vol39 No1/1986
SXシステムの科学 かがく 演算 えんざん 処理 しょり 装置 そうち 、NEC技 わざ 報 むくい ,Vol39 No1/1986
SXシステムの制御 せいぎょ プログラム、NEC技 わざ 報 むくい ,Vol39 No1/1986
SX-3シリーズの開発 かいはつ 背景 はいけい と概要 がいよう 、NEC技 わざ 報 むくい ,Vol45 No2/1992
SX-3シリーズのハードウェア構成 こうせい 、NEC技 わざ 報 むくい ,Vol45 No2/1992
オペレーティングシステム SUPER-UX NEC技 わざ 報 むくい ,Vol45 No2/1992
SX-3シリーズの言語 げんご プロセッサと開発 かいはつ 支援 しえん ツール、NEC技 わざ 報 むくい ,Vol45 No2/1992
SX-4シリーズの開発 かいはつ 背景 はいけい と概要 がいよう NEC技 わざ 報 むくい ,Vol48 No11/1995
SX-4シリーズのハードウェア構成 こうせい NEC技 わざ 報 むくい ,Vol48 No11/1995
オペレーティングシステム SUPER-UX NEC技 わざ 報 むくい ,Vol48 No11/1992
SX-4シリーズの言語 げんご プロセッサと開発 かいはつ 支援 しえん ツール、NEC技 わざ 報 むくい ,Vol48 No11/1992