スパコン「京」の100倍の処理性能へ、富士通がArmベースのプロセッサを開発：AI処理に向け整数演算性能も向上

富士通はスーパーコンピュータ「京」の後継機に実装するプロセッサ「A64FX」の詳細を公表した。Arm命令セットアーキテクチャを採用し、スーパーコンピュータ向けの拡張命令を実装した。半精度浮動小数点演算や整数演算性能も向上させた。

[＠IT]

　富士通は2018年8月22日、理研と共同開発するスーパーコンピュータ「京」の後継機に実装するプロセッサ「A64FX」の詳細を発表した。同年8月19〜21日に米カリフォルニア州クパチーノ、米IEEEが主催した「Hot Chips 30」で公開したもの。

　2021年ごろの京後継機の供用開始を予定しており、富士通は、A64FXの試作品による機能試験を既に進めている。

A64FXのパッケージの外観（出典：富士通）

　京は2011年に、浮動小数点演算性能10.51PFLOPS（ペタフロップス）を記録し、世界のスーパーコンピュータをランク付けするTOP500リストで世界一になった。

　A64FXを搭載した後継機は、最大で京の100倍のアプリケーション実行性能と、30M〜40Mワットの低消費電力を目指ししている。

　倍精度浮動小数点演算のピーク性能は2.7TFLOPS（テラフロップス）以上。単精度では2倍の5.4TFLOPS以上、半精度では4倍の10.8TFLOPS以上の浮動小数点演算性能が得られる。

　さらにビッグデータ解析やAI処理に向けて、16bitや8bitの整数演算性能も強化した。16bit整数演算では10.8TOPS（Tera Operations Per Second）以上、8bit整数演算では21.6TOPS以上の性能が得られる。富士通では、コンピュータシミュレーションだけにとどまらず、幅広い分野に適応可能だとしている。

Arm命令セットアーキテクチャを採用

　A64FXでは、Arm命令セットアーキテクチャを採用し、スーパーコンピュータ向けの拡張命令を実装した。「Armv8-A命令セットアーキテクチャのスーパーコンピュータ向け拡張である「SVE（Scalable Vector Extension）」を、世界で初めて採用したという。

　命令セットアーキテクチャとプロセッサの内部構造であるマイクロアーキテクチャは、独立に設計可能だ。富士通は、A64FXのマイクロアーキテクチャを、同社がこれまでスーパーコンピュータやメインフレーム、UNIXサーバで培った技術を発展させて開発したとしている。

　A64FXに集積したトランジスタ数は約87億個。最小加工幅7ナノメートルのFinFET（Fin Field-Effect Transistor）を用いる。

　A64FXプロセッサは4個のCMG（Core Memory Group）で構成される。1個のCMG当たり12個のコンピューティングコアと1個のアシスタントコア、8MBの2次キャッシュメモリ、8GBの主記憶を集積した。つまり、1プロセッサ当たりのコア数は、コンピューティングコアが48個、アシスタントコアが4個、メモリは32GBとなる。

A64FXのブロック図　CMGを赤い点線で囲った。HBM：High Bandwidth Memory、高帯域幅メモリ　（出典：富士通）

　京の特徴である高いメモリのバンド幅（データ転送速度）を強化しつつ、プロセッサ同士を、「Tofuインターコネクト」と呼ぶ富士通独自のバスで直結し、並列性能を向上させている。