天気予報のことを考えてみてください。おそらく地域のニュースの衛星画像が思い浮かぶことでしょう。しかし、天気予報と気候のシミュレーションのタスクを変えているテクノロジが、他にもあります。それは、スーパーコンピューティングです。

天気や気候のモデルはどちらも、計算とデータによって成り立っています。予想の精度は、モデルの複雑さと解像度の高さによって決まります。解像度は、スーパーコンピュータの性能によって決まります。そして、スーパーコンピュータの性能は、計算リソース全体でデータを迅速に、効果的に、スケーラブルに移動させる、インターコネクト テクノロジによって決まります。

そのため、スペイン国立気象庁や中国気象局、フィンランド気象研究所、NASA、オランダ王立気象研究所といった、世界の多くの主要な気象サービスでは、NVIDIA Mellanox InfiniBand ネットワーキングを導入して、スーパーコンピューティング プラットフォームを加速させています。

InfiniBand テクノロジの発展により、NVIDIA Mellanox InfiniBand ネットワーキングが気候研究と天気予報アプリケーションでのデファクト スタンダードになっており、他のインターコネクト テクノロジを上回る性能、スケーラビリティおよび回復性を提供しています。

北京気象サービスでは、200 ギガビットの HDR InfiniBand インターコネクト テクノロジによってスーパーコンピューティング プラットフォームを加速させており、このプラットフォームは天気予報の精度の向上、気象および環境についての研究の強化、ならびに 2022 年北京冬季オリンピックで必要となる天気予報情報の提供に使用される予定です。

フランスの国立気象サービスであるフランス気象局では、HDR InfiniBand を使って、2 つの新しい大規模スーパーコンピュータを加速させています。この機関は、運輸、農業、エネルギーをはじめとする多様な業界の企業、ならびに数多くのメディアおよび全世界のスポーツや文化イベントに天気予報サービスを提供しています。この機関のシステムの 1 つが、今月発表された TOP500 リストにランクインしています。

フランス気象局の HPC プロテクトマネージャーであるアラン　ベラー (Alain Beuraud) 氏は、次のように述べています。「私たちは長年にわたって InfiniBand を使用して、スーパーコンピューティング プラットフォームを最も効率的で、スケーラブルな方法で接続し、高性能な気象調査と予報のシミュレーションを行っています。HDR InfiniBand テクノロジの利点や、In-Network コンピューティング高速化エンジン、調停遅延、および先進のルーティング機能を次世代のスーパーコンピューティング プラットフォームに活用できることを、私たちは喜ばしく思っています」

HDR InfiniBand は、欧州中期予報センター (ECMWF) の新しいスーパーコンピュータも加速させることになっています。今年導入されるこのシステムは、ヨーロッパの 30 か国以上の天気予報および気象予測研究者たちを支援します。このシステムにより、同センターの気象および気候研究での計算能力が 5 倍になり、このシステムは世界で最もパワフルな気象スーパーコンピュータの 1 つになります。

この新しいプラットフォームにより、解像度がおよそ 2 倍の確率的気象予報を 1 時間以内で実行できるようになるため、過酷さを増しつつある気象現象を監視および予測する能力が向上し、欧州各国がよりよく生命と財産を保護できるようになります。

ECMWF の事務局長であるフローレンス ラビエ (Florence Rabier) 氏は、次のように述べています。「数値気象予測活動には、最高のスーパーコンピューティング能力と最良のテクノロジが必要となります。新しいスーパーコンピューティングの能力により、私たちは 1 時間以内でより高解像度の予想を実行できるようになり、天気予報の質を大幅に向上できるようになるでしょう。
政府や社会がますます厳しくなる気象の影響に対処し続ける中で、エネルギー効率を最大化するように設計されたスーパーコンピュータを利用できることを誇りに思っています」

NVIDIA Mellanox ネットワーキング テクノロジのチームは、ドイツ気候計算センターとも協力し、数段階にわたる共同研究の最初のプロジェクトである、ICON アプリケーションの性能最適化に取り組んでいます。ICON アプリケーションは、マックス プランク気象研究所とドイツの国立気象サービス機関であるドイツ気象局 (DWD) が共同開発した、統合気象予報と気候のモデルです。

InfiniBand を利用してアプリケーションのデータ交換モジュールを最適化することで、チームはアプリケーション全体の性能を 20% 近く向上させたことを実証しました。

InfiniBand の設計は、4 つの基本要素で構成されています。それは、すべてのネットワーク エンジンを処理できるスマートなエンドポイント設計、拡張可能なように設計されたソフトウェア デファインド スイッチ ネットワーク、単一のポイントからネットワークを制御および運用できる集中管理、そして、オープンソース テクノロジとオープン API への対応による前方互換性と後方互換性を確保する標準化技術です。

InfiniBand が最高のネットワーク性能や、極めて低いレイテンシおよび高いメッセージ レートを実現するためには、これらの基本要素が重要となります。現在の市場で入手可能な唯一の 200Gb/秒の高速インターコネクトである InfiniBand は、先進的なエンドツーエンドのアダプティブ ルーティング、輻輳制御およびサービス品質により、最高のネットワーク効率を実現します。

予報によると、世界のより多くの主要な気象機関が、今年中にも HDR InfiniBand を使った、新たなスーパーコンピューティング プラットフォームを発表する模様です。それまでに、NVIDIA Mellanox InfiniBand HPC テクノロジ について学んでみましょう。