5-2 電子計算機センター将来計画 − 1999 年と 2000 年の計算機更新に向けて−
5-2-1 現有計算機の構成と利用状況
平成10年1月現在の利用者の総計は約716名，研究課題は187件である。電子計算機センターの計算機システムは，平成6年 1月からスーパーコンピュータNE C S X -3が，平成 7 年 1月より並列計算機 IB M S Pと高速汎用計算機 NE C HS Pがそれぞれ導入 された。この時から，オペレーティングシステム（OS）もUNIX に統一された。また汎用演算性能および並列演算性能を増強する目 的で，平成８年９月よりNE C HPC 計算機，平成 9年 10月より日立製作所 S R 2201を導入し公開運用を行っている。
S X -3は３個のベクトル演算器を持ち最高性能は19.2ギガフロップスである。また，2ギガバイトの主記憶容量とジョブの一時作 業領域として高速に読み書きが可能なR A IDディスクを約60ギガバイト持つ。現在では大規模な配置間相互作用(C I) 計算や分 子動力学計算など，ベクトル化率が高くしかも大容量の主記憶と一時記憶装置を必要とする大型ジョブを中心に利用されている。
分散メモリ型並列計算機 S P2は，平均 100メガフロップスの性能をもつ 48 個の演算装置（C PU ノード）から構成されており，各 C PUノードは40メガバイト／秒以上の高速度で互いに通信を行うことが出来る高速ネットワークスイッチにより結合されており，メッ セージパッシング型の並列計算プログラムの実行を効率よく行うことが出来る。S P2は現在約 3分の2のC PUノードは主に逐次実 行型のジョブによって利用され，残りの3分の１は並列計算ジョブ用に利用されている。S P2の導入後約３年が経過し現在では並 列ジョブ処理環境を利用するユーザの数が徐々に増え，また利用法が高度化する傾向が見られる。
HS Pは，高性能の汎用高速計算機であり，2ギガバイトの主記憶装置と約20ギガバイトのR A IDディスクをもつ。HS P計算機は， ベクトル化率はあまり高くないが，SP2の逐次専用ノードでは実行が困難な大容量メモリと一時作業ディスクを必要とするジョブの 実行に利用され，その意味でスーパーコンピュータと並列コンピュータそれぞれの役割を補間する重要な役目を果たしている。 さらに平成 8年 9月より高速汎用システムの演算能力を増強する目的で NE C HPC を導入した。1ギガバイトの主記憶と2ギガバ イトの拡張記憶装置を有し，HSPと同様に中規模なベクトルジョブの処理に利用されている。また，平成9年11月から日立製 並列 計算機 S R 2201(16C PU）を比較的低い課金係数で公開運用しているが，並列ジョブの利用率はまだあまり高くない。
分子研計算機センターのC PU サーバーとしての能力は平成 6年 1月にはそれまでのおよそ9倍，平成７年 1月には平成６年 1月 以前のおよそ14倍になったが，年間平均でもその全C PU能力の約70%が利用されており，常時数十件の待ちジョブが待機して いる状況になっている。当センターの計算機は，365日24時間運転を行っているため，実稼働率が７割を超えた場合には，平日の 日中には常に待ちジョブがある状況となる。特に学会前の混雑時には投入したジョブが実行されるまでの待ち時間が数日に及ぶ 状況も発生している。各計算機の C PU 能力の増強により，このような事態を早急に改善しなければならない。
5-2-2 1999 年と 2000 年の計算機システム更新
平成9年度，文部省に概算要求をしていたスーパーコンピュータ借料の増額によるC PU能力の増強は認められなかった。また 導入一時経費もつかないという厳しい結果となったため，外部委員を含む「スーパーコンピュータ検討小委員会」の結論に従い， 来年度（平成11年1月）に機種を更新することを断念し，更新を1年延期することとした。平成10年の春より再度，文部省への増額 による更新要求を行う。
スーパーコンピュータ検討小委員会では，スーパーコンピュータの更新を 1年延期したことから，汎用システムの機種更新を1 年早めて，平成11(1999)年1月に行うことが望まれるとの結論を得た。これを受けて，文部省と協議の結果，現有の汎用高速演算 システムであるIB M S P2とNE C HS Pを平成 11年 1月に新たな機種に更新するための準備を進めている。現在，計算機メーカ各 社からの資料提供の招請と仕様書原案の提示を行い，各社からの提案を求めている段階である。最高演算性能が５ギガフロッ プスを上回る機種の導入を予定していることから，スーパーコンピュータに準ずる調達手続きを採用することとなった。今後，平成 10年5月1日に最終仕様書が完成し，6月22日入札，7月7日開札（機種決定），8月から新機種への移行作業を開始し平成 11年
１月から2月に公開運用開始の予定で調達手続きを進めている。 (1) 汎用高速演算システムに要求される演算性能
大学の研究室では実行が困難な大容量の主記憶及び一時作業ディスク容量を要求するジョブや，多数のＣＰＵを利用する並 列ジョブを実行できる計算環境を提供するため，現有の中規模ベクトル計算機（ＨＳＰ）と並列計算機（ＳＰ２）といった２つの異なる タイプの計算機を汎用システムとして更新する。ベクトル計算機としては，従来の半分程度のマシンクロックと２倍程度の数のベ クトルパイプラインを備えた新型機が来春，スーパーコンピュータメーカー各社から出荷されるため，並列度は５∼６程度と低いが 単体演算性能が６ギガフロップス程度のベクトル並列計算機を導入できる予定である。また今後，分子科学分野において並列プ ログラムを積極的に開発してゆくための環境として，各演算器の性能が100メガフロップス程度でできるだけ多くのC PUを有する 並列計算機を導入する必要がある。汎用高速演算システム全体の性能としては，更新前の１０倍以上の演算能力が必要である。
また計算機開発の技術進歩が非常に速いことから，今回のシステム更新を機会に，汎用高速演算システムのレンタル期間が ４年に定着化されることが望まれる。
(2) スーパーコンピュータシステムに要求される性能
スーパーコンピュータの更新目的の第一は，分子科学分野において大学等では実行が困難である大規模なベクトル並列計算 を行う計算環境を整備することにある。一方，現状のように投入したジョブが実行されるまでの待ち時間が数日に及ぶ状況を早急 に改善しなければならないため，中小規模のシリアルジョブの実行スループットを向上させる配慮も重要である。このように､ある 意味では相反する更新要求を，レンタル期間中の運用変更によって適応可能とする計算機構成を選択することが重要である。す なわち，高い単体ベクトル演算性能を持つ計算ノードをできる限り多数導入し，C PUリソースの分割運用によって，大規模ベクトル 並列計算の実行と中小規模ベクトル計算の両方が干渉することなく実行できることが重要である。これを実現するためには，シス テム全体として大容量の主記憶と一時作業ディスクが必要である。
具体的には，現有スーパーコンピュータの単体ＣＰＵ能力を上回る８ギガフロップス程度のベクトル計算ノード64以上が必要で あり，16ノードと48ノードのようにリソースを分割運用する。主記憶は128ギガバイト以上，作業ディスクは1000ギガバイト以上必要 である。平成8年に発足した次期スーパーコンピュータ検討委員会では単体C PU性能を重視するかC PU台数（並列計算の規模） を重視するかで活発な討論がおこなわれた。並列度の高いプログラムへ比較的容易に移行が可能な分子動力学（MD）分野の 研究者からはC PU 台数を重視すべきとの意見がだされ，一方，大規模な分子軌道（MO）計算や配置間相互作用計算などに代表 される並列化が困難な電子状態分野の研究者からは単体のベクトル演算性能と大容量の主記憶および拡張記憶装置の重要性 が示された。上記のC PUリソースの分割運用は，大規模ジョブの実行と中小規模ジョブのスループットを運用によりバランスをとっ てゆく観点としてだけでなく，MD 計算とMO 計算分野の要求に柔軟に答えて行くための方策としても重要である。
又，C PUリソースの利用状況によっては，超大型計算を奨励する新しい運用方法の導入も検討する必要がある。従来の課金制 度とは違う形で，研究課題を募集し､従来のC PU時間やメモリー利用制限の枠を大幅に越えた計算機利用を可能にして，優れた 研究成果を引き出すような施策の検討である。
(3) センターの運用方針
前回の報告にもあるように，計算機センターの利用者は大別すると4 つに分類される。 グループ A : 分子研理論部門( 計算センター含む)。
グループ B : 所外の大きな理論グループ。
グループ C : 所外の小さな( 一人ないし三人程度の若い) 理論グループ。 グループ D : 実験を主体とする研究グループ。
それぞれのグループで計算機を利用する分野・形態や，必要なＣＰＵ時間に相違があり，どのグループを重点的にサポートして
行くかの議論には慎重を要す。最近では，研究所内外のいくつかの研究室単位で強力な計算環境を持つことも一部では可能に なってきている。そのような研究グループがさらに強力な演算性能を必要とする研究プロジェクトで成果を上げるためには，グルー プ AとBに一層力点をおいた運営方針を取ることが望ましい。一方，グループ CとD の研究者にとって，本センターは研究遂行上 不可欠なものであることも事実であり，今後とも適切な配慮が必要である。
(4) 世界のスーパーコンピュータの動向とセンターの立場
現在の計算機は様々な観点から分類することができる。たとえば，単体C PU性能の観点からは，1C PUのベクトル性能が5ギガ フロップス以上の高価な計算機，4ギガフロップス 以下のもの，そしてワークステーションに代表されるベクトル演算器を持たない 安価なものという分け方ができる。また，並列度の観点から見ると，並列度の高い（３桁以上の）超並列計算機，並列度の少ないも の，並列計算ができないものという分け方ができる。またC PUとメモリの構成の違いからは，全てのC PU がシステム全体のメモリ を共有する「共有メモリ型」と各C PUがそれぞれ局所メモリを持つ「分散メモリ型」，そして分散メモリのハードウエア構成を持ち ながら基本ソフトウエアにより論理的に共有メモリ計算機として利用できる「分散共有メモリ型」に分類することができる。さらに， 並列計算機では C PU 間を結ぶ通信経路のトポロジーと通信性能の違いによって幾つかの形態がある。
欧米では，計算機アーキテクチャの研究を専門とする分野はもちろんのこと，科学計算分野においても単体C PU性能の向上に 頼る時代は終わり，基本ソフトウエアと高速通信技術における並列計算技術の発展に将来の大規模計算環境を委ねる機運が高 まっている。ここで並列化の基本ソフトウエア技術として分散共有メモリ計算機におけるマルチスレッドや分散メモリ計算機のメッ セージパッシングが挙げられる。 たとえば米国では1996年よりA ccelerated S trategic C omputing Initiative (A S C I)を国家プロジェ クトとして提案し，コンピュータメーカーと国立研究所が共同で大規模な超並列計算機の開発を推進している。我が国でも欧米の 計算機動向に追従し，かつて単体C PU性能で世界１，２位を争っていたスーパーコンピュータメーカーも，超並列計算機のみの開 発に方針転換している。このような状況の中，電子計算機センターは将来にわたり最先端の大規模計算環境を分子科学者に提 供することを最重要と考え，計算機アーキテクチﾔの動向に注視する努力を怠ってはならない。一方，現状では並列コンパイラや 並列プログラム開発のための支援ツールが未成熟な状況であることもまた事実であり，分子科学計算分野はあくまで高速計算機 を研究道具として利用し続ける１研究分野であり，安易に並列計算機一辺倒の運営に踏み切ることも慎重にしなければならない。
5-2-3 分子研における計算分子科学分野の重要性とセンターの役割
今日，理論化学的手法の発展と計算機の進歩によって，従来では不可能と考えられていたような複雑な系を不必要なモデル 化を行わずそのまま研究対象として扱うことができるようになってきている。分子科学における計算科学は，単に実験の解析にと どまらず実験の先導的な役割を果たしており，90年代の後半に至り計算的手法の重要性は質的転換を遂げたと言える。21世紀 において計算分子科学は一層の発展が期待されている。特に，分子研の理論部門は平成7年度から1部門が増設され，計算機 センターのグループを加えると専任の研究グループは７になった。各研究グループは独自にワークステーションを持ちプログラム 開発や応用計算を進めているが，同時に計算機センターの計算機利用の中で大口利用者でもある。計算機センターは，研究所 内の理論グループに卓越した計算環境を提供していく必要がある｡そのためには､所外には公開しない特別な運用を行う計算機 の導入も検討していく必要がある。その一環として，理論研究系と計算機センターのスタッフが中心となって，たとえば文部省研 究基盤重点設備費に「計算分子科学の展開」を要求していくなどの努力も必要である。
1986年のベクトル型スーパーコンピュータのセンターへの導入は，分子動力学計算と反応動力学計算分野の研究者に大きな 刺激を与えた。この様に将来の超並列スーパーコンピュータの導入が，新たな分子科学計算分野の進展を促す可能性も十分に あり，前述のように超並列時代を見据えた方法論の開拓が重要である。計算機のハード・ソフトの両面の進歩は速く，またその最 新の成果を研究に取り入れることによって，質的な変化をもたらす研究を進めることが可能になる。計算機センターの現スタッフは
あくまで計算機利用者の一員として，計算機アーキテクチャの動向や並列ソフトウエアの進展状況を冷静に判断し，プログラム開 発やアルゴリズム理論の非専門家である分子科学者に適切な計算環境をバランスよく提供するための人員構成をとっている。一 方，計算機の発展に密着しベクトル並列型，超並列及び分散共有メモリの並列計算機などの新しいアーキテクチャの計算機の 能力をフルに活用するためのスタッフも重要であり，分子科学計算アルゴリズムの開拓や，計算機アーキテクチャの特徴を生かし た分子シミュレーションプログラムの開発研究を行うことのできる研究グループが，計算機センター内に新たに１グループ（助教授 １，助手１，技官１）は必要である。また研究要素として大規模なソフトウエアの構築を含む研究開発テーマなど，多くの若手研究者 を必要とする分野（この分野は欧米に依然立ち後れていると言わざるを得ない）では，研究系教官と共同でプロジェクト研究課題 を提案し，大学等では困難な課題にも挑戦してゆく必要がある。
5-2-4 国際分子科学計算センターとして
分子研理論部門における外国人長期滞在研究者の割合は高い。インターネットを通じての計算機利用が可能になった今日， これら長期滞在者は帰国後も共同研究が継続されるようになっている。このようなインターネットを通じた国際共同研究も進めてい く必要がある。また，現在分子研が概算要求している「多国間国際協力事業」の一つとしてプロジェクト方式の研究課題を新たに
設定することが可能であろう。
アジア諸国を中心に，計算環境が十分備わってはいないが潜在的に優秀な分子科学研究者を持つ国々の研究者に対し，プ ロジェクト申請の道を開き，国際的な計算機センターへ飛躍させる事は今後の検討課題である。この制度の実現のためには，計 算環境の一層の充実が何より前提であり，さらに課題審査制度の確立，専任の助手（出来る限り外国人の）の採用など多くの課題 を解決しなければならない。
5-2-5 センターライブラリ開発の研究プロジェクト化
センターライブラリ開発制度を見直し，件数を絞って集中的に開発支援できる形にしなければならない。外部研究者に開発プ ロジェクトを公募すると同時に，予算的措置を伴ったプロジェクト開発制度を発足させることも検討する必要がある。
5-2-6 Q C L D B の事業化
センターのスタッフが 過去に積 極的に参加し，量 子化学 者のみならず広く化学・物理 学研 究者から高 い評価を受けている QC L D B ( Quantum C hemistry L iterature D ata B ase)の開発に対し今後も予算的にはもちろんのこと，センターの業務として支援 する体制をとり続ける必要がある。現在，米国のいくつかの国立研究機関では，W W W (W orld W ide W eb)を通じてその機関が作 成したデータベースを全世界に公開している。このような形の全世界の学会に対する寄与は，特に生物学や素粒子・原子核の分 野などではその研究機関の一つの「業績」として高く評価されている。
我が国ではデータベース作成による世界の学会への寄与は，QC L D Bを除いて皆無であると言われているが，平成9年夏から はQC L D Bも，W W Wを通じて登録制の公開を試験的に開始した。この公開をハード・ソフトの両面で長期的に安定運用をするた めには､正式に分子科学研究所の事業の一つとする必要がある。1)データベース作成･管理･運用のためのハードウエア整備，2) データーベース作成のための謝金と事務費の確保のために予算的措置をとる必要がある。もちろんQC L D Bを開発･作成してい るQC D B (Quantum C hemistry D ata B ase)研究会と緊密に連携をとってこの事業は進めなければならない。
5-2-7 情報ネットワークと計算機センター
平成７年度末に完成した岡崎国立共同研究機構の超高速A T Mネットワークシステム（新OR IONと呼ぶ）によって，分子研のス タッフ・学生の電子メール・インターネットの利用は著しく向上し，ほとんどの研究者にとって情報収集と発信のための不可欠な手 段になっている。計算機センターは機構情報ネットワークの構築と運用に当初はたずさわらなかったが，平成７年度に情報ネットワー クの担当技官が採用され，センターに配属されたのを契機に，センターは分子研内のネットワーク業務に関与するようになった。計 算機センターの主要目的は，分子科学における計算科学の支援であり，情報ネットワーク，特に電子メールなど情報交換を支援す る業務はこれまで軽視されてきた。これからも，このような業務は主要業務とはならないが，上述のように，研究所内はもとより国内 外との高速情報交換網は，計算科学を推進する上に非常に重要な基盤設備であり，また，情報ネットワークを企画・管理・維持す るのに必要な知識や技術は計算機センターのスタッフに要求されている知識や技術と多くの共通部分があるので，センターは，分 子研内はもとより，岡崎国立共同研究機構内のネットワークの企画・運用に関与する必要がある。
センターの計算機を国内外の研究機関から高速かつ安定に利用するために，名古屋-岡崎間の情報交換速度を主要大学間 と同じ速度に常に維持していく必要がある。そのための一つの手段として計算機センターの予算の中で学術情報センターへの専
用回線を契約する可能性も追求する必要がある。
