スーパーコンピュータ「京」がGraph500において9期連続で世界第1位を獲得 ビッグデータの処理で重要となるグラフ解析で最高レベルの評価

理化学研究所（理研）、九州大学、東京工業大学、バルセロナ・スーパーコンピューティング・センター、富士通株式会社、株式会社フィックスターズによる国際共同研究グループは、ビッグデータ処理（大規模グラフ解析）に関するスーパーコンピュータの国際的な性能ランキングであるGraph500において、スーパーコンピュータ｢京（けい）｣^[補足1]による解析結果で、2018年11月に続き9期連続（通算10期）で第1位を獲得しました。

このたび、ドイツのフランクフルトで開催中のHPC（ハイパフォーマンス・コンピューティング：高性能計算技術）に関する国際会議「ISC2019」で6月18日（日本時間6月18日）に発表されました。

大規模グラフ解析の性能は、大規模かつ複雑なデータ処理が求められるビッグデータの解析において重要となるもので、「京」は運用開始から6年以上が経過していますが、今回のランキング結果によって、現在でもビッグデータ解析に関して世界トップクラスの極めて高い能力を有することが実証されました。本成果の広範な普及のため、国際共同研究グループはプログラムのオープンソース化を行い、GitHubレポジトリより公開中です。今後は大規模高性能グラフ処理のグローバルスタンダードを確立していく予定です。

※ 研究支援

本研究の一部は、科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業CREST「ポストペタスケール高性能計算に資するシステムソフトウェア技術の創出（研究総括：佐藤三久）」における研究課題「ポストペタスケールシステムにおける超大規模グラフ最適化基盤（研究代表者：藤澤克樹、拠点代表者：鈴村豊太郎）」および「ビッグデータ統合利活用のための次世代基盤技術の創出・体系化（研究総括：喜連川優）」における研究課題「EBD：次世代の年ヨッタバイト処理に向けたエクストリームビッグデータの基盤技術（研究代表者：松岡聡）」の一環として行われました。

Graph500上位10位

このたび公開されたGraph500の上位10位は以下の通りです。

• Graph500
• 理研計算科学研究センター
• 大規模グラフ解析プログラムのGitHubレポジトリ

Graph500とは

近年活発に行われるようになってきた実社会における複雑な現象の分析では、多くの場合、分析対象は大規模なグラフ（節と枝によるデータ間の関連性を示したもの）として表現され、それに対するコンピュータによる高速な解析（グラフ解析）が必要とされています。例えば、インターネット上のソーシャルサービスなどでは、「誰が誰とつながっているか」といった関連性のある大量のデータを解析するときにグラフ解析が使われます。さらにSociety 5.0^[補足2]に向けた取り組みの中では、IoTなどの技術で取得された大量のデータをグラフデータに変換して計算機で高速処理することによって、新規ビジネスアプリケーションの開拓が推進されています。これらは新しい産業の創出とコストや廃棄物排出の削減の両立を目的としており、SDGs^[補足3]の特に 9 （産業・技術革新・社会基盤） および11（持続可能なまちづくり）の推進に大きく寄与することが期待されています。このような多種多様な応用を持つグラフ解析の性能を競うのが、2010年から開始されたスパコンランキング「Graph500」です。

規則的な行列演算である連立一次方程式を解く計算速度（LINPACK^[補足4]）でスーパーコンピュータを評価するTOP500^[補足5]においては、「京」は2011年（6月、11月）に第1位、その後、2019年6月17日に公表された最新のランキングでは第20位です。一方、Graph500ではグラフの探索という複雑な計算を行う速度（1秒間にグラフのたどった枝の数（TEPS^[補足6]））で評価されており、計算速度だけでなく、アルゴリズムやプログラムを含めた総合的な能力が求められます。

Graph500の測定に使われたのは、「京」が持つ88,128台のノード^[補足7]の内の82,944台で、約1兆個の頂点を持ち16兆個の枝から成るプロブレムスケール^[補足8]の大規模グラフに対する幅優先探索問題を0.45秒^※で解くことに成功しました。ベンチマークのスコアは31,302GTEPS（ギガテップス）です。Graph500第1位獲得は、「京」が科学技術計算でよく使われる規則的な行列演算だけでなく、不規則な計算が大半を占めるグラフ解析においても高い能力を有していることを実証したものであり、幅広い分野のアプリケーションに対応できる「京」の汎用性の高さを示すものです。また、それと同時に、高いハードウェアの性能を最大限に活用できる研究チームの高度なソフトウェア技術を示すものと言えます。「京」は、国際共同研究グループによる「ポストペタスケールシステムにおける超大規模グラフ最適化基盤」および「EBD：次世代の年ヨッタバイト処理に向けたエクストリームビッグデータの基盤技術」の2つの研究プロジェクトによってアルゴリズムおよびプログラムの開発が行われ、2014年6月に17,977GTEPSの性能を達成し第1位、さらに「京」のシステム全体を効率良く利用可能にするアルゴリズムの改良を行い、2倍近く性能を向上させ、2015年7月に31,302GTEPSを達成し第1位でした。そして今回のランキングでもこの記録により、世界第1位を9期連続（通算10期）で獲得しました。

これまでの幅優先探索問題（BFS）^[補足9]に加えて2017年11月から最短路問題（SSSP）^[補足10]に対する結果も公開されており、今後はさらに別の問題への適用も予定されています。

※

0.45秒は従来の中央値での値。調和平均での値は0.56秒。[補足6]参照。

今後の展望

大規模グラフ解析においては、アルゴリズムおよびプログラムの開発・実装によって性能が飛躍的に向上する可能性を示しており、今後もさらなる性能向上を目指していきます。また、2021年頃の共用開始を目指しているスーパーコンピュータ｢富岳（ふがく）｣^[補足11] においても上記で述べた実社会の課題解決および科学分野の基盤技術へ貢献すべく、さまざまな大規模グラフ解析アルゴリズムおよびプログラムの研究開発を進めていきます。

• プレスリリース スーパーコンピュータ「京」がGraph500において9期連続で世界第1位を獲得 ―ビッグデータの処理で重要となるグラフ解析で最高レベルの評価―
• Graph500
• スーパーコンピュータ「京」がGraph500において8期連続で世界第1位を獲得 | 東工大ニュース
• スーパーコンピュータ「京」がGraph500において7期連続で世界1位を獲得 | 東工大ニュース
• 6期連続でスーパーコンピュータ「京」がGraph500で世界第1位を獲得 | 東工大ニュース
• 松岡研究室
• 研究者詳細情報（STAR Search） - 松岡聡 Satoshi Matsuoka
• 理研計算科学研究機構
• 大規模グラフ解析プログラムのGitHubレポジトリ
• 学術国際情報センター
• 情報理工学院 数理・計算科学系
• 研究成果一覧

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6月21日16:15 本文中に一部修正が入りました。