スーパーコンピューター「富岳」を市販のスマートフォンでつくる。
コロナウイルスの感染経路というか、飛沫の拡散シミュレーションを計算したことで有名なスーパーコンピュータ「富岳」。
「富岳」のCPUである「Ａ64FX」を開発した富士通の公式ホームページを見ると、Armアーキテクチャーを採用していることがわかる。
Armアーキテクチャーというのは、スマートフォンに積極的に採用されている技術であり、裏を返せば、市販されているスマートフォンの中に、「富岳」の兄弟が存在するかも知れない、と思った次第です。
「富岳」は世界を相手に戦っているコンピュータであるので、まさかこの期に及んで「おにいちゃん」になろうなんて気持ちは少しもないのですが、もしかしたら「おとうと」気分を味わうことが出来るのかな。
以上のような経緯から、市販されているスマートフォンの中から、「富岳」の兄弟を真面目に探してみよう、という note です。
「富岳」は、Armアーキテクチャーを採用している
A64FXは，実績のある富士通の高性能なマイクロアーキテクチャーを受け継ぎながら，ソフトウェア開発環境を向上させるために，Armアーキテクチャーを採用する。更に，Arm社のリードパートナーとしてSVE（Scalable Vector Extension）の仕様策定に取り組み，その成果を採用した。
スーパーコンピュータ「富岳」に採用された高性能プロセッサ― A64FX について調査する
これには、リーフレットが存在し、以下のＵＲＬから閲覧できる。
https://www.fujitsu.com/downloads/JP/jsuper/a64fx/a64fx_datasheet_jp.pdf
そのなかで、とても大切なのがここです。
命令セットアーキテクチャー ： Armv8.2-A + SVE
スーパーコンピュータ「富岳」に採用された高性能プロセッサ―
Armv8.2-A に該当するARMプロセッサを調査する
SVE というのがよく分からないので、今のところこのままにしておく。
Armv8.2-A というキーワードに該当するARMプロセッサは以下の通り。
ARM Cortex-A75
ARM Cortex-A76
ARM Cortex-A77
ARM Cortex-A78
ここからさらに、以下の2つの条件を考慮する。
製造プロセスルール： 7nm
命令デコード：4命令/サイクル
最終的に残ったArmアーキテクチャーのプロセッサは、以下の通り。
ARM Cortex-A76
・アーキテクチャー：Armv8.2-A
・製造プロセスルール： 7nm
・命令デコード：4命令/サイクル
SVE というのがよく分からないので、今のところこのままにしておくけれども、Armv8.2-A という条件に合致している、ARM Cortex-A76 というARM プロセッサは、高性能プロセッサ― 「A64FX」の兄弟である、と考えることが出来る。
次に、ARM Cortex-A76 を採用しているスマートフォン を探してみる
「SONY Xperia 1」、
「SONY Xperia 5」、
「Google Pixel 4」、
「Galaxy S10」。
候補のひとつ「Google Pixel 4」を unveil してみる
Snapdragon 855
・Cortex-A76 (4コア) ＋ Cortex-A55 (4コア)
「Google Pixel 4」が1台あると、ARM Cortex-A76 が4つ、入手できることになります。
「富岳」を再現するために必要なスマートフォンの所要量を計算してみる。
準備１：はじめに高性能プロセッサ― 「A64FX」を再現するために必要なスマートフォンの所要量を計算してみる。
コア数
・演算コア ： 48、
・アシスタントコア ： 2もしくは4*
スーパーコンピュータ「富岳」に採用された高性能プロセッサ―
SVE というのがよく分からないので、今のところこのままにしておく。
演算コア、ARM Cortex-A76 である、と言う仮説で進めてきた。
スマートフォンには、4個の ARM Cortex-A76 が搭載されている。
「A64FX」を再現するために必要なスマートフォンの所要量
・演算コア48個に相当するのは、12台のスマートフォンである。
準備２：「富岳」は、高性能プロセッサ― 「A64FX」を再現するために必要なスマートフォンの所要量を計算してみる。
A64FX（図-1）は，スーパーコンピュータ「富岳」（以下，「富岳」）のプロセッサーとして開発された。「富岳」は158,976個のプロセッサーを搭載する［1］。
計算式：
高性能プロセッサ― 「A64FX」 × 158,976個
結果
12台のスマートフォン × 158,976台
最後にオチをどうぞ：SVE拡張機能は、4倍のハンディ・キャップ？
SVE というのがよく分からないので、今のいままで、そのままにしておいたけれども、以下のような資料が見つかった。
さて、この中で要となるのはやはりSVEである。SVE、正式名称はScalable Vector Lengthというベクトル拡張命令、要するにSIMDのことであるが、おもしろいのは最小128bit～最大2048bit幅まで、チップ設計者が128bit単位でSIMDの幅を自由に選べるようになっている。
A64FXの場合には512bitを選択したわけだが、SIMDの幅を広げるほど1サイクルで処理できる計算量が増える
A64FXの場合には、選択肢の中から512bitを選んでいることが分かる。
ARM Cortex-A76 の場合、128bit固定である。
この差は4倍である。
ここで、よく分からないんだけれども、SIMDハンデを4倍と仮定する
計算式：SIMDのハンデを考慮した場合
高性能プロセッサ― 「A64FX」
× SIMDのハンデ 4
× 158,976個
結果：SIMDのハンデを考慮した場合
12台のスマートフォン × 4 × 158,976台
最後に：あくまでもお遊びとして受け止めていただけると嬉しいです。
メモリの最適化、など、考慮していませんのであしからず、です。
そもそも、ARM Cortex-A76 、で良いのかも、分かりませんし。
最後までお付き合いいただき、ありがとうございました。
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