分野が広いほど難易度が高い。   

2017年8月25日



☆国家資格試験を受験。   
自作パソコンの衰退傾向の話を行う予定と前回報告したが、 何回考えても衰退傾向の阻止方法を考えつかなかった。 と言うわけで、予約記事が書けないので、サイト更新が遅れてしまった。 悲しい状況ですね〜。

と言うわけで、まずはいつもの余談から。

今回はサイト記入が遅れた原因がもう一つある。 最近は年齢が高くなったので国家資格試験はそれほど受験していなかったが、 今年はエネルギー管理士の試験を受験。 しかし、今回の受験は実家の愛知県で受けることとなったので、 受験会場が全然覚えていない場所だった。 (実家は愛知県だけれど、引っ越ししてから何十年もたっているので。)

しかし、不幸中の幸いはお正月に熱田神宮に行くときに試験会場の近くを偶然歩いていたので、 初めて行く場所なのに試験会場の場所がわかっていた。 このため、試験会場への道が事前にわかっていて良かった。

エネルギー管理士試験を受けたのだが、事前に会場場所近くに行っていた。(左図)
熱田神宮に行くときに近くに寄り道していたので、道がわかっていた。そのときには、栄(右図)や大須にも行った。

もっとも、当サイトは大バカ者が書いているので、エネルギー管理士試験に合格するとは思えないですね。 特に最近は記憶力が低下しているので、複雑な計算問題が解けたのに、 法律文書を覚えていれば簡単に解ける法律的な問題を説くときに自信が持てなかった。

と言うわけで、試験日が終わったので、久々のサイト更新へ。

☆自作パソコンが無くなる時代。   
と言うわけで、本題へ。 今回は、当サイト原点である自作パソコンについて考えてみた。

もう、自作パソコンが衰退する傾向は変わらない。 パソコンの衰退傾向は若干ながら衰退が減っているが、自作パソコンの衰退は改善していない。 仕事ではタブレット等でやりにくい情報処理関連の業務があるので、 一定量のパソコンは残る。その結果、パソコンからタブレットやクラウドに 置き換わった業務が行き着けば、パソコン衰退傾向が低下する。

しかし、自作パソコンの場合、自作が低下するとパソコンパーツ関連の ショップが減少し、それがパソコンマニアを減らしてしまう。 つまり、衰退傾向自体が衰退傾向を拡大してしまうのである。 (ネットで購入している人が増えたのでショップ数が減少という意見もあるが、 それだと自作PCショップは減っても、自作PCパーツは減らないはずである。 しかし、パーツ数も減っている。)

とても悲しい状況なのであるが...自分の予想に関して嘘は書けないからね。

実際、当サイトの実家である愛知県では、パソコンショップの多かった 大須でショップが数店に減少。 しかも、その傾向は今も続いていて、もうPCパーツショップに関しては 電気街とは言えない状況となってしまった。

秋葉原では、まだ複数のショップがあるので、今でも息抜きができる。 だが、昔の店舗数と比べると減少傾向であるので、あと何年もたつと 大須と同様の悲しい状況になりそうである。 大須より時間的に遅れているだけであり、傾向としては同じ状況なのであろう。

と言うわけで、趣味としてのパソコンが終わってしまうと... どうすれば良いのであろうか?

過去にはアマチュア無線がスキルアップを達成した良い趣味であると言われた時代があった。 しかし、今では趣味としては少数派となってしまい、アマチュア無線の資格獲得者数も減少傾向である。

アマチュア無線マニアが衰退傾向を阻止できなかった事から考えると、 我々のような自作PCマニアも衰退傾向を阻止することは困難だ。 とするならば、あきらめるしか無いと言わざるを得ないのだろうか?

今後も必要な状況が変わらないパソコン関連の状況と言えば、アプリ作成が考えられる。 だから、当サイトのようなハードウエア関連の自作パソコンではなく、 アプリの作成でも趣味が生かされる人ならばアプリでやれば良い。 しかし、当サイトは自作パソコンのようなハードウエア関連が趣味なので、 アプリ作成のようなソフトウエア関連の趣味では生き抜けない。

ハードウエア装置という意味ではVLSI等の半導体以外にも誘電体や磁性体がある。 これらも半導体のようにマイクロ化すれば、パソコン本体はさらに小さくなるだろう。 だが、外観上のサイズの問題があるので液晶ディスプレイは小さくできない。

とすると、タブレットと同じサイズでパソコンを実用化するためには、 ディスプレイやキーボードの低サイズ化が必要要因である。 これは、肉眼での画像の読み込みがスマホ・レベルで実用化する必要という大問題がある。

眼鏡のようなディスプレイで全画面を表示できる話はあるが、 長時間使用すると肉眼が劣化してしまう問題点がある。

と言うわけで、難易度を無視して考えるならば、下記条件で大進化となるが... 実用化は超困難である。

1:誘電体、磁性体のマイクロ化
2:キーボード入力装置の極小サイズ化
3:ディスプレイの肉眼サイズでの読み込み可能化

ただ、困難ではあるが、これが実用化すればスマホやタブレットとパソコンは同一化して、 パソコン生産がまた拡大するだろう。(自作PCという意味ではダメだけれど...)

と言うわけで、パソコンの進化が復帰しても、それはパソコンとスマホ、タブレットの 同一化が進行するだけで、自作パソコンの復帰は無いと思われる。 自作パソコン復帰の方向性を考えたのだが...考えても、考えても思いつかなかった。 ほんと...悲しいですねぇ...

☆スパコン分野での残念な状況。ハードウエア改善傾向の衰退。   
この成長の飽和傾向は、開発状況が性能から低価格化へ変わることを意味する。 性能は一定値以上ならば問題は無く、価格が安ければOKという市場である。

とすると、製造時にはハイスキルな熟練工よりも 低コストな製造装置や給料の安い社員が適正状況となってしまう。 日本ではなく給料の安い諸外国で生産される状況に変わってしまうのである。

何をどう考えてもハードウエア系の趣味の再進行が思いつかないので、 今後の方向性としてはソフト対応を考えるほか無い。 しかし、当サイトではソフト関連のスキルがハード関連より低いし、 そもそも趣味が自作PCなので、ソフトの趣味が機能しにくいのである。

今後もサイト記事を記入するために、ソフト関連の勉強をするか?

う〜ん、仕事ならば必要性があればやらざるを得ないが、 趣味を楽しさでは無く必要性で決めるとは...息抜き効果が減ってしまうね。

と言うわけで、今回の記入内容はこのハードウエア改善傾向の衰退が スパコンの進化に与える悪影響について書くことにした。

パソコンと違って、スパコンは今後も進化が必要な状況である。 で...今まではCPUの進化がスパコンの進化に影響を与え続けてきた。 要するに、スパコンの進化はCPU+GPUの進化とコア数の増大によって行われてきたのである。

しかし、先ほど書いたようにパソコン用CPUの進化傾向は、性能面では低下してしまう。 コスト対策がメインとなるから安くはなるが、 安くなった分だけコア数を増やせばスパコンとしても高性能化できるかというと...

それが可能ならば、スパコンはコア数を増やせば問題なく性能が上がるというわけだが、 それが成り立たない事が天才技術者ジーン・アムダールの教えだ。

アムダールの法則に従えば、いくらコア数を増やしても一定性能以上には上がらない。 全世界のすべてのCPUを使っても、現状のスパコンの上限値にすら届かないだろう。

とするならば、コア数増大の効果を維持するにはアプリのアルゴリズム改善が必要だが、 これを永遠に継続改善できるかどうかはわからない。

では、スパコンでのアプリ対応はどうなのであろうか?

中国製スパコンで世界一のTOP500性能を持つ神威太湖之光は Graph500やHPCGでは効率が極端に低下し、理論ピーク性能では8.5%の性能しか持たない 日本製の京速計算機にボロ負けしている。 しかし、理論ピーク性能だけでは決まらないプログラム関連の審査でも受賞を複数受けている。

しかし、これには実際の使用と受賞に相違がある問題点がある。

受賞の場合の性能はどのようなアプリなのだろうか?  それは、使用するアプリが事前に決まっているわけではない。 高性能を出せるアプリを選択すれば良いので、 アプリによって高性能と低性能の大差があっても高性能側の性能が高ければ良い結果が出せるのである。

しかし、実際のアプリでは、アプリの種類がコンピュータの状況にかかわらず事前に決まってしまう。 このため、コンピュータがアプリに適しているかどうかによって、効率を高められるアプリと、 効率を上げられないアプリが出てきてしまうのである。

☆性能がアプリを決めるのか、アプリが性能を決めるのか?   
たとえば、当方が以前に書いてきたバンド幅の効果を考えてみよう。 バンド幅は半導体間のデータ伝送を増やすのでデータ伝送が重要なアプリでは性能が極端に上がるが、 データ伝送が少ないアプリに比べて電力効率は低下してしまう。 つまり、データ伝送が低性能で良いアプリでは電力効率を下げるだけで、性能向上には寄与しない。 少数のデータに大量の計算をする計算法の場合は、電力効率が下がってしまうのである。

とすると、データ伝送能力関連のハードを抑制している神威太湖之光は、電力効率が向上する。 一部分野で高性能を出せるハード。これを持っていない分野があるからだ。 このこと自体が、一部分野のハードが無くても高性能が出せるアプリならば消費電力が低くなる主因なのである。

もっと言うならば、過去に世界一の性能を出した地球シミュレーターは地球温暖化研究で優秀な成果を出した 当時の世界一スパコンであった。しかし、このスパコンは消費電力が高いという問題点はあった。 だが、この計算用途でバンド幅を下げたらどうなるのであろうか?

それは、消費電力は下がるが、比例して性能も下がるのである。 つまり、この分野の計算では電力効率が高いと言われている他のスパコンでも バンド幅が極端に低いことから性能も極端に低下し、消費電力が下がるのと同レベルで性能も低下するはずである。 よって、電力効率としては全然改善しない。

というわけで、使用に不要なハードの削除による電力効率向上は、 見かけ以上電力を下げた効果的な低電力高性能装置に思えてしまう。 しかし、それは「不使用分野の除去による低電力化」であって「装置全体の低電力高性能化」ではない。

電力効率は「計算能力/消費電力」で決まるが、 これを「メモリからCPUへのデータ伝送量/消費電力」で計算すれば、 神威太湖之光も京速計算機と比べて極端に良い電力効率性能値とはならないはずである。 (神威太湖之光は平均値に近い値と推定していて、極端に悪くなるわけでもないと思われるが...)

上記記入はデータ伝送能力と消費電力の関係であるが、コンピュータの計算方向性によって 制約事項は時々刻々に変わると思われる。

・理論ピーク性能/消費電力
・メモリからCPUへのデータ伝送量/消費電力


当サイトでは過去にスパコンの性能要因が理論ピーク性能だけではないという問題点を指摘していた。 たとえば、過去には 「CELLの相対評価と絶対評価」を自己評価する。 に書いていた。その内容は、 単精度に対する倍精度での理論ピーク性能が1/14に減っても、バンド幅効果低下の影響が1/2であれば、 総合性能はどうなるのかという当サイト思考である。その結果は、 総合性能の性能低下が1/14に低下するアプリよりも、1/2に近い低下率のアプリが多い状況なのである という結果である。

過去の当サイト記載内容を具体的に言うと、 GEMMというアプリは理論ピーク性能が支配するが、SpMVやSTENCILというアプリは理論ピーク性能を 高めても何の効果も出ない。FFTは理論ピーク性能が上がると実性能も上がるけれど、 比例的向上ではなく、効果は薄い。 しかし、理論ピーク性能が支配要因であれば、上記4種類のすべてのアプリにおいて 倍精度と単精度での総合性能評価比で14倍の差異が出るはずである。

つまり、理論ピーク性能が支配要因であるアプリは相対的に少なく、 理論ピーク性能だけを高める事はスパコン開発の間違った開発方法である事は明白なのだ。

また、理論ピーク性能やデータ伝送能力以外にも制約事項は各種あるだろう。 推定事項としては、下記項目も考えられる。

・データ変換頻度/消費電力
・データ読み出し書き込み比率/消費電力
・データ伝送の集中度/消費電力
・データ伝送の事前予想度/消費電力

データ伝送は事前に推定できる伝送と、突然必要になることが計算で求められる場合での伝送では、 伝送量が同じでも必要時間は格段に違うはずである。 つまり、同じデータ伝送量でも、状況によってデメリットの効果は大きく変わる。

というわけで、ハードウエア構造をどうすれば性能やエネルギー効率が上がるかというのは、 使用するアプリが多様になればなるほど難易度が高くなるし、 一定アプリに限定できるほど簡単に高める事ができる。 従って、分析値だけで性能を評価するのは頭の悪い評価方法であり、 実用化分野がどれだけ広いかを評価して総合評価する必要があるのである。

当サイト的な総合評価としては、神威太湖之光は極端に良くはないが、極端に悪いわけでもない。 性能が良い分野はそれなりにあるが、理論ピーク性能比では極端に悪い分野もある。 しかし、実際に必要な性能は理論ピーク性能比だけではないので、 理論ピーク性能が極端に高いことで効率が下がっても、実測性能が高ければそれで良い。

アプリの種類によって無駄になるときの無駄な成分が、 バンド幅に起因するのか、理論ピーク性能に起因するのか、両者以外に起因するのか... そもそも、この条件の差異を全アプリで総合評価するのは不可能なのである。

また、今まではデータ伝送量と計算量を比較した場合、 CPU関連の進化は微細化の進化の効果が早かったので、 データ伝送能力の進化より計算能力の進化が早かった。 このため、バンド幅より演算性能の影響が大きくなってきた。

しかし、今は、CPUの微細化が低下傾向にあり、CPUの演算能力進化が バンド幅改善より格段に早いという状況が止まりつつある。 逆に、メモリコアとCPUコアを重ねて接続することで 進化を維持するという方向性が発表されている。

従って、バンド幅がデメリットとなる状況が今後はCPUの開発自身によって 改善される傾向に進んでいくと思われるのである。

今までの壁が止まって道になり、逆に今までの道が壁になる。 そんな不思議な状況が発生するのだろう。

当サイト的な対策としては、総合評価が困難であれば一つの用途だけに向けた 専用機を各分野ごとに開発する考え方もある。 (ちなみに、そう考えるのならば神威太湖之光もTOP500では非常に良好な設計となる。)

理論ピーク性能を支配要因として使っているスパコンと バンド幅を支配要因として使っているスパコンとを直接に比較するのは、 自動車と飛行機を比較して「飛行機の方が速いのだから、自動車なんてこの世に無くても良い。」 と言っているのと同レベルな話なのだ。 (飛行機は自動車より速いけれど、直接実家に到着することはできないですからね。)

☆スパコンが時代を変える方向性自体が変わる時代。   
と言うわけで、スパコンの方向性を考えていたのだけれど、 従来のスパコンとは異なる進化の方向性が出てきた。 それは、人工知能の進化だ。

当サイト的にはシミュレーションによる科学の進化としてスパコンの寄与を書いてきたが、 スパコンの用途としては人工知能が急速に進化してきた。 人工知能としての能力を高めるためには何を進化させるのが最優先かと言えば、 まだよくわかっていない。 ただし、浮動小数点計算の精度は低くても良いし、 バンド幅が直接影響する効果が地球温暖化計算ほど必要でも無いようだ。

つまり、今までの進化とはさらに別の進化が必要な状況が増えてきているのである。

人工知能を進化させるためには、何が最重要な支配要因か?  これを解明する事が今後の進化の方向性を調査するのに最重要な研究項目と思われる。

これを開発すればいい...そう言える時代を作り出すための調査をする必要があるが... 知能が下がっている大バカ者の当サイトがこれを完全に研究開発することは不可能だね。

このため、今回は精密な予想はできなかった。だが、それはまさに今が 半導体時代の大幅な変化状況に変わったことが原因である。 と言うわけで、今回はどう考えても良い話を書けなかったわけですね。

パソコン関連の記事で良い話が書けない状況である事を前回書いたので、 今回はスパコンネタとしてみたが、こちらの分野でもどう考えても プロセッサの進化としては悲しい状況としか言えなかったね。 こんな考えであれば、当サイトの予想が間違っていることを期待しますが....

次回の記入ですけれど...当サイトはもう大バカ者となってしまったので、 いろいろ考えて書いてもほとんど意味が無いでしょうね。 ネタを変えれば書けますが、パソコンマニアとしては意味が無い記事ですし、 専門家でも予想困難なスパコン進化の変化対策を、当サイトが高精度で書くことはできないだろう。 と言うわけで、記入は減ってしまうかもしれない。

もう、読者数は減っていますから大期待して読んでいる方は少ないとは思いますが、 記入が減って読んでいらっしゃる方にはご迷惑をおかけしてすみませんですね。 では。