富士通研究所、筑波大とPCクラスタシステム向けの高速通信ソフトを開発

　富士通研究所と国立大学法人筑波大学 計算科学研究センターは共同で、PCクラスタシステム向けの高速通信ソフトウェアを開発した。

　安価な汎用のギガビットイーサネットを複数本束ね、ソフトウェアのみで毎秒1.4ギガバイトという専用ネットワーク並みの高い通信性能を達成。また、本技術は、筑波大学の2,560ノードからなる超並列クラスタ型スーパーコンピュータPACS-CSに搭載され、高いアプリケーション実行効率を達成した。

PACS-CS

　大規模なPCクラスタシステムにおいては、一般には多くの計算機間を接続するネットワークに専用ネットワーク（クラスタインターコネクト）を使う。しかし、この専用ネットワークは高価で、システムのコストアップにつながってしまいる。

　これに対して、筑波大学計算科学研究センターでは、汎用の安価なギガビットイーサネットを複数束ねたネットワークを持つ超並列クラスタシステムPACS-CSを開発。富士通研究所は、これまでのPCクラスタ技術の実用化経験を生かして、PACS-CS向けに通信ソフトウェアライブラリ（ソフトウェア部品）を共同開発した。

　一般に、イーサネット上ではインターネットの基本的なプロトコルであるTCP/IPが使われるが、これまではTCP/IPの複雑な処理と、オペレーティングシステムにおけるデータのコピー処理に時間がかかり、複数のギガビットイーサネットを束ねても高い通信性能が得られなかった。

　そこで、まずPACS-CSの通信ソフトウェアSCore上で、専用ネットワークでも採用されているゼロコピー通信技術を実現。一般に通常のクラスタシステムではこの機能を専用のハードウェアで実現しているが、今回開発した通信ソフトウェアライブラリは、これをソフトウェア技術のみで実現している。

　また、Linuxのカーネル（基本部分）処理を徹底的に分析することで、処理量の少ない軽量な独自の通信プロトコルを開発した。本プロトコルはTCP／IPとは異なり、複数のイーサネットからのメッセージ処理が競合しない。これらの結果、従来に比べ一桁小さな処理時間での通信処理が可能となった。

背面の結線図

　従来ギガビットイーサネットを束ねても 2本分の毎秒250メガバイトの通信性能が限界だったが、PACS-CSではギガビットイーサネット6本を束ねて双方向で毎秒1.4ギガバイト（転送効率 93％）の性能を達成。これは、専用ネットワークInfiniBand 4x SDRを超える実効転送性能だという。

　この通信機構を用いたPACS-CSシステムは、スーパーコンピュータの標準的なベンチマークソフトであるLinpackで10.35テラフロップスの実効性能を達成し、2006年6月のスーパーコンピュータTop500世界ランキングで34番目に高速なシステムとして認定された。

　今後、本技術を一般PCクラスタ利用へ展開するとともに、次世代ネットワークにも応用していく予定とのこと。