放射線医学総合研究所の木村先生は、放射能を体に入れて診断をする医用画像装置である陽電子断層装置(PET)のデータ処理のアルゴリズムを研究されておられます。様々なアルゴリズムを実際にプログラムとして実現して得られた結果を画像に表示し、1個1個のデータに積極的に関与を図るという研究を行っておられます。画像全体では、データは50万個程度になります。それぞれのデータに対してアルゴリズムを適用してできるだけ早く結果を返すためには、計算機をたくさん並べて、高速な並行処理を実現する必要があります。

キーポイント

先生が導入にあたり最も重視したポイントは、高速に並行処理ができるということです。ソリューションとしての重要なポイントは２つありました。1つはストレージを含めたバックアップソリューションのトータル提案、もう１つは、透過的に使えることです。
システムに対する要求としてPentium4クラスタからの類推で最新プロセッサによる性能向上が期待できるので、これに多数のノードをMatlabコードの並行処理に利用しレスポンス、スループットを向上させたいとのご要望をいただきました。
またこれらの並行ジョブをオペレーションの負担なくチーム内の研究者がご利用できるように、ジョブ管理システムPlatform LSFによりMatlabコードをクラスタシステムに簡単に投入できるようにとのご要望も合わせていただきました。

バックアップソリューション

複数の計算をLSFで投入すると、アウトプットファイルがランダムにディスクに書き込まれます。それが一つのシステムディスク対して行われた場合に、書き込み速度が落ちてしまい計算が遅くなってしまいます。また、書き込み最中に別の作業を行うと反応が遅くてストレスが溜まります。そこでファイルサーバを導入する事によりそれらを回避しております。ご導入頂きましたRAID10はRAIDディスクをミラーリングで冗長化して複数作成し、それらをストライピングで構成します。RAID1＋0とする事で、ランダムアクセスを行っても性能低下は殆どありません。また、冗長化している事によって万一の障害時にも安心してデータを保持できます。

HPCシステムズのオリジナル一体型クラスタシステムのメリット

複数のノードを一体型にして高密度実装をすることによって省スペースで集中型運用が可能となります。通常のサーバを複数台設置して運用をしますとケーブルの取り回しや電源容量、熱などが問題となり安定した環境下での運用に不安がおこります。そこでHPCシステムズのBoxClusterシリーズはコンセント、ネットワークケーブルを外部から一本つなぐだけで簡単、安全にクラスタシステムを運用することが可能となります。また、消費電力あたりの性能も高く、大型の冷却ファンを使用することにより連続して負荷がかかる科学計算・シミュレーション用途におきましても最高のパフォーマンスを発揮します。
さらに、ご要望に応じてOSインストール、ネットワーク設定、ファイルサーバ設定、並列/負荷分散ミドルウェアの設定、開発環境設定、さらにアプリケーション設定など、お客様がすぐにお使いになれる状態にして出荷をさせて頂いております。
(System Integration Pack)

導入システム

≪クラスタ構成≫
BoxClusterX2 (HPC6000-XC832C)、8ノード、3セット
省スペース高密度設計の8ノード一体型クラスタシステム
ノードあたりの構成
CPU：Core 2 Duo E6700(2.66GHz, 4MB Cache, FSB 1066MHz)
メモリ：8GB DDR2-667 ECC（2GBｘ4枚）
HDD：160GB(7200rpm, SATA/300, 8MB)
OS：RHEL HPC Edition 4 (EM64T)
ジョブスケジューラ：LSF (3年間)
設定：HPCS System Integration Pack

≪ファイルサーバ≫
HPC3000-XC104FS8、1台
RAID 10構成 XFSファイルシステム採用のファイルサーバ
CPU：Core 2 Duo E6600(2.4GHz, 4MB Cache, FSB 1066MHz)
メモリ：2GB DDR2-533 ECC（1GBｘ2枚）
DISK構成
システムディスク　250GB*2
スペア500GB*2
データ領域500GB*4（Raid10）
ファイルサーバサポートプログラム

導入時には計算ノード8ノードで運用をスタートされましたが、その後システムを増設していただき現在24ノードのシステムとして稼動しています。

決め手となったポイント

• 設定済みのLSFで高速に並行処理を行うことができた
• 以前から利用している一体型のクラスタシステムであり性能がアップしていた
• 性能と価格のバランスの良い製品であった
• ストレージも含めてワンストップサポートが提供できる
• メーカーのスタッフと直接納得いくまで相談することができた

先生からのコメント

導入後の効果
以前に使用していた他メーカーのサーバと比較して体感で40％程度速くなりました。前のモデルとの比較では、同じ計算をして10％程度速くなっております。パフォーマンスでこういう差なので全体の計算時間ではもっと大きな差が出ております。30分かかる計算が1/3の10分で終われば思考が継続できるので、このパフォーマンスなら何度も何度もアルゴリズムを変えて処理をすることができ、研究者にとって非常に大きな変化となりました。

今後の導入予定について
コンピュータは更なる進化を確実に遂げていくでしょうから、今後は更に複雑なアルゴリズム、収束に時間がかかるようなものを積極的に考えていきたいなと思っております。
またコア数が今後も増えていくと思いますので、計算時間が怖いぐらいかかりそうなプログラムにも挑戦できる日がくると信じております。その上で、現状の環境をキープし予算があれば新規のクラスタシステムをどんどん投入していきたいと考えております。

最後に

調達からシステム構築、メインテナンスまで計算機の専門家ではない研究者が限られた時間の中で行うのはやりきれないとの事で、HPCシステムズに対する要望として、研究に利用するまでの調達手続きから運用開始、運用後のサポートサービスまでの手間を最小限にできるようなワンストップの導入支援サービスの提供を求められていました。 HPCシステムズでは今後もアプリケーションベンダー様との連携を含めてシステム構築、サポートサービスの充実を図り研究やご業務にすぐに利用していただけるように引き続き取り組んでまいります。