LINPACK(リンパック)とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

LINPACKとは、コンピュータの科学技術計算における性能を測定するためのベンチマークプログラムである。特に、スーパーコンピュータの計算速度を評価する世界的な標準指標として広く知られており、半年に一度発表されるスーパーコンピュータの性能ランキング「TOP500」で公式に採用されている。元々は1970年代に開発された、線形代数（特に行列計算）を扱うための数値計算ソフトウェアライブラリであったが、その中核となる連立一次方程式を解く計算部分が、コンピュータの純粋な浮動小数点演算性能を測るのに適していたため、性能評価の基準として利用されるようになった。システムエンジニアとしては、高性能計算（HPC）分野におけるシステムの性能を客観的に把握し、比較するための重要な指標として理解しておく必要がある。

LINPACKベンチマークが実行する計算の核心は、大規模な密行列を用いた連立一次方程式「Ax=b」を解くことである。ここでの「密行列」とは、行列のほぼ全ての要素がゼロではない値で埋まっているものを指す。この計算は、物理シミュレーションや構造解析、気象予測といった多くの科学技術計算アプリケーションで頻繁に現れる基本的な処理であるため、この計算速度がコンピュータシステムの総合的な演算能力を測る上で有効な指標となる。計算性能は、FLOPS（Floating-point Operations Per Second）という単位で表される。これは1秒間に何回の浮動小数点演算を実行できるかを示す値であり、数値が大きいほど高性能であることを意味する。コンピュータの性能向上に伴い、GFLOPS（ギガフロップス、10の9乗）、TFLOPS（テラフロップス、10の12乗）、PFLOPS（ペタフロップス、10の15乗）、さらにはEFLOPS（エクサフロップス、10の18乗）といった単位が用いられる。

コンピュータアーキテクチャの進化に伴い、LINPACKベンチマークも改良が重ねられてきた。現代のスーパーコンピュータは、多数のプロセッサ（CPUコア）をネットワークで接続し、全体で一つの問題を協調して解く「分散メモリ型並列コンピュータ」が主流である。このような大規模並列システム全体の性能を測定するために開発されたのが、HPL（High-Performance Linpack）である。HPLは、MPI（Message Passing Interface）という標準的な通信ライブラリを用いて、巨大な計算問題を各プロセッサに分割して処理させ、その総合的な実行速度を測定する。TOP500リストで公開されるスコアは、このHPLを用いて測定されたものである。システムの理論上の最大性能（理論ピーク性能）に対して、HPLでどれだけの実効性能を引き出せたかを示す実行効率も、システムの設計やチューニングの完成度を評価する上で重要な指標となる。

LINPACKは、異なるメーカーやアーキテクチャで構成される多種多様なコンピュータの性能を、統一された物差しで比較できるという点で非常に大きな貢献をしてきた。しかし、その一方で課題も指摘されている。LINPACKは、CPUの演算能力と、キャッシュやメインメモリといった階層的なメモリシステムを効率的に利用する能力を主に評価するベンチマークである。そのため、LINPACKのスコアを最大化するための最適化が、必ずしも実社会の多様なアプリケーションの性能向上に直結するわけではないという批判がある。現代のアプリケーションでは、演算性能だけでなく、プロセッサ間の通信速度やメインメモリとのデータ転送速度（メモリバンド幅）がボトルネックになることも多いが、LINPACKではこれらの要素の評価が相対的に弱いとされる。この課題を補うため、HPCG（High Performance Conjugate Gradient）のような、データ移動の性能をより重視した新しいベンチマークも開発され、TOP500ではLINPACKのスコアと併記されるようになった。これにより、スーパーコンピュータの性能をより多角的に評価する動きが広がっている。