【ITニュース解説】Why is Japan still investing in custom floating point accelerators?

スーパーコンピュータによる科学技術計算の分野において、日本が独自の専用プロセッサ開発、特に「カスタム浮動小数点アクセラレータ」への投資を継続している理由について解説する。現代社会では、新薬の開発、気象予報の精度向上、自然災害のシミュレーション、新しい材料の設計など、非常に複雑で大規模な計算が不可欠となっている。こうした計算を実行するのがスーパーコンピュータであり、その計算速度を飛躍的に向上させるための重要な部品が「アクセラレータ」と呼ばれるハードウェアだ。

現在、世界のスーパーコンピュータ市場で主流となっているアクセラレータは、NVIDIA社などが開発するGPU（Graphics Processing Unit）である。GPUはもともとコンピュータゲームなどの画像処理を高速に行うために設計されたが、単純な計算を大量に並列処理する能力が非常に高いため、科学技術計算やAIの分野でも広く活用されるようになった。GPUは特定の用途に限定されない「汎用」アクセラレータであり、世界中の多くの開発者がGPU向けのソフトウェアを開発しているため、豊富なツールやライブラリが利用できるという大きな利点がある。多くの国や研究機関は、こうした市販の汎用GPUを多数組み合わせることで、比較的安価かつ短期間で高性能なスーパーコンピュータを構築している。

このような世界の潮流に対し、日本は異なるアプローチを取っている。スーパーコンピュータ「富岳」に搭載されたプロセッサ「A64FX」のように、特定の計算処理、特に科学技術計算で中心的な役割を果たす「浮動小数点演算」に最適化された専用のプロセッサ（カスタムアクセラレータ）を、莫大な費用と時間をかけて独自に開発する戦略を続けている。浮動小数点演算とは、小数点を含む数値を扱う計算のことで、物理現象のシミュレーションなどでは計算の大部分を占める。日本がこの独自路線を堅持する背景には、主に三つの戦略的な理由が存在する。

第一の理由は、特定の分野における世界最高の性能と電力効率を追求するためである。汎用GPUは様々な用途に対応できる反面、ある特定の計算に全ての能力を注ぎ込めるわけではない。一方、カスタムアクセラレータは、設計段階から天気予報や創薬シミュレーションといった特定のアプリケーションで多用される浮動小数点演算の種類やパターンを想定し、その処理が最も効率的に実行されるように最適化されている。これにより、汎用アクセラレータを上回る圧倒的な計算速度を達成しつつ、消費電力を低く抑えることが可能になる。計算性能だけでなく、性能あたりの消費電力、いわゆる「ワットパフォーマンス」で世界トップクラスを目指すことが、日本の重要な目標となっている。

第二の理由は、技術的な自立性を確保し、国の研究開発基盤を守るためである。もし、スーパーコンピュータの心臓部であるプロセッサを海外の特定企業の製品に完全に依存してしまうと、その企業の製品戦略や価格設定、さらには国際的な政治・経済情勢によって、自国の科学技術研究が大きな影響を受けるリスクが生じる。例えば、輸出規制などがかかれば、最先端のプロセッサが入手できなくなる可能性も否定できない。自国でプロセッサを設計・開発できる能力を維持することは、他国に依存せず、自らの手で国の重要な研究開発を推進するための「技術主権」や「経済安全保障」の観点から極めて重要なのである。

第三の理由は、国内のハイテク産業全体を育成し、高度な技術を持つ人材を育てるためだ。最先端のプロセッサを開発するプロジェクトは、単に一つの製品を作るだけでなく、半導体の設計、製造プロセス、プロセッサを効率的に動作させるためのソフトウェア開発など、非常に広範な技術分野に波及効果をもたらす。こうした国家的なプロジェクトは、国内の企業や大学が最先端の技術開発に挑戦する機会となり、そこで得られた知見や育った技術者が、将来の日本の産業競争力を支える基盤となる。つまり、カスタムアクセラレータへの投資は、国内の技術エコシステム全体を強化するための戦略的な投資という側面も持っている。

もちろん、この戦略には課題も存在する。専用品の開発には莫大なコストと長い年月がかかり、完成したハードウェアの性能を最大限に引き出すためには、ソフトウェアもそれに合わせて開発・最適化する必要がある。また、NVIDIAをはじめとする巨大企業が開発する汎用アクセラレータの性能向上のスピードは驚異的であり、それらとの競争で常に優位性を保ち続けることは容易ではない。しかし、日本はこれらのリスクを理解した上で、短期的なコストや汎用性よりも、特定の重要分野における世界一の性能、技術的自立、そして長期的な産業育成という戦略的価値を重視している。このアプローチは、今後のAI専用チップや次世代コンピューティング技術の開発競争においても、日本が独自の強みを発揮していくための重要な布石となっている。