理化学研究所（理研）計算科学研究センター（R-CCS）は、新たなスーパーコンピューター（スパコン）「ROQUO（ろっこう）」を2026年6月に稼働させたのに続き、同年10月には「理究（りきゅう）」を本格運用する予定だ。二つのスパコンはそれぞれに異なる個性を持つとともに、次世代スパコン「富岳NEXT」への布石とも言える存在だ。理研は2台のスパコンを通じて、何を目指そうとしているのか。
（取材・文／大河原克行、編集／藤岡 堯）
 
　2台はいずれも兵庫県神戸市の理研R-CCSに設置しており、総称して「R2」とも呼ばれる。理究とROQUOはともに「NVIDIA Blackwell GPU」を搭載するなど構成要素に大きな違いはなく、2台を合わせた最新GPUは2140基。さらなる拡張や、今後の一体運用も検討している。だが、現時点では、別々の役割を担っている。

AIとHPCで科学的発見を加速

　理究は、「AI for Science開発用スパコン」と位置づけられ、AIとHPCを組み合わせて科学的発見を加速することを目的に開発されている。R-CCS AI for Scienceプラットフォーム部門AI開発計算環境運用技術ユニットの山本啓二・上級研究員は、「現時点において、日本最高水準のAI性能を持った計算機だと言える」と語る。

　名称は1019件の公募から選定。理研の頭文字であるとともに、自然の原理、法則を表す「理」と、深く探究することを意味する「究」を組み合わせ、AIを用いて既存の知識から学び、科学の新たなフロンティアを切り開くという目標を表現した。茶人の千利休と同音で親しみやすいことに加え、千利休が示した「守・破・離」になぞらえ、既存知の学習（守）、新知見の開拓（破）、AIと人類による新領域の共創（離）を目指す意味も込めた。
 
　構成は1600基のNVIDIA Blackwell GPU。1ノードあたり4基のGPUと2基の「NVIDIA Grace CPU」を搭載し、20ノードのラックを20個配置して400ノードを実現した。ノード間ネットワークには「NVIDIA Quantum-X800 InfiniBand」を利用し、800Gbpsの通信ネットワーク4本をスイッチに接続して最大3.2Tbpsを達成。AIの分散学習に効果的な超高速結合が特徴だ。ストレージは1.9ペタバイトの高速SSDと10ペタバイトの大容量HDDで約12ペタバイト。外部接続には学術ネットワークのSINETによる400Gbpsの通信環境を活用し、全国の研究機関からの高速アクセスを可能にした。

　性能はFP8で15.539EFLOPS、FP64で64.16PFLOPS。注目したいのは、FP8演算性能が富岳の約7.23倍であるのに対し、FP64では富岳の8分の1に留まる点だ。つまり、高精度の科学技術計算に力を発揮する富岳に対し、理究はAIにおける高速計算に強みがある。山本上級研究員は、「FP8を得意とする理究と、FP64を得意とする富岳との協調により、AIとScienceを融合した新たな科学研究を加速することができる」とする。

　理究のポイントは、AI for Science研究におけるスパコン活用を加速する役割を担うことだ。AI for Scienceとは「科学研究を加速するためのAI」と定義でき、科学プロセス全体を自動化して研究の進化速度を高めること、分析結果を論文にまとめるといった作業でAIを活用すること、そしてこれらの成果を人類の「知」として蓄積、活用することを目指している。

　R-CCSの松岡聡・センター長は、「これまでの科学研究は、人手による実験であり、家内制手工業のようなものであった。これが、AI for Scienceによって多くのプロセスが自動化されることになる。世界は、『AIで科学をする』競争に入った。われわれは、理究や富岳NEXTなどを通じて、科学研究の産業革命を起こすことになる」と語る。
 
　理究では、GPU計算資源や基盤モデル、AIソフトウェアスタック、運用サービスを一つの基盤で実現しており、同一のマシン、同じアカウント、一つのデータを使って、シミュレーションやAI学習および推論を切り替えなしで利用できる点も、AI for Scienceの加速につながる。理究は5月から試験的に先行利用を開始しており、10月からの本稼働を予定している。

量子との連携で新たな研究開発を

　26年6月から運用を開始しているROQUOは、量子コンピューティングとHPCとの連携を加速し、従来のスパコン単体では困難だった新たな計算領域の開拓を目指している。富岳と同じ建屋内に設置し、低遅延の高速ネットワークで密結合した計算環境を実現。同じ建屋内にある超伝導型量子コンピューター「ibm_kobe」（IBM Quantum System Two）とも接続する。さらに、全国の複数のスパコンや、埼玉県和光市の理研和光キャンパスに設置している米Quantinuum（クオンティニュアム）のイオントラップ型量子コンピューター「黎明」とも高速ネットワークで接続し、量子とHPCによるハイブリッド計算の実証が可能だ。黎明は現在の20量子ビットの環境から、26年10月には56量子ビットにアップデートする予定だ。
 
　これまでの量子HPC連携プラットフォームでは、スパコン側は富岳を主力に利用してきたが、今後はROQUOが主力となる。ROQUOは、NEDO（国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構）の委託事業「計算可能領域の開拓のための量子・スパコン連携プラットフォームの研究開発」プロジェクトの一環として開発、導入され、このプロジェクトにはソフトバンクや東京大学、大阪大学も参画している。

　名称は神戸市を象徴する六甲山に由来する。神戸の地に根ざし、麓の街の発展を見守ってきた六甲山のように、R-CCSの計算基盤として、あるいは日本の量子HPC連携プラットフォームの中核として、長く社会と研究に貢献することへの願いを込めた。

　性能はFP8で5EFLOPS以上、FP64で21PFLOPS以上。台湾Giga Computing Technology（ギガコンピューティングテクノロジー）のサーバーを活用し、理究と同じく1ノードあたり4基のGPUと2基のCPUとし、これを135ノードで構成。全体ではNVIDIA Blackwell GPUを540基、NVIDIA Grace CPUを270基搭載する。ノード間接続には「NVIDIA InfiniBand XDR」（最大3.2Tbps）を用いる。

　具体的な用途としては、GPUによる機械学習での量子回路の最適化、量子アルゴリズム開発へのAI活用、GPUクラスタによる量子シミュレーションを見込む。量子コンピューターとスパコンの組み合わせによる新たな研究開発に取り組むほか、量子HPCハイブリッドアプリケーションのサービス展開に向けた技術開発なども実施する方針だ。

　理究とROQUOの共通仕様として特筆すべきは、温水冷却への対応である。外気を利用する「フリークーリング」技術により、圧縮機を使わず冷却塔だけで水を冷やせるため、冷却に必要なエネルギーを大幅に削減。神戸市の真夏でも自然の力のみで冷却可能な32度の水を冷却水として使用することで、同規模のスパコンと比較して電力を約20％以上削減できるという。山本上級研究員は、「計算機室内の温度は35度でも運用できるため、高いエネルギー効率を実現できる。高性能と省エネを両立した仕組みとなっている」と自信を見せる。富岳の計算機室が20度で運用されているのと比べると、エネルギー効率の高さが分かる。

産業イノベーションに向け幅広い利用を促す

　理究とROQUOの稼働は、「富岳NEXTテストベッド」の取り組みの一つとしても位置付けられ、30年に稼働を控える次世代フラッグシップスパコンである富岳NEXTの実現にも貢献する。富岳NEXTの具現化には、次世代CPUやGPU向けのシステムソフトウェア、各種アプリケーションを新たに開発する必要があるが、その検証環境には、これまでR-CCSの小規模な計算機群「R-CCS Cloud」を使用してきた。これを理究とROQUOに移行することで、テストベッドを第2フェーズへと進化させる。開発中のコンパイラや数値計算ライブラリなどの評価および検証のほか、富岳のCPU環境から富岳NEXTのGPU環境に移行するためのAIコーディング環境の運用と改良、科学向けオープンモデルの整備、AIエージェント環境の実証も行う。運用環境の開発および準備でも両機を活用し、AIサービスの提供環境の開発や検証、AIOpsの実証、AI・HPCジョブの特性取得、省電力化技術の評価を進める。

　R-CCS次世代計算基盤開発部門の近藤正章・部門長は、「理究とROQUOを活用した取り組みを通じて、富岳NEXTが整備を完了するのと同時に、システムソフトウェアやアプリケーションも使える状況が整う。すぐに科学的な成果を出すことができる」とする。松岡センター長が「理究やROQUOは、富岳を補完するものではない。『ミニ富岳NEXT』といえるものであり、富岳NEXTや、将来の量子コンピューターにつながるものである」と語るのも、こうした背景があるからだ。

　さらに松岡センター長は、「日本の科学分野における勝ち筋は、AI for Scienceから産業イノベーションにつなげることである」とし、「目指しているのは、民間の数百万人の研究者を含む、あらゆる研究開発の担い手が、スパコンを利用できる環境をつくることである。それが、富岳との大きな違いである」とも語る。性能を競うスパコンをつくるのではなく、AI for Scienceの浸透や、AIおよびスパコンの産業イノベーション領域での利用を促進する取り組みが、富岳NEXTを筆頭にした日本のスパコン戦略の肝になっている。