ハイパフォーマンスコンピューティング

HPC ワークロードは、コンピューティング最適化 (C ファミリー)、汎用 (M ファミリー)、メモリ最適化 (R ファミリーと X ファミリー) インスタンス、さらに GPU (P ファミリー)、FPGA (F ファミリー) インスタンスなど、利用可能な幅広いインスタンスタイプによって AWS で有効になります。このインスタントタイプは、他の EC2 インスタンスと同様に使用できますが、最新で高性能の CPU アーキテクチャと組み合わせた高性能ネットワーキングを利用できるように特に設計されています。このインスタンスタイプを使用することで、数百、数千、数万の CPU、GPU、FPGA のコアをオンデマンドでスケールできます。

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C4 インスタンスは最新世代の Amazon EC2 のコンピューティング最適化インスタンスです。C4 インスタンスは、高トラフィックのフロントエンドフリート、MMO ゲーム、メディア処理、トランスコード、ハイパフォーマンスコンピューティング (HPC) アプリケーションなどのコンピューティング関連のワークロードに対応するように設計されています。

C4 インスタンスには 5 つのサイズがあり、最大 36 個の vCPU (18 個の物理的な専用 Intel Xeon V3 Haswell コア) に対応しています。C4 インスタンスは 2.9 GHz の基底周波数で動作し、Intel ® Turbo Boost によりクロック速度を 3.5 GHz まで高速化できます。C4 インスタンスでは、Intel AVX2 命令、P ステータスと C ステータスの制御などの高度なプロセッサ機能へのアクセスを利用できます。各 C4 インスタンスタイプは、デフォルトで EBS に最適化されています。追加の料金はかかりません。この機能により、インスタンスに提供される 10 Gbps の汎用ネットワークスループットを超える、500 Mbps～4,000 Mbps の専用スループットが EBS に提供されます。

C5 インスタンスには 6 つのサイズがあり、Intel Xeon V5 Skylake™ コアがベースになっています。C5 インスタンスでは、Intel® Advanced Vector Extensions 512 (Intel® AVX-512) 命令などの高度なプロセッサ機能へのアクセスを利用できます。各 C5 インスタンスタイプでは、拡張ネットワーキングと Elastic Network Adapter (ENA) がサポートされています。C5 は最大 12 Gbps の EBS スループットで、EBS 専用に最適化されています。

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M4 インスタンスは、コンピューティング、メモリ、ネットワーキングのバランスが取れたリソースを提供しているため、HPC など多くの異なるタイプのアプリケーションに適しています。M4 インスタンスでは、large から 16xlarge までの 6 つのサイズを選択できます。

最新の M4 インスタンスである m4.16xlarge では、AWS Elastic Network Adapter と拡張ネットワーキングを使用することで、64 個の vCPU (32 個の物理的な専用 Intel Xeon V4 Broadwell CPU コア)、256 GiB の RAM、最大 20 Gbps のネットワークパフォーマンスを利用できます。M4.16xlarge は、C4 や C5 よりも高いメモリ/コア数を必要とするアプリケーションに最適で、同じサーバーに多数の CPU コアを搭載することで利点が得られます。

最新の R ファミリーインスタンスである R4 では、AWS Elastic Network Adapter と拡張ネットワーキングを使用することで、64 個の vCPU (32 個の物理的な専用 Intel Xeon V4 Broadwell CPU コア)、最大 488 GiB の RAM、最大 20 Gbps のネットワークパフォーマンスを利用できます。R は、C4/C5 または M4 よりも高いメモリ/コア数を必要とするアプリケーションに最適です。

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P2 インスタンスは、機械学習、エンジニアリングシミュレーション、金融工学、地震解析、分子モデリング、ゲノミクス、レンダリング、高性能データベース、およびその他の GPU コンピューティングワークロードに最適です。

P2 インスタンスは 16 基の NVIDIA K80 GPU、192 ギガバイト (GB) のビデオメモリ、40,000 個の並列処理コアを搭載しており、70 テラフロップの単精度浮動小数点性能と 23 テラフロップ超の倍精度浮動小数点性能を実現しています。また GPUDirect テクノロジーによって、GPU 間のピアツーピア通信の帯域幅が拡大し、レイテンシーが低下しています。また P2 インスタンスは、最大 732 GB のホストメモリ、Intel Xeon E5-2686 v4 (Broadwell) カスタムプロセッサを使った最大 64 基の vCPU、I/O 処理専用のネットワーク容量、および Amazon EC2 Elastic Network Adaptor による拡張ネットワーキング機能を搭載しています。P2 インスタンスを利用することで、CUDA 並列コンピューティングプラットフォームや OpenCL フレームワークを使用する演算処理の多いアプリケーションを、先行投資なしで構築およびデプロイできます。

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G2 インスタンスは、3D のモデリングおよびシミュレーション、医療および地理空間のイメージング、動画コンテンツ配信などの高性能グラフィカルアプリケーションに最適です。

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クラスターインスタンスは、プレイスメントグル-プ内で起動できます。プレイスメントグループ内で起動されるすべてのインスタンスは、レイテンシーが短く、インスタンス間の 10 Gbps の完全な二分帯域幅を持っています。その他の Amazon EC2 リソースと同様に、プレイスメントグループは動的で、必要に応じて柔軟に拡大縮小できます。また、複数のプレイスメントグループを接続して、超並列処理のための非常に大規模なハイパフォーマンスコンピューティングクラスターを作成できます。

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現在、AWS は、C3 および I2 インスタンスタイプ向けに、SR-IOV を使用して強化されたネットワーキング機能（シングルルート I/O の仮想化）をサポートしています。SR-IOV は、従来の実装と比較し、I/O パフォーマンスが高く、CPU 利用率が低いデバイス仮想化の手法です。サポートされる Amazon EC2 インスタンスに対してこの機能を利用すると、パケット毎秒（PPS）のパフォーマンスが高くなり、インスタンスレイテンシーは軽減され、ネットワークのストレスが少なくなります。

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データには重力があります。データセットが大きくなるにつれて、コンピューティングをデータに近づけやすくなり、レイテンシーを減らし、スループットを増やすことができます。Amazon S3、Amazon Redshift、Amazon DynamoDB、Amazon RDS など、AWS のビッグデータストレージとデータベースのサービスを使用すると、ハイパフォーマンスコンピューティングクラスターのデータを最適な環境でホストできるようになります。さらに、Amazon Elastic Block Store (EBS) を使用すると、大容量、高パフォーマンス、高スループットという HPC のワークロード要件を満たす大規模な並列ファイルシステムを作成できます。

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HPC のワークロードにスポットインスタンスを利用すると、時間とコストを節約できます。スポットインスタンスは、選択した任意の額で、未使用の Amazon EC2 容量を入札できる料金モデルです。入札額がスポット料金を超えると、入札額がスポット料金を超えている間は、使用可能なスポットインスタンスにアクセスし、実行できるようになります。これまでの実績としては、スポット料金はオンデマンド料金よりも 50% から 93% 低くなっています。 

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スポットインスタンスを使用して科学計算を最適化する方法 

AWS Marketplace は、開発者や IT 専門家が AWS クラウドで実行するソフトウェアを簡単に検索して使用できる、オンラインストアです。数回クリックするだけで、Univa Grid Engine リソース管理システムや Intel Lustre HPC ファイルシステムなど、クラスターで実行できる厳選されたハイパフォーマンスコンピューティングソフトウェアを AWS Marketplace で直接見つけることができます。

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