Azure Managed Service Column ＜Azure運用コラム＞Azure CycleCloudとは？HPCの目的と用途、Azure上でクラウド HPC の実現方法を解説

多くの業界で高性能コンピューティングが求められている？クラウドでの実現方法を解説

クラウドは企業が持つべき IT の形を劇的に変革し、企業活動に新たな可能性をもたらしました。企業は IT の進化とビジネス環境の変化により、新たな製品やサービスの導入を迫られています。

その中でも、 Azure CycleCloud は、 HPC （高性能コンピューティング）をクラウド上で効率的に実行するための強力なツールとして注目されています。

本記事では、 HPC の目的と用途と、　Azure CycleCloud　の概要、料金体系、主な機能と代表的な利用シーンについて解説します。

1. HPCとは

科学研究やエネルギー分野など、さまざまな分野・業界でHPCのニーズが高まっています。まず、 HPC の概要と目的、そして主な用途について解説します。

HPC の概要と目的

図版出典：hbctraining

HPC （ High-Performance Computing ：高性能コンピューティング）は、大規模な計算能力を必要とする処理を迅速かつ効率的に実行するための技術です。

複雑なデータや計算を高速に実行するには、従来の一般的なコンピューティング環境では処理が遅く、限られたリソースで問題が生じることがあります。 HPC は、これらの課題を解決するために、高性能なプロセッサを搭載したサーバーを複数台並べ、複数のタスクを並列処理することで高速に処理することを実現しました。

HPC は科学・工学分野や金融、エネルギー、医療などの幅広い領域で利用されています。

HPC の主な用途

HPC は、膨大なデータの解析、複雑なシミュレーション、高度なモデリングなどの計算集約型のタスクを得意とします。 HPC はさまざまな業界で活用されていますが、それぞれの業界における代表的な用途は下記の通りです。

科学研究分野

HPC は、科学研究の分野において広く活用されています。気象予測や宇宙物理学のシミュレーション、物理学の粒子加速器のシミュレーションなど、大規模な計算力が必要とされる研究に使用されます。

エネルギー分野

エネルギー分野では、 HPC がエネルギー供給の最適化や燃料の効率化、再生可能エネルギーの開発などに活用されます。風力発電や太陽光発電のシミュレーション、石油やガスの探査と開発、原子力発電所の安全性評価などに使用されます。

バイオインフォマティクス

バイオインフォマティクスとは、生物が持っているさまざまな情報を計算機で解析することを指します。 HPC は、この分野において、DNA　のシーケンシングデータや遺伝子解析などの大量のデータを処理するために利用されます。ゲノムアセンブリ、タンパク質の予測、薬剤開発などにおいて、 HPC は不可欠なツールとなっています。

製造分野

製造業では、製品の設計や製造プロセスの最適化に HPC が活用されます。自動車や航空機のシミュレーション、材料科学の研究、製造ラインの効率化などにおいて、高度な計算力が要求されます。

金融分野

金融の分野では、株式や債券の取引戦略の最適化、リスク管理、オプション価格の計算などに HPC が使用されます。大量のデータを高速で処理し、複雑な数値モデルを実行することで、迅速な意思決定と競争力の向上が可能となります。

2. Azure CycleCloudとは

HPC を実現するには、高性能なコンピューターをオンプレミスで用意する必要があるように思えますが、クラウドで HPC を実現することは可能でしょうか。ここでは、マイクロソフトのクラウド、 Azure において HPC を実現するサービス、 Azure CycleCloud の概要について解説します。

Azure CycleCloudの概要

図版出典：Microsoft公式サイト

Azure CycleCloud は、マイクロソフトが提供するクラウドベースの HPC 管理ソリューションです。元々はマイクロソフトが買収した Cycle Computing 社の主力製品だった Cycle Cloud というソリューションを、 Azure に最適化したサービスです。

Azure CycleCloud は、 Azure 上であらゆる規模の HPC クラスタを作成、管理、運用、最適化することができます。物理的なハードウェアを準備することなく、大規模な計算リソースを即座に確保し、使用後にリソースを解放します。これにより、高性能なリソースの確保と解放を柔軟に行い、必要なときに必要なだけリソースを利用することができます。

また、計算リソースの管理、スケジューリング、モニタリング、コスト管理などさまざまな機能を提供し、複雑な HPC 環境を簡単に準備・運用することが可能です。

Azure CycleCloudの料金体系

Azure CycleCloud 自体は無料で利用可能です。 Azure CycleCloud は、 HPC 環境を構築・管理するツールであり、そのツール自体に料金を請求されることはありません。

ただし、 Azure CycleCloud を使用してクラウド上に設置する仮想マシン等の各種リソースや、データ転送、ストレージなどのAzureサービスには料金が発生します。

Azure CycleCloud の料金体系の詳細は公式サイト（※1）を参照してください。

3. Azure CycleCloudの主な機能と利用シーン

Azure CycleCloud は、 HPC 環境を管理、運用するための機能を備えています。ここでは 、Azure CycleCloud の主な機能と代表的な利用シーンについて解説します。

Azure CycleCloudの主な機能

Azure CycleCloud が提供する主要な機能は下記の通りです。

• ジョブスケジューラ非依存
• コンピューティング・リソースの管理
• リソースの自動スケーリング
• 監視と分析
• 高度なセキュリティ

ジョブスケジューラ非依存

ユーザーは標準的なジョブスケジューラを用いて、複数のジョブを効率よく実行することができます。 Slurm 、 PBS Pro 、 LSF 、 Grid Engine 、 HTCondor などの標準 HPC スケジューラが組み込まれており、これらのスケジューラを Azure にデプロイするためのテンプレートが提供されています。ユーザーが使い慣れたスケジューラを選択して利用することができます。

コンピューティング・リソースの管理

大規模な HPC クラスタ（計算を行うためのコンピューティング・リソースのセット）を容易に作成し、そのライフサイクルを管理することができます。 GUI または、 CycleCloud CLI という CLI （コマンドラインインタフェース）を使用して管理操作を行うことが可能です。

リソースの自動スケーリング

Azure CycleCloud は、計算要求に伴うジョブの負荷や計算時間の要件などに基づき、自動的にクラスタサイズを調整することができます。この自動スケーリング機能により、コストと性能の最適化が可能です。

監視と分析

Azure Monitor や Azure Log Analytics と統合することで、計算ジョブのリアルタイム監視やロギング、アラート設定などを行うことができます。また、パフォーマンスデータの収集と分析も可能です。

高度なセキュリティ

Azure CycleCloud は Microsoft Azure の高度なセキュリティ機能と連携し、ユーザーのデータとアプリケーションを保護します。 Azure AD 等を利用した認証とアクセス制御や、 Azure のネットワークセキュリティ、各種ストレージによるデータ暗号化など、クラウド上で安全に HPC 環境を運用するための高いセキュリティを提供します。

Azure CycleCloudの代表的な利用シーン

Azure CycleCloud はさまざまな利用シーンが考えられますが、代表的なものは下記の通りです。

• AI・機械学習の開発
• ビッグデータ解析
• 各種シミュレーションとモデリング

AI・機械学習の開発

AI や機械学習のモデル開発・訓練には、大量の計算リソースと高度なスケジューリング機能が求められます。 Azure CycleCloud はこうしたニーズに対応できます。

ビッグデータ解析

ビッグデータの解析には大量の計算リソースが必要です。 Azure CycleCloud を使用することにより、必要なリソースを短時間で確保し、ビッグデータの解析を迅速に実施することが期待できます。

各種シミュレーションとモデリング

工学、気象学、生物学などの分野で行われるシミュレーションやモデリングでは、大量の計算能力が必要となります。これらのタスクは一時的に高性能かつ大量のコンピューティング・リソースを必要とします。 Azure CycleCloud によりこのようなリソース確保の要求に対応することが可能です。

4. まとめ

本記事では、 HPC の概要と用途、そして Azure CycleCloud の概要、料金体系、主な機能と利用シーンについて解説しました。 Azure CycleCloud を活用することで、科学計算など大量のデータを処理する複雑な処理が可能になります。ぜひ専門家の支援を受けながら導入を検討してみてください。

Microsoft Azureを利用したシステムの設計・構築を代行します。お客様のご要件を実現する構成をご提案・実装いたします。

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