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テクノロジー2008年4月18日 10:00

一家に1台のスパコンを実現した PS3の CPU パワーの秘密

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著者:livedoor コンピューター
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ソニーが2006年11月11日に発売した PLAYSTATION3(PS3)は、ハイエンドなグラフィックスを楽しめる次世代ゲーム機だ。そんな PS3は「Cell プロセッサ」と呼ばれる高性能な中央演算処理装置(CPU)を搭載していることから、ゲーム以外の用途でも注目を集めている。
 
PS3に搭載されている「Cell プロセッサ」の性能により、ネットワーク機能を活かしたゲームサーバーはもとより PS3で構築したスーパーコンピューターを販売しているメーカーもあるほどだ。さらに米空軍の研究所(AFRL)は Cell プロセッサの評価のために300台の PS3まで購入している。

まさに「一家に1台スーパーコンピューター(スパコン)時代がやってきた」といえそうな PS3のプロセッサだが、ここで素朴な疑問に突き当たる。 なぜ、スパコンにパソコンではなく、ゲーム機のCPUを使うのか? この疑問を解決するために、ゲーム機のCPUに秘められた能力に迫ってみよう。 

CPU に Cell を搭載した PS3


■代表的なゲーム機のCPUとその実力
現在、日本でメジャーな次世代ゲーム機といえば、任天堂の Wiiとマイクロソフトの Xbox 360、そしてソニーのPS3が御三家といえる。まずは、それぞれのゲーム機に搭載された CPU を見てみよう。 

●ゲーム機に適したCPU - Wii 
Wiiは、ふだんゲームで遊ばない層にも受け入れられるようにプロセッサの処理能力よりも操作性を重視させた点が後述する2機種と大きく異なる。 プロセッサは IBM の PowerPC をベースにした「BroadWay」だが、グラフィックスの処理能力を補うために ATI の GPU「Hollywood」を内蔵している。ゲームは快適に遊べるが、スパコンの代用には適していない。 

●個人向けパソコン並みのCPU - Xbox 360 
Xbox 360は、Wii と同様に PowerPC をベースにしたプロセッサだが、3コアで動作クロック3.2GHz を内蔵する。同 CPU は、並列処理においてIntelのコンシューマー向け CPU で最速の Core 2 Duo E8500(2コア/3.16GHz)を超える性能を持つもが、ソニーの会長 兼 最高経営責任者(CEO)であるハワード・ストリンガー氏によると、PS3の1/2程度の処理速度しかないそうだ。
 
●スパコンを視野に入れた CPU - PS3 
PS3は、CPU に3.2GHz の Cell プロセッサを内蔵する。Cell プロセッサは、ソニーコンピュータエンタテインメント(SCE)、IBM、東芝によって開発されたプロセッサーで、ゲーム機だけでなく、次世代テレビやスーパーコンピューターでの使用も視野に入れて開発されている点が、Wii や Xbox 360のプロセッサーと大きく異なる。 

■Cell プロセッサの秘密
 PS3の Cell プロセッサは、スパコンでの使用も想定された CPU と説明したが、Xbox 360もマルチコア CPU を内蔵している点では、スパコンに使えてもおかしくないはずだ。両者の違いは、いったいどこにあるのだろうか? 

●Xbox 360は対称型
 Xbox 360と PS3は、どちらもマルチコア CPU を内蔵しているが、コアの構造が大きく異なる。Xbox 360の CPU は、同じポテンシャルを持つCPUコアを3つまとめたもので、「対称型マルチコア(Symmetric Multi-Core)」と呼ばれる。
 
対称型は、同じ CPU が複数あるのと基本的に同じで、その CPU 向けに開発したプログラムをそれぞれの CPU コアで動作させることができる。実際には効果的なパフォーマンスを発揮させるためにプログラミングに多少の工夫を必要とするが、CPU コアごとに基本プログラムを変える必要がない。 

●PS3は非対称型
 PS3は、1個の汎用的なプロセッサコア(PPE)と8個のシンプルなプロセッサコア(SPE)から構成され、異なる2タイプの CPU をひとつのパッケージにしていることから、「非対称型マルチコア(Asymmetric Multi-Core)」と呼ばれる。 

非対称型は、異なる CPU コアで構成されるため、それぞれの CPU コアに適したプログラムを用意する必要がある。プログラミングにおいては、対称型に比べて若干不利とされている。 単純に考えると、対称型は非対称型に比べて扱いやすい訳だが、非対称型がスパコンの CPU として好まれるのは、なぜだろうか?
 
●非対称型がスパコンに適している理由
我々の社会を例にわかりやく説明してみよう。仕事(プロジェクト)をタスク、会社を CPU、人間を CPU コアと考えてみよう。 Xbox の対称型 CPU は同じスキルの人間が集められた集団、PS3の非対称型はスキルが異なる人間で構成された集団と置き換えることができる。

非対称型では、チームリーダー(PPE)がエンジニア(SPE)に効率よく仕事を割り振ることで、対称型を上回る性能を容易に得られるのだ。 もっと端的に言えば、広く浅い知識を持っている人たちよりも、専門の頭脳集団に効率良く仕事を割り振ったほうが、複雑なプロジェクトを素早く処理できる。そんな特質を持った CPU が PS3の Cell プロセッサなのだ。 

●PS3スパコンの処理能力は?
 米国のTerra Soft Solutionでは、PS3で構築したスーパーコンピューター・システムの販売をすでに開始している。同社のシステムは、IBM のサーバー1台と複数の PS3(ノード)でクラスタシステムを構築する。PS3の数が多いほど、価格は高いが、処理能力も優れている。 同社のサイトでは、インターネット上では、2つの基本システムが用意されており、ユーザーの好みに合わせてシステム構成をカスタマイズできる。 

サーバー1台と8ノードの PS3クラスタシステムが1テラフロップスの演算能力を持ち、価格は約178万5,000円※(1万7,500ドル)。32ノードのシステムは、5テラフロップスで、価格は約430万9,500円※(42,250ドル)。スーパーコンピューターは、1テラフロップスの性能で低価格なシステムでも実売価格700万円程度だ。処理能力を考えると、PS3のスパコンシステムは破格に安いことになる。 
※1ドル=102円と計算した場合 

PS3に限らず一般にゲーム機というものは、ハードウェア(ゲーム機の本体)が赤字でも、ソフトの売り上げと技術革新によるハードウェアのコストダウンで、最終的に黒字化するビジネスモデルとされている。PS3のスパコンが安く提供できる理由も、ハードウェアを安く調達できる点にあるといえるであろう。

 参考
Wii - ウィキペディア
Xbox 360 - ウィキペディア
PLAYSTATION3(PS3) - ウィキペディア
8 Node PS3 Cluster(英文) - Terra Soft ・Just like being there: Papers from the Fall Processor Forum 2005: Application-customized CPU design(英文) - IBM 
Cell Broadband Engine - 技術資料

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