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IBM Power Systemsで進化的計算を使用して、最先端の社会科学研究を実行
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ティフアナ工科大学は、社会科学の問題を含め、機械学習を必要とする実世界のさまざまな領域に関する研究を行っていました。しかし、彼らのx86インフラストラクチャーには、目標を達成するために必要なパフォーマンスと拡張性が備わっていませんでした。そこで、同機関は、IBM Power Systems S822LC for High Performance Computing上にIBM Cloud PrivateとDockerを導入しました。

ビジネス上の課題

ティフアナ工科大学は、社会科学の問題を含め、機械学習と最適化が必要とされる多くの領域で、トップレベルの研究を行う準備をしていました。しかし、彼らのx86インフラストラクチャーには、そうした仕事に求められる計算を実行するのに必要なパフォーマンスと拡張性が備わっていませんでした。

概要と経緯

ティフアナ工科大学はIBMと協力し、IBM Power Systems S822LC for High Performance Computing上にIBM Cloud PrivateとDockerを導入して、高度な研究のためのITインフラストラクチャーを構築しました。そして、進化的計算に基づく独自の機械学習システムを開発しました。

成果 100倍以上高速化
計算時間をx86と比較した場合
処理時間の短縮
4時間から1分に
拡張性
100万以上のデータ・ポイントと数十万の機能
ビジネス上の課題の詳細
高度な研究のためのITインフラストラクチャーの構築

ティフアナ工科大学は、メキシコのバハ・カリフォルニア州ティファナにある高等教育機関です。州内で最初の高等教育機関の1つとして、1971年9月17日に設立されました。2つのキャンパスでは、合計21の学士号、6つの修士号、3つの博士号が授与されており、この地域の専門的・科学的人材の重要な供給源となっています。その役割は、地域のスキルのニーズに基づいて、学部、修士、博士レベルの高等教育サービスを提供することです。

同機関は、メキシコとアメリカの国境都市に関連する人の出入国パターンやその他の社会科学的問題など、機械学習技術で取り組める現実世界の問題についての研究を行っています。非常に大規模なデータ・セットを有しており、独自のアルゴリズムを開発していました。これらのアルゴリズムは、人の移動パターンや社会に影響を与えるその他の問題を予測するために使用されることになります。彼らは、既存のインフラストラクチャーに、これらの問題に関する研究を最高レベルで行うための必要な機能があるかどうかを判断し始めました。

同機関には、研究室用にIntel Xeonプロセッサーを搭載した既存のDellサーバーがありました。チームは、これらのサーバーでは、ビッグデータを使った研究、特に複雑な最適化と学習プロセスの実行に必要な帯域幅と機能が得られないという結論に達しました。ハイパフォーマンス・コンピューティングのワークロードを処理するには、GPUを搭載したアクセラレーション・サーバーが必要でした。また、データ・セットの需要に応えるために、これらのサーバーをスケールアップする必要もあります。

ティフアナ工科大学電気電子工学科の研究教授であるLeonardo Trujillo博士は、最高レベルの研究を可能にするハイパフォーマンス・コンピューティング向けのITインフラストラクチャーの研究を開始しました。エンタープライズAIおよびハイパフォーマンス・コンピューティングにおけるIBMとNVIDIAの関係を知っていた彼らは、研究インフラストラクチャーを構築するためにPower Systemsに注目することになりました。IBMと協議し、ハイパフォーマンス・コンピューティングについてPower Systemsを調査した結果、チームはこれが自分たちが進むべき方向であると確信しました。そして、IBM Power Systemsを使用して新しい研究インフラストラクチャーの構築を開始しました。

概要と経緯の詳細
計算時間の短縮と拡張性の向上

ティファナ工科大学はIBMと協力して、Power Systems S822LC for High Performance Computing上にIBM Cloud Privateを導入することを選択しました。Power Systems S822LC for High Performance Computingは、NVIDIA Tesla GPUを搭載し、NVLinkテクノロジーによってCPUとGPU間の通信を高速化するアクセラレーション・サーバーです。IBM Cloud Private on Powerは、開発者がコンテナ化されたアプリケーションを簡単に構築およびデプロイできるように支援するオープンなKubernetesプラットフォームです。IBM Cloud Private on Powerを使用することで、Trujillo博士と彼のチームは、オンプレミスのプライベートクラウド環境にハイパフォーマンス・コンピューティング・アプリケーションを迅速に、しかも安全かつ最高の可用性を提供しながら導入する自信を持つことができます。

同機関は、新しいIBM Power SystemsインフラストラクチャーにDockerコンテナも導入しました。Dockerは、コンテナベースのアプリケーションを始めようとしている開発者に最適なエンタープライズ・コンテナ・ソフトウェアを提供します。IBM Power SystemsでDockerを使用することで、Trujillo博士と彼のチームはAIアルゴリズムをコンテナ化し、大規模なデータ・セットに対して特定の検索を実行することができます。また、ビッグデータ・セット内の検索をセグメントに分割し、その特定の検索だけに特化したDockerコンテナを起動することができます。これにより、特定の洞察を探す時間が短縮され、高度な最先端の検索パターンを非常にシンプルかつ効率的に実行することができます。

Power SystemsでIBM Cloud PrivateとDockerを使用することで、チームは研究の作業負荷の計算時間を、従来のDellとIntel Xeonインフラストラクチャーのときの約4時間から、たった1、2分に短縮することができました。これは速度が100倍以上に向上したことになります。IBM Power SystemsでNVIDIA NVLinkテクノロジーを使用することで、CPUとGPU間のデータ転送が従来のアーキテクチャーよりも高速になります。IBM Power Systemsは、X86 Serverの最大5.6倍のI/O帯域幅を備えており、ハイパフォーマンス・コンピューティングのワークロードのボトルネックを軽減します。また、Trujillo博士と彼のチームは、CPUとGPU間でRAMを共有して、パフォーマンスをさらに向上させることもできます。さらに、コンテナベースのアプローチにより、導入にかかる時間が短縮され、研究室に参加する若手研究者や学生の学習曲線も短縮されます。

また、Trujillo博士と彼のチームは、古い従来のインフラストラクチャーを使用して、以前よりも迅速かつ広範囲にスケールアップすることができます。拡張性は、彼らが行っている研究にとって非常に重要です。なぜなら、研究に利用するために、検索モデルの動的特性をより正確な方法で評価できるようになるからです。古い従来のインフラストラクチャーでは、1,000~2,000のデータ検索ポイントを使用してワークステーションを実行することしかできませんでした。現在では、Power Systemsを使用して、100万を超えるデータ・ポイントまで拡張することができます。この拡張性により、これまで不可能だったデータに対する新たな洞察を得ることができます。

私たちは、進化的計算と機械学習が交差する、遺伝的プログラミングと呼ばれる分野で仕事をしています。この分野では、高度な検索と最適化手法を用いて、印象的な予測ツールを自動生成することが可能です。しかし、そのためには多くの計算能力が必要となります。幸いなことに、NVIDIA GPUを搭載したIBM POWER8 HPCプラットフォームは、十分すぎるほどの性能を備えています。 Leonardo Trujillo博士 研究教授 ティファナ工科大学
成果の詳細
社会科学の課題の解決

ティフアナ工科大学は現在、社会科学の問題を含め、最先端の機械学習と最適化技術が必要とされる実世界の多くの領域で、トップレベルの研究を行うために必要なITインフラストラクチャーを手に入れました。一例を挙げると、この分野では、機械学習によって、メキシコとアメリカの国境にやってくる人々の移民パターンを調査することができます。ティフアナ市は世界最大かつ最も重要な国境都市の1つであるため、ティフアナ市にとって、こうした研究は特に重要な問題です。IBM Power Systemsは、最新のハイパフォーマンス・コンピューティングとデータ集約型のワークロードに必要なパフォーマンスを備えています。このテクノロジーを使用して、ティフアナや他の国境の町にやってくる人々の移民パターンを分類・予測するのに役立つ計算モデルを生成するのが彼らの目標です。また、関連分野の新たな研究プロジェクトにも取り組んでいます。例えば、新しいAIアルゴリズムをゼロから進化させること、ソフトウェア・システムの自動コード修復やコード改善を実行すること、機械学習を通じて新素材のナノテクノロジー特性を理解すること、コンピューター・ビジョン・アルゴリズムを自動生成すること、さまざまな領域向けの強力な機械学習プラットフォームを開発することなどです。IBM Power Systemsは、他の新しい研究イニシアチブに取り組む際に必要な計算能力も提供しています。

Trujillo博士と彼のチームは、開始するまでの学習曲線が非常に速かったことに驚きました。短時間で、新しい高性能コンピューティング・プラットフォームを稼働させ、新しい研究プロジェクトに着手することができたのです。彼らはすぐに新しいインフラストラクチャーに研究アルゴリズムを導入し、データ・イニシアチブを開始することができました。

同研究所は現在、次のステップとしてIBM Watson Machine Learning Acceleratorの導入に取り組んでいます。Watson Machine Learning Acceleratorは、オープンソースのディープ・ラーニング・フレームワークと効率的な開発ツールおよび高速化されたIBMPower Systemsサーバーを組み合わせることで、ディープ・ラーニングと機械学習をより利用しやすくします。Watson Machine Learning Acceleratorにより、Trujillo博士と彼のチームはデータサイエンスのための完全な環境を手に入れ、より複雑でインパクトのある研究を実行できるようになります。また、ますます大規模になるデータ・セットのディープラーニングを処理するのに必要な拡張性も実現しています。    

さらに、Leonardo Trujillo博士と彼のチームは、他の研究機関や大学とのパートナーシップや関係をさらに拡大することも視野に入れています。IBM Cloud PrivateとPower Systemsを研究インフラストラクチャーの中心に据えることで、他の機関とのコラボレーションは、単独で行うよりもさらに効果的なものになります。この新しいインフラストラクチャーは、メキシコと北米のトップ研究機関としての地位を確固たるものにすることにも貢献します。ティファナ工科大学は、IBM Power Systemsを使用して、重要な社会科学の問題を解決したいと考えています。

IBMとNVIDIAのGPUを活用して、私たちは多くの分野で大規模な問題に取り組むことができます。そして、考えられるソリューションの領域を非常に効率的な方法で探索し、ツールを構築して、以前は手の届かなかった洞察を集めることができます。 Leonardo Trujillo博士 研究教授 ティファナ工科大学
メキシコ技術研究所のロゴ
メキシコ技術研究所/ティフアナ工科大学

ティファナ工科大学(ibm.com外部へのリンク)は、メキシコのバハ・カリフォルニア州ティファナにある高等教育機関です。州内で最初の高等教育機関の1つとして、1971年9月17日に設立されました。2つのキャンパスでは、合計21の学士号、6つの修士号、3つの博士号が授与されており、この地域の専門的・科学的人材の重要な供給源となっています。その役割は、地域のスキルのニーズに基づいて、学部、修士、博士レベルの高等教育サービスを提供することです。

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IBM Power Systems S822LC for High Performance Computingサーバーの詳細については、IBM担当者またはIBMビジネス・パートナーにお問い合わせください。

IBM Cloud Private on Powerの詳細については、IBM担当者またはIBMビジネス・パートナーにお問い合わせいただくか、https://www.ibm.com/jp-ja/products/power-private-cloud-editionをご覧ください。

IBM Watson Machine Learning Acceleratorの詳細については、IBM担当者またはIBMビジネス・パートナーにお問い合わせいただくか、https://www.ibm.com/jp-ja/products/deep-learning-platformをご覧ください。

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脚注

© Copyright IBM Corporation 2019. 1 New Orchard Road, Armonk, New York 10504-1722 United States.2019年3月、米国で作成。

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