JP2002175130A

JP2002175130A - 並列計算機および並列計算機システム

Info

Publication number: JP2002175130A
Application number: JP2000373392A
Authority: JP
Inventors: Ken Uchida; 憲内田; Takashi Ishikura; 貴石倉; Osamu Kawakami; 修川上; Masatoshi Kawashima; 正俊川島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-12-07
Filing date: 2000-12-07
Publication date: 2002-06-21

Abstract

(57)【要約】【課題】並列計算機の良好な除熱特性を保ちつつ小型
化を実現する。【解決手段】ＣＰＵ15、メモリを搭載したマザーボー
ド10を板材８−１，…上に配置してなる計算機単位を少
なくとも２つ具備し、各計算機単位に対応して配置され
計算機単位をネットワークに接続するネットワークカー
ド11と、少なくとも１つの電源ユニット12と、ハードデ
ィスク装置13と、入力装置および出力装置とを具備し、
少なくとも２つの計算機単位は、同一の筐体７内に複数
の板材８−１，…を立設し配置してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は並列計算機および並
列計算機システムに係り、特にパーソナルコンピュータ
（ＰＣ）クラスタ型と呼ばれる並列計算機およびこの並
列計算機により構成される並列計算機システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】これまでの並列計算機は、その構築にあ
たり、最先端の科学技術開発に必要な大量な計算をいか
に高速で効率よく行うかという点に重点がおかれてき
た。そのために、多くのＣＰＵの配置にあたっては結線
の最小化を図ることなどが追求されている。同時にＣＰ
Ｕについても、開発段階における最高性能をすべてのＣ
ＰＵに適用することが高速化に最適であることから、い
くつかのＣＰＵの組み合わせをモジュールとする場合に
も、与えられた状況で結線最小長さを実現するな最適配
置が追求されている。このように、部品・要素・モジュ
ール構成にあたっては、それぞれの範囲で同一性を仮定
した計算機の構成を考慮することが中心となってきた。

【０００３】一方、それぞれ独立な複数のパーソナルコ
ンピュータ（ＰＣ）を Ethernet（登録商標）等のネッ
トワークにつなげて、MPI，PVMなどの並列ライブラリと
組み合わせて、並列計算を実現する方法がこれまで行わ
れている。こうした並列計算の実現にあたっては、少な
くともＣＰＵおよびメモリを搭載したマザーボードを有
する「最小単位の計算機」が、それぞれ独立した筐体に
格納され、それぞれの計算機を結線し並列化して使用す
るソフトウェア技術の発展に伴って展開されてきた。ま
た、サーバ機においても、信頼性の向上あるいは高速化
のために、並列構成が実現されている。

【０００４】並列計算を行う計算機システムの構成の例
として、特開平３−１９６３５５号公報や特開昭６２−
５７０５２号公報にはトーラス型並列計算機に関する代
表的な実装方法や構造が示されている。また、特開平９
−１４６８９５号公報には、複数演算要素間の配線長さ
の偏りや演算要素間の配線同志の交差がなく、容易に拡
張可能な２次元トーラス結合型並列計算機の構成が開示
されている。これらに開示された専用並列計算機では、
冷却装置を付属施設として別途必要とするなど計算機の
運用や施設維持のコストやメンテナンス面での改善が求
められる。

【０００５】一方、近年、パーソナルコンピュータの性
能や価格対性能比は大幅に向上している。また、サーバ
機については、Windows（登録商標）−ＮＴ，ＵＮＩＸ
（登録商標）等のＯＳを用いたＰＣサーバをクラスタと
することにより、信頼性の高いシステムを安価に実現し
ている。さらに、高速ネットワーク機器の普及により、
計算機間の通信に関しても非常に高速に行えるようにな
ってきている。これらを利用して、ＬＡＮ等のネットワ
ークに接続された安価な複数台のパーソナルコンピュー
タにより並列計算機を構成し科学技術計算などを高速に
行う、いわゆる「ＰＣクラスタ型並列計算機」を構成す
る試みが近年行われている。

【０００６】以下、図１４を参照してＰＣクラスタ型並
列計算機の従来例について説明する。図１４は従来のＰ
Ｃクラスタ型並列計算機の概要を示したシステム構成図
であり、この並列計算機１００は、ＣＰＵ、メモリ、マ
ザーボードを有する「計算機単位」（以下、ノードと称
する。）１組すなわち１ノードが装備された筐体２−１
を複数個配し、それらをネットワークにより接続するこ
とにより構成される。１ノードには、拡張的に、フロッ
ピー（登録商標）ディスクドライブ（ＦＤＤ）、ハード
ディスク装置（ＨＤＤ）あるいはＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−
Ｒ／Ｗ，ＤＶＤ−ＲＯＭ等のドライブのうちの何れかを
含んで構成することができる。また、各ノード１−１，
１−２，…には、筐体２−１，２−２，…とそれぞれ接
続されるディスプレイ３−１，３−２，…、キーボード
４−１，４−２，…およびマウス５−１，５−２，…が
配置されている。

【０００７】通常は、並列計算を行うために、ユーザは
この並列計算機１００の１つのノード（例えばノード１
−１）にディスプレイ３−１、キーボード４−１、マウ
ス５−１を使用してログインし、このノード１−１から
並列処理ジョブを投入する。上述した並列ライブラリを
用いて記述されたプログラムを実行することで並列計算
が行われる。並列処理ジョブが投入されると、プログラ
ムに記述された手続きに従い、ログインしたノード１−
１からの指示により他のノード１−２，…とのデータの
授受と他のノード１−２，…での個別の処理が実行され
る。なお、この筐体を複数個配置しそれらをネットワー
クに接続して構成される場合で、複数の筐体２−１，２
−２，…に対し１組の「ディスプレイ３，キーボード
４，マウス５」が備えられているものもある。

【０００８】一方、小型でかつ信頼性、保守性、安定性
を向上させたも単体の可搬形ＰＣの構成は、例えば特開
平４−２１３１０５号公報、特開平７−３２５６４２号
公報、特開平８−１２９４３４号公報等に開示されてい
る。これらの公報には、ＰＣ単体での使用に伴い特に発
熱量の大きい高速ＣＰＵや電源要素と、他の機器（固定
ディスクや増設メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等）との相互配置
を考慮し、１つのＰＣ筐体中で発熱体の分散配置を特定
し局所的な温度上昇を防ぐ構成が示され、また可搬形計
算機構成として構成要素の配置に重量バランスの確保等
をも考慮した配置限定例も示されている。

【０００９】さらに、複数のＣＰＵを格納しており冷却
方式との関係で筐体内の基盤配置を規定した例が特開平
４−３６１５９２号公報に示されている。ここでは、Ｐ
Ｃマザーボードを使用せず強制冷却に液体を流す冷却専
用管を配置して並列計算機を構成する場合、マザーボー
ド（バックプレイン）やケーブルを適切に配置し、電子
部品が実装された基板面に対し垂直方向に複数の基板を
積み重ね、それらの結線手段や冷却液体の流路配置との
関係や、基板面に対し垂直方向に移動させるガイドレー
ルを具備する実装ケースの構成が示されている。

【００１０】また、筐体内の基板配置を規定した電子機
器の冷却装置に関しては、例えば特開平３−８５７９６
号公報と同第１図に、上部より下部の間隔を大きくして
互いに対向して基板を配置し、基板の上部に設けられた
冷却用ファンと、ファンと基板を固定するシャーシおよ
びシャーシを囲い下部に通気口を有する筐体からなる構
成が示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のＰＣク
ラスタ型並列計算機において多数の計算機を並列計算機
システムとして使用する場合には、非常に大きな設置ス
ペースを必要とする一方で、複数のノード全てに対して
拡張ボードやＣＤ−ＲＯＭドライブ等の装備が常に必要
となる可能性は小さい。よって、装置の小型化のために
は、各ノードはこれら構成要素の少なくとも一部を有さ
ないように構成しかつ複数のノードを１つの筐体中に配
設することが好適であるが、この場合、計算機のメンテ
ナンス性を高めあるいは筐体内の素子等に起因する発熱
の除熱を良好な状態に維持する必要がある。また、保守
を容易とするためには付帯設備等の制約を小さくしかつ
小型とする必要がある。

【００１２】加えて、マザーボードやＣＰＵ等のパーツ
の性能の進歩が激しくライフサイクルが極めて短い昨
今、並列計算機を構成する複数のマザーボードやＣＰＵ
で一部が故障し補修を要する場合に、同一仕様のパーツ
が入手できない可能性が高い。従来はこうした状況に対
処するため、補修用パーツを予め購入し保管する、ある
いは並列計算機を構成する全てのマザーボードやＣＰＵ
を交換する必要があり、そのコストあるいはメンテナン
スの労力は多大である。

【００１３】本発明はこのような課題を解決するために
なされたものであり、大規模・高速計算に対応する並列
計算機のシステムとして、小型で、構築、運用、保守あ
るいはメンテナンスが容易に実施されるシステムを提供
することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、ＣＰＵおよびメモリを搭載したマザー
ボードを板材上に配置してなる計算機単位を少なくとも
２つ具備し、各計算機単位に対応して配置され計算機単
位をネットワークに接続するネットワークカードと、少
なくとも１つの電源ユニットと、少なくとも１つのハー
ドディスク装置と、少なくとも１つの筐体と、少なくと
も１組の入力装置および出力装置とを具備し、複数の計
算機単位に分割して計算処理を行う並列計算機であっ
て、少なくとも２つの計算機単位は、同一の筐体内に複
数の前記板材を立設し配置してなることを特徴とする並
列計算機を提供する。

【００１５】この構成においては、ＣＰＵ、メモリ、マ
ザーボード、ネットワークカードを有する計算機単位同
士が、ネットワークカードよりネットワークを介して結
合されてなり、ある並列計算処理をこれらの複数個の計
算機単位に分割し各計算機単位で演算を履行することに
より、並列計算機全体として処理を高速化するととも
に、小型化を実現するため、各計算機単位に対応し設け
られる板材複数枚を１筐体内に着脱可能に立てた状態と
して、水平方向に並べて構成する。これにより、計算機
単位毎のパーツの取替作業が簡素化されメンテナンス性
を向上させるとともに、板材上に配される素子等の発熱
により暖められた空気が上昇するという自然循環効果を
利用して良好な冷却作用を実現することができる。

【００１６】かかる構成においては、複数の板材を立設
して水平方向に並べる際、除熱特性をより良好に確保す
るために、特に高い放熱効率が期待できない筐体の中央
部において相対的に板材の間隔を大きく設定することを
考慮してもよい。あるいは、筐体のコンパクト化を図る
ために、板材上の各パーツの配置を考慮して、筐体の中
央部で板材を非並行に立設配置することを考慮してもよ
い。

【００１７】さらに、本発明では、筐体は、その外部空
間との気体の流通を行う少なくとも２つの孔を配設して
なることを特徴とする。これにより、孔から筐体内部に
比較的低温の外気を導入し、板材上に設けられる素子等
を除熱し、暖められた気体を孔から筐体外部に排出する
ことで、自然循環効果に加えてより大きい除熱効果を得
ることができる。

【００１８】さらに、本発明では、筐体の孔のうち少な
くとも１つの孔に設けられ、該孔を介して気体を前記筐
体の内部に導入しあるいは外部に排出する送風手段を具
備することを特徴とする。これにより、吸気用あるいは
排気用として送風手段を機能させることで、筐体内の素
子等の除熱を強制対流により行うことができるから、さ
らに大きい除熱効果を得ることができる。

【００１９】この構成においては、特に発熱量の大きい
ＣＰＵの冷却効果を高めもって計算機動作の安定性を高
く確保するために、筐体の底面あるいは下方に設けられ
る孔に隣接してＣＰＵを配置することを考慮してもよ
い。

【００２０】さらに本発明では、筐体内でかつ複数の立
設された板材の上方に設置され孔を有する仕切板を具備
し、この仕切板の上方に位置する前期筐体に設けられた
孔に前記送風手段を設置してなることを特徴とする。

【００２１】これにより、筐体内で板材の上部に仕切板
を介して空間が設けられる。仕切板の下方の板材の隙間
を通り素子等により熱せられ筐体内を上昇する気体は、
仕切板の孔を介してこの仕切板上方の空間へと導かれ、
空間に導かれた比較的高温の気体は、送風手段により集
約的に筐体外部に排出される。したがって、送風手段の
集約化配置を実現し、システムを簡素化しもってメンテ
ナンス性を向上させることができる。

【００２２】さらにこの構成においては、この仕切板の
上部空間に、並列計算機の各計算機単位で共用される機
器を設置することを考慮してもよい。この際、例えば複
数の計算機単位で電源ユニットを共有するなどの構成を
併せ考慮することが好適である。この場合、孔からの気
体の導入および排出の際にこの気体による共用機器の除
熱作用を実現することにより、さらに送風手段を集約化
配置とすることができる。

【００２３】さらに本発明では、筐体内に立設配置した
板材に対応する計算機単位のうち、前記筐体の最端部に
配置される１つの計算機単位をネットワークファイリン
グシステム（ＮＦＳ）のサーバとして設定することを特
徴とする。これにより、ＮＦＳサーバ以外の計算機単位
におけるハードディスクの動作頻度を減少させること
で、結果として並列計算機全体の発熱量を抑制しもって
システムとしての小型化あるいは安定性の向上を実現す
ることができる。

【００２４】この構成において、ＮＦＳサーバに対応す
る計算機単位にのみハードディスク装置を配置するとい
う集約配置を行うことを考慮してもよい。これにより、
発熱体の数自体を減少させさらなる発熱量の抑制が実現
される。

【００２５】あるいはこの構成において、ＮＦＳサーバ
に対応する計算機単位にのみ入力手段、出力手段の組を
結線配置することを考慮してもよい。これにより、筐体
内の配線や端子の数を減少させもってメンテナンス性を
向上させることができる。

【００２６】さらに本発明では、入力装置および出力装
置の組は複数の計算機単位の数より少なく設定されると
ともに、前記複数の計算機単位のうち前記入力装置およ
び出力装置と接続する計算機単位を選択する接続切替手
段を具備することを特徴とする。これにより、ユーザは
接続切替手段により入力手段および出力手段の組の接続
先となる計算機単位を変更することができるから、ソフ
トウェアの設定に応じて並列計算ジョブの投入を任意の
計算機単位から実現することができるとともに、筐体内
の配線や端子の数を減少させることができる。

【００２７】また、本発明では、以上説明した並列計算
機を複数具備し、この複数の並列計算機をネットワーク
を介して接続して構成され、各並列計算機の各計算機単
位に分割して計算処理を行うことを特徴とする並列計算
機システムを提供する。

【００２８】これにより、複数の計算機単位を有する１
筐体としての並列計算機に対し、その筐体をさらに複数
個組み合わせてネットワークで結合することによって、
さらに多数の計算機単位からなる並列計算機システムを
実現し並列計算を行うことができる。この際、筐体ごと
に格納される計算機単位数は異なるものとして並列計算
機システムを構成することを考慮してもよい。これによ
り、設置場所の制約や並列計算機の使用条件に適合させ
た組合せによるシステムの構築が実現できる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る並列計算機お
よび並列計算機システムの実施の形態について、図面を
参照して説明する。

【００３０】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態に係る並列計算機の概略を示す斜視図で
ある。説明のため、並列計算機１０１の筐体７を１点鎖
線で示し、その内部に収容される各構成要素を可視する
よう示している。

【００３１】筐体７中には複数の着脱式の板材８（８−
１，８−２，…）が、レール９（９−１，９−２，…）
に沿って水平方向に並べて立設され配置されている。各
板材８は、各レール９に沿って矢印１４ａで示した方向
に脱着することができる。レール９は筐体７の下面に固
定されているものとするか、あるいは、例えば長穴とチ
ョウネジを使って筐体７の下面に設置されておりチョウ
ネジの調節により互いに接近あるいは離間できる構成と
してもよい。後者の場合は、矢印１４ｂで示した方向に
レール９の位置を変更することが可能でありレール９の
間隔を可変とできる構成となっている。

【００３２】なお、図１では、板材８を立設して配置す
るためのレール９を筐体７の下部に設置しているが、こ
れに加えて、例えば耐震性の向上を考慮して、筐体７の
上方にもレールを設けてこの上下２つのレールにより板
材８を挟んで立設するよう構成することも可能である。

【００３３】それぞれの板材８には、ＣＰＵ１５及びメ
モリを搭載したマザーボード１０、ネットワークカード
１１、電源ユニット１２が配設されており、すなわち各
板材８の１枚に取り付けられた要素で１ノードの計算機
を構成するものである。ネットワークカード１１を介し
て各ノード間は図示しないネットワークに接続されてい
る。ネットワークはその接続環境に応じて、例えばＬＡ
Ｎを適用することとする。

【００３４】また、本実施の形態では、各ノード毎に、
電源ユニット１２およびハードディスク装置（ＨＤＤ）
１３が各板材８上に配設されている。各ノードの電源ユ
ニット１２は図示しない電源より各ノード毎に電源を投
入する。また、起動は各ノード毎に行われ、例えば各ノ
ードのハードディスク装置１３により起動するものとす
る。

【００３５】本実施の形態の構成により、例えば故障時
における個別ノード単位の取替作業については、従来の
ように筐体内全体を取替えるのではなく板材８単位で取
替えることができるので、並列計算機全体としてのメン
テナンス性が向上する。また、複数の板材８同士をある
間隔をもって立設したうえ水平に並べて配置することに
より、各板材８上に配設される部材を構成する素子等か
らの発熱により、暖められた空気が筐体７内を上昇する
という自然循環効果を利用し、かかる効果を妨げること
なく効果的に素子等の冷却を行うことができる。

【００３６】図２（ａ）は本実施の形態に係る並列計算
機１０１の上面図である。ここでは板材８の筐体７内で
の配置を説明するため、他の構成要素については図示を
省略している。ここに示すように、１つの筐体７内に配
置する複数の板材８は、互いに略並行に立設して配置す
る。すなわち、各ノードのマザーボード１０は互いに離
間して立設されている。なお、図２（ａ）は、板材８を
並行に配置するとともに、各板材８の間隔を実質的に同
一ピッチとした場合を示している。

【００３７】本実施の形態の第１変形例として、図２
（ｂ）に並列計算機１０１ａの概略上面図を示すよう
に、１つの筐体中に立設配置する板材８の間隔を異なる
ピッチとして、板材８に関して筐体７の中央部を相対的
に疎な構成とすることが考えられる。すなわち、複数枚
配置する板材８の筐体中央部周辺での板間隔ｄ₂を、筐
体周辺部に配置された板材８の板間隔ｄ₁より大きく設
定する。図２（ｂ）は４ノードすなわち４つの板材８を
有する場合を示しており、このとき、ｄ₁＜ｄ₂ として
いる。

【００３８】この構成により、特に発熱体としての基板
が集中配置され外気からの冷却が難しい筐体中央部の除
熱を効率的に行うとともに、特に中央部周辺における板
材の交換をより容易とすることができる。

【００３９】本実施の形態の第２変形例として、図２
（ｃ）に並列計算機１０１ｂの概略上面図を示すよう
に、１つの筐体７内に立設配置する板材が互いに平行と
ならないよう配置し、特に筐体の中央部においては、２
つの板材８間の最大間隔ｄ₃と最小間隔ｄ₄が異なるよう
設定する。図２（ｃ）は４ノードすなわち４つの板材８
を有する場合を示しており、このとき、ｄ₃＞ｄ₄であ
る。筐体７の寸法からくる制約下でこの偏差（ｄ₃−
ｄ₄）が大きいほど好適である。

【００４０】この構成により、特に板材８上に配置され
る各構成要素を例えば隣接する板材８で左右あるいは上
下を逆とする構成を併用することで、各板材８を平行に
配置した図２（ａ）の場合と比べて、筐体７内に格納さ
れる板材８全体の配置間隔をさらにコンパクト化するこ
とができる。

【００４１】（第２の実施の形態）図３は、本発明の第
２の実施の形態に係る並列計算機の概略を示す斜視図で
ある。第１の実施の形態と同様構成については同一符号
を付し詳細な説明を省略する。

【００４２】本実施の形態は、並列計算機１０２の筐体
７の底面および側面に孔部を設けた点に特徴がある。す
なわち、筐体７の底面には吸気孔１６が、筐体７の側板
には排気孔１７が、それぞれ配設されている。

【００４３】これらの孔１６，１７により、まず吸気孔
１６より筐体７の下方より外気を導入し、筐体７内で素
子等の発熱により暖められて上昇した空気を排気孔１７
より外部へ排出することができる。かかる作用により、
前述した自然循環効果に加えてより大きい除熱効果を得
ることができる。なお、吸気孔１６は筐体７の底面でな
く側面下方であってもよく、また排気孔１７は筐体７の
側面上方に設けることが望ましいが、あるいは筐体７の
上面に細孔として設けることも考えられる。

【００４４】また、本実施の形態においては、図３に示
したように、吸気孔１６に近接してＣＰＵ１５を配置す
る構成をとるのがより好適である。これにより、特に発
熱の大きいＣＰＵの冷却効果を増大させ、ひいては計算
機動作の安定性を確保することができる。

【００４５】本実施の形態の変形例について、図４に並
列計算機１０２Ａの概略斜視図を示して説明する。本変
形例の構成は、図３における筐体７に配された吸気孔１
６と排気孔１７の配設位置に、孔１６，１７と共に、外
気を筐体内に導入する吸気ファン１８および筐体内から
気体を排出する排気ファン１９を、それぞれ配置するも
のである。

【００４６】この構成により、筐体７中における素子等
の除熱を、ファンによる強制対流により行うことができ
るから、さらに大きな除熱効果を得ることができる。

【００４７】なお、必要に応じて、吸気ファン１８ある
いは排気ファン１９の一方を設置する構成としてもよ
い。またこの場合、吸気ファン１８に近接してＣＰＵ１
５を配置するように設定することで、特に発熱の大きい
ＣＰＵの冷却効果を大きくすることができる。

【００４８】（第３の実施の形態）図５は、本発明の第
３の実施の形態に係る並列計算機の概略を示す斜視図で
ある。第１の実施の形態と同様構成については同一符号
を付し詳細な説明を省略する。

【００４９】本実施の形態は、上記第１あるいは第２の
実施の形態において、筐体内の最端位置に立設される板
材８−１（または８−５）により構成される最端部に配
したノード１個を、ネットワークファイリングシステム
（Network Filing System；ＮＦＳ）のサーバとして設
定することを特徴とする。これらの態様は、図５に示す
態様のみならず、図１、図３あるいは図４に示した並列
計算機にソフトウェア的な変更を施すことにより実現さ
れる。この構成により、ネットワークファイリングシス
テムのサーバが設定されたノード以外のノードにおいて
は、ハードディスクの動作頻度が少なくなるため、発熱
量が少なくなり、結果として並列計算機全体の発熱量を
抑えるのに有効となる。

【００５０】加えて、本実施の形態においては、一態様
として図５に並列計算機１０３の斜視図を示すように、
板材８−１に対応する最端部のノードをネットワークフ
ァイリングシステムのサーバとするとともに、それ以外
のノード、すなわち板材８−２，…，８−５に対応する
ノードでは、ハードディスク装置１３を装備しないよう
設定することが好適である。

【００５１】かかる構成を実現するため、ハードディス
ク装置１３を装備しないノードにおいては、例えばＣＤ
−ＲＯＭドライブやフロッピィディスクドライブ（ＦＤ
Ｄ）のように、図示しないブート可能なデバイスを別途
配設することとする。このノードでは、別途配設される
デバイスよりブートしてネットワークの設定を行い、そ
の後、ネットワークカード１１よりネットワークを介し
て、最短部ノードに設定されるネットワークファイリン
グシステムのサーバからＯＳを読み出すよう設定する。

【００５２】これにより、オペレーティングシステム
（ＯＳ）をも最端部ノードに設定されるネットワークフ
ァイリングシステムのサーバから読み出すよう設定する
ことで、最端部ノード以外のノードにおいて発熱体であ
るハードディスクを装備しない構成が実現できるため、
もって並列計算機全体の発熱量を抑えることができる。
また、装置の簡素化と発熱量抑制の効果として、並列計
算機の筐体をさらに小型化することができる。

【００５３】なお、この構成を一部変更して、複数ノー
ドについてハードディスク装置を有するノードと有さな
いノードとを併置して並列計算機を構成することも考え
られる。これによっても、従来の並列計算機と比較して
ハードディスク装置の個数が減らせるので、上述の場合
と本質的に同様の作用効果を得ることができる。

【００５４】本実施の形態の第１変形例について説明す
る。図６は本変形例に係る並列計算機１０３Ａの概略を
示す斜視図である。本変形例においては、図５に示した
並列計算機１０３において各板材８−１，…，８−５に
対応するノード１−１，…，１−５のそれぞれに個別に
電源ユニット１２を配置していた構成を変更し、電源ユ
ニット１２Ａを各ノード１−１，…，１−５で共通のも
のとして並列計算機１０３Ａの筐体７内に単一配置した
ものである。この複数ノード共有の電源ユニット１２Ａ
は全てのノード１−１，…，１−５に電源を供給するも
のであり、除熱効率を考慮して筐体７の端部に配置され
るものとする。

【００５５】この構成により、発熱体である電源ユニッ
ト１２Ａを筐体７内の端部に集約的に配することが可能
となるので、並列計算機全体としての除熱性がさらに向
上する。

【００５６】本実施の形態の第２変形例について説明す
る。図７は本変形例に係る並列計算機１０３Ｂのシステ
ム概念を模式的に示したブロック図である。板材８−
１，８−２，…に対応するノードをそれぞれ符号１−
１，１−２，…として示す。各ノードはネットワーク６
に接続している。ここでは、板材８−１に対応するノー
ド１−１がネットワークファイリングシステムのサーバ
として機能する最端部ノードであるとする。

【００５７】本変形例では、このノード１−１にのみ出
力手段としてのディスプレイ３、および入力手段として
のキーボード４、マウス５を接続して配置するととも
に、これ以外のノード１−２，…には入力手段／出力手
段を接続しない構成とする。

【００５８】上述したように、通常の並列計算を行う際
には、ユーザは、並列計算機の特定の１個のノードにロ
グインし、そのノードから並列処理ジョブを投入するた
め、ユーザがログインするノードには、ディスプレイ３
とキーボード４とマウス５の組が接続し備えられている
ことが必要であるが、他のノードに関してこれら入力手
段あるいは出力手段が接続して配置される必要性は小さ
い。この点を考慮して、本変形例では、ユーザが並列処
理ジョブを投入する１個のノードにのみ選択的にディス
プレイ３とキーボード４とマウス５を配したものであ
る。

【００５９】この構成により、従来の並列計算機のよう
に各ノードにディスプレイ、キーボード等を個別に配置
する構成と比較して、並列計算機の筐体７内の配線や筐
体７に取り付けられる端子の数を大幅に減らすことがで
き、並列計算機全体としてのメンテナンス性がより向上
する。

【００６０】本実施の形態の第３変形例について説明す
る。図８は本変形例に係る並列計算機１０３Ｃのシステ
ム概念を模式的に示したブロック図である。以下、図７
に示した第２変形例との相違点のみ説明する。

【００６１】この図では、符号１−１，…，１−５で示
される複数のノード全てからの「ディスプレイ３、キー
ボード４、マウス５」の組への結線を、入出力手段対応
ノード切替機２０への入力とし、入出力手段対応ノード
切替機２０からの出力を１組の「ディスプレイ３、キー
ボード４、マウス５」へと結線し設定している。入出力
ノード切替機２０には図示しない選択スイッチが具備さ
れており、選択スイッチを切替えることにより、ユーザ
は、「ディスプレイ３，キーボード４，マウス５」の組
の接続先ノードを変更する構成とする。

【００６２】この構成により、まず、特定のノードをネ
ットワークファイリングシステムのサーバとして機能付
け、この機能付けられたノードに対して結線された入力
手段、出力手段を介して並列処理ジョブを投入する。ま
た、ソフトウェアの設定を変更して別のノードを新たに
ネットワークファイリングシステムのサーバとして機能
付ける場合には、この設定の変更に付随して入出力手段
対応ノード切替機２０によりノードを切替えて常にネッ
トワークファイリングシステムのサーバに対応するノー
ドに並列処理ジョブを直接投入することができる。

【００６３】すなわちこの構成により、ユーザによるソ
フトウェア的なメンテナンス性を向上させることができ
る。すなわち、ハードウェアとしての並列計算機の構成
をほとんど変更することなく、並列ライブラリで記述す
るプログラムの作成にあたって、各ノードのＣＰＵの性
能等に対応して計算の負荷を各ノードに適切に振り分け
るようにソフトウェアを構成することで、多様な並列計
算を実行することが可能である。さらに、並列計算機の
筐体７内の配線や端子の数を減らすことができる。

【００６４】（第４の実施の形態）図９は、本発明の第
４の実施の形態に係る並列計算機の概略を示す斜視図で
ある。第１の実施の形態と同様構成については同一符号
を付し詳細な説明を省略する。

【００６５】本実施の形態は、並列計算機１０４の筐体
７内に、各板材８−１，…，８−５の上方に仕切板２１
を筐体の上面と略並行に配置して板材８−１，…の配置
される筐体内下部空間２３ａとその上方の筐体内上部空
間２３ｂとを仕切るとともに、仕切板２１にその上下空
間２３ａ，２３ｂを連絡する孔２２を設ける構成とす
る。また筐体７には、吸気孔１６及び吸気ファン１８を
筐体内下部空間２３ａに、排気孔１７および排気ファン
１９を筐体内上部空間２３ｂに、それぞれ設けることと
する。

【００６６】この構成により、ノードを構成する複数の
板８の間を、素子等から発生する熱を奪うことにより暖
められた空気が上昇し、その空気は箱型スペース下面穴
２２を通り、筐体内上部空間２３ｂに流入する。この上
部空間２３ｂ内に流入した空気は、筐体７の側面あるい
は上面に設置された排気孔１７位置に配置された排気用
ファン１９から集約的に排気される。すなわち、本実施
の形態によれば、図４に示した第２の実施の形態と同様
の作用効果をそうするとともに、図４の場合と比較し
て、排気ファン１９を各ノード１−１，…に対応する板
材８−１，…に個別に設けることなく、筐体内上部空間
２３ｂを介して集約して単一あるいは少数配置すること
により、メンテナンス性をさらに向上させることができ
る。

【００６７】なお、本実施の形態を上記第３の実施の形
態の第１変形例に適用する場合として、複数ノード共有
の電源ユニット１２Ａを、筐体内下部空間２３ａの端部
に配置する態様が考えられるが、あるいは筐体内上部空
間２３ｂに配置することとしてもよい。後者の場合は、
筐体７内の空気の流れの途中に電源ユニット１２Ａを配
置することで各板材８−１，…上の素子に加えて電源ユ
ニット１２Ａの除熱も同時に行うことができるから、も
って並列計算機全体としての除熱性をより高めることが
できる。また、電源ユニット１２Ａの除熱のためのファ
ン等を別途設置する必要がなく、並列計算機全体として
システムが簡素化されることにより、メンテナンス性が
向上する。

【００６８】これと同様の理由により、本実施の形態を
上記第３の実施の形態の第３変形例に適用する場合とし
て、入出力手段対応ノード切替機２０を筐体内上部空間
２３ｂに配置する構成もまた好適な態様として考えるこ
とができる。このように、並列計算機で各ノードで共用
する機材を筐体内上部空間２３ｂに配置することによ
り、除熱性をより高めた構成を得ることができる。

【００６９】（第５の実施の形態）本発明の第５の実施
の形態は、上述した第１ないし第４の実施の形態に係る
並列計算機の各ノードに対応する板材の配置構成の変更
に関するものである。並列計算機の筐体７内の板材８−
１，…に配置されるマザーボードやＣＰＵを何らかの理
由により交換するような場合、筐体７内に立設される板
材の枚数を交換の前と後と異ならせるような運用を考慮
する。かかる運用は、並列計算を行うべく導入されるソ
フトウェアによる調整と対応させることにより実現され
る。すなわち、並列ライブラリで記述するプログラムの
作成にあたって、筐体内の構成要素の変更を行った後の
各ノードのＣＰＵの性能等に対応して計算の負荷を各ノ
ードに適切に振り分けるようにソフトウェアを構成する
ことで、配置公正の変更に対応した並列計算を実行する
ものとする。

【００７０】図１０（ａ）は、例えばＣＰＵを交換する
前の並列計算機のノード配置の概略を示す上面図であ
る。ここでは、６枚の板材８−１，…，８−６から６ノ
ードで構成される並列計算機を示している。これに対
し、板材８−３，８−４に搭載されるＣＰＵ１５を、よ
り高性能でより発熱量の大きいＣＰＵ１５に交換した後
の並列計算機のノード配置の概略を、一例として図１０
（ｂ）に、他の例として図１０（ｃ）にそれぞれ示す。

【００７１】図１０（ｂ）に示した場合では、単にレー
ル９−３，９−４により立設されていた板材８−３，８
−４を取外し、新たなＣＰＵを配置した板材８−７をレ
ール９−３により立設配置しレール９−３を図１の矢印
１４ｂの方向にスライドし位置を変更するとともに、板
材８−４とこれが設置されていたレール９−４とを取外
して、結果として５枚の板材から５ノードで構成される
並列計算機を新たに実現している。

【００７２】さらに図１０（ｃ）に示した場合では、一
部のノードの位置変更を行い、配置順を筐体７内で適切
にシャフリングして発熱量の大きい素子を有する新たに
導入される板材８−７を筐体７の端部に配置した５ノー
ドの並列計算機を新たに実現している。

【００７３】こうした、板材の取替および配置変更を行
う方法によって、１つの筐体７内で例えばクロック５０
０ＭＨｚのＣＰＵを用いた６ノード分の板材６枚を、８
００ＭＨｚのＣＰＵを搭載した５ノード分の板材５枚に
交換することができる。すなわち、部材交換を伴う板材
の設置変更により、筐体７内の限定されかつ固定された
空間体積を有効に活用し、もって並列計算機の性能向上
を実現することができる。

【００７４】なお、この場合、筐体７内に配置される一
部の機材の取替や位置変更、例えばレール９に関する図
１に示した矢印１４ｂの方向への位置変更、あるいは吸
気ファン１７等の取替、等に代表される各操作のうちの
一部の操作を伴う配置変更、あるいは筐体７内の全ての
機材を取替あるいは位置変更するような配置変更も、当
然に実現することができる。

【００７５】（第６の実施の形態）本発明の第６の実施
の形態は、上述した第１ないし第４の実施の形態に係る
並列計算機の各ノードに対応する板材上に配置される構
成要素の配置変更に関するものである。並列計算機の筐
体７内の板材８−１，…に配置されるマザーボードやＣ
ＰＵを何らかの理由により交換するような場合、板材８
に配置される部材、例えばマザーボード１０の大きさが
交換の前と後とで異ならせるような運用を考慮する。こ
れは、従来より継続して実現なされているマザーボード
１０のコンパクト化を反映するものである。

【００７６】すなわち、マザーボード１０を、よりその
表面積の小さいマザーボード１０Ａに交換する場合に、
この小さいマザーボード１０Ａを配置した板材８Ａを、
支持金具２４により大きさ調整枠等の補助枠２５に固定
したうえで板材８に配置することとする。

【００７７】図１１（ａ），（ｂ）はそれぞれかかる構
成要素の配置変更の前および変更後に対応する板材８の
概略を示す正面図である。図１１（ｂ）では便宜上、縦
Ｈ、横Ｌの長さを有する板材８と大きさを実質的に同一
とするための補助枠２５による大きさの調整枠が占める
部分を斜線で示している。板材８Ａは縦Ｈ_A、横Ｌ_Aの長
さを有し板材８より小さいため、この縦横の長さの差を
補助枠２５にて調整している。この補助枠２５の大きさ
は例えば長穴とチョウネジを併用して適宜調整できるも
のとし、板材８はかかる調整部材をあらかじめ配設可能
となるように設計されているものとする。

【００７８】なお、この大きさ調整枠の構成はマザーボ
ード１０をより小型のマザーボード１０Ａに変更する場
合に対してのみでなく、例えばハードディスク装置１３
をより小型のハードディスク装置１３Ａに変更する場合
等、板材８に配置される他の構成要素の小型化に対して
も同様に適用されうる。

【００７９】この構成により、大きさの固定された筐体
７に対して異なるサイズの構成要素を新たに交換し導入
することができるため、各ノードにおける構成要素の同
一性を維持するためにライフサイクルの比較的短いパー
ツを補修用として備蓄しておく等の必要がなくなるた
め、ひいては並列計算機を維持保守し運用することが容
易となりかつメンテナンス性が向上する。

【００８０】（第７の実施の形態）本発明の第７の実施
の形態は、上述した並列計算機をさらに複合させて構成
した大規模な並列計算機システムに関するものである。
すなわち、第１ないし第４の実施形態において説明し
た、単一筐体内に複数のノードのＣＰＵ等を収容した並
列計算機１０１，１０２，１０３，１０４について、さ
らにこの並列計算機を複数台ネットワークに接続して、
複数の分割された独立した筐体により並列計算機システ
ムを実現するものである。

【００８１】本実施の形態に係る並列計算機システムと
して、以下代表的に第１の実施の形態において説明した
並列計算機１０１を複数用いることで実現されるシステ
ム構成について、図１２を参照して説明する。複数の並
列計算機１０１−１，１０１−２，１０１−３，…をネ
ットワーク６に接続して並列計算機システム２０１を構
成する。ここで、各並列計算機１０１−１，１０１−
２，１０１−３，…の筐体７−１，７−２，７−３，…
にそれぞれ格納される板材の枚数は、異なるものとして
構成してもよい。各並列計算機１０１−１，１０１−
２，１０１−３，…のノード数をそれぞれｎ₁，ｎ₂，ｎ
₃，…とするとき、並列計算機システムの総ノードは、
これらの和（ｎ₁＋ｎ₂＋ｎ₃＋…）として表される。

【００８２】これら並列計算機１０１−１，…は、運用
により、第２ないし第４の実施の形態に係る並列計算機
を用いてもよく、さらに、例えば、１つの並列計算機シ
ステム２０１として、電源ユニット、「ディスプレイ，
キーボード，マウスの組」、ハードディスク装置を共有
し単一のものとする、あるいは並列計算機の筐体数より
少数とするような構成も、第２ないし第４の実施の形態
およびそれらの変形例において説明した方法によって実
現することができる。

【００８３】この構成によれば、より拡張性の高い並列
計算機を実現することができる。すなわち、並列計算機
システムとして特に大規模な多ノード数を要す並列計算
を要求するような場合、並列計算機を構成する筐体複数
を設置場所の制約などユーザの使用条件に合わせて組合
わせることや、随時追加的に筐体数を増やして並列計算
機システムのノード数を段階的に増加させるなど、シス
テム構築にあたって柔軟な対応をとることができるとと
もに、一部の筐体のみを配置変更の対象とするなどのメ
ンテナンス上の自由度を増すことができる。

【００８４】さらに、本実施の形態の変形例として、図
１３に示すように、複数の並列計算機１０１，…から構
成される並列計算機システム２０１−１，…をさらに複
数ユニット組合わせてネットワーク６に接続させること
で、さらに大規模な並列計算機システム３０１を実現す
ることも考えられる。

【００８５】以上、本発明の各実施の形態を詳細に説明
したが、本発明においては、各実施の形態あるいはその
各変形例について、複数のものを適宜選択し複数態様の
構成を組合せて併用することが考えられることはいうま
でもない。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る並列計
算機よれば、メンテナンス性や素子の除熱性能を良好に
保ち、もって安定運転を実現するとともに、従来に比し
て性能を保ちつつ大幅な小型化を実現することができ
る。加えて、本発明に係る並列計算機システムによれ
ば、拡張性の高いシステム構成を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る並列計算機の
概略を示す斜視図である。

【図２】（ａ）は図１に示した並列計算機の概略を示す
上面図、（ｂ）は（ａ）の第１変形例に係る並列計算機
の概略を示す上面図、（ｃ）は（ａ）の第２変形例に係
る並列計算機の概略を示す上面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る並列計算機の
概略を示す斜視図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態の変形例に係る並列
計算機の概略を示す斜視図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態に係る並列計算機の
概略を示す斜視図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態の第１変形例に係る
並列計算機の概略構成を示すブロック図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態の第２変形例に係る
並列計算機の概略を示すブロック図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態の第３変形例に係る
並列計算機の概略を示すブロック図である。

【図９】本発明の第４の実施の形態に係る並列計算機の
概略を示す斜視図である。

【図１０】（ａ），（ｂ），（ｃ）ともに、本発明の第
５の実施の形態に係る並列計算機の板材の配置構成の変
更の概略を示す上面図である。

【図１１】（ａ），（ｂ）ともに、本発明の第６の実施
の形態に係る並列計算機の板材上の構成要素の変更の概
略を示す板材の正面図である。

【図１２】本発明の第７の実施の形態に係る並列計算機
システムの概略を示すブロック図である。

【図１３】本発明の第７の実施の形態の変形例に係る並
列計算機システムの概略を示すブロック図である。

【図１４】従来の並列計算機の概略を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１−１，１−２…計算機単位（ノード）、２−１，２
−２…計算機本体、３、３−１，３−２…ディスプレ
イ、４，４−１，４−２…キーボード、５、５−
１，５−２…マウス、６…ネットワーク、７，７−
１，７−２…筐体、８、８−１，８−２…板材、９−
１，９−２…レール、１０，１０Ａ…マザーボード、
１１，１１Ａ…ネットワークカード、１２，１２Ａ
…電源ユニット、１３，１３Ａ…ハードディスク装
置、１４ａ，１４ｂ…板材の移動方向、１５，１５Ａ
…ＣＰＵ、１６…吸気孔、１７…排気孔、１８…
吸気ファン、１９…排気ファン、２０…入出力手段
対応ノード切替機、２１…仕切板、２２…孔、２
３ａ…筐体内下部空間、２３ｂ…筐体内上部空間、１
０１，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１−１，１０１−２，
１０２，１０２Ａ，１０３，１０３Ａ，１０３Ｂ，１０
４…並列計算機、２０１，２０１−１，２０１−２，
３０１…並列計算機システム。

フロントページの続き (72)発明者川上修神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号株式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者川島正俊神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号株式会社東芝浜川崎工場内Ｆターム(参考） 5B045 GG01 KK06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣＰＵおよびメモリを搭載したマザーボ
ードを板材上に配置してなる計算機単位を少なくとも２
つ具備し、各計算機単位に対応して配置され計算機単位
をネットワークに接続するネットワークカードと、少な
くとも１つの電源ユニットと、少なくとも１つのハード
ディスク装置と、少なくとも１つの筐体と、少なくとも
１組の入力装置および出力装置とを具備し、複数の計算
機単位に分割して計算処理を行う並列計算機であって、
少なくとも２つの計算機単位は、同一の筐体内に複数の
前記板材を立設し配置してなることを特徴とする並列計
算機。
【請求項２】前記筐体は、その外部空間との気体の流
通を行う少なくとも２つの孔を配設してなることを特徴
とする請求項１記載の並列計算機。
【請求項３】前記筐体の孔のうち少なくとも１つの孔
に設けられ、該孔を介して気体を前記筐体の内部に導入
しあるいは外部に排出する送風手段を具備することを特
徴とする請求項２記載の並列計算機。
【請求項４】前記筐体内でかつ前記複数の立設された
板材の上方に設置され孔を有する仕切板を具備し、この
仕切板の上方に位置する前記筐体に設けられた孔に前記
送風手段を設置してなることを特徴とする請求項３記載
の並列計算機。
【請求項５】前記筐体内に立設配置した板材に対応す
る計算機単位のうち、前記筐体の最端部に配置される１
つの計算機単位をネットワークファイリングシステムの
サーバとして設定することを特徴とする請求項１記載の
並列計算機。
【請求項６】前記入力装置および出力装置の組は複数
の計算機単位の数より少なく設定されるとともに、前記
複数の計算機単位のうち前記入力装置および出力装置と
接続する計算機単位を選択する接続切替手段を具備する
ことを特徴とする請求項１記載の並列計算機。
【請求項７】請求項１記載の並列計算機を複数具備
し、この複数の並列計算機をネットワークを介して接続
して構成され、各並列計算機の各計算機単位に分割して
計算処理を行うことを特徴とする並列計算機システム。