SXシリーズ は、日本電気 (NEC) が開発・提供しているスーパーコンピュータ のシリーズで、主戦力級のベクトル型 スーパーコンピュータとして、世界で唯一生き残っているシリーズである。2019年現在の最新モデルはSX-Aurora TSUBASA （続き番号としてはSX-11に相当）である。
1983年にSX-2と下位モデルのSX-1を発表、1985年に出荷したのがシリーズのはじまりである。さらに廉価版のSX-0もラインナップされた。その後は主力機の新世代ごとに、末尾の数字を1つずつ増やしていた。サフィックスの数字や英字は、サブモデルや改良版（SX-2A、SX-3Rなど）やサーバモデル（SX-4B、SX-5S）や小型モデル（SX-6i、SX-8i）等を示す。
TOP500 首位で話題となった地球シミュレータ の初代システムは本シリーズのSX-5、2代目システムはSX-9/E、3代目はSX-ACE、4代目の現行機はSX-Aurora TSUBASA がベースである。
1983年（昭和58年）4月発表。SXシリーズで最初に登場したのはSX-2である（1985年出荷）。SX-2の下位モデルとして、SX-1,SX-0が提供された。改良版として、SX-2A等が開発・出荷された。SX-2は世界で最初にG FLOPS を越えたスーパーコンピュータ で、Cray-2 に抜かれるまでのひとときであったが世界最高速であった。
SX-3
1989年（平成元年）4月発表。OS を、ACOS-4 （メインフレーム用）ベースのSX-OS から、Unix ベースのSUPER-UX に切り替えたモデルである。その後、1990年に低価格モデル、1992年1月に改良型モデル(SX-3 R)を発表。最大4つのAPが構成できる。メモリ を共有して動作する。CPも2つ構成できる。ベクトルレジスタの容量、パイプライン の本数、とAPの台数によって、1Lから44まで、10個のサブモデルがあった。
SX-4
1994年（平成6年）11月発表。SX-3まではバイポーラ論理LSIを使っていたが、SX-4ではCMOS 論理LSIを使うようになった。このためサイクルタイムはSX-3Rの2.5nsから8nsに遅くなったが、消費電力と発熱の低下による空冷化と、CPU モジュール1個のチップ数37、面積38.6cm x 45.7cmという高い実装密度により、コストパフォーマンスは向上している。
計算性能は、ノードあたり64G FLOPS 、システムあたり最大1024GFLOPSとなった。SX-3同様ノード単位でメモリ を共有するが、ノード間では分散したシステム間で協調動作を行う。コンパクトモデル、シングルノードモデル、マルチノードモデルがあった。（1ノード は1つの処理単位、言い替えればオペレーティングシステム (OS) が動作する単位である）
SX-5
SX-5外観 1998年（平成10年）6月発表。シングルノード の最大CPU 数は16個(128GFLOPS)、最大共有メモリ容量は128GB、主記憶転送速度は1024GB/sであった。
SX-4と同様にCMOSを採用、集積化を進めチップの処理速度向上施策と共に排熱設計/多層配線などにより全体の処理速度の向上を図ったモデルがSX-5であり、クロックが4ns(250MHz)、ベクトル命令パイプラインが16本と、SX-4に比べCPUモジュール1個あたりの性能が4倍の8GFLOPSとなった。この32チップで構成されたCPUモジュールを1チップLSI化したのが初代地球シミュレータ のCPUである。
1999年5月に、ベクトルパイプラインが半分の8本のサーバモデルSX-5Sを発表。2000年6月クロックを約3.2nsに向上させた1CPUモジュール10GFLOPSのモデルを発表。このCPU演算性能強化モデルではシングルノードの最大演算性能は160GFLOPSと向上したが主記憶転送速度は640GB/sに低下した。
SX-6
2001年（平成13年）10月発表。シングルノードの最大CPU数は8個(64GFLOPS)、最大共有メモリ容量は64GB、主記憶転送速度は256GB/sであった。地球シミュレータ のシングルノードを改良(メモリ容量が2倍)したものを用いている。従来はスカラー部とベクトル部は同期動作だったが、地球シミュレータ同様にベクトル部がスカラー部の倍速で動作するように改良された。クロック2ns(500MHz）で動作するスカラ演算ユニットと、クロックが1ns(1GHz)で動作する8本のベクトルパイプラインを持つ、1チップベクトルプロセッサから構成されている。0.15μmCMOSプロセスを採用している。
2001年11月にデスクサイドモデルSX-6i（1CPU、メモリ最大搭載量8GB）を発表。
2003年9月に9GFLOPS CPUとシングルノード当たりの最大メモリ容量が2倍(128GB,主記憶転送速度289GB/s)の機種を発表。
SX-7
2002年（平成14年）10月発表。シングルノードの最大CPU数は32個(282GFLOPS)、最大共有メモリ容量は256GB、主記憶転送速度は1131GB/sである。基本的にはSX-6のシングルノード内のCPU数と最大共有メモリ量を拡張したモデル。0.15μmCMOSプロセスを採用。
SX-8
2004年（平成16年）10月発表。シングルノードの最大CPU数は8個(128GFLOPS)、最大共有メモリ容量は64GB(FCRAM)/128GB(DDR2-SDRAM)、主記憶転送速度は512GB/sである。1ノード1モジュールを達成しCPUとメモリモジュール間にSX-6/7まで有った同軸布線20,000本を廃しカード化（ケーブルレス化）を高密度実装(15インチUXGAディスプレイの画素と同じ密度の外部接続ピン密度）を用いて実現した。90nmCMOSプロセスを採用。クロックが SX-6比2倍、スカラ演算ユニット1ns(1GHz), ベクトル演算ユニット0.5ns(2GHz)となり1CPUあたり16GFLOPSを達成。SXシリーズとしては初のSQRT命令のハードウェアサポートを実現。
2005年9月、SX-6iの後継相当のデスクサイドモデルSX-8i発表。SX-6iで不評だった最大搭載メモリ量を32GBと大幅に拡大し、主記憶転送速度は64GB/s。
SX-8R
2006年（平成18年）10月発表。ベクトルプロセッサ(CPU)の中枢機能であるベクトル加算器と乗算器を倍増し、CPU当たりの性能を従来機に比べ2倍以上の35.2GFLOPS(従来は16GFLOPS)に向上した。同時に、1CPU(シングルコア)当たりの最大ベクトル性能で100GFLOPSを超える1チップベクトルプロセッサを搭載した次期ベクトルスーパーコンピュータを開発中であることを表明した。
SX-9
2007年（平成19年）10月発表。ペタフロップス時代を視野に入れ開発された。当初の予定通り1チップベクトルプロセッサを採用し、プロセッサ当たりの性能は100GFLOPSを越える。(発表時点ではシングルプロセッサとして世界最高性能)これに伴い、性能当たりの電力効率を大幅に向上させている。65nm CMOSプロセス、11層銅配線採用。最大で8192台のCPUを接続できる。ノード間の接続速度も見直され、回線交換方式からパケット交換方式に変更。最大で256GB/S(128GB/S×2)となった。オペレーティングシステムはSUPER-UXを継続採用している。
SX-ACE
2011年（平成23年）11月に開発開始を発表[ 1]
名称については、2013年4月のCool Chips 16では決まっていないとのことでNGVと呼んでいたが、筐体の写真にはSX-Xとあった[ 2] [ 3]
2013年11月発売、SC13で展示もおこなわれた。「SX-10」は商標登録されており使えなかったため変えたとのことである。[ 4] [ 5]
SX-Aurora TSUBASA
VE-10
2017年10月25日に、発売予定を発表した[ 6] Unix系 である点は同じだが[ 7] [ 6]
VE-10E
2019年12月、VE-10AEを搭載したSX-Aurora TSUBASA A412-8発表、大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 核融合科学研究所 のプラズマシミュレータ雷神 に搭載[ 8]
VE-20
2020年6月、VE-20を搭載したSX-Aurora TSUBASA B401-8発表、第4世代地球シミュレータ [ 9] [ 10]
VE-30
2022年10月8日に、VE-30を搭載したSX-Aurora TSUBASA C401-8発表[ 11]
SX概要図
アーキテクチャ はSX-3以前(SX-2まで)とそれ以降は多少差はあるが、ここでは全体的な特徴について説明する。大きく分けて2つのユニットから構成されている、非対称密結合マルチプロセッサ構成をとっている。また同時期に開発された他系統の機種と比較すると、日立 のもの（HITAC S-810）と対照的で、S-810は既存メインフレームの拡張という形態であるのに対し、SXシリーズでは制御部のメインフレームとは分離独立した形態をとった[ 12]
また、モデル毎に高速化をはかる機能が追加されてきている。たとえば、パイプライン の増加、命令セット の強化(8バイト 演算命令の追加など)、データのロード/ストア用のバスの分離や強化などがあげられる。
いわゆる汎用コンピュータ 的な仕事をする所である。オペレーティングシステム (OS) はこのプロセッサ上で実行される。データの入出力、プログラム の編集やコンパイル 作業などを行う。SX-2まではACOS-4 系の汎用コンピュータである。CPはさらに、通常の演算を行うEPUとシステム制御部(SCU)から構成される。入出力を行うIOPもSCUから接続される。
SX-3以降はUP4800 等のUNIX サーバとなった。CP単独で処理をする、というようなイメージではなくなった。APの制御、入出力処理の制御を行うためのプロセッサという役割になった。
数値演算のプログラムを実行するだけのプロセッサである。アーキテクチャ はSXシリーズ用に新たに開発された。RISC 形式風の命令セットであり、1命令は4バイト または8バイトである。基本的に64ビット マシンである。大きく分けてスカラ [要曖昧さ回避 演算ユニット(SU)、ベクトル演算 ユニット(VU)とインターフェースユニット(IU)から構成される。
APはSX-2,SX-1,SX-0は1システムに1ユニットであるが、SX-3以降は1システムに複数ユニット構成できるようになった。そのため、各APは共有メモリ型マルチプロセッサを構成している。
数値演算を高速に行うために、ベクトル演算機能が用意されている。スカラ演算は、RISC風のため、SX-2シリーズにおいては、同社で当時最新の汎用コンピュータ S1000の3.5倍以上を目標に設計されていた。ベクトル演算機能とスカラ演算機能(汎用レジスタ )は独立しているため、並行に動作可能である。キャッシュメモリ は、命令 キャッシュとオペランド キャッシュが独立している。
データを高速に処理するための工夫が用意されている。たとえば、SX-2,1においては、メモリは512ウェイインターレース(最大)構成をとっていて、6nsクロック のスピードと共に、最大11G バイト /sのデータ転送能力(SX-2において)、1.3G FLOPS (SX-2)の性能を誇る。クロックはSX-3Rで2.5nsまで高速化されたが、SX-4ではデバイスがCMOS になったため、8nsまで遅くなった。
SX-2のレジスタ はおおよそ以下のとおりである。なお、SX-1ではベクトル 関係のレジスタはSX-2の半分になる。SX-3以降も基本的にはこの構成をとっている。
スカラ [要曖昧さ回避 レジスタ(64ビット ×128個)ベクトルレジスタ(256語×40個:80Kバイト)
ベクトルマスク(256ビット×8個)
その他(カウンタ類)
ベクトル演算 機能は4つのパイプライン (SX-3まで、SX-4は最大8つ、モデルによって本数は変わる)を持っている。そのため、1サイクルで複数の演算を同時に行うことが出来る。また、ベクトル演算機能は、加算 、乗算 、論理演算 、シフト演算 の4つの演算機能が別々に用意されている。そのため、それぞれの演算を独立して行うことが出来る。たとえば、
DO 100 I = 1 , 100
C ( I ) = A ( I ) + B ( I )
100 CONTINUE
というようなDOループ はベクトル演算命令の1マシン命令 にコンパイル され、実行される(ベクトル化。詳しくはベクトル化 のページを参照のこと)。もちろん、浮動小数点数 だけではなく整数 に対してもベクトル処理が可能である。
また、ベクトルマスク機能を使い、ベクトル内で演算対象のものだけをふるい分けたり、ベクトルをマスクの価によって圧縮、伸張するような演算を行うことが出来る。そのため、より高速な演算が可能である。この機能は、DOループ 内にあるIF文 内のベクトル演算(条件付き演算)を高速に行うために用意されている。
そのほか、累和を高速に求める機能や、浮動小数点数の0.5倍/2倍を高速に行う機能も用意されている。
スカラ 演算機能もパイプライン 化で高速化されている。
さらに、SX-3では、命令 のアウト・オブ・オーダー実行 機能が加わった。
SX-4ではスーパースカラー 化されている。同時に2命令のデコード、フェッチと分岐を含め、最大4命令が同時に実行可能である。固定小数点数 演算用の演算器が2つ、浮動小数点数 演算用の演算器が1つ、乗算 器が1つある。固定小数点数演算は1マシンサイクル、浮動小数点数演算も2マシンサイクルで実行可能であり、極めて高速な演算が可能になっている。
命令セット は3オペランド 形式である。演算はすべてレジスタ で行なわれる。RISC 風のため、演算命令 とロード/ストア命令が分かれている(メモリ上のデータをレジスタ上の値と演算を行う命令はない)。
スカラ [要曖昧さ回避 演算用の命令とベクトル演算 用の命令が分かれている。スカラ演算用の命令(RX型)は1命令1ワード (4バイト )または2ワード（8バイト）である。1バイトのオペコード の後に、3つのオペランドが続く。オペランドはレジスタ、インデックスレジスタ、あるいは即値である。
ベクトル演算用の命令(RR型/RV型)も、1バイトのオペコードの後に3つのオペランドが続く。主な命令は
などが用意されている。演算は、ベクトルとベクトルの演算だけではなく、ベクトルとスカラーの演算なども用意されている。このため、ベクトルに特定の価を足したり掛けたりするようなDOループ が、ハードウェア 的な1命令で実行できる。
また、数値演算専用のプロセッサのため、いわゆる10進演算等の命令は用意されていない。基本的にワード(64ビット)単位の処理であるが、ロード/ストア命令についてはバイト/16ビット単位のものが用意されている。
SX-3では、64ビット 整数演算命令、最大値/最小値検索命令等が追加されている。
SX-4では、浮動小数点演算に、IBM 形式、CRAY 形式の他に、IEEE 形式もサポートするようになった。
ベクトル命令は、複数のオペランドを持つが、1つのベクトルのオペランドを全て処理してから次のベクトル命令を実行すると処理が遅くなる。SXシリーズでは、1つのベクトルのオペランドが演算を終えた後、次のベクトル命令の処理を開始する機能がハードウェアによって用意されている。このため、ベクトル命令の高速化が可能である。
SX-2(SX-1を含む)では、配線を最適化するために、APとメモリ部分がY型になっている。APの先に、CPやIOPが接続される。冷却機構は別筐体である。水冷のため、SX-2本体はそばによっても熱を感じず、ひんやりとして、音も静かであるが、冷却機構の空気吹き出し口(機構の上部)は猛烈に熱い風が吹き上げている。
SX-3では各筐体が平行に並び、その装置間をインタフェースユニットが接続している。
SX-4では、1つのユニットの筐体が人の形に似た、非常に特徴のある形状になっている。
SX-2以降、AP、CPとも主要部分は水冷方式となっている。SX-2では複数のICを集積したICモジュールに10cm四方の水冷ユニットが取り付けられている。
SX-3では、APのみLCM（リキッドクーリングモジュール）と呼ばれる30×20cm程度のモジュールが採用され複数の集積回路と水冷機構が一体となっている。CPはUNIX サーバとなったため空冷化となり、外部に設置する設備の大幅な縮小が可能となった。
SX-4ではチップがCMOS になったため、空冷になっている。
OS
SX-2、SX-1は、ACOS-4 をベースとしたSX-OS というオペレーティングシステム (OS)で動作している。
ACOS-4系で提供されている機能がほとんどすべて動作可能である。また、ACOS-4/MVP XE と疎結合マルチプロセッサ 構成をとることが出来る(ディスクの共有)。
さらに、チェックポイントリスタート機能を有している。この機能を使うことで、長期間処理を行うジョブ を分割して実行したり、出力制限値を越えてしまってアボートしたジョブのリスタートも可能になる。長い数値計算を行う処理には便利である。
SX-3以降は、メインフレーム ベースのオペレーティングシステム (OS) をやめ、UNIX ベース（System V ベース）のOS、SUPER-UX となった。ベースは System V ではあるが、4.3BSD の機能を取り入れ、ネットワーク 関係等が強化されているTCP/IP だけではなく、OSI への対応もなされている。そのほかの特徴は以下のとおり。
マルチプロセッサ 対応カーネル のマルチスレッド 化を行なっている。2つのページサイズ
32Kバイト と1Mバイトのページサイズを提供している。UNIXコマンドのような小さなプログラムは32Kバイト、科学技術計算には1Mバイトのページサイズを割り当てている。どちらを使うかは、実行可能バイナリファイルに設定されている。
オーバレイ機能
メモリを効率的に使うため、サブルーチン 単位にオーバレイ機能を使うことが出来る。この機能はソースプログラム を変更することなく実行可能である。
スケジューリング機能の大幅な変更
通常の処理(UNIXコマンドによる対話的な処理)と、数値演算のようなバッチ 的な処理のスケジューリングを適切に行うために、ドメイン、スケジューリンググループという機能を用意している。
ドメイン
会話処理ドメインとバッチ処理ドメインが用意されている。それぞれに対して、CPU配分、メモリ配分を設定できる。
スケジューリンググループ
ユーザ毎にスケジュール方法を設定できる。従来のUNIX風のスケジュール方法の他に、固定的にスケジュールを設定する機能も、バッチ的な処理のために用意されている。
ファイルシステム の改良ファイルシステムはs5fs（System V固有のファイルシステム）をベースに改良したSFS (Supercomputing File System) である。このファイルシステムは、基本的なUNIXのファイルシステムをベースに、大量の入出力 (I/O) に対応するように改良されている。たとえば、I/O単位がブロックをまとめたクラスタ単位である、カーネル のバッファ を使わず、直接ユーザアプリケーション とI/Oを行う、仮想ボリューム機能を用いて、ディスク容量より大きなファイル を作成できるなどである。
NQS機能
バッチ処理 を効率的に行うために、NQS(Network Queuing System)というジョブ 管理システムが提供されている。 SX-4対応のOSでは、SVR4.2MP (System V Release 4.2 MP) 対応になった。また、並列処理 も、SX-3ではタスクライブラリというFortran 指向のライブラリを用意していたが、SX-4ではPOSIXスレッド を使えるようになった。また、より並列度が上がるように、粒度を向上したり、アトミック命令が追加されている。
SX-2、SX-1では、AP上で実行するバイナリを生成する FORTRAN 77/SXと、CP上で実行可能なバイナリを生成するFORTRAN77が提供されている。CP上では、FORTRAN77以外にもCOBOL やPL/I など、他の言語もコンパイル、実行可能である。しかし、AP上で処理可能な高水準言語 は、FORTRAN77しかない。
CP上実行可能なFORTRANは、デバッグ 用途である。また、FORTRANのソースコード を整形するBEAUTIFIERや、動作を解析する(動的/静的)ANALIZER/SX、対話的にベクトル化 を推進するVECTRIZER/SXも用意されている。
SX-3以降のSUPER-UX 向けには、新しいハードウェア に対応して、コンパイラ も機能強化されている。たとえば、8バイト 整数、ベクトル [要曖昧さ回避 レジスタ の容量拡大対応などである。機能的にも、外部手続きをインラインで展開したり、行列 演算を認識して、関数 呼び出しに変えたり、ループ 数を減らして、ループ内演算を増やして(ループアンローリング )、メモリ アクセスの軽減、ベクトルレジスタの効率的な利用をはかるように改良されている。
さらに、APが複数あることを利用し、並列実行 を行う機能が用意されている。並列実行は、サブルーチン レベルで並列化を行う、マクロタスク機能、ループ内演算を並列化する、マイクロタスク機能がある。マクロタスク機能はソースコードレベルでの修正が必要だが、マイクロタスク機能機能では自動的に並列化が行なわれる。さらに、より高度な並列化を行うために、並列化を指示するような命令や、並列実行のための補助的な命令も追加されている。
また、SUPER-UXでベースとなっているオペレーティングシステム (OS) がUNIX であるので、UNIXに関係が深いC言語 もサポートしている。C言語でもFORTRAN と同様、ベクトル化 機能を有効に使えるようなコード生成を行なえるようになっている。
性能向上のためのツールは、新たに、ANALIZER-P/SXと、PARALLELIZER/SXが提供されている。
SX-4からはFORTRAN90が提供されている。
また、SX-4用のコンパイラは、SX-4で新たに追加された命令や、高速化のためのアーキテクチャ の改良を取り込んで最適化を行なっている。さらに、マルチノードにも対応している。
SXシリーズは、アメリカ合衆国 (米国) においてダンピング を行っていると大幅に課税されたことがある。これは、当時、米国社製のスーパーコンピュータ に比べ、SX-3等の価格が安かった為でもある。当時、米国にはSX-3は殆ど輸出されておらず、専ら米国国外でSX-3の出荷が順調に進み、米国社製のスーパーコンピュータの販売がしにくくなった為でもある。
米国などのスーパーコンピュータメーカでは制御系を専用マシンで補わなければならないためこの製作が高額であった。これに対し日本 メーカーは自社の汎用マシンで補い、さらに、SX-3等では小型汎用サーバに置き換える事により大幅な価格差が生じる結果となった。
米国では軍事産業保護の観点からスーパーコンピュータも保護すべき対象となっていた為、安価であった日本のスーパーコンピュータの導入は一向に進まなかった。
後に、米国国内でも安価なスーパーコンピュータが使えない事に抗議の声が上がり、この問題は消え去ることとなった。2001年2月28日に、日本電気 (NEC) はクレイ 社にSXシリーズをOEM することで合意している。なお、詳しい経緯については日米スパコン貿易摩擦 を参照されたい。
SX-4, SXシリーズ以降のスーパーコンピュータは二重並列構成である。複数のCPU は並列 ベクトル処理 ノードに配置される。
これらのノードは標準的なSMP 構成である。
シングルノード SX システム
SX-2
SX-3 SX-4
SX-5
SX-6 SX-7
SX-8 SX-8R
SX-9 SX-ACE
最大CPUの個数
1
4
32
16
8
32
8
8
16
1
ピーク CPU GFLOPS
1.3
5.5
2
8
8
8.83
16
35.2
102.4
256
ピークシステム GFLOPS
1.3
22
64
128
64
282
128
281.6
1638
256
最大主メモリ
256 MB
2 GB
16 GB
128 GB
64 GB
256 GB
128 GB
256 GB
1 TB
1 TB
システムメモリ帯域幅 (GB/s)
11
44
512
1,024
256
1,129
512
563.2
4,096
256
CPU毎のメモリ帯域幅 (GB/s)
11
22
16
64
32
35.3
64
70.4
256
256
マルチノード SX システム
SX-4
SX-4A
SX-5
SX-6 SX-8 SX-8R
SX-9 SX-ACE
最大ノード数
16
16
32
128
512
512
512
512
最大CPUの個数
512
256
512
1,024
4,096
4,096
8,192
512
ピーク TFLOPS
1
0.5
4
8
65
140.8
839
131
最大主メモリ
256 GB
512 GB
4 TB
8 TB
64 TB
128 TB
512 TB
32 TB
合計メモリ帯域幅 (TB/s)
8
4
32
32
131
281.6
2,048
131
SXシステムの開発背景、NEC技報,Vol39 No1/1986
SXシステムの概要、NEC技報,Vol39 No1/1986
SXシステムの科学演算処理装置、NEC技報,Vol39 No1/1986
SXシステムの制御プログラム、NEC技報,Vol39 No1/1986
SX-3シリーズの開発背景と概要、NEC技報,Vol45 No2/1992
SX-3シリーズのハードウェア構成、NEC技報,Vol45 No2/1992
オペレーティングシステム SUPER-UX NEC技報,Vol45 No2/1992
SX-3シリーズの言語プロセッサと開発支援ツール、NEC技報,Vol45 No2/1992
SX-4シリーズの開発背景と概要 NEC技報,Vol48 No11/1995
SX-4シリーズのハードウェア構成 NEC技報,Vol48 No11/1995
オペレーティングシステム SUPER-UX NEC技報,Vol48 No11/1992
SX-4シリーズの言語プロセッサと開発支援ツール、NEC技報,Vol48 No11/1992
