エクサスケール・コンピュータ（英: exascale computer）またはエクサスケール・コンピューティング（英: exascale computing）は、1秒間に1018回以上の浮動小数点演算（1エクサフロップス、exaFLOPS）を行うことができるコンピュータシステムを指す。この用語は、一般的にはスーパーコンピュータシステムの性能を指し、2021年1月時点でこの目標を達成した単一システムは存在しないが、このマイルストーンに到達するために設計されているシステムがある。2020年4月、分散コンピューティングによるFolding@homeのネットワークは、1 exaFLOPSの演算性能を達成した[1][2][3][4]。

エクサスケール・コンピューティングは、計算機工学の分野で大きな成果をもたらす。主に、天気予報や個別化医療など、科学的応用や予測の改善が可能になる[5]。エクサスケールはまた、ヒューマン・ブレイン・プロジェクト（英語版）で目標とされている[6]、人間の脳の神経レベルでの推定処理能力に達している。また、TOP500リストのように、エクサスケール・コンピュータを最初に構築する国になる競争もある[7][8][9][10]。
定義「FLOPS」および「TOP500」を参照

1秒あたりの浮動小数点演算（Floating Point Operation Per Second、FLOPS）は、コンピュータの性能を表す指標である。FLOPSはさまざまな精度の測定値で記録できるが、TOP500スーパーコンピュータリストでは、LINPACKベンチマークを使用して64ビット（倍精度浮動小数点形式）の演算を1秒間に実行した回数でランキングするという標準的な指標が用いられている[11]。
技術的な課題

アプリケーションが、エクサスケール・コンピューティング・システムの能力を十分に活用できるようにすることは、簡単ではないと認識されている[12]。エクサスケール・プラットフォーム上でデータ集約型アプリケーションを開発するには、新しく効果的なプログラミング・パラダイムとランタイム・システムが利用できる必要がある[13]。この壁を最初に破ったFolding@homeプロジェクトは、クライアント・サーバー・モデルのネットワーク・アーキテクチャ（英語版）を使用して、数十万のクライアントに作業を送信するサーバーのネットワークに依存している[14][15]。
歴史

最初のペタスケール（英語版）（1015 FLOPS）コンピュータは2008年に稼働した[16]。Computerworld（英語版）誌は、2009年のスーパーコンピューティング会議で、2018年までにエクサスケールの実現を予測した[17]。2014年6月、Top500スーパーコンピュータの停滞により、2020年までのエクサスケールシステムの可能性を疑問視する声が上がっていた[18]。

2018年までにエクサスケール・コンピューティングは実現しなかったが、同じ年に、Summit OLCF-4スーパーコンピュータは、ゲノム情報を解析しながら、（FLOPSではなく）別の指標を用いて1秒間に1.8×1018回の計算を行った[19]。これを実施したチームは、2018年のACM/IEEE Supercomputing Conferenceでゴードン・ベル賞を受賞した[要出典]。

exaFLOPSの壁は、2020年3月に分散型のFolding@homeプロジェクトによって初めて破られた[20][15]。
開発
米国

2008年、米国エネルギー省の科学局（英語版）と国家核安全保障局という2つの米国政府組織が、エクサスケールスーパーコンピュータの開発のためにInstitute for Advanced Architectures（カタルーニャ高等構築研究所）に資金を提供し、サンディア国立研究所とオークリッジ国立研究所もエクサスケール設計に協力することになった[21]。この技術は、基礎研究、工学、地球科学、生物学、材料科学、エネルギー問題、国家安全保障など、さまざまな計算集約型の研究分野での応用が期待されていた[22]。

2012年1月、インテル社は、2018年までにエクサスケール技術を開発するという約束を果たすために、QLogic（英語版）社からInfiniBand製品群を1億2500万米ドルで購入した[23]。

2012年までに、米国はエクサスケール・コンピューティングの開発に1億2600万ドルを割り当てた[24]。

2013年2月[25]、Intelligence Advanced Research Projects Activity（英語版）（インテリジェンス高等研究計画活動）は、超伝導ロジック（英語版）に基づいてエクサスケールの速度で動作する新世代の超伝導スーパーコンピュータ（英語版）を想定したCryogenic Computer Complexity（C3）プログラムを開始した。2014年12月、IBM、レイセオンBBNテクノロジーズ、ノースロップ・グラマンとC3プログラムの技術開発のための複数年契約を発表した[26]。

2015年7月29日、バラク・オバマ大統領は、エクサスケールシステムの開発を加速し、ポスト半導体コンピューティングの研究への資金提供を求める国家戦略的コンピューティング・イニシアチブ（英語版）を創設する大統領令に署名した[27]。エクサスケール・コンピューティング・プロジェクトは、2021年までにエクサスケール・コンピュータの構築を目指している[28]。

2019年3月18日、米国エネルギー省とインテルは、最初のexaFLOPSスーパーコンピュータを2021年末までにアルゴンヌ国立研究所で稼働させると発表した。Auroraと名付けられたこのコンピュータは、インテルとクレイ社（現ヒューレット・パッカード・エンタープライズ社）によってアルゴンヌに納入される予定で、インテルのXe GPGPUと将来のXeon Scalable CPUを搭載し、価格は6億米ドルになると予想されている[29]。