密結合型HPCワークロードは、複数の計算ノードが頻繁かつ大量にデータを交換しながら協調して動作する、高性能コンピューティングアプリケーションです。科学シミュレーション、分子動力学計算、ゲノム解析などで使用され、MPI（Message Passing Interface）による並列計算が特徴です。

従来のクラウド環境では、ネットワークレイテンシーと帯域幅制限がボトルネックとなり、オンプレミスHPCクラスターと比較してパフォーマンスが劣化していました。AWSではElastic Fabric Adapter（EFA）とクラスタープレイスメントグループにより、この課題を解決しています。

EFAは、HPCワークロード専用に設計された高性能ネットワークインターフェイスです。最大の特徴はOS-bypassテクノロジーによる超低レイテンシー通信の実現です。従来のTCP/IP通信では、データがカーネル空間を経由するため遅延が発生しますが、EFAではアプリケーションが直接ネットワークハードウェアにアクセスできます。

クラスタープレイスメントグループは、EC2インスタンスを物理的に近接したハードウェア上に配置する機能です。密結合型HPCワークロードでは、単一アベイラビリティーゾーン内での配置により、ネットワークレイテンシーを最小化し、10Gbps以上の高帯域幅通信を実現します。

MPI（Message Passing Interface）は、並列計算において複数のプロセス間でデータを効率的に交換するための標準インターフェイスです。EFAのOS-bypassテクノロジーにより、MPIライブラリがカーネル空間を経由せずに直接ネットワークハードウェアにアクセスし、マイクロ秒レベルの低レイテンシーを実現します。

ここまで学んだ密結合型HPCワークロードの設計原則を、実践的な問題で確認しましょう。各問題は航空宇宙、医療研究、科学計算での典型的なHPCシナリオを扱い、適切なネットワーキング選択とアーキテクチャ設計能力を養います。

密結合型HPCワークロードは、Elastic Fabric Adapter（EFA）とクラスタープレイスメントグループの組み合わせにより、AWS上でもオンプレミスHPCクラスターと同等の性能を実現できます。

OS-bypassテクノロジーによる超低レイテンシー通信と、物理的近接配置による高帯域幅通信により、科学シミュレーション、ゲノム解析、分子動力学計算など、最も要求の厳しい並列計算ワークロードにおいても優れた性能を発揮します。

これらの設計パターンにより、従来のクラウド環境でのHPC性能制約を解決し、研究開発の革新を加速する高性能計算基盤を構築できます。問題文の「MPI」「ノード間通信」キーワードの識別とEFA + クラスタープレイスメントグループの組み合わせ選択が重要な設計判断となります。