応用情報技術者 2024年 秋期 午後 問04

解答の論理構成

1. 【問題文】では
   「各サーバで計算を行うCPUやGPUで実行される演算は、①整数演算と浮動小数点演算の二つに分類される。」
   とあり、対象となる演算を “整数演算” か “浮動小数点演算” のいずれかに分ける必要があります。
2. 整数演算とは、オペランド（演算対象）がすべて整数型で表現される演算です。
   浮動小数点演算は、小数点を含む数値を扱う演算が該当します。
3. 解答群を判定します。
   • ア：$300+200-100$ … 全て整数 → 整数演算
   • イ：$300\times 200÷100$ … 全て整数。除算でも結果が整数型で処理される想定 → 整数演算
   • ウ：$3.00+2.00-0.10$ … 小数点を含む → 浮動小数点演算
   • エ：$-300+(-200)-(-100)$ … 負の符号を持つが整数 → 整数演算
   • オ：$300\times 0$ … ０も整数 → 整数演算
   • カ：$3.00\times 0$ … 3.00が小数 → 浮動小数点演算
4. よって、整数演算に該当する記号は
   「ア、イ、エ、オ」 となります。

誤りやすいポイント

• 「0」は整数であり、0を含む演算（オ）は整数演算になる点を見落としやすいです。
• マイナス記号（エ）の有無は型を変えません。負の整数でも浮動小数点とは別扱いです。
• 「÷」を見て浮動小数点と誤解するケースがありますが、オペランドが整数型なら整数演算です。
• 「3.00」のように末尾が0でも小数点を含む表記は浮動小数点演算です。

FAQ

解答の論理構成

1. 必要な数値の抽出
   • データ量は本文の「APサーバ1がAPサーバ1のSSDに格納された800Mバイトの動画ファイル」と明示されているので、サイズは 「800Mバイト」 です。
   • 読込速度について、表2には

     「SSD　読込速度（Mバイト／秒）　500」
     とあります。

   • 本文には「他のオーバヘッドは無視できる」とあり、単純に転送時間＝データ量÷速度で求めてよいことが分かります。
2. 計算
   データ転送時間 $t$ は
   =\frac{800}{500}=1.6\;\text{秒} $$
3. 桁処理
   問題文の指示は「小数第2位を四捨五入して小数第1位まで求めよ」ですが、1.6秒はすでに小数第2位が存在しないためそのまま採用します。
4. 結論
   a に入る値は 1.6 となります。

誤りやすいポイント

• MバイトとMbps（bit単位）を混同し、LANやインターネット回線の「1」「10」を使ってしまう。今回はあくまでも SSDの500Mバイト／秒 を用いる問題です。
• 「800Mバイト」を800Mビットと読み違えて8倍してしまう。単位確認が必須です。
• 四捨五入の指示を読み落とし、「1.60」や「1.599…」などと書いて減点される。

FAQ

解答の論理構成

1. 演算量とCPU・GPU性能の把握
   【問題文】には
   ・CPUは「1コア当たり浮動小数点演算が500G FLOPS」
   ・GPUは「1個当たり浮動小数点演算が10,000G FLOPS」
   と記載されています。
   また、レンダリング処理の浮動小数点演算量は表5で「100,000GFLO」と示されています。
2. APサーバ（CPU 4コア）で実行したときの所要時間
   実効性能＝500GFLOPS × 4コア＝2,000GFLOPS
   処理時間＝$\frac{100,000}{2,000}=50$ 秒
   よってb＝50。
3. GPUサーバ（GPU 1個）で実行したときの所要時間
   実効性能＝10,000GFLOPS
   処理時間＝$\frac{100,000}{10,000}=10$ 秒
   よってc＝10。
4. APサーバ→GPUサーバへのデータ転送時間
   転送量は表5のインプット「500Mバイト」。
   回線速度は表3でLANが「1Gbps」。
   500Mバイト＝4,000Mビット
   1Gbps＝1,000Mビット／秒
   転送時間＝$\frac{4,000}{1,000}=4$ 秒
   よってd＝4。

誤りやすいポイント

• “G” を1,024で換算してしまう
  本試験では1,000倍として扱う前提が多く、ここでも1Gbps＝1,000Mビット／秒で計算するのが正解になります。
• 100,000GFLOを10^3倍の誤読
  表5の「100,000」を「100,000G」→「100,000×10^9」と二重に解釈すると桁を誤ります。
• 入力500Mバイトと出力100Mバイトを合算して転送量を600Mバイトと考える
  問われているのは「APサーバからGPUサーバへ送信する」入力データのみです。

FAQ

解答の論理構成

1. 転送対象データの特定
   レンダリング処理のアウトプットは表5の
   「アウトプット (Mバイト)」が“100”である。したがってAPサーバに戻すデータ量は“100Mバイト”である。
2. 伝送路の確認
   本文には「新システム内の負荷分散装置、サーバ、NASはLANで接続されている」とあり、GPUサーバとAPサーバ間もLAN接続である。
   表3には「LAN　1 Gbps」とあるので、使用帯域は1Gbpsとなる。
3. 単位換算
   100Mバイト ＝ 100 × 8 ＝ 800Mビット
4. 時間算出
   $$\begin{gathered} \text{時間}[\text{s}]=\frac{\text{データ量}[M\text{bit}]}{\text{帯域}[M\text{bit/s}]} \\ =\frac{800}{1000}=0.8 \end{gathered}$$
   ※1Gbps＝1,000Mbpsとして計算。
5. 四捨五入処理
   小数第2位は発生しないためそのまま0.8秒。

誤りやすいポイント

• インターネット側の“10 Gbps”を誤って用いる。GPUサーバとAPサーバは社内LAN接続であり対象外。
• “Mバイト”と“Mビット”を混同し8倍換算を忘れる。
• 1Gbpsを1,024Mbpsとみなすなど、問題文以外の値を当てはめる。

FAQ

解答の論理構成

1. 入出力データ量の把握
   表5の「オンラインユーザ数取得」行には、 ・「インプット (Mバイト) 100」
   ・「アウトプット (Mバイト) 0.1」
   とあります。インプットはアウトプットの1,000倍です。
2. データ転送量を最小化する方針
   下線②では「DBサーバで処理した結果をAPサーバへ送信する方法が最適」と述べています。DBサーバ内で集計を完了させれば、APサーバへ送るのは「0.1Mバイト」だけで済みます。逆にAPサーバで処理する場合、100MバイトをLAN経由で転送しなければなりません。
3. 結論
   よって「アウトプットデータと比較してインプットデータの量が多い」ため、DBサーバ側で処理して小さな結果だけを送る方が効率的であり、ネットワーク負荷を大幅に削減できます。

誤りやすいポイント

• 「0.1Mバイト」を0.1Gバイトと誤読し、差を小さく見積もる。
• 計算量（GO）の差ばかりに注目し、データ転送量の影響を軽視する。
• DBサーバとAPサーバ間の通信速度（1Gbps）を見落とし、転送時間を過小評価する。

FAQ

解答の導き方

1. 問題文から必要な情報を抽出します。本文に「素材送信処理は、同時に100名の動画配信者向けに素材データを送信しようとすると、LANの通信速度とHDDの読込速度が遅く送信に時間が掛かる。」とあり、表5の素材送信のインプットは「50 Mバイト」である点、さらに「素材データは特定の素材データに偏っており、各素材データの更新頻度も高くない」とある点が与件です。これらから「同じ素材に対する同時要求が多く、頻繁な更新は少ない」ため、繰り返し発生するNAS→APサーバ間の読み取り・LAN転送を減らせば効果があると分かります。
2. 数値で効果を確認します。100名同時要求時の総データ量は
   $50\times 100=5,000\mathrm{M}\mathrm{バイト}$です。表3よりLANは1 G bpsなので$1\mathrm{Gbps}=125\mathrm{M}バイト／秒$です。表2よりNASのHDD読込速度は250 Mバイト／秒です。これらを使うと、

• LANを通して全件をNASから取得する場合の所要時間は
  $5,000÷125=40\mathrm{秒}$です（LANがボトルネックになります）。
• HDDの純粋な読み出しだけなら$5,000÷250=20\mathrm{秒}$で、HDDも無視できない負荷要因です。

1. APサーバ側でSSDにキャッシュする効果を計算します。APサーバのSSD読込速度は表2で500 Mバイト／秒、インターネット回線は10 G bps＝1,250 Mバイト／秒です。キャッシュした場合は同じ素材をNASから1回だけ取得すればよく、その初回のLAN転送は$50÷125=0.4\mathrm{秒}$、その後100名分をAPサーバ側から配信する際のインターネット経路での転送は$5,000÷1,250=4\mathrm{秒}$（AP内でのSSD読み出しは高速）となり、合計で数秒台に収まります。したがって、繰り返しのNASアクセスとLAN転送を回避できる「APサーバのSSDへのキャッシュ」が最も効果的です。

誤りやすいポイント

• 表2の読込／書込を取り違えること。HDDの読込速度は250 Mバイト／秒で、150は書込速度です。読込値を誤ると時間計算が狂います。
• 単位変換ミス。$1\mathrm{Gbps}=125\mathrm{M}バイト／秒$（ビット→バイトで8で割る）を忘れないことです。
• キャッシュ先の混同。APサーバのメモリ（RAM）とSSDを混同すると持続性や実装制約で失点します。図1にAPサーバのSSDが明示されている点を根拠にする必要があります。
• 更新対策の省略。更新頻度が高ければキャッシュは不適切なので、与件の「更新頻度も高くない」を根拠にキャッシュを採ることを示す必要があります。

FAQ

解答の論理構成

1. “GPUサーバを手動で追加するfの対応”
   • ここでは「サーバを追加」することで全体の処理能力を高めようとしています。
   • 複数台を並列配置して性能を上げる方法は水平スケーリング、すなわち “スケールアウト” です。
   • 解答群で該当する語は “ア：スケールアウト”。
2. “DBサーバの数を増やせないことから、DBサーバgをして対応”
   • 台数を増やせない＝水平方向は不可。既存サーバのCPU・メモリ・ストレージを強化して縦に拡張します。
   • これは垂直スケーリング、すなわち “スケールアップ” に該当します。
   • 解答群で該当する語は “イ：スケールアップ”。
3. 以上より
   • fには “ア：スケールアウト”
   • gには “イ：スケールアップ”
     が妥当となります。

誤りやすいポイント

• “サーバを追加する” と “サーバの性能を上げる” を混同しやすい
  水平か垂直かを落ち着いて判定しましょう。
• “数を増やせない” という表現を読み飛ばし、gにもスケールアウトを選択してしまうケース。
• “スケールイン／スケールダウン” は性能を下げる方向なので、本設問とは無関係です。

FAQ

解答の論理構成

1. オンラインユーザ数取得処理の特徴を把握
   【問題文】には「オンラインユーザ数取得処理は、時間とともに断続的に追記される動画の視聴ログをリアルタイムに集計する処理」とあります。
   ➜ データが“絶えず追記・更新される”ことが強調されています。
2. 対比対象である多次元分析処理の前提を確認
   同じ段落で「多次元分析処理は、そこ で扱うデータの特徴から、多次元分析処理専用のDBサーバを追加する方針」と記述されています。さらに表5では「多次元分析」のインプットは「50,000 Mバイト」で、処理内容は「前日までの動画の視聴ログを複数の分析軸から分析する」と明言されています。
3. 「前日まで」の意味を読み解く
   「前日まで」とは当日更新が終わった後の確定データを示すため、分析時点では追記も更新も行われません。オンラインユーザ数取得処理で強調された“リアルタイム更新”とは対照的に、“過去データを読み込むだけ”になります。
4. したがって多次元分析処理で扱うデータの本質は、 追加・更新を前提としない「静的な過去データ」。これを20字以内にまとめると
   追加・更新のない過去のデータ

誤りやすいポイント

• 「50,000 Mバイト」という大容量に気を取られ、データが頻繁に変わると勘違いする。実際には量ではなく更新頻度が鍵です。
• 多次元分析＝BIツールのイメージから「随時更新されるダッシュボード」と連想するケース。問題文は「前日まで」と限定しています。
• “専用DBサーバを追加”をスケールアウトと解釈し「高頻度更新に対応」と誤読する。目的は更新ではなく他処理への影響分離です。

FAQ