株式会社TIMEWELLの濱本です。
近年、目覚ましい進化を遂げる人工知能（AI）分野において、OpenAIが開発したGPTシリーズは常に注目を集めてきました。特に、2023年に発表されたGPT-4は、その高度な言語能力と推論能力で世界に衝撃を与えましたが、その裏では既に次世代モデルの開発が進行していました。それが、GPT-4.5です。
GPT-4.5のリリース後、ユーザーからは「GPT-4とは全く違う体験だ」「説明するのは難しいが、あらゆる面で格段に優れている」といった、開発チームの予想を遥かに超える熱狂的な反応が寄せられました。この驚異的な進化は、一体どのようにして達成されたのでしょうか？ 本記事では、OpenAIの主要開発メンバーによる貴重な証言を元に、GPT-4.5開発の舞台裏、すなわち大規模言語モデル（LLM）構築における膨大な挑戦、システムと機械学習（ML）チーム間の緊密な連携、そしてAIスケーリングの未来について深く掘り下げていきます。この開発ストーリーは、単なる技術的な成功譚に留まらず、AI開発の最前線で何が起こっているのか、そしてこれからどこへ向かうのかを知る上で、ビジネスパーソンにとっても示唆に富む内容となるでしょう。
GPT-4.5誕生秘話：10倍の知能を目指したOpenAIの野心と初期段階の挑戦 桁違いのスケール：大規模モデルトレーニングを阻む壁と克服の軌跡 【インフラストラクチャの複雑性と故障率の増大】 【ソフトウェアとシステム間の相互作用】 【フォールトトレランス（耐障害性）の限界】 【状態管理とマルチクラスター】 データ効率とスケーリング法則：GPT-4.5が示したAI進化の現在地と未来への展望 【スケーリング法則の再確認と進化】 【計算制約からデータ制約へ：データ効率の時代へ】 【人間レベルのデータ効率への道】 【事前学習の汎用性と圧縮理論】 【メトリクスと評価の重要性】 【未来への展望：1000万GPUとシステムの限界】 GPT-4.5が切り拓くAIの未来と、止まらぬ進化への期待 GPT-4.5誕生秘話：10倍の知能を目指したOpenAIの野心と初期段階の挑戦
GPT-4.5の開発プロジェクトは、その発表の約2年前、OpenAIが新たな大規模計算クラスターの導入を見据えた時期に始動しました。目標は明確かつ野心的でした。「GPT-4の10倍賢いモデルを創り出す」。これは単なる性能向上ではなく、質的な飛躍を目指すという強い意志の表れでした。しかし、前人未踏の領域への挑戦は、当然ながら多くの困難を伴います。
プロジェクト初期段階で最も重要視されたのは、機械学習（ML）チームとシステムチーム間の緊密な連携でした。大規模モデルのトレーニングは、アルゴリズムの優劣だけでなく、それを支える計算インフラの能力に大きく依存します。Amin Chian氏（OpenAI チーフシステムアーキテクト）が指摘するように、このプロセスは「ML側とシステム側の協力から始まり、訓練するモデルが正確に決まるまで続く」ものであり、初期段階での連携不足は後々大きな手戻りを生むリスクを孕んでいます。特に、最新の計算リソースを最大限に活用しようとする場合、計画段階で全ての問題を予測し、完璧な計画を立てることは極めて困難です。
そのため、OpenAIでは「多くの未解決問題を抱えたまま開始し、実行中に前進しながら課題を解決していく」というアプローチを取ることが少なくありませんでした。これは、プロセスを不当に遅らせないためのバランス感覚が求められる決断です。予測と現実の間には常にギャップが存在し、特にシステム側では、初期段階において予測から大きく乖離することが常態化していました。Amin氏は、「通常、初期段階では期待していた場所から遠く離れていることが多い」と語ります。予期せぬ問題に直面した際、リリースを遅らせて問題解決を優先するか、早期にリリースして走りながら修正していくか、その判断は常にトレードオフを伴います。
この予測困難性は、GPT-4.5開発においても顕著でした。当初の目標であった「GPT-4の10倍賢い」という指標自体、開発が進むにつれて「もっと良くできるか、あるいは悪くなるか」といった不確実性の中で揺れ動きました。Alex氏（GPT-4.5の事前学習MLリード）は、「非常に複雑な道のりだった」と振り返ります。それでも最終的には、目標としていた「GPT-4の10倍賢い」という基準を満たすモデルに到達できたのは、初期段階からの周到な準備と、絶え間ない軌道修正の賜物と言えるでしょう。
具体的には、トレーニング実行の1年も前から、大規模なリスク軽減ラン（derisking runs）を複数回実施しました。これは、本番のトレーニングで投入予定の新機能や変更点が、大規模環境でも期待通りに機能するかを事前に検証するプロセスです。既知の安定した構成（例えばGPT-4の構成）から始め、新しい要素を一つずつ慎重に追加し、それぞれの変更がスケーリング（規模拡大）しても効果を持続するか、あるいは効果が薄れていかないかを綿密に評価しました。小規模な実験では有望に見えても、大規模になると効果がなくなる、あるいは逆効果になることは珍しくありません。そのため、開発チームは常に「パラノイド（偏執的）」とも言えるほどの慎重さで検証を重ねました。このプロセスを通じて、スケーリング法則（モデルの性能と計算資源の関係を示す法則）に関する理解も深まり、それが将来のモデル開発にも活かされています。
このように、GPT-4.5の開発は、壮大な目標設定、初期段階からのシステムとMLの連携、予測困難性への対応、そして徹底したリスク軽減という、多岐にわたる要素が複雑に絡み合いながら進められたのです。それは、まさに最先端AI開発の縮図と言えるでしょう。
桁違いのスケール：大規模モデルトレーニングを阻む壁と克服の軌跡
GPT-4のような大規模モデルをトレーニングするだけでも困難を極めますが、GPT-4.5のようにその規模をさらに10倍、100倍へとスケールアップさせることは、単なる計算量の増加以上の、質的に異なる課題をもたらします。OpenAIのチームは、この「桁違いのスケール」に挑む中で、数々の技術的障壁に直面し、それを乗り越えてきました。
Amin Chian氏が指摘するように、スケールアップに伴う問題の多くは、小規模な環境でも注意深く観察すればその兆候を見つけることができます。しかし、規模が大きくなるにつれて、稀な事象が壊滅的な影響をもたらすようになります。「稀な発生が、大規模では壊滅的なものになる」のです。特に、事前に予測されていなかった問題は、トレーニング全体を頓挫させるリスクを孕んでいます。
具体的に、大規模化に伴って顕在化する課題には以下のようなものがあります。
【インフラストラクチャの複雑性と故障率の増大】
GPU（Graphics Processing Unit）の数を例えば1万基から10万基へと増やすと、個々のコンポーネントの故障率は変わらなくても、システム全体として故障が発生する頻度は単純計算で10倍になります。
ネットワークファブリック（GPU間を接続するネットワーク）、個々のアクセラレータ（GPUなど）、電源、冷却システムなど、あらゆる部分で故障の種類と頻度が増加します。
Amin氏によれば、OpenAIが運用する規模は非常に大きいため、「ベンダー自身も観察したことのないような、統計分布の全体像を観察することになる」ほど、多様な問題が発生します。
【ソフトウェアとシステム間の相互作用】
ハードウェアの故障だけでなく、ソフトウェアのバグ、特に分散システム特有の競合状態（race condition）などが、大規模環境ではより顕在化しやすくなります。
GPT-4.5の開発では、PyTorchのような基盤ライブラリの稀なバグが、トレーニング全体に予期せぬ影響を与えるケースもありました。Amin氏が語った「torch.sum」関数のバグのエピソードはその一例です。このバグは、特定のデータ分布とコードパスでのみ非常に稀に発生し、不正なメモリアクセスを引き起こしていました。原因特定は困難を極め、当初はより複雑な自社開発カーネルのバグが疑われましたが、最終的には基本的な関数の、しかも滅多に使われないコードパスに潜んでいたバグが、複数の異なる症状を引き起こしていたことが判明しました。この発見は、チーム内での投票で最も可能性が低いと見なされていたものであり、大規模システムにおけるバグ発見の難しさを物語っています。
【フォールトトレランス（耐障害性）の限界】
現在のトレーニングシステムは、ある程度の故障には耐えられるように設計されていますが、GPT-4.5のような極限的なスケールでは、その限界が見えてきました。Amin氏は、「以前のスタックでは、4.5はおそらく我々が維持できる限界だった」と述べています。
トレーニングステップの失敗は避けられませんが、その頻度を抑え、失敗からの復旧を迅速に行うための高度なフォールトトレランス機構が、今後の更なるスケールアップには不可欠です。OpenAIでは、次の10倍スケールに向けて、「ワークロード（トレーニングの処理内容）と共同設計されたフォールトトレランス」の実現を目指しています。これは、単にシステム側で障害を隠蔽するだけでなく、MLアルゴリズム自体が障害を考慮した設計になることを意味します。
【状態管理とマルチクラスター】
GPT-4.5では、モデルの巨大化に伴い、トレーニングの状態（モデルの重みなど）を管理する手法も変更する必要がありました。
また、必要な計算リソースが単一のクラスターでは賄いきれなくなったため、複数のクラスターを連携させてトレーニングを行う「マルチクラスター・トレーニング」への移行も必要となり、システム全体の複雑性が増大しました。
これらの課題を克服するため、OpenAIは多大な労力を投入しました。前述の徹底したリスク軽減ランに加え、トレーニング実行中もシステムとMLの両面で改善が続けられました。特にGPT-4.5では、システムとMLの「共同設計（co-design）」がこれまで以上に重視されました。これは、単にMLチームが要求仕様を出し、システムチームがそれに応えるという分業ではなく、モデルのアーキテクチャ（例えば、計算処理の基本的な単位である行列演算の形状など）を、ハードウェアやシステムの特性に合わせて最適化していく双方向のプロセスです。実行の6〜9ヶ月前には、この共同設計に特化した大規模なリスク軽減ランを実施し、MLとシステムが大規模環境で効率的に連携できることを確認しました。
トレーニング実行中も、チームは常に「予測からの乖離」を監視していました。Alex氏は、「損失曲線をじっと見ている時間が多かった」と語りますが、それ以外にも様々な統計情報をモニターし、予期せぬ挙動がないかを確認していました。もし異常が検知された場合、それがハードウェアの故障なのか、ソフトウェアのバグなのか、あるいはMLアルゴリズム自体の問題なのかを切り分けるための高度な可視化システムが活用されました。
また、Amin氏が強調するように、チーム間の協力体制も成功の鍵でした。「自分の仕事は終わったから、あとはよろしく」という縦割り意識はなく、MLチームがシステムの問題解決に協力したり、その逆も然り、という「チームワークの精神」が根付いていたことが、困難な状況を乗り越える原動力となりました。トレーニング中にML側の改善が行われ、予想以上の性能向上に繋がった瞬間や、長期間チームを悩ませていた複数のバグが、実は単一の根本原因（前述のtorch.sumのバグ）に起因していたと判明し、一気に解決に向かった瞬間などは、チームにとって大きな達成感と次への推進力をもたらしました。
このように、GPT-4.5のトレーニングは、単に計算リソースを投入するだけでなく、ハードウェア、ソフトウェア、アルゴリズム、そして人間の知恵と協力が一体となって、次々と現れる壁を乗り越えていく、壮大なエンジニアリングの挑戦だったのです。
データ効率とスケーリング法則：GPT-4.5が示したAI進化の現在地と未来への展望
GPT-4.5の開発は、単に巨大なモデルを構築するだけでなく、AIの能力がどのようにスケールしていくのか、そしてその限界はどこにあるのかを探る壮大な実験でもありました。このプロセスを通じて得られた知見は、今後のAI開発の方向性を考える上で極めて重要です。
【スケーリング法則の再確認と進化】
長年、AI研究、特に大規模言語モデルの分野では、「スケーリング法則」が信じられてきました。これは、モデルのサイズ、データ量、計算量を増やしていくと、モデルの性能（多くの場合、テストデータに対する予測誤差＝損失で測られる）が予測可能な形で向上するという経験則です。そして、より重要なのは、「損失の低下が、より広範な知能の向上につながる」という点です。Dan氏（データ効率とアルゴリズム担当）は、「テスト損失が魔法のように低下することが、捉えどころのない素晴らしい、神秘的な方法であらゆる知能を高める」と表現します。
GPT-4.5の開発においても、この法則の有効性が改めて確認されました。トレーニングによって損失が低下した結果、モデルは開発チームが事前に想定していなかったような、驚くほどニュアンスに富んだ能力を獲得しました。例えば、より高度な常識、文脈理解能力などがそれに当たります。「数ビットのテストロスから生まれた魔法」が、ユーザー満足度の向上に直結したのです。この経験は、スケーリング法則が依然としてAI開発の強力な指針であることを示しています。
【計算制約からデータ制約へ：データ効率の時代へ】
しかし、GPT-4.5の開発は同時に、AI開発における新たな局面の到来も示唆しました。それは、「計算リソースの制約」から「データ量の制約」へと、ボトルネックが移行しつつあるという事実です。Dan氏は、「GPT-4までの時代は、我々は主に計算機が制約された環境にいた」と述べます。つまり、利用可能な計算パワーがモデル性能の限界を決めていました。しかし、GPT-4.5の開発、特に特定のデータ領域においては、「我々ははるかにデータに縛られるようになった」のです。
これは、AI研究にとって大きな転換点です。これまで研究の主眼は、計算リソースをいかに効率的に使うか（計算効率）に置かれてきました。しかし、計算能力が飛躍的に向上し、一方で質の高い学習データの量が追いつかなくなると、今度は「限られたデータからいかに多くの知識を引き出すか（データ効率）」が重要になります。Dan氏は、「同じデータ量からより多くを学ぶために、より多くの計算量を費やすアルゴリズム革新が必要になる」と指摘します。Transformer（GPTの基盤技術）は、計算効率の観点からはデータ吸収に優れていますが、データから深い洞察を得る能力には限界がある可能性があります。
この「データ効率」への注目は、AI研究の新たなフロンティアを開拓する可能性を秘めています。これまで計算効率改善のために、様々なアルゴリズムの「小さなトリック」（10%改善、20%改善）が積み重ねられてきたように、今後はデータ効率改善のための研究が活発化し、同様の積み重ねが起こることが期待されます。「データ効率の勝利を積み重ねていくAI研究の新しい段階に入っている」とDan氏は語ります。
【人間レベルのデータ効率への道】
人間の学習能力、特に言語習得におけるデータ効率は、現在のAIと比較して桁違いに優れています。Dan氏は、「言語に関しては天文学的にかけ離れている。10万倍、100万倍、そのくらいの範囲だろう」と推測します。現在の深層学習アプローチが、このギャップを埋め、人間レベルのデータ効率に到達できるかどうかは未知数です。人間の脳は、現在のAIとは異なるアルゴリズム原理で動作している可能性が高いからです。しかし、Dan氏は楽観的な見方も示しています。「データ効率改善の積み重ねが壁にぶつかると予測する理由はない」としつつも、「我々がやっていることの小さな調整とは違う、異なるアルゴリズム原理で脳が動作していることは確かだ」と、慎重な姿勢も崩しません。
【事前学習の汎用性と圧縮理論】
GPT-4.5の成功は、事前学習（大量のテキストデータでNext Token Predictionを行う学習）の有効性を改めて示しました。事前学習は、特定のタスクに特化することなく、モデルの「広範な知能」を底上げし、未知の状況に対応する「汎化能力」を高める傾向があります。これは、特定のタスク解決に特化して学習させる強化学習（RL）などとは対照的です。
なぜ事前学習がこれほど汎用的な能力をもたらすのでしょうか？ Dan氏は、その理由を「圧縮」という観点から説明します。理論的には、最も知的な振る舞い（ソロモノフ帰納）は、観測された事象を説明できる最も単純な（＝短い）プログラムを見つけることに相当します。事前学習は、人間が生み出した膨大なテキストデータを「圧縮」する、つまりそのデータ全体を生成できる最短のプログラム（＝モデル）を見つけようとするプロセスと見なすことができます。Next Token Predictionという学習方法は、一見単純ですが、「学習が速い」という事実そのものが、モデルがデータを効率的に圧縮できている証拠となります。この「圧縮」の過程で、データ間の繋がり、類似性、抽象化といった、知能の根幹をなす要素が学習されると考えられます。
【メトリクスと評価の重要性】
AIモデルの性能を測り、開発を進める上で、適切な「メトリクス（評価指標）」と「評価データセット」の選択が極めて重要です。人間のテスト（例えば大学入試問題など）で評価することも魅力的ですが、インターネット上の情報を学習したモデルにとっては、単なる「暗記」の度合いを測っているだけになりかねません。そのため、OpenAIでは、モデルが学習データに含まれていない「未知のデータ」をどれだけうまく予測できるかを示す「Perplexity（複雑度）」を主要なメトリクスとして重視しています。そして、その評価に使うデータセットは、トレーニングデータに微塵も含まれていないことが保証されている必要があります。Alex氏によれば、OpenAIの内部コードベースは、外部に公開されておらず、モデルにとって真に未知であるため、非常に優れた評価データセットとして機能しており、「モデルの良し悪しはMono-repo（内部コードベース）の損失で決まる」とまで言われるほどです。
【未来への展望：1000万GPUとシステムの限界】
GPT-4.5の成功を踏まえ、OpenAIは更なるスケールアップを見据えています。次の10倍、100倍のスケールを実現するためには、前述の「データ効率の向上」と「フォールトトレランスの強化」が鍵となります。現在の知見に基づけば、GPT-5.5（GPT-4の1000倍相当）レベルのモデルトレーニングも、アルゴリズム的には不可能ではないかもしれません。
将来的には、「1000万GPU」規模でのトレーニングも視野に入ってくるのでしょうか？ 開発者たちの見解は、「完全に同期的な事前学習」という現在の形ではないかもしれないが、何らかの形で1000万GPUが協調して学習するシステムは実現する可能性が高い、という点で一致しています。ただし、それはより「半同期的」あるいは「分散的」な形態になるかもしれません。
システムの進歩を制限するボトルネックは何かという問いに対しては、Amin氏は「特定の要素（チップ、メモリ、ネットワーク、電力）が常にボトルネックとは限らない」と答えます。ワークロードとインフラの共同設計により、リソース要求のバランスを取ることが可能だからです。しかし、「メモリ帯域幅は常に多い方が良い」とも付け加えており、特定の要素が重要であることに変わりはありません。理想的なシステムにはまだ程遠いものの、そのギャップを埋めていくこと自体が、システム開発の醍醐味であるとAmin氏は語ります。
GPT-4.5の開発は、AIが新たな段階に入ったことを示すマイルストーンでした。それは、計算能力だけでなく、データ、アルゴリズム、そしてシステム設計がいかに重要であるかを浮き彫りにし、未来のAI開発に向けた貴重な知見をもたらしたのです。
GPT-4.5が切り拓くAIの未来と、止まらぬ進化への期待
OpenAIによるGPT-4.5の開発ストーリーは、最先端AI研究開発の現場がいかにダイナミックで、挑戦に満ちているかを鮮明に示しています。「GPT-4の10倍賢いモデル」という野心的な目標達成の裏には、システムとMLチームの緊密な連携、予測不能な課題への絶え間ない対応、そして「桁違いのスケール」がもたらす技術的障壁との格闘がありました。
特に重要な示唆は、AI開発のボトルネックが計算リソースからデータ効率へと移行しつつある点、そしてスケーリング法則が依然として有効でありながらも、その効果を最大限に引き出すためにはアルゴリズムとシステム両面での革新が不可欠であるという点です。PyTorchの基本的な関数に潜んでいたバグが大規模トレーニングに影響を与えたエピソードは、AIインフラの複雑さと、それを支える地道なエンジニアリングの重要性を物語っています。
GPT-4.5は、AIが持つ潜在能力の更なる深淵を垣間見せました。損失の低下が、我々の想像を超える微細なニュアンスを理解する知能や常識の獲得に繋がるという「魔法」は、今後も続く可能性があります。データ効率改善の研究が進み、より洗練されたフォールトトレランスを持つシステムが構築されれば、GPT-5.5、あるいはそれ以上の能力を持つAIの登場も夢物語ではないかもしれません。
この開発から得られた教訓は、AI分野に限らず、あらゆる先端技術開発に関わるビジネスパーソンにとって示唆に富んでいます。それは、明確なビジョン、部門間の連携、徹底したリスク管理、そして何よりも困難に立ち向かい続ける粘り強さが、ブレークスルーを生み出す原動力となるということです。OpenAIの挑戦は、AIが人類社会に貢献する未来に向けた、力強い一歩と言えるでしょう。