Какви ще са възможностите на следващото поколение супер компютри?

2
1016

По-рано тази година, японски суперкомпютър, изграден върху ARM-базираните процесори Fujitsu A64FX, грабна короната и титлата на най-бързата машина в света, издухвайки доскорошния лидер IBM Summit. Както стана ясно, Fugaku постигна 415,5 пета флопса производителност на популярния бенчмарк за супер мощни системи Linpack (HPL), което е почти три пъти повече от резултата на машината на IBM – 148,5 пета флопса. Той също оглави класацията за графична производителност на HPL-Al и HPCH и постигна невиждани досега резултати в сектора на високопроизводителните изчисления.

Мощността на съвременните суперкомпютри се приближава все повече до психологичната граница от 1 екза флопс (равен на 1000 пета флопса). Всъщност, дори самият Fugaku може да постигне мощност от 1 екза плопс (exaFLOPS), но само в режими с по-ниска точност. Консенсусът между експертите, е, че през следващите 6 – 24 месеца ще се появи суперкомпютър, който ще пробие бариерата от 1 exaFLOPS, отключвайки множество възможности в областта на медицинските изследвания, прогнозирането на климата, киберсигурността и много други.

Екзаскалната бариера

За да разберете какво означава да се постигане толкова голяма мощност за изчисления, важно е да първо да разберете, какво се разбира под величаната FLOPS, която означава брой операции с плаваща запетая в секунда. Операция с плаваща запетая е всяко математическо изчисление (т.е. събиране, изваждане, умножение и деление), което включва число, съдържащо десетичен знак (например 3.0 – число с плаваща запетая) за разлика от число без десетичен знак (например 3 – двоично цяло число). Изчисленията, включващи десетични знаци, обикновено са по-сложни и затова решаването им отнема повече време.

За да бъде наречена една компютърна система „супер компютър“, тя трябва да може да извършва 10 ^ 18 (един квинтилион / 100 000 000 000 000 000) от тези математически изчисления всяка секунда.
За сравнение, изчисленията, които извършва един супер компютър за една секунда, биха отнели дори на най-добрите човешки математици минимум 31 688 765 000 години.

Междувременно компютърът, който използвам в момента за написването на тази статия, е в състояние да достигне 147 милиарда флопса (FLOPS) (или 0,00000014723 exaFLOPS), надминавайки най-бързия суперкомпютър от 1993 г., Intel Paragon (143,4 милиарда FLOPS). Това едновременно подчертава докъде са стигнали изчисленията през последните три десетилетия и поставя перспективата за екстремно високите нива на производителност, които водещите супер компютри ще могат да постигат един ден.
Ключът към изграждането на машина, способна да достигне до 1 екза флопс (еxaFLOPS) е оптимизацията на слоевете за обработка, съхранение и софтуер.

Хардуерът трябва да е достатъчно малък и мощен, за да се събере заедно с необходимите други компоненти като устройства за съхранение и свързващи елементи, както и самите съхраняващи устройства да са достатъчно бързи, за да обслужват данните с необходимата скорост, а софтуерът да е достатъчно мащабируем и програмируем, за да използва хардуера напълно. Например, идва момент, при който добавянето на повече процесори към един супер компютър вече няма да може да повлияе неговата производителност, тъй като софтуерът не е достатъчно оптимизиран. Единственият начин правителствата и частният бизнес да реализират пълна възвращаемост на хардуерните инвестиции в суперкомпютри е чрез еквиваленти инвестиции в софтуер.

Организации като Проекта за изчислителни технологии EPC, програмата ExCALIBUR и правителствата на някои страни, са заинтересовани да решат именно този проблем. Участниците твърдят, че е необходим нов фокус върху разработването на алгоритми и приложения, за да се използва пълната мощност на изчислителния хардуер.
Постигането на деликатния баланс между софтуер и хардуер по енергийно ефективен начин и избягване на непрактически ниско средно време между отказите (MTBF – времето, което изминава, преди системата да прекрати операциите при напрежение) е истинското предизвикателство пред HPC индустрията.

Какви други фактори играят роля?

Що се отнася до изграждането на супер компютри, които имат възможност да преминат психологичната граница за производителност над 1 екза флопс, то има редица други фактори, които са извън технологичната осъществимост. Такава машина може да бъде създадена само след постигане на равновесие на пресечната точка на технологиите, икономиката и политиката.

„Човек би могъл на теория днес да изгради изключително производителна система чрез обединяване на достатъчно на брой и мощни CPU, GPU и DPU. Но какво да кажем за икономическата жизнеспособност?“, коментира Гилад Шейнер от Nvidia Mellanox, компанията за технологията Infiniband.

Според Пол Калеха, който ръководи изчислителните изследвания в университета в Кеймбридж и работи с Dell в лабораторията Open Exascale, Fugaky е отличителен пример за това, което е теоретично възможно днес, но също така е практически неосъществимо по всеки друг показател.

„Ако погледната назад в историята на японските суперкомпютри, реално не повече от един – два са тези, които са донесли реална полза. Повечето такива японски разработки имат красиви изящни архитектури, но са толкова безумно скъпи, че никой не може да си ги позволи“, коментира той.

3.7 3 гласа
Оценете статията
Абонирай се
Извести ме за
guest
2 Коментара
стари
нови оценка
Отзиви
Всички коментари