Суперкомпютърът Frontier с чипове на AMD преодоля бариерата от 1 екзафлоп

Суперкомпютърът Frontierс чипове на AMD, стана първият в света официално признат суперкомпютър с производителност над 1 екзафлоп, достигайки скорост на работа от 1,102 ExaFlop/s по време на продължителна работа с Linpack. По този начин той веднага зае първото място в наскоро публикувания Top-500 рейтинг на най-бързите суперкомпютри в света. Едновременно с това се вижда, че броят на базираните на AMD компютърни системи в класацията от тази година значително се е увеличил. Frontier не само изпреварва предишния лидер в лицето на японския Fugaku, но и го побеждава с огромна преднина – всъщност Frontier е по-бърз от следващите седем суперкомпютъра в рейтинга, взети заедно.

Прави впечатление, че по време на продължителното тестване с помощта на Linpack FP64, производителността на суперкомпютъра Frontier достигна 1.1 ExaFlops, а пиковата производителност на системата е 1.69 ExaFlops. Създателите на този свръхмощен компютър добавят, че след допълнителна настройка неговата производителност може да достигне 2 екзафлопа. Да напомним, че един ExaFlop е еквивалентен на един квинтилион операции с плаваща запетая в секунда.

Едновременно с това Frontier е и най-бързата ИИ система на планетата, осигуряваща производителност от 6,88 ExaFlops при изчисления със смесена точност в бенчмарка HPL-AI. Това се равнява на 68 милиона инструкции в секунда за всеки един от 86-те милиарда неврони на човешкия мозък, което много добре илюстрира неговата огромна изчислителна мощност. Очевидно е, че тази нова суперкомпютърна система ще се състезава и за лидерство в областта на изкуствения интелект с наскоро представените суперкомпютри, базирани на чиповете Grace CPU на Nvidia с ARM архитектура.

Освен това новата компютърна система Frontier Test and Development (Crusher) се класира и на първо място в Green500, което означава, че архитектурата на Frontier е най-енергийно ефективната суперкомпютърна архитектура в света (основната компютърна система Frontier е класирана на второ място в Top500). По време на квалификационните тестове, цялата система демонстрира производителност от 52,23 Gflops на ват, докато консумацията бе на ниво 21,1 MW (мегавата). При пиково натоварване Frontier системата консумира 29 MW.

Мащабите на суперкомпютъра Frontier наистина са много впечатляващи, но това е само едно от многото значими постижения на AMD в тазгодишния списък на Top-500. Базираните на AMD EPYC мощни устройства вече присъстват в пет от десетте най-добри суперкомпютри в света и в десет от първите двадесет. Всъщност EPYC на AMD сега се използва в 94 от суперкомпютрите на класацията Top-500, което е изключително голям напредък, понеже през месец ноември 2021 година имаше 73 суперкомпютъра с чипове на AMD, и 49 подобни системи системи през месец юни 2021 година. Освен това хардуерът на AMD се използва в над половината от новите компютърни системи, включени в класацията за тази година. Изображението по-горе показва, че процесорите на Intel все още присъстват в по-голямата част от суперкомпютрите в Top-500, а графичните процесори на Nvidia също продължават да бъдат доминиращ фактор за ускоряване на изчисленията.

Въпреки това, по отношение на енергийната ефективност, AMD води в най-новия рейтинг Green-500, както едновременно с това има и 8 места в първите десет и 17 места в първите двадесет суперкомпютъра в тази класация.

Суперкомпютърът Frontier е създаден от компанията HPE и е инсталиран в Националната лаборатория на Оук Ридж (ORNL) на Министерството на енергетиката (DOE) в щата Тенеси. Системата включва 9408 изчислителни модула, всеки от които е оборудван с един 64-ядрен AMD „Trento“ процесор, съчетан с 512 GB DDR4 оперативна памет и 4 графични процесора модел AMD Radeon Instinct MI250X. Тези модули са разпределени в 74 шкафа тип HPE Cray EX, всеки с тегло 8000 паунда (около 3630 кг). Като цяло системата разполага с 602 112 процесорни ядра и с 4,6 PB (петабайта) DDR4 оперативна памет.

Освен това, 37 888-те графични процесора тип AMD MI250X имат общо 8 138 240 ядра и 4,6 PB бърза HBM памет (128 GB във всеки един графичен процесор). CPU и GPU са свързани помежду си с помощта на Ethernet-базираната мрежова структура HPE Cray Slingshot-11. Цялата система използва директно водно охлаждане за разсейване на топлината, като 6000 галона вода преминават през системата с помощта на помпи с мощност 350 конски сили. Тези помпи могат да напълнят басейн с олимпийски размери за 30 минути. Водата в системата е с температура 85 градуса по Целзий, което допринася за високата енергийна ефективност, понеже системата не използва специализирани охладители за понижаване температурата на водата.

Цялата система на новия суперкомпютър е свързана с невероятно мощна подсистема за запис на данните, която е с капацитет от 700 PB, пропускателна способност от 75 TB/s и производителност 15 милиарда IOPS. Нивото на метаданните е разпределено в 480 бързи NVMe флаш диска с 10 PB общ капацитет, докато други 5400 NVMe SSD осигуряват капацитет от 11,5 PB за първичното високоскоростно ниво за съхранение на информацията. В същото време 47 700 PMR хард диска осигуряват допълнително дисково пространство от 679 PB.

Сглобяването на Frontier се е оказало твърде трудно, тъй като за подсистемата ORNL е трябвало да бъдат закупени 60 милиона компютърни компонента с 685 различни модела. По време на самото сглобяване на Frontier възниква недостиг на чипове, който е засегнал 167 вида от поръчаните компоненти и по този начин ORNL се сблъска с недостиг от над два милиона компонента. AMD също имаше проблеми, тъй като не достигнаха 15 вида специализирани компоненти за нейните графични процесори MI200. За да се справи с този недостиг, ORNL заедно с  ASCR успяха да получат съответния рейтинг на Системата за приоритети и разпределение на отбраната (DPAS) за тези компоненти и по този начин правителството на САЩ използва Закона за отбраната за набавяне на необходимите чипове и други компоненти поради важността на Frontier за националната отбрана.

Frontier официално получи титлата на най-бързия суперкомпютър в света с производителност над 1 екзафлоп, но в същото време се счита, че Китай има цели два компютъра от същия клас. Това са Tianhe-3 и OceanLight, за които китайските медии писаха, че са преодолели тази психологическа бариера още преди една година. Но тези компютърни системи не бяха представени пред Топ-500 комисията заради политическото напрежение между САЩ и Китай. Същевременно липсата на официални заявки за участие в Топ-500 рейтинга за суперкомпютри и представянето на заявка от страна на Gordon Bell като доверено лице, доведоха до възникването на сериозни съмнения, че Китай наистина притежава компютърни системи от екзафлопен клас, които могат де демонстрират необходимата производителност при използването на FP64.

Така или иначе към днешен ден Frontier официално е най-бързият суперкомпютър в света и първият, който успя да преодолее екзафлопсната бариера. Очакванията са, че почти митичният и твърде дълго отлаган суперкомпютър Aurora, базиран на чипове на Intel трябва да бъде представен в края на тази или най-късно в началото на следващата година, който се очаква да има производителност до 2 екзафлопа и ще може да се конкурира с Frontier за първото място в рейтинга на суперкомпютрите.

Интересно е какво възнамерява да прави Advanced Micro Devices в близкото бъдеще. Очаква се представянето на суперкомпютъра от ново поколение El Capitan с производителност над 2 екзафлопа, който според публикуваната към днешен ден информация трябва да бъде официално представен през 2023 година. Той ще се базира на чипове на AMD с архитектура Zen 4 и ще се конкурира с Aurora с процесори на Intel, за първото място в престижната класация Топ-500 за суперкомпютри.

В коментарите към тази статия се появи интересното мнение, че когато става дума за производителност от ранга на екзафлопи, то това е на нивото на производителността на човешкия мозък.  А това означава, че през следващите две-три години ще станем свидетели на интересно събитие. Навярно ще бъде създаден и дори обучен така наречения силен изкуствен интелект, който може да се справя със задачи и ситуации, които досега бяха достъпни само за човешкия мозък.