Людство наближається до початку ери обчислень екзафлопс-рівня

У 2018 році в Національній лабораторії Ок-Рідж було встановлено суперкомп’ютер Summit, пікова обчислювальна потужність якого становила на той момент 200 петафлопс, 200 тисяч трильйонів операцій із плавучою комою за секунду. Поява суперкомп’ютера Summit потіснила китайський комп’ютер Sunway TaihuLight з першої позиції рейтингу Top500, і вже набагато пізніше суперкомп’ютер Summit поступився цим місцем японській системі Fugaku, залишаючись нині на другій позиції.

Усього за чотири останні роки складність завдань, які вирішуються на найпотужніших суперкомп’ютерах, виросла настільки, що продуктивності системи Summit вже катастрофічно не вистачає для цих завдань.

«Система Summit зараз може забезпечити лише одну четверту або п’яту частину від необхідної потужності» — розповідає Джастін Вітт (Justin Whitt), керівник відділу суперкомп’ютерних обчислень в Ок-Ріджі, — «Це суттєво обмежує кількість дослідницьких проєктів, у яких може використовуватись суперкомп’ютер Summit».

Очевидним розв’язанням проблеми є створення нового і ще потужнішого суперкомп’ютера, і це саме те, що відбувається зараз у лабораторії Ок-Рідж. Нова система, що знаходиться зараз на етапі складання, має назву Frontier, і коли вона буде повністю запущена, її пікова розрахункова потужність становитиме трохи більше ніж 1.5 екзафлопс.

Слід особливо відзначити, що потужність системи Frontier в сім разів перевищуватиме потужність системи Summit, але кількість споживаної енергії при такому прирості продуктивності збільшиться всього вдвічі. Згідно з попередніми розрахунками, при максимальному навантаженні Frontier споживатиме 29 МВт, що можна порівняти з рівнем споживання невеликого міста, такого, як Купертіно, штат Каліфорнія.

Таке збільшення обчислювальної ефективності пов’язані з розміщенням більшої кількості комп’ютерного устаткування меншому просторі. Кожна стійка суперкомп’ютера Frontier буде заповнена так щільно, що її вага буде порівнянна з вагою середнього вантажного автомобіля. Неабияку роль у збільшенні продуктивності та ефективності також грає використання процесорів AMD EPYC, орієнтованих на штучний інтелект, та графічних прискорювачів Radeon Instinct GPU, оптимізованих саме для обчислень екзафлопс-рівня.

Згідно з початковими планами, у 2022 році в Національній лабораторії Аргонна в дію повинен був бути введений ще потужніший суперкомп’ютер під назвою Aurora. Але його введення в експлуатацію затримується через порушення ланцюжків постачання необхідних компонентів компанією Intel, яка через кризу в напівпровідниковій галузі просто не встигає провести до призначеного терміну необхідну кількість центральних та графічних процесорів. Повернемося до суперкомп’ютера Frontier.

Фахівці лабораторії Ок-Рідж прогнозують, що ця машина буде повністю зібрана до кінця цього року та буде введена в експлуатацію протягом 2022 року. Однак, чи зможе система Frontier щось кардинально змінити в рейтингу Top500, на першому місці якого знаходиться зараз японський Fugaku, що продемонстрував продуктивність у 2 екзафлопи на певному вигляді тестів? Усі системи, що потрапляють у рейтинг, проходять тести на обчисленнях 64-бітових значень з плавучою комою, які потрібні для розв’язання тривимірних систем диференціальних рівнянь із приватними похідними, що використовуються у різних типах фізичних моделювань. Але основним типом завдань, які виконуватиме нова система Frontier, є навчання та використання штучних нейронних мереж, для чого цілком достатньо і 16-бітної розрядності чисел. І згідно з прогнозами, при обчисленнях із такою точністю оптимізованої для цього системі Frontier просто не буде рівним.

Однак, системи Fugaku та Frontier також не є єдиними власниками обчислювальної потужності екзафлопс-рівня. Нагадаємо нашим читачам про відомий проєкт Folding@Home, представники якого ще в березні 2020 року оголосили про перетин бар’єру сумарної обчислювальної потужності в 1 екзафлопс.

Також нагадаємо нашим читачам про чутки про те, що в Китаї вже введені в дію одна або дві обчислювальні системи, продуктивність кожної з яких перевищує один екзафлопс. Китайський уряд приховує поки що цей факт через цілу низку очевидних чи прихованих причин. Але з часом чутки будуть просочуватися у все більших кількостях і коли-небудь ця китайська «кішка Шредінгера» все ж таки зуміє вибратися зі своєї коробки. Джерело