Европа избира свой път към exascale суперкомпютрите

Server
17.03.2022 / 09:05

През последните няколко години станахме свидетели на безпрецедентна промяна в разпространението на цифрови технологии, от добре известните високопроизводителни изчислителни среди (HPC) и анализ на големи обеми данни (Big Data) до изкуствен интелект (ИИ) и машинно самообучение (МС). Непрекъснато нарастващите нужди на научните среди за ускоряване на темповете на научните открития съвпада днес с конкурентния натиск за ускоряване на дизайна на нови продукти и времето за вземане на решение на пазара на продукти за крайни потребители.

 

Суперкомпютрите, наричани още изчислителни или паралелни клъстери, обработват сложни модели, като разделят изчислителните задачи на по-малки парчета, едновременно пуснати на множество сървърни модули, свързани помежду си от една бърза мрежа. Съотношението цена/качество на такива системи непрекъснато се подобрява, което помага да се направят HPC средите по-достъпни. В днешно време изчислителна задача, която би отнела седмици за обработка в система за няколко милиона евро преди двадесет години, може да бъде изпълнена само за няколко часа на един сървър, оборудван с изчислителни графични процесори.

 

Достъпни преди само за образователните институции и големите корпорации, HPC средите станаха по-достижими днес, тъй като публичните облачни среди и обществените центрове за данни позволяват на по-малките организации да резервират отдалечен изчислителен капацитет при поискване, заплащайки само за основните часове и свързаните услуги.

 

HPC средите могат да дадат възможност на търговските организации да решават широк спектър от сложни проблеми, включително оптимизиране на продукти и електронен дизайн, кредитен анализ и откриване на измами, откриване на лекарства и изследвания върху хора, проучване на нефт и газ, изследване на климата и прогнозиране на времето, рендиране и предварителна/постпродукция на филми и др..

 

Хардуерната архитектура с множество изчислителни графични процесори, използвани днес в HPC пространството, има много прилики с ИИ и МС реализации, а пресечната точка на технологиите също така внася по-модерни ИИ решения в масовото използване, като HPC потенциално позволява организирането на модели за обучение на все по-големи комплекти от данни за оптимизиране на използването на изчислителния клъстер.

 

Точно както корпоративните облачни изчисления създадоха нови начини за компаниите да ангажират клиенти и да преминат към нови начини на работа, следващото поколение суперкомпютри ще отвори нови възможности за иновационни пробиви чрез ускоряване на скоростта на научноизследователската и развойната дейности и разработването на продукти с поне един порядък.

 

Нова ера за суперкомпютрите

 

От 2002 до 2009 г. производителността на суперкомпютрите се удвоява почти на всеки 12 месеца. Това темпо, обаче, спада на всеки 2,3 години от 2009 до 2019 г., което се дължи на няколко фактора като забавянето на Закона на Мур и технически ограничения като мащабирането по Dennard1.

 

И все пак технолозите вече са намерили иновативни начини да преодолеят тези ограничения, за да въведат това, което се нарича Exascale ера на компютрите. Една система от екза-мащаб е тази, която може да изпълнява квинтилион операции с плаваща запетая в секунда (FLOPS). Това е милиард милиарди, или 1 000 000 000 000 000 000, което означава, че машините с от екзамащаб могат да решават изчисления пет пъти по-бързо от днешните топ суперкомпютри, а също и да обработват по-сложни модели с по-висока точност.

 

За да достигнат тези нови върхове на производителността, инженерите прилагат хетерогенен подход, състоящ се от интегриране на изчислителни и графични процесори, и итеративна оптимизация както на хардуера, така и на софтуера, за да достигнат нови нива на производителност и ефективност при по-ниска цена на FLOPS.

 

Това най-добре се демонстрира със суперкомпютъра Frontier, разработен във водещата изчислителна организация Оук Ридж на САЩ, който трябва да влезе в историята като първия работещ суперкомпютър в света от екзамащаб, когато бъде пуснат по-късно тази година. Машината, която ще ускори иновациите в науката и технологиите и ще помогне на САЩ да запазят лидерството си във високопроизводителните изчисления и ИИ, е базирана на процесори AMD EPYC™ от 3-то поколение и графични процесори Radeon Instinct™, и ще осигури повече от 1,5 exaflops пикова изчислителна мощност. Ще заработи и още по-мощна, базирана на AMD система от екзамащаб, наречена El Capitan, която се очаква да бъде построена в Националната лаборатория Лорънс Ливърмор на САЩ през 2023 г.

 

Япония беше първата на пазара със собствен суперкомпютър FUGAKU с максимална производителност 1,42exaflops, а Китай според съобщенията използва по-малко рекламирана система Sunway “Oceanlite” с пикова производителност 1,32 exaflops. И така, къде е Европа в тази надпревара?

 

Екза-мисията на Европа

 

Европа поема по свои собствени пътища, и при суперкомпютрите това не е по-различно.

 

Докато Китай и САЩ се стремят да станат лидери в света на суперкомпютрите, Европа възприема подхода на сътрудничество с финансираното от правителствата Европейско съвместно предприятие за високопроизводителни изчислителни среди (EuroHPC), което беше инициирано и движено от Партньорството за съвременни изчислителни среди в Европа (PRACE). Инициативата обединява ресурси за финансиране на интегрирани европейска HPC среда и инфраструктура за данни от световно ниво, и подкрепа за иновативна суперкомпютърна екосистема.

 

Усилията на континента в областта на суперкомпютрите също са подкрепени от Европейски хоризонт (Horizon Europe), седемгодишна научноизследователска рамка на Европейския съюз, която инвестира почти 80 милиарда евро за научни открития, включително разработването на базирани в ЕС машини от екзамащаб.

 

Този уникален подход доведе до редица пробиви на европейския пазар на суперкомпютри, позволявайки на изследователите от целия континент да се справят с предизвикателства, които някога бяха считани за недостижими.

 

Вземете суперкомпютъра Hawk, който в момента е 24-ата система в списъка TOP500 на най-бързите суперкомпютри в света, инсталиран в Университета в Щутгарт (HLRS). Тази машина, която представлява система HPE Apollo 9000 с 5 632 модули, разпределени в 44 шкафа, всеки от които с процесори AMD EPYC, осигурява около 26 петафлопа пикова производителност и дава възможност на образователните институции и клиентите да извършват широк спектър от авангардни академични и промишлени изследвания. Например, HLRS дава възможност на клиентите в автомобилния сегмент да извършват структурен анализ и симулации на динамика на флуидите.

 

Съществува и Lumi, пред-exascale машина, разположена в ИТ Центъра за наука (CSC) в Каяани, Финландия, която демонстрира силата на тази следваща ера на суперкомпютрите. Lumi, който използва подобна технология като Frontier със своя персонализиран процесор AMD EPYC „Trento“ и четири AMD Instinct MI250X GPU ускорителя на модул, ще може да изпълнява повече от 375 петафлопа или повече от 375 милиона милиарда изчисления в секунда, с теоретична върхова производителност над 550 петафлопа в секунда.

 

Това, което прави пред- и екзамащабните машини особено интересни, е кохерентността на паметта. Тази технология, която все още не е налична на по-масовия пазар, означава, че има едно копие на данните, достъпни както за CPU, така и за GPU, без да е необходимо да се съхраняват отделни копия за всеки вид процесор. Това, от своя страна, намалява допълнителното програмиране, подобрява производителността и освобождава системните ресурси, като помага на върхови системи като Lumi да работят по-ефективно.

 

Lumi също така може да се похвали с иновативна „технология за безплатно охлаждане“, която позволява отпадната топлина да се оползотворява в топлофикационната мрежа на Каяани, като допълнително намалява разходите и CO2 отпечатъка. Очаква се тази технология да намали годишния въглероден отпечатък на целия град с 13 500 тона – количество, което се равнява на отработените газове на 4000 леки автомобила2.

 

Благодарение на огромния изчислителен капацитет машината, която вече се нарежда сред най-добрите суперкомпютри в света, дава възможност на европейските изследователи да решават проблеми в различни области, от метеорологията и киберсигурността до откриването на лекарства и персонализираната медицина. Тя позволява да се правят пробиви и в областта на климатичните промени; Lumi с технологии от AMD позволява на учените по климата да управляват климатични модели с висока разделителна способност, които могат да осигурят по-добра представа за въздействието върху климата.

 

По своя път към екзамащабите Европа вече осъзнава новия свят от възможности, които може да предостави това несравнимо ниво на производителност; тези системи ще помогнат за решаването на най-сложните научни изследвания, ще позволят на учените да създават по-реалистични модели на земната система и климата, и ще подкрепят нови изследвания на Вселената, от физиката на елементарните частици до образуването на звезди.

 

Сега континентът иска хардуер, който надвишава производителността на най-бързия суперкомпютър в света Fugaku в Япония. Това е амбициозен и сложен проект и ще отнеме време, поради което настоящата демократизация на HPC е толкова важна. С достъпа до технологии, разработвани от AMD и доставчиците на x86, които вече се използват в някои от най-бързите машини в света, както и достъпа до набор от готови софтуерни инструменти с отворен код за оптимизиране и мащабиране на работните натоварвания на суперкомпютрите, Европа вече е способна да решава сложни задачи и да реализира предимствата на exascale изчисленията, но това ще изисква постоянен фокус и инвестиции от множество европейски нации за разработване на хардуер, инструменти и мащабируем софтуер, ако Европа е сериозно настроена да работи със собствени, уникални системи от клас Exascale.

 

Анализ на Роджър Бенсън, AMD

 

 

Endnotes

 

1. https://www.financialexpress.com/industry/technology/new-frontier-the-dawn-of-exascale-computing-era/2372600/

 

2. https://www.lumi-supercomputer.eu/lumi-nominated-in-hpcwires-readers-choice-awards-vote-now/

 

Още снимки от новината

Server
Server

 

 
 

Copyright © 2008-2023 ТУИДА НЮЗ | RSS емисия

Изграден от Sliven.NET | Дизайн от Анна Вълева | Програмиране и SEO от Христо Друмев