Человечество приближается к началу эры вычислений экзафлопс-уровня

В 2018 году в Национальной лаборатории Ок-Ридж был установлен суперкомпьютер Summit, пиковая вычислительная мощность которого составляла на тот момент 200 петафлопс, 200 тысяч триллионов операций с плавающей запятой в секунду. Появление суперкомпьютера Summit потеснило китайский компьютер Sunway TaihuLight с первой позиции рейтинга Top500, и уже намного позже суперкомпьютер Summit уступил это место японской системе Fugaku, оставаясь в нынешнее время на второй позиции.

Всего за четыре последних года сложность задач, решаемых на самых мощных суперкомпьютерах, выросла настолько, что производительности системы Summit уже катастрофически не хватает для этих задач. "Система Summit сейчас может обеспечить только одну четвертую или пятую часть от требующейся мощности" - рассказывает Джастин Витт (Justin Whitt), руководитель отдела суперкомпьютерных вычислений в Ок-Ридже, - "Это существенно ограничивает количество исследовательских проектов, в которых может использоваться суперкомпьютер Summit".

Очевидным решением проблемы является создание нового и еще более мощного суперкомпьютера, и это именно то, что происходит сейчас в лаборатории Ок-Ридж. Новая система, находящаяся сейчас на этапе сборки, имеет название Frontier, и когда она будет полностью запущена, ее пиковая расчетная мощность составит чуть более 1.5 экзафлопс.

Следует особо отметить, что мощность системы Frontier будет в семь раз превосходить мощность системы Summit, но количество потребляемой энергии при таком приросте производительности, увеличится всего в два раза. Согласно предварительным расчетам, при максимальной нагрузке Frontier будет потреблять 29 МВт, что сопоставимо с уровнем потребления не очень большого города, такого, как Купертино, штат Калифорния.

Такое увеличение вычислительной эффективности связано с размещением большего количества компьютерного оборудования в меньшем пространстве. Каждая стойка суперкомпьютера Frontier будет заполнена так плотно, что ее вес будет сопоставим с весом среднего грузового автомобиля. Немалую роль в увеличении производительности и эффективности также играет использование процессоров AMD EPYC, ориентированных на искусственный интеллект, и графических ускорителей Radeon Instinct GPU, оптимизированных именно для вычислений экзафлопс-уровня.

Согласно изначальным планам, в 2022 году в Национальной лаборатории Аргонна в строй должен был быть введен еще более мощный суперкомпьютер под названием Aurora. Но его ввод в эксплуатацию задерживается из-за нарушения цепочек поставок необходимых компонентов компанией Intel, которая из-за кризиса в полупроводниковой отрасли попросту не успевает произвести к назначенному сроку нужное количество центральных и графических процессоров.

Вернемся к суперкомпьютеру Frontier. Специалисты лаборатории Ок-Ридж прогнозируют, что эта машина будет полностью собрана к концу этого года и будет введена в эксплуатацию в течение 2022 года.

Однако, сможет ли система Frontier что-нибудь кардинально изменить в рейтинге Top500, на первом месте которого находится сейчас японский Fugaku, продемонстрировавший производительность в 2 экзафлопса на определенном виде тестов? Все системы, попадающие в рейтинг, проходят тесты на вычислениях 64-битовых значений с плавающей запятой, которые требуются для решений трехмерных систем дифференциальных уравнений с частными производными, используемыми в различных типах физических моделирований.

Но основным типом задач, которые будет выполнять новая система Frontier, является обучение и использование искусственных нейронных сетей, для чего вполне достаточно и 16-битной разрядности чисел. И согласно прогнозам, при вычислениях с такой точностью оптимизированной для этого системе Frontier попросту не будет равных.

Однако, системы Fugaku и Frontier также не являются единственными держателями вычислительной мощности экзафлопс-уровня. Напомним нашим читателям про известный проект Folding@Home, представители которого еще в марте 2020 года объявили о пересечении барьера суммарной вычислительной мощности в 1 экзафлопс.

Также напомним нашим читателям о просочившихся слухах о том, что в Китае уже введены в строй одна или две вычислительные системы, производительность каждой из которых превосходит один экзафлопс. Китайское правительство скрывает пока этот факт в силу целого ряда очевидных или скрытых причин. Но с течением времени слухи будут просачиваться во все больших количествах и когда-нибудь эта китайская "кошка Шредингера" все же сумеет выбраться из своей коробки.