Exaskálás számítástechnika

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. november 29-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 26 szerkesztést igényelnek .

Az exascale computing vagy ( Exascale szuperszámítógép , exascale , exascale ) kifejezés az egy ex flops ( exaFLOPS ) nagyságrendű teljesítményű szuperszámítógépekre és az ezek létrehozására irányuló 21. századi kezdeményezésekre utal . Ez a teljesítmény ezerszer magasabb, mint a 2008-ban megjelent petaflop osztályú rendszereké [1] . Egy exaflop ezer petaflopnak felel meg , egymilliárd milliárd (10 18 ) lebegőpontos művelet másodpercenként (általában 64 bites IEEE 754 formátumú számokkal számolva ).

Az exascale szuperszámítógép teljesítményét 2022-ben érték el. A világ első exaléptékű szuperszámítógépe és a világ legnagyobb teljesítményű szuperszámítógépe, a Frontier állítólagos teljesítménye 1102 exaflop, csúcsteljesítménye pedig 1686 exaflop, átlagos energiafogyasztása körülbelül 21,1 MW. [2] [3] [4] .

Az exascale rendszerek felépítése a számítástechnika fontos vívmányává vált.

Történelem

A kezdeményezést két amerikai kormányhivatal – az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma és a Nemzeti Nukleáris Biztonsági Hivatal [5] – támogatja . Az ebből a kezdeményezésből nyert technológiák hasznosak lennének számos számításigényes kutatási területen, beleértve az alaptudományokat, a mérnöki tudományokat, a geotudományokat, a biológiát, az anyagtudományokat, az energiát és a nemzetbiztonságot [6] .

2012-ben az Egyesült Államok 126 millió dollárt különített el egy exascale rendszerek létrehozására irányuló programra [7] [8] . 2014-ben az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma ASCR ( Advanced Scientific Computing Research ) irodájának képviselője úgy becsülte, hogy 2023-ra létrejöhet egy exa léptékű szuperszámítógép [9] .  

Az Európai Unióban három projekt zajlik az exa méretű szuperszámítógépek hardver- és szoftvertechnológiáinak fejlesztésére:

A 2000-es évek végén különböző szerzők legkorábban 2018–2020-ban jósolták az exaskálás rendszerek lehetséges kiépítését [13] .

Japánban a RIKEN (Advanced Institute for Computational Science) Intézet a Fujitsu közreműködésével 2020-2021-ig egy 30 MW-ot nem meghaladó energiafogyasztású exaskálás rendszer létrehozását tervezte [14] [15] [9] .

2014-ben a szuperszámítógép-ipar stagnálásának megfigyelése és a világ Top500 szuperszámítógépeinek rangsorolása miatt egyes újságírók kétségbe vonták az exascale programok 2020-ra való megvalósíthatóságát [16] .

2014 decemberében az amerikai hírszerző ügynökség, az IARPA bejelentette, hogy többéves finanszírozást biztosít az IBM, a Raytheon BBN és a Northrop Grumman számára a „Cryogenic Computer Complexity” program („Cryogenic computer structures”) keretében, amely szuperszámítógépek építésére szolgáló technológiák fejlesztését foglalja magában. szupravezető logikai elemek felhasználásával , potenciális kilépéssel az exaflop szintre [17] [18] .

Kína is bejelentette a terveket [19] .

Az Intel és a Cray Corporation 2021-re tervezi megépíteni az első amerikai exascale rendszert Aurora néven az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Argonne National Laboratory -ja számára [20] [21] .

Problémák és feladatok

Az exascale rendszerek létrehozásához számos probléma megoldása szükséges mind szoftver oldalról (több millió magon hatékonyan futó programok létrehozása), mind hardver oldalról [22] . Például a 2014-re kifejlesztett hagyományos számítógépes memória néhánytól több tíz megawattig terjedhet minden 100 PB/s teljes sávszélességre [23] .

Az alkalmazások hatékony programozására exa méretű szuperszámítógépeken (több százezer vezérlőszál több millió feldolgozómag használatával,   lebegőpontos műveletek másodpercenként) az IBM Research szakemberei megalkották az X10 programozási nyelvet [24] . Objektumorientált nyelv, statikus gépeléssel, nyelvi szintű támogatás a feladatalapú párhuzamossághoz, számítási feladatok ( tevékenységek ) számítási magokhoz ( helyekhez ) kötése, feladatok akadály szinkronizálása ( órák ), párhuzamos hurkok támogatása, többdimenziós elosztott támogatás számítási csomópontok tömbjei és szerkezeti típusai felett aszinkron megosztott globális címtér [25] (a programozó úgy éri el a tömb különböző számítási csomópontok RAM-jában elosztott elemeit, mintha a tömb egyetlen számítógép RAM-jában lenne, a fordító maga szervezi a szerializálást, deszerializálást és adatátvitelt a számítási csomópontok között, biztosítja az adatelérési műveletek atomitását). Az X10 kód Java kódba (Managed X10 mode) vagy C++ (Native X10 mode) [26] fordítható , ami lehetővé teszi a szuperszámítógépek számára alkalmazások létrehozását és az X10 programozási nyelv használatát, ha szükséges, a nagy teljesítmény területén kívül. számítástechnika többszálú alkalmazások fejlesztésére személyi számítógépekhez.

Eredmények 2020-ban

A "Top 500" webhely szerint :

A top 10-ben azonban több figyelemreméltó változás történt, köztük két új rendszer, valamint egy új csúcspont, amelyet a legjobb Fugaku Supercomputer állított fel. További hardverrel a fugaku 442 petaflopra növelte HPL teljesítményét, ami szerény növekedés a rendszer 2020 júniusi debütálásakor elért 416 petaflophoz képest. Ennél is fontosabb, hogy a Fugaku teljesítményét az új vegyes precíziós HPC-AI benchmarkon 2,0 exaflopra növelte, meghaladva a hat hónappal ezelőtti 1,4 exaflops határt. Ezek jelentik az első referenciaméréseket egy exaflop felett, bármilyen pontosságra bármilyen típusú berendezésen.

— Webhelyadatok top500.org – A TOP500 56. száma, 2020. november 16.

Jegyzetek

  1. ↑ Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Kutatási Tanácsa. A csúcskategóriás számítástechnika lehetséges hatása a tudomány és a mérnöki tudomány négy szemléltető területére  . - A Nemzeti Akadémiák, 2008. - P. 11. - ISBN 978-0-309-12485-0 .
  2. ↑ 2022. június | TOP500 . Letöltve: 2022. június 6. Az eredetiből archiválva : 2022. június 9..
  3. ↑ A Frontier szuperszámítógép a világ leggyorsabb, az exascale-korlátot áttörő eszközeként debütál | ORNL . www.ornl.gov . Letöltve: 2022. június 2. Az eredetiből archiválva : 2022. június 1.
  4. ↑ Exascale szuperszámítógépek. 1 architektúra körvonalai
  5. ↑ Az Exascale számítástechnika chipeket, energiát és pénzt igényel . Wired.com (2008. február 8.). Letöltve: 2009. december 18. Az eredetiből archiválva : 2012. május 4..
  6. ↑ Tudományos kilátások és előnyök az Exascale számítástechnikával . Oak Ridge Nemzeti Laboratórium . Letöltve: 2009. december 18. Az eredetiből archiválva : 2012. május 4..
  7. ↑ Obama költségvetése 126 millió dollárt tartalmaz az Exascale számítástechnikára . Az eredetiből archiválva : 2011. február 24.
  8. ↑ Exaflop Obamának | nyílt rendszerek. DBMS | Kiadó "Nyílt rendszerek" . Letöltve: 2018. szeptember 8. Az eredetiből archiválva : 2018. szeptember 8..
  9. ↑ 1 2 Patrick Thibodeau . Exa méretű szuperszámítógép 2023-ra. , 32. szám , Computerworld Russia (2014. december 14.). Az eredetiből archiválva : 2018. szeptember 8. Letöltve: 2018. szeptember 8.
  10. ↑ Európa felkészül az Exascale Software Challenge-re a 8,3 milliós Euro CRESTA projekttel . Projekt konzorcium (2011. november 14.). Letöltve: 2011. december 10. Az eredetiből archiválva : 2011. december 23..
  11. ↑ Booster a következő generációs szuperszámítógépekhez Az európai exascale projekt DEEP kezdete . FZ Julich (2011. november 15.). Letöltve: 2011. december 10. Az eredetiből archiválva : 2014. szeptember 3..
  12. ↑ A Mont-Blanc projekt Exascale célokat tűz ki . Projekt konzorcium (2011. október 31.). Letöltve: 2011. december 10. Az eredetiből archiválva : 2011. december 5..
  13. ↑ Tudósok, informatikai közösség várja az exascale számítógépeket . Computerworld (2009. december 7.). Hozzáférés dátuma: 2009. december 18. Az eredetiből archiválva : 2009. december 12.
  14. ↑ Miért veszítheti el az Egyesült Államok a versenyt az exascaleért Archiválva : 2014. szeptember 3., a Wayback Machine // Computerworld, Patrick Thibodeau, 2013. november 22.
  15. ↑ Tim Hornyak . Japanese Exascale , No. 25 , Computerworld Russia (2014. október 13.). Az eredetiből archiválva : 2018. szeptember 8. Letöltve: 2018. szeptember 8.
  16. ↑ A szuperszámítógépek stagnálása: A világ leggyorsabb számítógépeinek új listája árnyékot vet az exascale 2020 -ra. Archiválva : 2014. augusztus 28. a Wayback Machine webhelyen, extremetech.com, 2014. június 24.
  17. ↑ Az amerikai hírügynökség célja szupravezető számítógép fejlesztése (nem elérhető link) . Reuters (2014. december 3.). Hozzáférés dátuma: 2014. december 3. Az eredetiből archiválva : 2014. december 16. 
  18. ↑ Az amerikai nemzeti hírszerzés egy szupravezető alapú szuperszámítógépet rendelt , a Lenta.ru (2014. december 8.). Az eredetiből archiválva : 2014. december 11. Letöltve: 2014. december 11.
  19. ↑ Kína 2020-ig exa léptékű számítógépet épít | computerworld online | Kiadó "Nyílt rendszerek" . Letöltve: 2018. szeptember 8. Az eredetiből archiválva : 2018. szeptember 9..
  20. ↑ Anl_Rgb (lefelé irányuló kapcsolat) . Letöltve: 2019. április 4. Az eredetiből archiválva : 2019. április 4.. 
  21. ↑ Az Exascale-hez vezető út nagy hírekkel ér véget (a link nem érhető el) . Letöltve: 2019. április 20. Az eredetiből archiválva : 2019. április 20. 
  22. ↑ Archivált másolat . Letöltve: 2018. szeptember 8. Az eredetiből archiválva : 2018. szeptember 9..
  23. ↑ Joel Hruska . Felejtsd el Moore törvényét: A forró és lassú DRAM jelentős akadályt jelent az exascale és azon túl , az extremetech felé  ( 2014. július 14.). Archiválva az eredetiből 2017. február 2-án. Letöltve: 2017. január 29.
  24. ↑ Az X10 programozási nyelv . x10-lang.org . Letöltve: 2022. június 2. Az eredetiből archiválva : 2022. május 24.
  25. ↑ APGAS programozás X10-ben . x10-lang.org . Letöltve: 2022. június 2. Az eredetiből archiválva : 2022. június 2.
  26. ↑ X10 2.6.2 Nyelvi specifikáció . — 2019. Archiválva : 2022. június 21. a Wayback Machine -nál

Linkek