Экзамасштабные вычисления относятся к вычислительным системам, способным выполнять не менее 10 18 операций с плавающей запятой в секунду (1 exa FLOPS). Терминология, как правило, относится к производительности суперкомпьютерных систем, и хотя ни одна машина не достигла этой цели по состоянию на январь 2021 года, существуют системы, предназначенные для достижения этой вехи. В апреле 2020 года вычислительная мощность сети Folding @ home с распределенными вычислениями достигла одного экзафлопса в секунду. [1] [2] [3] [4]
Экзафорированные вычисления станут значительным достижением в компьютерной инженерии . В первую очередь это позволит улучшить научные приложения и более точные прогнозы, например, в прогнозировании погоды и персонализированной медицине . [5] Exascale также достигает расчетной вычислительной мощности человеческого мозга на нейронном уровне, что является целью проекта Human Brain Project . [6] Как и в списке TOP500, здесь также проводится гонка за право быть первой страной, которая построит эксафлопсный компьютер. [7] [8] [9] [10]
Определение
Число операций с плавающей запятой в секунду (FLOPS) является мерой производительности компьютера. FLOPS может быть записан с различными показателями точности, однако стандартная мера, используемая в списке суперкомпьютеров TOP500, ранжирует компьютеры по 64-битным ( формат с плавающей запятой двойной точности ) операциям в секунду с использованием теста LINPACK . [11]
Технологические вызовы
Было признано, что дать приложениям возможность в полной мере использовать возможности эксафлопсных вычислительных систем непросто. [12] Разработка приложений с интенсивным использованием данных на платформах exascale требует наличия новых эффективных парадигм программирования и систем времени выполнения. [13] Проект Folding @ home , первый, кто преодолел этот барьер, полагался на сеть серверов, отправляющих части работы сотням тысяч клиентов с использованием сетевой архитектуры клиент-серверной модели . [14] [15]
История
Первый компьютер с петаскейлом (10 15 FLOPS) был введен в эксплуатацию в 2008 году. [16] На конференции по суперкомпьютерам в 2009 году Computerworld спроектировал внедрение эксафлопсной модели к 2018 году. [17] В июне 2014 года стагнация списка суперкомпьютеров Top500 заставила наблюдателей усомниться в возможности. эксафлопсных систем к 2020 г. [18]
Хотя к 2018 году экзадачные вычисления не были достигнуты, в том же году суперкомпьютер Summit OLCF-4 выполнял 1,8 × 10 18 вычислений в секунду с использованием альтернативной метрики (то есть не FLOPS) при анализе геномной информации. [19] Команда, выполнившая это, получила приз Гордона Белла на конференции ACM / IEEE Supercomputing в 2018 году . [ необходима цитата ]
Барьер exaFLOPS был впервые преодолен в марте 2020 года распределенным проектом Folding @ home . [20] [15]
В июне 2020 года [21] суперкомпьютер Fugaku достиг 1,42 экзафлопс в тесте HPL-AI.
Разработка
Соединенные Штаты
В 2008 году две правительственные организации Соединенных Штатов Америки в составе Министерства энергетики США , Управления науки и Национального управления ядерной безопасности предоставили Институту перспективных архитектур финансирование для разработки экзафлопсного суперкомпьютера; Sandia National Laboratory и Национальной лаборатории Oak Ridge также для совместной работы над ExaScale конструкций. [22] Ожидается, что технология будет применяться в различных областях исследований, требующих интенсивных вычислений, включая фундаментальные исследования , инженерию , науки о Земле , биологию , материаловедение , вопросы энергетики и национальной безопасности. [23]
В январе 2012 года Intel приобрела линейку продуктов InfiniBand у QLogic за 125 миллионов долларов США, чтобы выполнить свое обещание разработать к 2018 году технологию exascale [24].
К 2012 году Соединенные Штаты выделили 126 миллионов долларов на разработку экзафлопсных вычислений. [25]
В феврале 2013 года [26] подразделение Intelligence Advanced Research Projects Activity запустило программу « Криогенная компьютерная сложность» (C3), которая предусматривает новое поколение сверхпроводящих суперкомпьютеров, которые работают на экзадачных скоростях на основе сверхпроводящей логики . В декабре 2014 года он объявил о заключении многолетнего контракта с IBM, Raytheon BBN Technologies и Northrop Grumman на разработку технологий для программы C3. [27]
29 июля 2015 года Барак Обама подписал распоряжение о создании Национальной стратегической вычислительной инициативы, призывающей к ускоренному развитию экзадачной системы и финансированию исследований в области постполупроводниковых вычислений. [28] Проект Exascale Computing Project (ECP) надеется построить компьютер exascale к 2021 году. [29]
18 марта 2019 года Министерство энергетики США и Intel объявили, что первый суперкомпьютер exaFLOPS будет введен в эксплуатацию в Аргоннской национальной лаборатории к концу 2021 года. Компьютер под названием Aurora должен быть доставлен в Аргонн компаниями Intel и Cray (ныне Hewlett Packard). Enterprise) и, как ожидается, будет использовать Intel Xe GPGPU вместе с будущим масштабируемым процессором Xeon Scalable и будет стоить 600 миллионов долларов США. [30]
7 мая 2019 года Министерство энергетики США объявило о заключении контракта с Cray (ныне Hewlett Packard Enterprise) на создание суперкомпьютера Frontier в Национальной лаборатории Ок-Ридж. Ожидается, что Frontier будет запущен в 2021 году и, с производительностью более 1,5 exaFLOPS, должен стать самым мощным компьютером в мире. [31]
4 марта 2020 года Министерство энергетики США объявило о заключении контракта с Hewlett Packard Enterprise и AMD на строительство суперкомпьютера El Capitan стоимостью 600 миллионов долларов США, который будет установлен в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL). Ожидается, что он будет использоваться в первую очередь (но не исключительно) для моделирования ядерного оружия. Впервые о El Capitan было объявлено в августе 2019 года, когда Министерство энергетики и LLNL объявили о покупке суперкомпьютера Shasta у Cray. El Capitan будет запущен в эксплуатацию в начале 2023 года и будет иметь производительность 2 эксафлопа в секунду. Он будет использовать процессоры AMD и графические процессоры с 4 графическими процессорами Radeon Instinct на процессор EPYC Zen 4 для ускорения задач искусственного интеллекта. Эль-Капитан должен потреблять около 40 МВт электроэнергии. [32] [33]
По состоянию на ноябрь 2020 года в Соединенных Штатах имеется три из пяти самых быстрых суперкомпьютеров в мире. [34]
Япония
В Японии в 2013 году передовой институт вычислительных наук RIKEN приступил к планированию экзадачной системы на 2020 год, рассчитанной на потребление менее 30 мегаватт. [35] В 2014 году Fujitsu был заключен контракт RIKEN на разработку суперкомпьютера следующего поколения для достижения успеха в K компьютер . Преемник получил название Fugaku и нацелен на то, чтобы иметь производительность не менее 1 эксафлопа в секунду и быть полностью готовым к эксплуатации в 2021 году. В 2015 году Fujitsu объявила на Международной конференции по суперкомпьютерам, что этот суперкомпьютер будет использовать процессоры, реализующие архитектуру ARMv8 с расширениями. -проектирование с ARM Limited . [36] Он был частично введен в эксплуатацию в июне 2020 года [37] и достиг 1,42 экзафлопс (fp16 с точностью до fp64) в тесте HPL-AI, что сделало его первым суперкомпьютером, достигшим 1 экзаОПС. [38] Названный в честь горы Фудзи, самой высокой вершины Японии, Fugaku сохранил первое место в рейтинге 500 лучших вычислительных скоростей суперкомпьютеров, объявленном 17 ноября 2020 года, достигнув скорости вычислений 442 квадриллиона вычислений в секунду, или 0,442 экзафлопс. [39]
Китай
По состоянию на июнь 2020 года в Китае было два из пяти самых быстрых суперкомпьютеров в мире [40] (самый быстрый компьютер - японский Fugaku ). По словам главы вычислительной школы Национального университета оборонных технологий (NUDT), первый в Китае суперкомпьютер Exascale будет введен в эксплуатацию после середины 2020 года. В соответствии с национальным планом по выпуску следующего поколения высокопроизводительных компьютеров Китай разработает эксафлопсный компьютер в течение 13-го пятилетнего периода (2016–2020 гг.). Над проектом работают правительство нового района Тяньцзинь Биньхай, NUDT и Национальный суперкомпьютерный центр в Тяньцзине. Планируется, что после Tianhe-1 и Tianhe-2 преемник Exascale будет называться Tianhe-3. [41]
Европейский Союз
- См. Также Суперкомпьютеры в Европе
В 2011 году в ЕС было начато несколько проектов, направленных на разработку технологий и программного обеспечения для эксафлопсных вычислений. Проект CRESTA (совместные исследования системного программного обеспечения, инструментов и приложений Exascale) [42], проект DEEP (платформа динамического входа ExaScale) [43] и проект Mont-Blanc. [44] Крупный европейский проект, основанный на экзадачном переходе, - это проект MaX (Материалы на экзафлопе). [45] Центр передового опыта, ориентированный на энергию (EoCoE), использует экзадачные технологии для поддержки исследований и приложений безуглеродной энергетики. [46]
В 2015 году проект масштабируемой, энергоэффективной, отказоустойчивой и прозрачной адаптации программного обеспечения (SERT), крупный исследовательский проект между Манчестерским университетом и лабораторией STFC Daresbury в Чешире , получил награду c. 1 миллион фунтов стерлингов от Исследовательского совета Великобритании по инженерным и физическим наукам. Проект SERT должен был начаться в марте 2015 года. Он будет финансироваться EPSRC в рамках программы «Программное обеспечение для будущего II», и проект будет сотрудничать с Группой численного анализа (NAG), Cluster Vision и Советом по научно-техническим средствам ( STFC). [47]
28 сентября 2018 года Европейское совместное предприятие по высокопроизводительным вычислениям (EuroHPC JU) было официально учреждено ЕС. EuroHPC JU планирует построить к 2022/2023 гг. Суперкомпьютер класса Exascale. EuroHPC JU будет совместно финансироваться его общественными членами с бюджетом около 1 миллиарда евро. Финансовый вклад ЕС составляет 486 миллионов евро. [48] [49]
Тайвань
В июне 2017 года, Тайвань «s Национальный центр высокопроизводительных вычислений инициировало усилия в направлении разработки и строительства первого тайваньский ExaScale суперкомпьютер путем финансирования строительства нового промежуточного суперкомпьютер , основанный на полной передаче технологии от Fujitsu корпорации Японии , которая в настоящее время строит самый быстрый и мощный суперкомпьютер на базе искусственного интеллекта в Японии . [50] [51] [52] [53] [54] Кроме того, на Тайване были предприняты многочисленные другие независимые тайваньские усилия с акцентом на быстрое развитие технологии эксафлопсных суперкомпьютеров, такие как тайваньская корпорация Foxconn, которая недавно разработала и построила самый большой и быстрый суперкомпьютер на Тайване . Этот новый суперкомпьютер Foxconn призван служить отправной точкой в исследованиях и разработках на пути к проектированию и созданию современного тайваньского суперкомпьютера Exascale. [55] [56] [57] [58]
Индия
В 2012 году правительство Индии предложило выделить 2,5 миллиарда долларов США на исследования в области суперкомпьютеров в течение 12-го пятилетнего периода (2012–2017 годы). Проект должен был осуществляться Индийским институтом науки (IISc), Бангалор . [59] Кроме того, позже выяснилось, что Индия планирует разработать суперкомпьютер с вычислительной мощностью в диапазоне exaFLOPS . [60] Он будет разработан C-DAC в течение следующих пяти лет после утверждения. [61]
Смотрите также
- Петафокальные вычисления
- Суперкомпьютер
- Сверхпроводящие вычисления
- Нейроморфная инженерия
- Большое количество данных
- Производительность компьютера на порядки
Рекомендации
- ^ «Folding @ Home Активные процессоры и графические процессоры по ОС» . www.foldingathome.org . Проверено 8 апреля 2020 .
- ^ Folding @ home (25 марта 2020 г.). «Благодаря нашему УДИВИТЕЛЬНОМ сообществу мы преодолели барьер exaFLOP! Это более 1 000 000 000 000 000 000 операций в секунду, что делает нас примерно в 10 раз быстрее, чем IBM Summit! Pic.twitter.com/mPMnb4xdH3» . @foldingathome . Проверено 4 апреля 2020 года .
- ^ «Folding @ Home сокрушает Exascale Barrier, теперь быстрее, чем десятки суперкомпьютеров - ExtremeTech» . www.extremetech.com . Проверено 4 апреля 2020 года .
- ^ «Folding @ Home превышает 1,5 ExaFLOPS в битве с Covid-19» . TechSpot . Проверено 4 апреля 2020 года .
- ^ Гальярди, Фабрицио; Морето, Микель; Оливьери, Мауро; Валеро, Матео (1 мая 2019 г.). «Международная гонка за Exascale в Европе» . CCF-транзакции на высокопроизводительных вычислениях . 1 (1): 3–13. DOI : 10.1007 / s42514-019-00002-у . ISSN 2524-4930 .
- ^ «Производительность мозга в FLOPS - AI Impacts» . aiimpacts.org . 26 июля 2015 . Проверено 27 декабря 2017 года .
- ^ Мосс, Себастьян (15 марта 2019 г.). «Гонка за эксафлопсами: история суперспособностей и суперкомпьютеров» . www.datacenterdynamics.com . Дата обращения 6 июля 2020 .
- ^ Уотерс, Ричард (5 марта 2020 г.). «Мнение: как США и Китай рассчитывают на доминирование суперкомпьютеров» . www.ft.com . Дата обращения 6 июля 2020 .
- ^ Андерсон, Марк (7 января 2020 г.). «Полная перезагрузка страницы» . IEEE Spectrum: Новости технологий, инженерии и науки . Дата обращения 6 июля 2020 .
- ^ Наттолл, Крис (9 июля 2013 г.). «Суперкомпьютеры: Битва скоростных машин» . www.ft.com . Дата обращения 6 июля 2020 .
- ^ «ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ» . www.top500.org . Проверено 23 июня 2020 .
- ^ Авраам, Эрика; Бекас, Костас; Брандич, Ивона ; Генаим, Самир; Брох Йонсен, Эйнар; Кондов, Иван; Пллана, Сабри; Стрейт, Ахим (24 марта 2015 г.), Подготовка приложений HPC для Exascale: проблемы и рекомендации , arXiv : 1503.06974 , Bibcode : 2015arXiv150306974A
- ^ Да Коста, Жорж; и другие. (2015), "ExaScale машины требуют новых парадигм программирования и Runtimes" , Суперкомпьютерный Frontiers и инновации , 2 (2): 6-27, DOI : 10,14529 / jsfi150201
- ^ «О - Folding @ home» . Проверено 26 марта 2020 года .
- ^ а б Алкорн, Пол (26 марта 2020 г.). «Folding @ Home Network преодолевает барьер ExaFLOP в борьбе с коронавирусом» . Оборудование Тома . Проверено 26 марта 2020 года .
- ^ Национальный исследовательский совет (США) (2008 г.). Потенциальное влияние высокопроизводительных вычислений на четыре иллюстративных области науки и техники . Национальные академии. п. 11. ISBN 978-0-309-12485-0.
- ^ «Ученые, IT-сообщество ждут сверхмощных компьютеров» . Компьютерный мир . 7 декабря 2009 . Проверено 18 декабря 2009 года .
- ^ Энтони, Себастьян (24 июня 2014 г.). «Суперкомпьютерная стагнация: новый список самых быстрых компьютеров в мире бросит тень на эксафлопс к 2020 году» . Extremetech.com .
- ^ Хайнс, Джонатан (8 июня 2018 г.). «Кодекс геномики превосходит Exaops на суперкомпьютере Summit» . Лидерский вычислительный центр Ок-Ридж .
- ^ Folding @ home (25 марта 2020 г.). «Благодаря нашему УДИВИТЕЛЬНОМ сообществу мы преодолели барьер exaFLOP! Это более 1 000 000 000 000 000 000 операций в секунду, что делает нас примерно в 10 раз быстрее, чем IBM Summit! Pic.twitter.com/mPMnb4xdH3» . @foldingathome . Проверено 26 марта 2020 года .
- ^ «RIKEN выбирает подрядчика для базового проектирования суперкомпьютера Post-K» , www.aics.riken.jp , 1 октября 2014 г., заархивировано из оригинала 13 января 2017 г. , извлечено 22 июня 2016 г.
- ^ Джонсон, Р. Колин (4 мая 2008 г.), «США запускают инициативу по созданию суперкомпьютеров с технологией exaflop » , www.eetimes.com
- ^ «Перспективы науки и преимущества Exascale Computing» (PDF) . Национальная лаборатория Окриджа . Архивировано из оригинального (PDF) 4 мая 2012 года . Проверено 18 декабря 2009 года .
- ^ «Intel внедряет технологию InfiniBand, линейку продуктов от QLogic» . 23 января 2012 г.
- ^ «Бюджет Обамы включает 126 миллионов долларов на Exascale Computing» . Архивировано из оригинального 24 февраля 2011 года.
- ^ «Объявление дня предложения программы IARPA Cryogenic Computing Complexity (C3) - IARPA-BAA-13-05 (pd) (Архивировано)» . Федеральные возможности для бизнеса . 11 февраля 2013 . Проверено 11 октября 2015 года .
- ^ «Агентство США по разведке стремится разработать сверхпроводящий компьютер» . Рейтер . 3 декабря 2014 . Проверено 3 декабря 2014 .
- ^ «Указ о создании национальной стратегической вычислительной инициативы» . whitehouse.gov . 29 июля 2015 . Проверено 11 октября 2015 г. - через Национальный архив .
- ^ «График Exascale в США, с упором на новые архитектуры на 2021 год» . Следующая платформа . 8 декабря 2016 . Проверено 13 декабря +2016 .
- ^ «Министерство энергетики США и корпорация Intel представят первый суперкомпьютер в формате эксафлопс» . Аргоннская национальная лаборатория . 18 марта 2019 . Проверено 27 марта 2019 .
- ^ «Министерство энергетики США и Cray представит рекордный суперкомпьютер для компании ORNL» . Национальная лаборатория Окриджа . 8 мая 2019 . Дата обращения 8 мая 2019 .
- ^ «HPE и AMD выиграли сделку по приобретению американского суперкомпьютера для моделирования ядерного оружия» . 5 марта 2020 г. - через www.reuters.com.
- ^ Смит, Райан. "Подробное описание суперкомпьютера El Capitan: процессоры и графические процессоры AMD для обеспечения вычислительной мощности в 2 экзафлопса" . www.anandtech.com .
- ^ «Ноябрь 2020» . ТОП500 . Проверено 14 марта 2021 года .
- ^ Тибодо, Патрик (22 ноября 2013 г.). «Почему США могут проиграть гонку за эксаскейлом» . Компьютерный мир .
- ^ «Fujitsu выбирает 64-битную ARM для японского монстра 1000-PFLOPS super» , www.theregister.co.uk , 20 июня 2016 г.
- ^ «RIKEN выбирает подрядчика для базового проектирования суперкомпьютера Post-K» , www.aics.riken.jp , 1 октября 2014 г., заархивировано из оригинала 13 января 2017 г. , извлечено 22 июня 2016 г.
- ^ «Результаты - документация HPL-AI 0.0.2» . icl.bitbucket.io . Проверено 26 февраля 2021 года .
- ^ Без конкурса: японский Fugaku снова стал самым быстрым суперкомпьютером
- ^ «Список ТОП500 - июнь 2020» . ТОП500 . Дата обращения 3 июля 2020 .
- ^ «Суперкомпьютер Exascale в Китае заработает к 2020 году --- Китайская академия наук» . english.cas.cn .
- ^ «Европа готовится к вызову Exascale Software Challenge с проектом CRESTA 8,3 млн евро» . Консорциум проекта. 14 ноября 2011 . Проверено 10 декабря 2011 года .
- ^ «Бустер для суперкомпьютеров нового поколения. Начало европейского проекта DEEP» . FZ Jülich. 15 ноября 2011 . Проверено 10 декабря 2011 года .
- ^ «Проект Mont-Blanc ставит перед Exascale цели» . Консорциум проекта. 31 октября 2011 года Архивировано из оригинала 5 декабря 2011 года . Проверено 10 декабря 2011 года .
- ^ «Сайт MaX» . консорциум проекта. 25 ноября 2016 . Проверено 25 ноября +2016 .
- ^ «Сайт EoCoE» . Консорциум проекта. 29 апреля 2020 . Проверено 29 апреля 2020 .
- ^ «Разработка программного обеспечения для моделирования для решения самых серьезных проблем человечества» . Научные вычисления. 25 февраля 2015. Архивировано из оригинала 14 апреля 2015 года . Проверено 8 апреля 2015 года .
- ^ «EuroHPC - Европа на пути к высокопроизводительным высокопроизводительным вычислениям» . Проверено 9 февраля 2019 .
- ^ «Европейское совместное предприятие по высокопроизводительным вычислениям - EuroHPC» . 11 января 2018 . Проверено 9 февраля 2019 .
- ^ «Fujitsu создаст суперкомпьютер мирового класса с искусственным интеллектом» .
- ^ «Fujitsu создаст самый быстрый суперкомпьютер в Японии | TOP500 суперкомпьютерных сайтов» .
- ^ «Fujitsu построит суперкомпьютер с производительностью 3 PFLOPS для NCHC Тайваня» .
- ^ «Компания Asetek получила заказ от Fujitsu на создание самой быстрой в Японии системы искусственного интеллекта Asetek» .
- ^ «Fujitsu получила заказ на самую быструю суперкомпьютерную систему Японии для приложений искусственного интеллекта - Fujitsu Global» .
- ^ «Foxconn создает крупнейший суперкомпьютер Тайваня | TOP500 суперкомпьютерных сайтов» .
- ^ «Тайваньская фирма представляет суперкомпьютер» .
- ^ «Hon Hai представляет самый быстрый тайваньский суперкар» .
- ^ «Hon Hai представляет суперкомпьютерную систему | Tech | FOCUS TAIWAN - CNA ENGLISH NEWS» .
- ^ «Индия стремится к удвоению расходов на НИОКР для науки» . Провод HPC . 4 января 2012 . Проверено 29 января 2012 года .
- ^ «C-DAC и суперкомпьютеры в Индии» . Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Проверено 6 января +2016 .
- ^ «Индия планирует к 2017 году построить суперкомпьютер в 61 раз быстрее» . Таймс оф Индия . 27 сентября 2012 года Архивировано из оригинала 28 января 2013 года . Проверено 9 октября 2012 года .
Источники
- Гропп, Уильям (2009). «MPI в Exascale: проблемы для структур данных и алгоритмов». Последние достижения в области параллельных виртуальных машин и интерфейса передачи сообщений . Последние достижения в области параллельных виртуальных машин и интерфейса передачи сообщений, конспекты лекций по информатике . Конспект лекций по информатике. 5759 . Берлин: Springer. п. 3. Bibcode : 2009LNCS.5759 .... 3G . DOI : 10.1007 / 978-3-642-03770-2_3 . ISBN 978-3-642-03769-6.
- Киркли, Джон (22 ноября 2011 г.). "Дорога к Exascale: может ли помочь нанофотоника?" . enterprisetech.com . Проверено 11 октября 2015 года .
Внешние ссылки
- Суперкомпьютер нового поколения Америки: задача Exascale : слушания в Подкомитете по энергетике Комитета по науке, космосу и технологиям Палаты представителей Сто тринадцатого Конгресса, первая сессия, среда, 22 мая 2013 г.
- ExascaleProject.org