Конференція Високопродуктивні обчислення, Київ, 13-15 жовтня 2014

Велика суперкомп’ютерна гонка

В останньому рейтингу суперкомп’ютерів Top500 знову змінився лідер: японську машину, яку рік тому визнано найшвидшою, потіснив суперкомп’ютер Sequoia, створений IBM.

Суперкомп’ютери — один з найважливіших показників технологічної озброєності. Вони дозволяють передбачати погоду та біржові курси, створювати нові ліки та технології, перемагати у війнах та планувати довгостроковий розвиток економіки. Країни, які успішно вкладають гроші у суперкомп’ютери, можуть швидше за інших розвивати високі технології та істотно випереджати тих, хто не володіє такими машинами.

Найпотужніші

США неперервно лідирували серед країн-виробників суперкомп’ютерів у так званому списку Top500, починаючи з 2004 року і до листопада 2010 року, коли система Cray Jaguar, несподівано для багатьох, поступилась машині Tianhe-1A, створеній у Національному суперкомп’ютерному центрі китайського міста Тяньцзинь. Напевно, американцям найбільше дошкуляє той факт, що агрегат було збудовано на основі технологій, розроблених у США: зокрема, у ньому використовуються графічні процесори компанії NVidia.

В червні 2011 року американців потіснила вже на третій щабель світового рейтингу японська машина K Computer, сконструйований з використанням процесорів Fujitsu SPARC64 VIIIfx. Останній раз Японії вдавалось посісти перше місце в далекому 2004 році – тоді це був суперкомп’ютер «Симулятор Землі» фірми NEC.

K Computer може пишатись більшою обчислювальною потужністю, ніж усі п’ять наступних машин, разом узяті. Навіть не дивлячись на те, що його розробка на момент оголошення рейтингу не була завершена. За словами замовника K Computer, Міністерства освіти, культури, спорту, науки та технологій Японії, перед конструкторами було поставлено мету подолати бар’єр у 10 петафлопс. Ця мета відображена у самій назві: «K» - перша літера японського слова «кей», яке означає 10 квадрильйонів (1025).

Станом на червень 2011 року, було встановлено лише 672 стійки із запланованих 800, при цьому система з 68 544 процесорів продемонструвала у тесті Linpack продуктивність у 8,162 петафлопс. Бар’єр було взято у листопаді 2011 року: машина з 864 серверних стійок з 88 000 процесорами показала у тому ж тесті результат у 10,510 петафлопс, що складає 93% від теоретичної пікової потужності у 11,280 петафлопс.

18 червня 2012 року було оголошено черговий список Top500, перше місце в якому знову посів суперкомп’ютер із США IBM Sequoia, встановлений у Ліверморській національній лабораторії імені Лоуренса, штат Каліфорнія. Машина продемонструвала у тесті Linpack продуктивність у 16,32 ПФлопс.

Друге місце залишилось у K Computer, а третє посів новачок з США IBM BlueGene/Q з продуктивністю 8,15 петафлопс.

У першій десятці залишились дві китайські машини: Tianhe-1A на п’ятому місці та Nebulae – на десятому.

Найпотужніший російський суперкомп’ютер «Ломоносов», створений для МДУ компанією «Т-Платформи», перемістився униз на 22-гу сходинку з продуктивністю трохи більше 0,9 петафлопс та піковою продуктивністю 1,7 петафлопс. Чотири інших російських суперкомп’ютера посідають 148, 182, 185 та 390 місця.

Цікавий поділ по країнах: США — безперечний лідер списку, там встановлено 253 суперкомп’ютера з 500. Доля Азії — 121 машина, Європи — 107 систем. Китай представлено 68 агрегатами, Японія — 34-ма, Великобританія має 25 суперкомп’ютерів, Франція — 22, Німеччина — 20.

372 суперкомп’ютера (75%) побудовані на основі процесорів Intel, 63 системи (13%) – на основі AMD Opteron, 58 машин — на процесорах IBM Power. У 58 машинах використовуються графічні прискорювачі або сопроцесори, причому 53 з них — чіпи NVidia, по два AMD Radeon та Cell, один Intel MIC.

Китайська загроза

Сьогодні у американців викликає обережну стурбованість навіть не Tianhe-1A, фактично створений на технологіях з США, який раптово увірвався на перше місце у 2010 році. У жовтні 2011 року Китай офіційно представив свій новий суперкомп’ютер Sunway BlueLight MPP, який хоч і не потрапив до десятки (26 місце, 7,95 петафлопс у тесті Linpack, 10,7 петафлопс пікової продуктивності).

Стурбованість викликає, звичайно, не продуктивність, а той факт, що цей суперкомп’ютер побудовано повністю з розроблених та виготовлених у Китаї процесорів, а не зі звичайних чипів Intel та AMD. Більш того, з’ясувалось, що за габаритами та енергоефективністю цю машину можна порівняти з двадцяткою кращих суперкомп’ютерів світу, що свідчить про найвищий рівень інженерної думки та розвитку технологій.

Sunway BlueLight MPP складено із 1 600 процесорів ShenWei SW-3, кожен з яких має 16 ядер, основаних на 64-бітній RISC-архітектурі MIPS, тактова частота 975 МГц. За офіційною версією вважається, що мікросхеми розроблені на базі мікроархітектури Loongson/Godson, робота над якою у Китаї йде з 2001 року. За іншими даними, це продукт «зворотного інжинирінгу» американського процесора DEC Alpha.

У будь-якому випадку, на думку спеціалістів, ці чипи архітектурно на кілька поколінь відстають від сучасних американських мікросхем, але навряд чи є сумніви у тому, що китайський уряд дуже щедро профінансує розробки, щоб найближчого часу скоротити розрив.

Exascale computing

Поки що не існує усталеного перекладу цього сполучення українською мовою, але його смисл полягає у «обчисленнях масштабу екза», тобто квінтильйонів (230). Метою ініціативи Exascale computing, яку підтримало Міністерство енергетики США та Національне управління ядерної безпеки, є підвищення продуктивності  суперкомп’ютерів у тисячі разів у порівнянні із сучасним рівнем 1-15 петафлопс.

Прогноз досягнення екзафлопсу

Деякі експерти вважають, що прориву можна очікувати вже до 2020 року, але поки що існують нездоланні технічні перепони. Головна з них полягає у тому, що з ростом продуктивності системи збільшуються її габарити, енергоспоживання і, як наслідок, виділення тепла. Навіть сучасні суперкомп’ютери миттєво перетворяться на купу плавленого заліза та пластику, якщо раптом відмовить потужна система охолодження, яка більше нагадують фабрику холоду.

Цілком ймовірно, що потенціальним претендентом на звання найбільше енергоефективного комп’ютера може стати описаний вище Sunway BlueLight MPP: за офіційними даними, він споживає лише 1 мегават. Для порівняння, інший «китаєць» Tianhe-1A, побудований на американських чипах, споживає вже 4 мегавати, а американський Jaguar — більше п’яти.

При цьому продуктивність Sunway складає приблизно 74% відсотків від потужності Jaguar, що дає колосальну економію експлуатаційних витрат, які досягають мільйона доларів на рік на один мегават тільки на електроенергію. Японський K Computer споживає близько 12,65 МВт, що означає майже 13 мільйонів доларів на рік.

Між тим, стрибок масштабу «екза» до 2020 року дійсно є необхідним, якщо брати до уваги обсяги даних, з якими ми будемо мати справу до цього часу. Судіть самі: ще у 2004 році загальний обсяг даних, які зберігались онлайн, оцінювався приблизно у п’ять екзабайт.

Вже у 2009 році обсяги щомісячних даних, які завантажувались, складали таку ж цифру. Сьогодні щомісячний обсяг даних складає близько 21 екзабайту. І це без урахування даних, які надходять з інших мереж та джерел — банківських карткових мереж, супутникових систем стеження за погодою та безлічі інших! Перетворити ці грандіозні потоки даних у корисну інформацію здатні лише суперкомп’ютери.

Одним із способів кардинально підвищити продуктивність обчислень може стати використання нетрадиційних для суперкомп’ютерів конструкцій, компонентів та матеріалів. Наприклад, у Суперкомп’ютерному центрі Сан-Дієго було побудовано машину під назвою Gordon з використанням флеш-пам’яті, а точніше, 1024 твердотільних SSD-накопичувачів Intel серії 710, здатних видавати дані на порядок швидше за звичайні жорсткі диски. У списку Top500 ця найбільша у світі «флешка» ємністю 300 трильйонів байт зараз посідає 62-гу сходинку з продуктивністю 0,28 петафлопс.

Іспанський суперкомп’ютерний центр у Барселоні має намір використовувати для побудови суперкомп’ютера у 2014 році «телефонні» процесори Tegra. Мета експерименту — знизити енергоспоживання на 4-10% у порівнянні з найкращими енергоефективними системами.

Не варто нехтувати і можливостями, які надають віртуальні «хмарні» суперкомп’ютери, які можуть отримати в оренду всі бажаючі. Компанія Amazon побудувала таку систему восени 2011 року, і зараз вона посідає 72-гу сходинку Top500. У мережу Amazon входить так багато центрів обробки даних, розташованих по всьому світу, що їх сукупної потужності вистачить для надання «хмарних» суперкомп’ютерних послуг безлічі сторонніх компаній.

Так чи інакше, володіння суперкомп’ютерами необхідне кожній сучасній державі. Тому особливо сумно бачити відсутність українських машин у списку п’ятисот найкращих суперкомп’ютерів світу.

Теги: Amazon, AMD, Cray, Godson, IBM, Intel, K Computer, Linpack, NVidia, Top500, графічні прискорювачі, енергоефективність, Ломоносов, суперкомп'ютер, технології

Матеріали за темою:

Коментарі