Najbrži računari: Igra superkompjuterskog prestola

Stižu novi superkompjuterski giganti koji će pripadati eksaskalnoj (exascale) generaciji, što znači da će pri obradi podataka dostići brzinu reda 1018 flopsa. Za šta će se koristiti ta „eksa“ generacija?

Počev od dalekih šezdesetih i sedamdesetih godina 20. veka, kada su se pojavili prvi superkompjuteri s nekoliko procesora, računarstvo visokih performansi prešlo je dug put i dostiglo nezamislivu brzinu obrade podataka – govori se o petaflopsima, pri čemu je 1 petaflop 1015 flopsa (floating point operations per second – broj operacija s pokretnim zarezom u sekundi). U ovoj godini na pomolu su novi superkompjuterski giganti koji će pripadati eksaskalnoj (exascale) generaciji, što znači da će pri obradi podataka dostići brzinu reda 1018 flopsa.

Pomeranje granica visokih performansi

Računarstvo visokih performansi (HPC – High Performance Computing) zasnovano je na paralelnoj obradi ogromne količine podataka. Na razvoju superkompjutera, radi se u Americi, Kini, Japanu i Evropskoj uniji. Konkurentska trka kompanija i organizacija koje se time bave često je dolazila u fazu usijanja. Odnos snaga ipak pokazuje dominaciju Amerike, mada su je 2010. na nekoliko godina skinuli s trona kineski superkompjuteri. Trenutno je najsnažniji kineski superkompjuter Sunway TaihuLight, koji se sa 125 petaflopsa nalazi na trećoj poziciji liste 500 najsnažnijih superkompjutera u svetu.

Za povratak Amerike na superkompjuterski tron, kao i za dugogodišnju vodeću poziciju, najviše zasluga imaju projekti koje je pokretalo američko Ministarstvo energetike i nacionalne laboratorije u kojima su ovi giganti locirani (ORNL – Oak Ridge National Laboratory, Argonne National Laboratory, i LLNL Lawrence Livermore National Laboratory). Od 2005. godine u Nacionalnoj laboratoriji Oak Ridge napravljeni su Jaguar, Titan i Summit i svaki od njih je bio najsnažniji superkompjuter u svoje vreme. Na poslednjoj listi najsnažnijih superkompjutera, od novembra 2018, prva dva mesta pripadaju američkim mašinama (Summit – ORNL i Sierra – LLNL), a u prvih 10 ima ih ukupno pet iz Amerike.

Bliska integracija veštačke inteligencije sa analitikom podataka, modeliranjem i simulacijom drastično će skratiti vreme otkrića automatskim prepoznavanjem uzoraka u podacima i vođenjem simulacija izvan granica tradicionalnih pristupa

Petaskalna generacija superkompjutera otpočela je 2008. godine. Najavljeno je da će za dve godine uslediti i prvi superkompjuteri eksaskalne generacije. Najpre je u martu ove godine najavljen superkompjuter Aurora, koji će računati 1 eksaflops. U očekivanju Aurore, čitava javnost bila je iznenađena u maju pojavom novog konkurenta, sistema Frontier, koji će dostići još veću brzinu – 1,5 eksaflopsa. Oba superkompjutera trebalo bi da budu u potpunosti realizovana u 2021. godini.

Aurora i Frontier

Realizacija prvog najavljenog eksaskalnog superkompjutera Aurora otpočela je marta ove godine potpisivanjem ugovora američkog Ministarstva energetike i Nacionalne laboratorije Argonne pored Čikaga sa Intel‑om kao najvećim isporučiocem čipova za data centre i kompanijom Cray, specijalizovanom za ultrabrze kompjutere. Ugovor je vredan više od 500 miliona dolara.

Dva meseca nakon toga, 7. maja, kao deo Exascale Computing Project‑a, napravljen je novi ugovor američkog Ministarstva energetike i kompanija AMD i Cray za izgradnju superkompjutera Frontier u ORNL, u državi Tenesi. Po ugovoru, u razvoj sistema i tehnologija biće uloženo više od 600 miliona dolara. Ugovor uključuje finansiranje razvoja tehnologije, nekoliko sistema za isporuku u početku projekta, glavni Frontier sistem i višegodišnju podršku sistemu.

Ova dva eksaskalna superkompjutera potvrdiće lidersku poziciju Amerike u računarstvu visokih performansi i veštačkoj inteligenciji. Aurora će biti pet puta, a Frontier 7,5 puta brži od trenutno najsnažnijeg superkompjutera u svetu Summit‑a, koji ima snagu od 200 petaflopsa (0,2 eksaflopsa). Oba sistema su proizvod iste saradnje i bazirana su na kombinaciji tradicionalnih procesora sa grafičkim procesorskim jedinicama za ubrzavanje performansi naučnih superkompjutera, pristup koji je razvio i uspešno demonstrirao ORNL (zajedno s partnerima). Razlika je u primeni procesorskih jedinica dva stara rivala – Intel‑a i AMD‑a.

Najsnažniji i najbrži

U Frontier, kao budući najsnažniji i najbrži superkompjuter, biće ugrađene nove tehnologije kompanija Cray i AMD, koje će omogućiti eksaskalnu eru superkompjutera. Nju karakterišu, kako kaže predsednik i generalni direktor Cray‑a Peter Ungaro, intenzivno radno opterećenje podacima i konvergencija modeliranja, simulacije, analitike i veštačke inteligencije u oblasti naučnih istraživanja, inženjeringa i digitalnih transformacija.

Frontier će biti sastavljen od više od stotinu Cray‑ovih novih Shasta sistema (čvorova) za superkompjutersku arhitekturu sa Slingshot tehnologijom povezivanja (mrežne strukture). Svaki čvor imaće jedan interkonekcioni mrežni port Cray Slingshot za svaku grafičku jedinicu s pojednostavljenom komunikacijom između GPU‑a i mreže, kako bi se omogućile optimalne performanse za računarstvo visokih performansi reda eksaflopsa i veštačku inteligenciju.

Čvorovi sistema bazirani su na AMD‑ovim EPYC procesorima i Radeon Instinct grafičkim jedinicama upravo dizajniranim za eksaskalno superračunarstvo. Podržavaju ubrzanje 4:1 (četiri grafičke jedinice povezuju se s jednim procesorom). Zahvaljujući tome, uz pomoć napredne veštačke inteligencije, sva ta snaga biće usmerena ka rešavanju naučnih zadataka koji zahtevaju obradu ogromne količine podataka.

U Frontier, kao budući najsnažniji i najbrži superkompjuter, biće ugrađene nove tehnologije kompanija Cray i AMD, koje će omogućiti eksaskalnu eru superkompjutera

Da bi sve te performanse bile pogodne za korišćenje, Cray i AMD zajedno dizajniraju i razvijaju poboljšane optimizovane GPU programske alate. To će uključiti nove mogućnosti u Cray programskom okruženju i AMD‑ovoj ROCm platformi (Radeon Open Compute Platform) kao softverskoj podršci za Radeon grafičke jedinice radi ubrzanja.

Zadaci eksa generacije

Očekuje se da će superkompjuteri eksa generacije biti najsnažniji superkompjuteri namenjeni naučnim primenama i inovacijama. Bliska integracija veštačke inteligencije (AI) sa analitikom podataka, modeliranjem i simulacijom drastično će skratiti vreme otkrića automatskim prepoznavanjem uzoraka u podacima i vođenjem simulacija izvan granica tradicionalnih pristupa.

Na taj način biće omogućen napredak u brojnim granama nauke, kao što su sistemska biologija, nauka o materijalima, proizvodnja energije, nacionalna i energetska sigurnost, ekonomska konkurentnost, 3D štampa i nauka o zdravstvenim podacima. Podrazumeva se i primena za istraživanje novih tehnologija veštačke inteligencije, simulacije klimatskih modela, gradivnih delova atoma, genoma i drugih važnih naučnoistraživačkih problema. Jedna od najvažnijih funkcija biće i simulacija nuklearnih eksplozija.

U naredne dve godine, do pojave Aurore i Frontier‑a, očekujemo da će eksaskalna trka oko superkompjuterskog trona iz dana u dan postajati sve intenzivnija. Dve godine su duge, u laboratorijama širom sveta se vredno radi, pa svakako ima mesta i za pojavu novih konkurenata…

Autor: Nadežda Veljković