Următorul pas: computerele exascale, așteptat să ajungă până în 2020

Dacă creșterea vitezelor supercomputerelor va continua la ritmul actual, vom vedea prima mașină exascală până în 2020, Componentele de top 500 ale celor mai rapide sisteme din lume

Arhitecții de sisteme de computere atât de mari vor întâmpina însă o serie de probleme critice, avertizează un deținător al listei

"Provocările vor fi importante pentru livrarea mașinii". a declarat Jack Dongarra, o Universitatea din Tennessee, Knoxville, cercetător care este unul dintre principalii din spatele Top500. Dongarra a vorbit la conferința SC2012, care a avut loc săptămâna aceasta în Salt Lake City, în timpul unei prezentări despre ultima ediție a listei, lansată săptămâna trecută.

Încă mai avem o modalitate de a merge înainte ca performanța exascală să fie posibilă. O masina exascala ar fi capabila de un quintilion FLOPS (operatiuni cu puncte in virgula pe secunda), sau 10 la FLOPS 18. Chiar și cele mai rapide supercomputere de astăzi oferă mai puțin de 20% din capacitatea unei mașini exascale.

Top500

Înălțimi noi

În cea mai recentă ediție a Top 500 de supercomputere, lansat luni, cel mai rapid computer de pe listă a fost Sistemul Titan al Laboratorului Național Oak Ridge, o mașină capabilă să execute 17.59 petaflopi. Un petaflop este un calcule cu cvadrilioane de virgulă mobilă pe secundă sau 10 la FLOPS 15.

Dar fiecare nou Top500 - lista care este compilată de două ori pe an - arată cât de repede crește viteza supercomputerelor. Judecând de pe listă, supercomputerele par a câștiga zece ori puterea la fiecare zece ani. În 1996, primul computer teraflop a apărut pe Top500, iar în 2008, primul computer petaflop a apărut pe listă. Extrapolând din această rată de progres, Dongarra estimează că calculul exascal ar trebui să ajungă în jurul anului 2020.

Comunitatea de înaltă performanță (HPC) a preluat calculul exascal ca o piatră de hotar majoră. Intel a creat o linie de procesoare masiv multicore, numită Phi, pe care compania speră că ar putea servi drept bază pentru computerele exascale care ar putea fi difuzate până în 2018.

În discuția sa, Dongarra a schițat caracteristicile unei mașini exascale. O astfel de mașină va avea undeva între 100.000 și 1.000.000 de noduri și va putea executa până la un miliard de fire în orice moment. Performanța nodului individual ar trebui să fie cuprinsă între 1,5 și 15 teraflopi și interconexiunile vor trebui să aibă debite de 200-400 gigaocteți pe secundă.

Producătorii de supercomputere vor trebui să construiască mașinile astfel încât costul și consumul lor de energie să nu crească liniar impreuna cu performanta, ca nu cumva sa creasca prea scump pentru a cumpara si a alerga, a spus Dongarra. O mașină exascală ar trebui să coste aproximativ 200 de milioane de dolari și să utilizeze doar aproximativ 20 de megawați sau aproximativ 50 de gigaflopi pe watt.

Dongarra se așteaptă ca jumătate din costul construirii unui astfel de calculator să fie destinat pentru a cumpăra memorie pentru sistem. Judecând de foile de parcurs ale producătorilor de memorie, Dongarra a estimat că 100 de milioane de dolari ar achiziționa între 32 petabytes și 64 de petabytes de memorie până în 2020.

Top500

Provocarea software

Pe lângă provocările hardware, designerii supercomputerelor exascale de asemenea, lupta cu probleme de software. O problemă va fi sincronizarea, a spus Dongarra. Mașinile de astăzi trec sarcinile printre mai multe noduri diferite, deși această abordare trebuie să fie simplificată pe măsura creșterii numărului de noduri.

"Astăzi, modelul nostru de procesare paralelă este un model fork / join, dar nu puteți face acest lucru la [nivelul exascal al unui paralelism, trebuie să ne schimbăm modelul, trebuie să fim mai sincroni ", a spus Dongarra. Pe aceleași linii, trebuie dezvoltate algoritmi care reduc cantitatea de comunicare globală între noduri.

Trebuie luați în considerare și alți factori. Software-ul trebuie să vină cu rutine încorporate pentru optimizare. "Nu putem să ne bazăm pe utilizatorii care stabilesc butoanele și butoanele corecte pentru a obține software-ul să funcționeze oriunde în zona de vârf", a spus Dongarra. Rezistența la defecțiuni va fi o altă caracteristică importantă, la fel ca și reproductibilitatea rezultatelor sau garanția că un calcul complex va produce același răspuns atunci când este executat mai mult decât o dată.

Reproductibilitatea poate părea o trăsătură evidentă pentru un computer. Dar, de fapt, poate fi o provocare pentru calculele uriașe ale supercomputerelor multinode.

"Din punctul de vedere al metodelor numerice, este dificil să se garanteze reproductibilitatea biților", a spus Dongarra. "Problema principală este să faci o reducere - o însumare a cifrelor în paralel.Dacă nu pot garanta ordinea în care acele numere se întâlnesc, voi avea diferite erori de rotunjire.Această mică diferență poate fi mărită într-un mod care poate provoca răspunsuri divergente catastrofale ", a spus el.

" Trebuie să găsim un scenariu în care să putem garanta ordinea în care se fac aceste operațiuni, astfel încât să putem garanta că avem aceleași rezultate, A spus Dongarra.

Joab Jackson acoperă programele de software pentru întreprinderi și tehnologiile generale de ultimă oră pentru Serviciul de știri IDG. Urmăriți-l pe Joab pe Twitter la @ Joab_Jackson. Adresa de e-mail a lui Joab este [email protected]