Exascale computing

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 29. listopadu 2020; kontroly vyžadují 26 úprav .

Exascale computing neboli ( Exascale supercomputer , exascale , exascale ) je termín, který označuje superpočítače s výkonem řádově jeden ex flops ( exaFLOPS ) a iniciativy 21. století k jejich vytvoření. Tento výkon je tisíckrát vyšší než u systémů třídy petaflop, které se objevily v roce 2008 [1] . Jeden exaflops se rovná tisíci petaflopů , miliardě miliard (10 18 ) operací s pohyblivou řádovou čárkou za sekundu (obvykle počítá operace s čísly v 64bitovém formátu IEEE 754 ).

Výkon superpočítače Exascale byl dosažen v roce 2022. První exascale superpočítač na světě a nejvýkonnější superpočítač na světě, Frontier , má uváděný výkon 1 102 exaflops a špičkový výkon 1 686 exaflops s průměrnou spotřebou energie asi 21,1 MW. [2] [3] [4] .

Konstrukce systémů exascale se stala důležitým úspěchem v počítačovém inženýrství.

Historie

Iniciativu podporují dvě americké vládní agentury – Ministerstvo energetiky USA a Národní úřad pro jadernou bezpečnost [5] . Technologie získané z této iniciativy by byly užitečné v různých oblastech výzkumu náročného na výpočetní techniku, včetně základních věd, technických věd, geověd, biologie, věd o materiálech, energetiky a národní bezpečnosti [6] .

V roce 2012 Spojené státy vyčlenily 126 milionů dolarů na program na vytvoření systémů exascale [7] [8] . V roce 2014 odhadl zástupce kanceláře AV ČR ( Advanced Scientific Computing Research ) Ministerstva energetiky USA , že do roku 2023 by mohl vzniknout exascale superpočítač [9] .  

V Evropské unii existují tři projekty na vývoj hardwarových a softwarových technologií pro exascale superpočítače:

Koncem roku 2000 různí autoři předpovídali možnou konstrukci exaškálových systémů nejdříve v letech 2018–2020 [13] .

V Japonsku Institut RIKEN (Advanced Institute for Computational Science) za účasti Fujitsu plánoval do roku 2020-2021 vytvořit exascale systém se spotřebou energie maximálně 30 MW [14] [15] [9] .

V roce 2014 pozorování stagnace superpočítačového průmyslu a žebříček světových superpočítačů Top 500 vedlo některé novináře k pochybnostem o proveditelnosti programů exascale do roku 2020 [ 16] .

V prosinci 2014 americká zpravodajská agentura IARPA oznámila poskytnutí víceletého financování společnostem IBM, Raytheon BBN a Northrop Grumman v rámci programu „Cryogenic Computer Complexity“ („kryogenní počítačové struktury“), který zahrnuje vývoj technologií pro stavbu superpočítačů. pomocí supravodivých logických prvků , s potenciálním výstupem na úroveň exaflop [17] [18] .

Plány oznámila i Čína [19] .

Do roku 2021 plánují Intel a Cray Corporation vybudovat první americký exascale systém s názvem Aurora pro Argonne National Laboratory amerického ministerstva energetiky [20] [21] .

Problémy a úkoly

Pro vytvoření exascale systémů je nutné vyřešit mnoho problémů jak ze strany softwaru (vytvořit programy, které efektivně běží na milionech jader), tak ze strany hardwaru [22] . Například konvenční počítačová paměť vyvinutá do roku 2014 by mohla spotřebovat několik až desítky megawattů na každých 100 PB/s celkové šířky pásma [23] .

Pro efektivní programování aplikací na exascale superpočítačích (stovky tisíc řídicích vláken využívajících miliony procesorových jader, operace s   pohyblivou řádovou čárkou za sekundu) vytvořili specialisté IBM Research programovací jazyk X10 [24] . Objektově orientovaný jazyk se statickým typováním, podpora paralelismu na úrovni jazyka, vazba výpočetních úloh ( aktivit ) na výpočetní jádra ( místa ), bariérová synchronizace úloh ( hodiny ), podpora paralelních smyček, podpora vícerozměrných distribuovaných přes pole výpočetních uzlů a strukturální typy asynchronní sdílený globální adresní prostor [25] (programátor přistupuje k prvkům pole distribuovaným v paměti RAM různých výpočetních uzlů, jako by se pole nacházelo v paměti RAM jednoho počítače, kompilátor sám organizuje serializaci, deserializaci a přenos dat mezi výpočetními uzly, zajišťuje atomičnost operací přístupu k datům). Kód X10 lze zkompilovat do kódu Java (Managed X10 mode) nebo C++ (Native X10 mode) [26] , což umožňuje jak vytvářet aplikace pro superpočítače, tak v případě potřeby používat programovací jazyk X10 mimo oblast vysoce výkonných výpočetní technika pro vývoj vícevláknových aplikací pro osobní počítače.

Úspěchy v roce 2020

Podle webu "Top 500" :

Došlo však k několika významným změnám v top 10, včetně dvou nových systémů, stejně jako nové špičkové značky, kterou stanovil špičkový superpočítač Fugaku. S dalším hardwarem zvýšilo fugaku svůj výkon HPL na 442 petaflopů, což je mírný nárůst oproti 416 petaflopům, kterých systém dosáhl při svém debutu v červnu 2020. Ještě důležitější je, že Fugaku zvýšil svůj výkon v novém benchmarku HPC-AI se smíšenou přesností na 2,0 exaflops, čímž překonal svou značku 1,4 exaflops před šesti měsíci. Představují první referenční měření nad jedním exaflopem pro jakoukoli přesnost na jakémkoli typu zařízení.

— Údaje o webu top500.org – 56. vydání TOP500 ze dne 16. listopadu 2020

Poznámky

  1. ↑ Národní rada pro výzkum Spojených států. Potenciální dopad špičkové výpočetní techniky na čtyři ilustrativní oblasti vědy a techniky  . - The National Academies, 2008. - S. 11. - ISBN 978-0-309-12485-0 .
  2. ↑ červen 2022 | TOP 500 . Získáno 6. června 2022. Archivováno z originálu 9. června 2022.
  3. ↑ Superpočítač Frontier debutuje jako nejrychlejší na světě a překonává bariéru exascale | ORNL . www.ornl.gov . Získáno 2. června 2022. Archivováno z originálu dne 1. června 2022.
  4. ↑ Superpočítače Exascale. 1 obrysy architektury
  5. ↑ Exascale Computing vyžaduje čipy, energii a peníze . Wired.com (8. února 2008). Získáno 18. prosince 2009. Archivováno z originálu dne 4. května 2012.
  6. ↑ Vědecké vyhlídky a přínosy Exascale Computing . Národní laboratoř Oak Ridge . Získáno 18. prosince 2009. Archivováno z originálu dne 4. května 2012.
  7. ↑ Obama rozpočet zahrnuje 126 milionů dolarů na Exascale Computing . Archivováno z originálu 24. února 2011.
  8. ↑ Exaflops pro Obamu | otevřené systémy. DBMS | Nakladatelství "Otevřené systémy" . Získáno 8. září 2018. Archivováno z originálu 8. září 2018.
  9. ↑ 1 2 Patrick Thibodeau . Exascale superpočítač do roku 2023. , č. 32 , Computerworld Russia (14. prosince 2014). Archivováno z originálu 8. září 2018. Staženo 8. září 2018.
  10. ↑ Europe Gears Up pro Exascale Software Challenge s projektem 8,3 milionů Euro CRESTA . Projektové konsorcium (14. listopadu 2011). Získáno 10. prosince 2011. Archivováno z originálu 23. prosince 2011.
  11. ↑ Booster pro superpočítače nové generace Zahájení evropského exascale projektu DEEP . FZ Julich (15. listopadu 2011). Získáno 10. prosince 2011. Archivováno z originálu 3. září 2014.
  12. ↑ Projekt Mont-Blanc stanoví cíle Exascale . Projektové konsorcium (31. října 2011). Získáno 10. prosince 2011. Archivováno z originálu 5. prosince 2011.
  13. ↑ Vědci a IT komunita čekají na exascale počítače . Computerworld (7. prosince 2009). Datum přístupu: 18. prosince 2009. Archivováno z originálu 12. prosince 2009.
  14. ↑ Proč mohou USA prohrát závod o exascale Archivováno 3. září 2014 na Wayback Machine // Computerworld, Patrick Thibodeau, 22. listopadu 2013
  15. ↑ Tim Hornyak . Japanese Exascale , č. 25 , Computerworld Russia (13. října 2014). Archivováno z originálu 8. září 2018. Staženo 8. září 2018.
  16. ↑ Stagnace superpočítačů: Nový seznam nejrychlejších počítačů světa vrhá stín na exascale do roku 2020 Archivováno 28. srpna 2014 na Wayback Machine , extremetech.com, 24. června 2014
  17. ↑ Americká agentura intel si klade za cíl vyvinout supravodivý počítač (nedostupný odkaz) . Reuters (3. prosince 2014). Datum přístupu: 3. prosince 2014. Archivováno z originálu 16. prosince 2014. 
  18. ↑ Americká národní rozvědka objednala superpočítač založený na supravodičích Lenta.ru (8. prosince 2014). Archivováno z originálu 11. prosince 2014. Staženo 11. prosince 2014.
  19. ↑ Čína postaví exascale počítač do roku 2020 | počítačový svět online | Nakladatelství "Otevřené systémy" . Získáno 8. září 2018. Archivováno z originálu 9. září 2018.
  20. ↑ Anl_Rgb (downlink) . Staženo 4. dubna 2019. Archivováno z originálu 4. dubna 2019. 
  21. ↑ Cesta k Exascale končí velkými novinkami (odkaz není k dispozici) . Staženo 20. dubna 2019. Archivováno z originálu 20. dubna 2019. 
  22. ↑ Archivovaná kopie . Získáno 8. září 2018. Archivováno z originálu 9. září 2018.
  23. ↑ Joel Hruška . Zapomeňte na Moorův zákon: Horká a pomalá DRAM je hlavní překážkou pro exascale a dále , Extremetech  ( 14. července 2014). Archivováno z originálu 2. února 2017. Staženo 29. ledna 2017.
  24. ↑ Programovací jazyk X10 . x10-lang.org . Získáno 2. června 2022. Archivováno z originálu dne 24. května 2022.
  25. ↑ Programování APGAS v X10 . x10-lang.org . Získáno 2. června 2022. Archivováno z originálu 2. června 2022.
  26. ↑ X10 2.6.2 Specifikace jazyka . — 2019. Archivováno 21. června 2022 na Wayback Machine

Odkazy