Exascale laskenta

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 29.11.2020 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 26 muokkausta .

Exascale computing tai ( Exascale supercomputer , exascale , exascale ) on termi, joka viittaa supertietokoneisiin, joiden suorituskyky on luokkaa yksi ex flops ( exaFLOPS ), ja 2000-luvun aloitteita niiden luomiseksi. Tämä suorituskyky on tuhat kertaa korkeampi kuin vuonna 2008 ilmestyneillä petaflop-luokan järjestelmillä [1] . Yksi exaflops vastaa tuhatta petaflopsia , miljardi miljardia (10 18 ) liukulukuoperaatiota sekunnissa (tavallisesti lasketaan operaatiot numeroille 64-bittisessä IEEE 754 -muodossa ).

Exascale-supertietokoneen suorituskyky saavutettiin vuonna 2022. Maailman ensimmäisen eksakokoisen supertietokoneen ja maailman tehokkaimman supertietokoneen Frontierin väitetty suorituskyky on 1 102 exaflopsia ja huippusuorituskyky 1 686 exaflopsia keskimääräisen virrankulutuksen ollessa noin 21,1 MW. [2] [3] [4] .

Exascale-järjestelmien rakentamisesta on tullut tärkeä saavutus tietokonetekniikassa.

Historia

Aloitetta tukee kaksi Yhdysvaltain hallituksen virastoa - Yhdysvaltain energiaministeriö ja National Nuclear Security Administration [5] . Tästä aloitteesta saadut tekniikat olisivat hyödyllisiä useilla laskennallisesti intensiivisillä tutkimusalueilla, mukaan lukien perustieteet, tekniikan tieteet, geotieteet, biologia, materiaalitieteet, energia ja kansallinen turvallisuus [6] .

Vuonna 2012 Yhdysvallat myönsi 126 miljoonaa dollaria ohjelmaan, joka luotiin exascale-järjestelmiä [7] [8] . Vuonna 2014 Yhdysvaltain energiaministeriön ASCR -toimiston ( Advanced Scientific Computing Research ) edustaja arvioi, että vuoteen 2023 mennessä voitaisiin luoda eksakokoinen supertietokone [9] .  

Euroopan unionissa on kolme hanketta kehittää laitteisto- ja ohjelmistoteknologioita eksakokoisille supertietokoneille:

Eri tekijät ennustivat 2000-luvun lopulla mahdollista eksaasteikkojärjestelmien rakentamista aikaisintaan vuosina 2018–2020 [13] .

Japanissa RIKEN (Advanced Institute for Computational Science) -instituutti Fujitsun kanssa aikoi luoda exascale-järjestelmän vuosiin 2020-2021 mennessä, jonka energiankulutus on enintään 30 MW [14] [15] [9] .

Vuonna 2014 havaittu supertietokoneteollisuuden pysähtyneisyys ja maailman top500 - supertietokoneiden sijoitus sai jotkut toimittajat epäilemään exascale-ohjelmien toteutettavuutta vuoteen 2020 mennessä [16] .

Joulukuussa 2014 Yhdysvaltain tiedustelupalvelu IARPA ilmoitti monivuotisen rahoituksen myöntämisestä IBM:lle, Raytheon BBN:lle ja Northrop Grummanille "Cryogenic Computer Complexity" -ohjelmassa ("Cryogenic computer structures"), joka sisältää supertietokoneiden rakentamiseen tarvittavien teknologioiden kehittämisen. käyttäen suprajohtavia logiikkaelementtejä , joilla on mahdollinen poistuminen exaflop-tasolle [17] [18] .

Kiina ilmoitti myös suunnitelmistaan ​​[19] .

Vuoteen 2021 mennessä Intel ja Cray Corporation suunnittelevat rakentavansa ensimmäisen yhdysvaltalaisen eksaasteikkojärjestelmän nimeltä Aurora Yhdysvaltain energiaministeriön Argonnen kansalliseen laboratorioon [20] [21] .

Ongelmia ja tehtäviä

Exascale-järjestelmien luomiseksi on tarpeen ratkaista monia ongelmia sekä ohjelmistopuolelta (luoda ohjelmia, jotka toimivat tehokkaasti miljoonilla ytimillä) että laitteistopuolelta [22] . Esimerkiksi vuoteen 2014 mennessä kehitetty perinteinen tietokoneen muisti voisi kuluttaa muutamasta kymmeniin megawatteihin jokaista 100 PB/s kokonaiskaistanleveyttä kohden [23] .

Sovellusten tehokasta ohjelmointia varten exascale-supertietokoneissa (sadat tuhannet ohjaussäikeet käyttävät miljoonia prosessointiytimiä,   liukulukuoperaatiot sekunnissa) IBM Researchin asiantuntijat loivat X10-ohjelmointikielen [24] . Oliokieli, staattisella kirjoituksella, kielitason tuki tehtäväpohjaiselle rinnakkaisuudelle, laskennallisten tehtävien ( toimintojen ) sitominen laskennallisiin ytimiin ( paikkoihin ), tehtävien estesynkronointi ( kellot ), tuki rinnakkaisille silmukoille, tuki moniulotteisille hajautetuille laskennallisten solmujen taulukoiden ja rakennetyyppien yli asynkroninen jaettu globaali osoiteavaruus [25] (ohjelmoija käyttää taulukon elementtejä, jotka on jaettu eri laskentasolmujen RAM-muistiin ikään kuin matriisi sijaitsisi yhden tietokoneen RAM-muistissa, kääntäjä itse järjestää serialisoinnin, deserialisoinnin ja tiedonsiirron laskentasolmujen välillä, varmistaa tiedonhakutoimintojen atomisuuden). X10-koodi voidaan kääntää Java-koodiksi (Managed X10 mode) tai C++ (Native X10 mode) [26] , jonka avulla voit sekä luoda sovelluksia supertietokoneille että käyttää haluttaessa X10-ohjelmointikieltä korkean suorituskyvyn kentän ulkopuolella. tietojenkäsittely monisäikeisten sovellusten kehittämiseksi henkilökohtaisille tietokoneille.

Saavutukset vuonna 2020

Sivuston "Top 500" mukaan :

Top 10:een on kuitenkin tehty useita merkittäviä muutoksia, mukaan lukien kaksi uutta järjestelmää sekä uusi huippuluokan Fugaku Supercomputer -supertietokone. Lisälaitteiston myötä fugaku nosti HPL-suorituskykynsä 442 petaflopsiin, mikä on vaatimaton lisäys järjestelmän saavuttamaan 416 petaflopsiin, kun se debytoi kesäkuussa 2020. Vielä tärkeämpää on, että Fugaku paransi suorituskykyään uudessa sekatarkkuus-HPC-AI-vertailussa 2,0 exaflopsiin, ylittäen kuuden kuukauden takaisen 1,4 exaflops-rajan. Ne edustavat ensimmäisiä vertailumittauksia yhden eksaflopin yläpuolella minkä tahansa tyyppisten laitteiden tarkkuuden osalta.

— Sivustotiedot top500.org – TOP500:n 56. numero, 16.11.2020

Muistiinpanot

  1. ↑ Yhdysvaltain kansallinen tutkimusneuvosto. Huippuluokan tietojenkäsittelyn mahdollinen vaikutus neljään kuvaavaan tieteen ja tekniikan alaan  . - The National Academies, 2008. - S. 11. - ISBN 978-0-309-12485-0 .
  2. ↑ Kesäkuu 2022 | TOP500 . Haettu 6. kesäkuuta 2022. Arkistoitu alkuperäisestä 9. kesäkuuta 2022.
  3. ↑ Frontier-supertietokone debytoi maailman nopeimpana ja murtaa eksascale-esteen | ORNL . www.ornl.gov . Haettu 2. kesäkuuta 2022. Arkistoitu alkuperäisestä 1. kesäkuuta 2022.
  4. ↑ Exascale-supertietokoneet. 1 arkkitehtuurin ääriviivat
  5. ↑ Exascale-laskenta vaatii siruja, tehoa ja rahaa . Wired.com (8. helmikuuta 2008). Haettu 18. joulukuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 4. toukokuuta 2012.
  6. ↑ Exascale Computingin tieteen näkymät ja hyödyt . Oak Ridgen kansallinen laboratorio . Haettu 18. joulukuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 4. toukokuuta 2012.
  7. ↑ Obaman budjetti sisältää 126 miljoonaa dollaria Exascale Computingiin . Arkistoitu alkuperäisestä 24. helmikuuta 2011.
  8. ↑ Exaflops Obamalle | avoimet järjestelmät. DBMS | Kustantaja "Avoimet järjestelmät" . Haettu 8. syyskuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 8. syyskuuta 2018.
  9. ↑ 1 2 Patrick Thibodeau . Exascale-supertietokone vuoteen 2023 mennessä. , nro 32 , Computerworld Russia (14. joulukuuta 2014). Arkistoitu alkuperäisestä 8. syyskuuta 2018. Haettu 8.9.2018.
  10. ↑ Eurooppa valmistautuu Exascale-ohjelmistohaasteeseen 8,3 miljoonan Euro CRESTA -projektin avulla . Hankekonsortio (14. marraskuuta 2011). Haettu 10. joulukuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 23. joulukuuta 2011.
  11. ↑ Booster seuraavan sukupolven supertietokoneille Aloitus eurooppalaiselle exascale-projektille DEEP . FZ Julich (15. marraskuuta 2011). Haettu 10. joulukuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 3. syyskuuta 2014.
  12. ↑ Mont-Blanc-projekti asettaa Exascale-tavoitteet . Projektikonsortio (31. lokakuuta 2011). Haettu 10. joulukuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 5. joulukuuta 2011.
  13. ↑ Tutkijat, IT-yhteisö odottavat eksakokoisia tietokoneita . Computerworld (7. joulukuuta 2009). Käyttöpäivä: 18. joulukuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 12. joulukuuta 2009.
  14. ↑ Miksi Yhdysvallat voi hävitä kilpailun eksamittakaavaan Arkistoitu 3. syyskuuta 2014 Wayback Machinessa // Computerworld, Patrick Thibodeau, 22. marraskuuta 2013
  15. ↑ Tim Hornyak . Japanilainen Exascale , nro 25 , Computerworld Russia (13. lokakuuta 2014). Arkistoitu alkuperäisestä 8. syyskuuta 2018. Haettu 8.9.2018.
  16. ↑ Supertietokoneiden pysähtyneisyys: Uusi luettelo maailman nopeimmista tietokoneista varjostaa eksaasteikkoa vuoteen 2020 mennessä . Arkistoitu 28. elokuuta 2014 Wayback Machinessa , extremetech.com, 24. kesäkuuta 2014
  17. ↑ Yhdysvaltain tiedustelutoimisto pyrkii kehittämään suprajohtavaa tietokonetta (linkki ei ole käytettävissä) . Reuters (3. joulukuuta 2014). Käyttöpäivä: 3. joulukuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 16. joulukuuta 2014. 
  18. ↑ Yhdysvaltain kansallinen tiedustelupalvelu tilasi suprajohtimiin perustuvan supertietokoneen Lenta.ru (8. joulukuuta 2014). Arkistoitu alkuperäisestä 11. joulukuuta 2014. Haettu 11. joulukuuta 2014.
  19. ↑ Kiina rakentaa eksakokoisen tietokoneen vuoteen 2020 mennessä | tietokonemaailma verkossa | Kustantaja "Avoimet järjestelmät" . Haettu 8. syyskuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 9. syyskuuta 2018.
  20. ↑ Anl_Rgb (downlink) . Haettu 4. huhtikuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 4. huhtikuuta 2019. 
  21. ↑ Tie Exascale päättyy suuriin uutisiin (linkki ei saatavilla) . Haettu 20. huhtikuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 20. huhtikuuta 2019. 
  22. ↑ Arkistoitu kopio . Haettu 8. syyskuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 9. syyskuuta 2018.
  23. ↑ Joel Hruska . Unohda Mooren laki: Kuuma ja hidas DRAM on suuri este Exascalen ja sen pidemmälle , extremetechille  ( 14. heinäkuuta 2014). Arkistoitu alkuperäisestä 2. helmikuuta 2017. Haettu 29. tammikuuta 2017.
  24. ↑ X10-ohjelmointikieli . x10-lang.org . Haettu 2. kesäkuuta 2022. Arkistoitu alkuperäisestä 24. toukokuuta 2022.
  25. ↑ APGAS-ohjelmointi X10:ssä . x10-lang.org . Haettu 2. kesäkuuta 2022. Arkistoitu alkuperäisestä 2. kesäkuuta 2022.
  26. ↑ X10 2.6.2 Kielimääritykset . — 2019. Arkistoitu 21. kesäkuuta 2022 Wayback Machinessa

Linkit