Эту страницу предлагается переименовать в «Экзамасштаб». |
Exascale computing или (Эксафлопсный суперкомпьютер, эксамасштаб, эксаскейл) — термин, обозначающий суперкомпьютеры с производительностью порядка одного эксафлопса (exaFLOPS), и инициативы XXI века по их созданию. Такая производительность в тысячу раз выше, чем у систем петафлопсного класса, появившихся в 2008 году[1]. Один эксафлопс равен тысяче петафлопс, миллиарду миллиардов (1018) операций над числами с плавающей точкой в секунду (обычно учитываются операции над числами в 64-битном формате IEEE 754).
Эксафлопсный уровень производительности суперкомпьютеров был достигнут в 2022 году. Первый в мире эксафлопсный суперкомпьютер и наиболее производительный в мире суперкомпьютер Frontier имеет заявленную производительность в 1,102 эксафлопс, а пиковую — 1,686 эксафлопс при среднем энергопотреблении порядка 21,1 МВт.[2][3][4].
Построение эксафлопсных систем стало важным достижением компьютерной инженерии.
История
правитьИнициатива поддержана двумя правительственными агентствами США — Министерством энергетики США и Национальным управлением по ядерной безопасности (National Nuclear Security Administration)[5]. Технологии, полученные в данной инициативе, пригодились бы в различных вычислительно-интенсивных исследовательских областях, включая фундаментальные науки, инженерные науки, науки о Земле, биологию, науки о материалах, энергетике, и национальной безопасности[6].
В 2012 году США выделили 126 млн $ на программу по созданию эксафлопсных систем[7][8]. В 2014 году представитель офиса ASCR (англ. Advanced Scientific Computing Research) минэнерго США оценил, что эксафлопсный суперкомпьютер может быть создан к 2023 году[9].
В Европейском союзе действует три проекта по развитию аппаратных и программных технологий для эксафлопсных суперкомпьютеров:
- CRESTA (Collaborative Research into Exascale Systemware, Tools and Applications),[10]
- DEEP (Dynamical ExaScale Entry Platform),[11]
- Mont-Blanc.[12]
Различные авторы прогнозировали в конце 2000-х годов возможное построение эксафлопсных систем не ранее чем в 2018—2020 годах[13].
В Японии институт RIKEN (Advanced Institute for Computational Science) планировал при участии Fujitsu создание системы эксафлопсного уровня к 2020—2021 годам с энергопотреблением не выше 30 МВт[14][15][9].
В 2014 году наблюдение за стагнацией суперкомпьютерной отрасли и рейтинга Top500 суперкомпьютеров мира привело некоторых журналистов к сомнениям в реализуемости эксафлопсных программ к 2020 году[16].
В декабре 2014 года разведывательное агентство США IARPA объявило о предоставлении многолетнего финансирования IBM, Raytheon BBN и Northrop Grumman по программе «Cryogenic Computer Complexity» («Криогенные компьютерные структуры»), которая предполагает развитие технологий построения суперкомпьютеров, использующих сверхпроводниковые логические элементы, с потенциальным выходом на уровень эксафлопса[17][18].
О планах также заявлял Китай[19].
К 2021 году корпорации Intel и Cray планировали создать первую в США экзафлопсную систему под названием Aurora для Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США[20][21].
Проблемы и задачи
правитьДля создания эксафлопсных систем требуется решить множество задач как со стороны программного обеспечения (создать программы, эффективно исполняющиеся на миллионах ядер), так и со стороны аппаратного обеспечения[22]. Например, обычная компьютерная память, разрабатывавшаяся к 2014 году могла бы потреблять от единиц до десятков мегаватт на каждые 100 ПБ/с суммарной пропускной способности[23].
Для эффективного программирования приложений на суперкомпьютерах эксафлопсного уровня (с сотнями тысяч потоков управления, использующих миллионы вычислительных ядер, операций с плавающей запятой в секунду) силами специалистов IBM Research создан язык программирования Х10[24]. Язык объектно-ориентированный, со статической типизацией, с поддержкой на уровне языка параллелизма на основе задач, привязки вычислительных задач (activities) к вычислительным ядрам (places), барьерной синхронизации задач (clocks), поддержкой параллельных циклов, с поддержкой распределенных по вычислительным узлам многомерных массивов и структурных типов, асинхронного разделенного глобального адресного пространства[25] (программист обращается к элементам распределенного в оперативной памяти различных вычислительных узлов массива так, как будто массив размещен в оперативной памяти единого компьютера, компилятор сам организует сериализацию, десериализацию и передачу данных между вычислительными узлами, обеспечивает атомарность операций обращения к данным). Код на X10 может компилироваться в код на Java (режим Managed X10) или C++ (режим Native X10)[26], что позволяет как создавать приложения для суперкомпьютеров, так и использовать язык программирования X10 при желании вне области высокопроизводительных вычислений для разработки многопоточных приложений для персональных компьютеров.
Достижения в 2020 году
правитьПо данным сайта «Топ 500»[27]:
Тем не менее, было несколько заметных изменений в топ-10, включая две новые системы, а также новую отметку highwater, установленную топ-рейтингом Суперкомпьютер Фугаку. Благодаря дополнительному оборудованию fugaku увеличила свою производительность HPL до 442 петафлопс, что является скромным увеличением по сравнению с 416 петафлопсами, достигнутыми системой, когда она дебютировала в июне 2020 года. Что еще более важно, Fugaku увеличила свою производительность на новом тесте mixed precision HPC-AI benchmark до 2,0 exaflops, превзойдя свою отметку 1,4 exaflops, зафиксированную шесть месяцев назад. Они представляют собой первые эталонные измерения выше одного exaflop для любой точности на любом типе оборудования.
— Данные сайта top500.org - 56-й выпуск TOP500 от 16 ноября 2020 года
Примечания
править- ↑ United States National Research Council. The potential impact of high-end capability computing on four illustrative fields of science and engineering (англ.). — The National Academies, 2008. — P. 11. — ISBN 978-0-309-12485-0.
- ↑ June 2022 | TOP500 . Дата обращения: 6 июня 2022. Архивировано 9 июня 2022 года.
- ↑ Frontier supercomputer debuts as world’s fastest, breaking exascale barrier | ORNL . www.ornl.gov. Дата обращения: 2 июня 2022. Архивировано 1 июня 2022 года.
- ↑ Эксафлопсные суперЭВМ. 1 контуры архитектуры
- ↑ Exascale Computing Requires Chips, Power and Money . Wired.com (8 февраля 2008). Дата обращения: 18 декабря 2009. Архивировано 4 мая 2012 года.
- ↑ Science Prospects and Benefits with Exascale Computing . Oak Ridge National Laboratory. Дата обращения: 18 декабря 2009. Архивировано 4 мая 2012 года.
- ↑ Obama Budget Includes $126 Million for Exascale Computing . Архивировано 24 февраля 2011 года.
- ↑ Экзафлопс для Обамы | Открытые системы. СУБД | Издательство «Открытые системы» . Дата обращения: 8 сентября 2018. Архивировано 8 сентября 2018 года.
- ↑ 1 2 Патрик Тибодо (2014-12-14). "Суперкомпьютер экзамасштаба — к 2023 году". № 32. Computerworld Россия. Архивировано 8 сентября 2018. Дата обращения: 8 сентября 2018.
- ↑ Europe Gears Up for the Exascale Software Challenge with the 8.3M Euro CRESTA project . Project consortium (14 ноября 2011). Дата обращения: 10 декабря 2011. Архивировано 23 декабря 2011 года.
- ↑ Booster for Next-Generation Supercomputers Kick-off for the European exascale project DEEP . FZ Jülich (15 ноября 2011). Дата обращения: 10 декабря 2011. Архивировано 3 сентября 2014 года.
- ↑ Mont-Blanc project sets Exascale aims . Project consortium (31 октября 2011). Дата обращения: 10 декабря 2011. Архивировано 5 декабря 2011 года.
- ↑ Scientists, IT community await exascale computers . Computerworld (7 декабря 2009). Дата обращения: 18 декабря 2009. Архивировано 12 декабря 2009 года.
- ↑ Why the U.S. may lose the race to exascale Архивная копия от 3 сентября 2014 на Wayback Machine // Computerworld, Patrick Thibodeau, Nov 22, 2013
- ↑ Тим Хорняк (2014-10-13). "Экзамасштаб по-японски". № 25. Computerworld Россия. Архивировано 8 сентября 2018. Дата обращения: 8 сентября 2018.
- ↑ Supercomputer stagnation: New list of the world’s fastest computers casts shadow over exascale by 2020 Архивная копия от 28 августа 2014 на Wayback Machine, extremetech.com, June 24, 2014
- ↑ US intel agency aims to develop superconducting computer . Reuters (3 декабря 2014). Дата обращения: 3 декабря 2014. Архивировано из оригинала 16 декабря 2014 года.
- ↑ "Национальная разведка США заказала суперкомпьютер на сверхпроводниках". Лента.ру. 2014-12-08. Архивировано 11 декабря 2014. Дата обращения: 11 декабря 2014.
- ↑ Китай построит компьютер экзамасштаба к 2020 году | Computerworld Online | Издательство «Открытые системы» . Дата обращения: 8 сентября 2018. Архивировано 9 сентября 2018 года.
- ↑ Anl_Rgb . Дата обращения: 4 апреля 2019. Архивировано из оригинала 4 апреля 2019 года.
- ↑ Road to Exascale Ends With Big News . Дата обращения: 20 апреля 2019. Архивировано из оригинала 20 апреля 2019 года.
- ↑ Архивированная копия . Дата обращения: 8 сентября 2018. Архивировано 9 сентября 2018 года.
- ↑ Joel Hruska (2014-07-14). "Forget Moore's law: Hot and slow DRAM is a major roadblock to exascale and beyond" (англ.). extremetech. Архивировано 2 февраля 2017. Дата обращения: 29 января 2017.
- ↑ The X10 Programming Language . x10-lang.org. Дата обращения: 2 июня 2022. Архивировано 24 мая 2022 года.
- ↑ APGAS Programming in X10 . x10-lang.org. Дата обращения: 2 июня 2022. Архивировано 2 июня 2022 года.
- ↑ X10 2.6.2 Language Specification. — 2019. Архивировано 21 июня 2022 года.
- ↑ Данные сайта top500.org — 56-й выпуск TOP500 от 16 ноябля 2020 года . Дата обращения: 29 ноября 2020. Архивировано 28 ноября 2020 года.
Ссылки
править- MPI at Exascale: Challenges for Data Structures and Algorithms. Abstract of Recent Advances in Parallel Virtual Machine and Message Passing Interface, Lecture Notes in Computer Science, Volume 5759. ISBN 978-3-642-03769-6. Springer Berlin Heidelberg, 2009, p. 3 (англ.)
- The Road to Exascale: Can Nanophotonics Help? Digital Manufacturing Report. November 22, 2011 (англ.)
- America’s Next Generation Supercomputer: The Exascale Challenge: Hearing before the Subcommittee on Energy, Committee on Science, Space, and Technology, House of Representatives, One Hundred Thirteenth Congress, First Session, Wednesday, May 22, 2013 (англ.)
- Виктор Горбунов, Георгий Елизаров, Леонид Эйсымонт, Экзафлопсные суперкомпьютеры: достижения и перспективы — Открытые системы. СУБД. № 07 2013