Надпревара за петафлопси

Изчислителната мощ на съвременните компютри се увеличава почти на ежедневна база и постепенно ние се оказваме обградени от все по-мощни лаптопи, смартфони, игрови конзоли и други устройства. Геймърските лаптопи вече по нищо не отстъпват на настолните компютри и дори телефоните започват да разполагат с технологиите, необходими за подкарване на нови игри или приложения за виртуална реалност.

Върхът на тази класация по производителност обаче си остава недостижим за крайните потребители и винаги ще е запазена територия за суперкомпютрите. Това са мощни изчислителни комплекси, най-често с големината на конферентни зали, които обикновено са собственост на водещи университети, технологични корпорации, отбранителни или енергийни ведомства на най-развитите страни в света. Тези

изчислителни колоси

имат важно значение за редица научни области, защото само с тяхна помощ могат да бъдат решени множество ключови проблеми във физиката и астрономията, биологията и медицината, енергетиката и редица други сфери.

Това е една територия, на която САЩ от години води своеобразна битка за лидерската позиция с азиатски страни и най-вече с Япония и Китай. А съвсем наскоро Америка си възвърна първото място с новия свръхмощен проект Frontier на Националната лаборатория Оук Ридж, в Тенеси. Той вече зае първото място в световната класация на суперкомпютрите Top500 с производителност от 1,1 екзафлопса. Нещо повече – неговият теоретичен връх на възможностите достига цели 2 екзафлопса, което означава, че може да прави впечатляващите два квинтилиона изчисления в секунда. Един квинтилион от своя страна е равен на 10 на осемнадесета степен. Ако и от това не ви е станало напълно ясно какви са възможностите на Frontier, то той е способен за една секунда да извърши изчисления, за които на всички хора на Земята ще им трябват цели четири години. Това на практика е първият суперкомпютър в историята, който достига производителност от над 1 екзафлопс. За сравнение при досегашните проекти този показател се измерваше в петафлопсове. Тези числа не са самоцел и се очаква машината да има важно значение за решаване на някои от най-предизвикателните въпроси на нашето време.

Работата по проекта е започнала още в разгара на COVID-19 пандемията и многократно е забавяна заради нарушенията в международните вериги за доставки на редица компоненти. Над 100 специалисти са взели участие в изграждането на суперкомпютъра, включително по координацията на доставките, инсталирането, внедряването и тестването на всички изчислителни елементи, разделени в 74 HPE Cray EX шкафа. Комплексът включва над 9400 изчислителни възела, обезпечени с AMD оборудване, както и над 140 км мрежови кабели.

Какво предстои?

Към момента Frontier все още е в процес на интеграция и тестване, след което управлението му ще бъде поето от Военно-въздушните сили и Министерството на енергетиката на САЩ. Проектът обаче вече успя да се нареди на първа позиция в световната класация, измествайки от там японската ARM A64X система Fugaku, която беше лидер в продължение на две години. Нейният изчислителен капацитет е 442 петафлопса, което е над два пъти по-малко от новия фаворит.

На трето място в класацията също има нов играч – HPE Cray EX системата LUMI, която е изградена във Финландия и е с производителност 151,9 петафлопса, а челната петица се допълва от Summit, проект, създаден от IBM също в Тенеси, САЩ, и Sierra – система на Националната лаборатория Лоурънс Ливърмор в САЩ, които са с производителност съответно 148.8 и 94.6 петафлопса.

Китай, който преди време имаше амбиции за глобално лидерство при суперкомпютрите, сега е с два проекта в челната десетка. Това са Sunway TaihuLight на китайския Национален изследователски център по паралелно компютърно инженерство и технологии, който е на шесто място с 93 петафлопса, и Tianhe-2A (Млечен път-2A) на Националния университет по отбранителни технологии, заемащ девето място с производителност 61.4 петафлопса.

Този развой е изненадващ за някои анализатори, защото Поднебесната империя инвестира значителни средства в почти всички перспективни технологични области – от квантовите мрежи, през изкуствения интелект, до космическите изследвания. И очакванията бяха суперкомпютрите скоро да се окажат поредният сегмент, в който тя ще се наложи като лидер. Това, разбира се, все още е възможно, още повече че Китай е с най-много машини в списъка Top500 – общо 173, следвана от САЩ - със 126. Двете супер сили реално притежават близо 2/3 от всички проекти в класацията.

Друг интересен извод е, че сред производителите на изчислително оборудване AMD изглежда предпочитана компания. Новият лидер Frontier използва трето поколение AMD EPYC процесори, а с такива са също третият в класацията LUMI, седмият Permutter и осмият – Selene.

Важна победа и за околната среда

Освен най-производителният, Frontier е и най-енергийно ефективният суперкомпютър. Той вече оглави и друга важна класация – Green500, която оценява потреблението на енергия спрямо изчислителния капацитет. Фактът, че най-бързата машина в света е и най-енергийно ефективната, дава сериозни надежди за бъдещото устойчиво развитие на информационните технологии.

Очакванията

от новия проект Frontier са огромни. Областите, в които се очаква той да окаже важно влияние, са десетки – от енергетиката и икономиката, през отбраната и националната сигурност, до изследвания на ракови клетки, коронавируса, свръхновите, както и атомната структура на елементите. Очаква се с негова помощ да бъдат решени редица научни проблеми, чието решаване само преди пет години беше невъзможно. Още повече че съвременните суперкомпютри не просто са по-мощни, но и много по-усъвършенствани. А в добавка, те се използват с помощта на много по-напреднали алгоритми за машинно обучение (machine learning), което е друг важен аспект от работата на този тип системи.

Текстът е част от бр. 109 на сп. „Икономика“. Публикува се в Economic.bg по силата на партньорско споразумение между двете медии.