Суперкомпьютер экзамасштаба: первые наметки

На протяжении десятилетий увеличение вычислительной мощности суперкомпьютеров на три порядка через каждые десять лет,  соответствующее закону Мура,  в США воспринимали как должное. Но после появления в 2008 году систем петамасштаба постепенно стало ясно, что совершить следующий скачок и создать в тысячу раз более мощную систему будет очень сложно.

Поначалу некоторые считали, что компьютер экзамасштаба будет построен примерно через 10 лет, то есть к 2018 году. Однако проблем становилось все больше и больше. Такому компьютеру требовалось очень много энергии, а для того, чтобы приложения могли эффективно использовать невообразимый ранее уровень параллелизма при наличии сотен миллионов процессорных ядер, нужно было искать новые подходы. Еще одна проблема заключалась в обеспечении устойчивости – возможности продолжать работу в условиях многочисленных аппаратных сбоев, сопровождающих функционирование систем такого масштаба.

Теперь выйти на указанный рубеж предполагается к 2023 году, примерно через 15 лет после появления систем петамасштаба. Один экзафлопс – это производительность, равная квинтиллиону (миллиону триллионов) операций с плавающей запятой в секунду. В тысячу раз быстрее, чем петафлопс.

Другими словами, власти намерены создать систему, которая сможет решать вычислительные задачи в 50 раз быстрее доступных сейчас суперкомпьютеров с производительностью 20 PFLOPS.

«Соединенные Штаты столкнулись сегодня с серьезными вызовами в области экономики, защиты окружающей среды и национальной безопасности, требующими срочного решения, – указывается в документе, подготовленном Министерством энергетики США для поставщиков компьютерных систем. – Над нами нависли энергетические и климатические угрозы, а также угрозы, связанные с безопасностью. Для того чтобы противостоять им, стране нужны высокопроизводительные вычислительные системы. Необходимо разрабатывать компьютеры экзамасштаба, которым отводится важнейшая роль в решении этих проблем».

Ожидается, что система такого масштаба будет потреблять 20-30 МВт электроэнергии, то есть для ее энергоснабжения придется построить небольшую электростанцию.

Финансовые затраты тоже будут соответствующими. В этом году на разработку системы экзамасштаба правительство потратит почти 300 млн долл., а в следующем году сумма расходов возрастет еще больше. Согласно планам Министерства энергетики США, общая стоимость создания системы экзамасштаба оценивается примерно в 3 млрд долл.

В деле построения суперкомпьютера с производительностью, измеряемой в экзафлопсах, США ведут соперничество с Китаем, Европой и Японией.

По словам Джека Донгарры, профессора из Университета Теннесси и одного из составителей рейтинга наиболее мощных в мире суперкомпьютеров Top500, Китай уже сейчас работает над двумя проектами по созданию систем производительностью 100 PFLOPS и в ближайшее время объявит об этом.

«В гонке проектирования систем экзамасштаба может победить любой, – добавил аналитик IDC Стив Конвей. – Трудно сказать, кто здесь окажется первым, с какими наработками он пересечет финишную черту и насколько полезным окажется предложенный им суперкомпьютер».