Суперкомпьютер экзамасштаба — к 2023 году

К 2023 году США намерены совершить очередной серьезный скачок в области суперкомпьютеров, если, конечно, намеченным планам не помешают выборы президента, которые до той поры должны пройти два раза, и четыре избирательных кампании в конгресс.

Какое, казалось бы, отношение политика имеет к суперкомпьютерам? Но дело в том, что компьютерные системы становятся все более сложными и дорогостоящими, и борьба за необходимое для их создания финансирование обещает развернуться совсем нешуточная, а конгресс совершенно не стесняется урезать расходы на научные исследования.

Поэтому политические реалии не могут не тревожить суперкомпьютерное сообщество. На состоявшейся в ноябре крупной суперкомпьютерной конференции SC14 речь шла о том, что исследователи должны учиться пропагандировать преимущества суперкомпьютеров среди все более широкой аудитории.

Темой конференции стала актуальность высокопроизводительных вычислений.

Финансирование работ по созданию суперкомпьютеров в США находится на подъеме под давлением конкурентов из Европы, Японии и Китая, которому принадлежит самый быстрый на сегодняшний день суперкомпьютер в мире. Министерство энергетики США анонсировало закупку у IBM за 325 млн долл. двух систем производительностью 150 PFLOPS. Планируется, что производительность одной из систем будет доведена до 300 PFLOPS.

По словам вице-президента IBM по вычислительным технологиям Дэйва Турека, архитектура этих систем позволяет увеличить их производительность до 500 PFLOPS, или половины экзафлопса (EFLOPS).

1 EFLOPS равен квинтильону (единице с 18 нулями) вычислительных операций в секунду. Это очередная масштабная цель в суперкомпьютерной области, но прежде системе IBM, построенной в США в 2008 году, предстоит достичь производительности в 1 PFOLPS, или 1000 TFLOPS; 1 PFLOPS равен квадрильону (единице с 15 нулями) вычислительных операций в секунду.

«В 2023 году мы должны прийти к системе экзамасштаба, – указал Уильям Хэррод, возглавляющий научно-исследовательское подразделение, которое занимается реализацией программы Advanced Scientific Computing Research Министерства энергетики США. – Соединенные Штаты уже потратили на системы следующего поколения почти 300 млн долл., но этого явно недостаточно».

Для того чтобы проект уложился в отведенные сроки, конгресс должен утвердить дополнительное финансирование. В настоящее время там относятся к этому вполне лояльно, но делать далеко идущие прогнозы Хэррод поостерегся.

Разработчикам систем экзамасштаба нужно преодолеть массу технических трудностей. Сюда относятся организация программного параллелизма при использовании сотен тысяч процессорных ядер, обеспечение устойчивой работы системы при возникновении аппаратных сбоев и доведение эффективности энергопотребления до приемлемого уровня.

Эффективность энергопотребления привлекает особое внимание. Каждый мегаватт потребляемой мощности ежегодно обходится примерно в миллион долларов. Ожидается, что мощность систем министерства энергетики производительностью 150 PFLOPS, ввод в действие которых планируется в 2017 году, составит около 10 МВт.

Как признают исследователи, задачи построения систем экзамасштаба приходится решать в условиях жесткой конкуренции между странами, но при этом нужно понимать: разработка программного стека таких систем настолько сложна, что международная кооперация просто необходима.

И если Европа придерживается примерно того же графика, что и США, то Япония объявила о намерении построить систему экзамасштаба к 2020 году. Правда, заместитель директора отделения вычислительной техники института RIKEN Акинори Йонезава указал в интервью, что на самом деле к 2020 году поставлена цель построить систему производительностью от 200 до 600 PFLOPS. Об экзафлопсе речи пока не идет.

В октябре RIKEN поручил компании Fujitsu разработать базовую архитектуру системы.

В 2008 году первую в США систему петамасштаба представила корпорация IBM. И если считать, что закон Мура по-прежнему применим к области высокопроизводительных вычислений, то систему производительностью в 1 EFLOPS следовало бы ожидать в США в 2018 году. Однако уже давно ясно: технические трудности настолько велики, что разработчики не сумеют уложиться в эти сроки.

«Для построения системы экзамасштаба нам необходимо объединить несметное количество процессоров, – пояснил Турек. – Вопрос заключается в том, что именно будет работать на всем этом великолепии и для решения каких задач предназначена система».

Сегодня для измерения производительности суперкомпьютеров, входящих в список Top500, используется эталонный тест Linpack. Но для систем экзамасштаба, по словам Турека, нужен другой критерий, определяющий производительность приложений. Первостепенное значение имеет то, какой вклад вносит компьютерная система в совершенствование окружающего нас мира.

Системы IBM, создаваемые по заказу Министерства энергетики США, должны стать важным шагом на пути к построению суперкомпьютеров экзамасштаба. «Они помогут нам уменьшить риски, – пояснил Турек. – Понятно ведь, что для достижения поставленной цели нам нужно еще очень многому научиться и внедрить очень много инноваций».