Термин «экзафлопсные вычисления» относится к вычислительным системам, способным выполнять не менее « 1018 операций двойной точности ( 64-бит) IEEE 754 (умножения и/или сложения) в секунду ( эксафлопс )»; [1] это мера производительности суперкомпьютера .
Exascale вычисления являются значительным достижением в области компьютерной инженерии : в первую очередь, они позволяют улучшить научные приложения и повысить точность прогнозов в таких областях, как прогнозирование погоды , моделирование климата и персонализированная медицина . [2] Exascale также достигает расчетной вычислительной мощности человеческого мозга на нейронном уровне, что является целью ныне несуществующего проекта Human Brain Project . [3] Была гонка за то, чтобы стать первой страной, построившей exascale компьютер, который обычно входит в список TOP500 . [4] [5] [6] [7]
В 2022 году был анонсирован первый в мире публичный экзафлопсный компьютер Frontier . [8] По состоянию на июнь 2024 года [обновлять]это самый быстрый суперкомпьютер в мире. [9]
Операции с плавающей точкой в секунду (FLOPS) являются одним из показателей производительности компьютера . FLOPS может быть записан в различных единицах измерения точности, однако стандартная единица измерения (используемая списком суперкомпьютеров TOP500 ) использует 64-битные ( формат с плавающей точкой двойной точности ) операции в секунду с использованием бенчмарка High Performance LINPACK (HPLinpack) . [10] [1]
Хотя распределенная вычислительная система преодолела барьер в 1 exaFLOPS до Frontier , эта метрика обычно относится к отдельным вычислительным системам. Суперкомпьютеры также ранее преодолели барьер в 1 exaFLOPS, используя альтернативные меры точности; опять же, они не соответствуют критериям для exascale вычислений с использованием стандартной метрики. [1] Было признано, что HPLinpack может не быть хорошим общим показателем полезности суперкомпьютера в реальном мире, однако это общий стандарт для измерения производительности. [11] [12]
Было признано, что обеспечение приложений для полного использования возможностей систем exascale-вычислений не является простой задачей. [13] Разработка приложений с интенсивным использованием данных на платформах exascale требует наличия новых и эффективных парадигм программирования и систем выполнения. [14] Проект Folding@home , первый, который преодолел этот барьер, опирался на сеть серверов, отправляющих части работы сотням тысяч клиентов с использованием сетевой архитектуры клиент-серверной модели . [15] [16]
Первый петафлопсный (10 15 FLOPS) компьютер был введен в эксплуатацию в 2008 году. [17] На конференции по суперкомпьютерам в 2009 году Computerworld спрогнозировал реализацию экзафлопсного уровня к 2018 году. [18] В июне 2014 года стагнация списка суперкомпьютеров Top500 заставила наблюдателей усомниться в возможности появления экзафлопсных систем к 2020 году. [19]
Хотя к 2018 году экзафлопсные вычисления не были достигнуты, в том же году суперкомпьютер Summit OLCF-4 выполнил 1,8 × 1018 вычислений в секунду с использованием альтернативной метрики при анализе геномной информации. [20] Команда, выполнившая это, выиграла премию Гордона Белла на конференции ACM/IEEE по суперкомпьютерам 2018 года . [ необходима ссылка ]
Барьер exaFLOPS был впервые преодолен в марте 2020 года в рамках проекта по исследованию коронавируса в распределенной вычислительной сети Folding@home . [21] [16] [22] [23] [24]
В июне 2020 года [25] японский суперкомпьютер Fugaku достиг 1,42 эксафлопс, используя альтернативный бенчмарк HPL-AI.
В 2022 году был анонсирован первый в мире публичный экзафлопсный компьютер Frontier . [8] По состоянию на июнь 2024 года [обновлять]это самый быстрый суперкомпьютер в мире. [9]
В 2008 году две правительственные организации Соединенных Штатов Америки в Министерстве энергетики США , Управление по науке и Национальное управление по ядерной безопасности , предоставили финансирование Институту передовых архитектур для разработки суперкомпьютера exascale; Национальная лаборатория Сандия и Национальная лаборатория Ок-Ридж также должны были сотрудничать в разработке проектов exascale. [26] Ожидалось, что эта технология будет применяться в различных областях исследований с интенсивными вычислениями, включая фундаментальные исследования , инженерию , науки о Земле , биологию , материаловедение , энергетические проблемы и национальную безопасность. [27]
В январе 2012 года Intel приобрела линейку продуктов InfiniBand у QLogic за 125 миллионов долларов США, чтобы выполнить свое обещание разработать технологию exascale к 2018 году. [28]
К 2012 году Соединенные Штаты выделили 126 миллионов долларов на разработку эксафлопсных вычислений. [29]
В феврале 2013 года [30] Intelligence Advanced Research Projects Activity начала программу Cryogenic Computer Complexity (C3), которая предусматривает новое поколение сверхпроводящих суперкомпьютеров , работающих на эксафлопсных скоростях на основе сверхпроводящей логики . В декабре 2014 года было объявлено о многолетнем контракте с IBM, Raytheon BBN Technologies и Northrop Grumman на разработку технологий для программы C3. [31]
29 июля 2015 года Барак Обама подписал указ о создании Национальной стратегической вычислительной инициативы, призывающей к ускоренной разработке экзафлопсной системы и финансированию исследований в области постполупроводниковых вычислений. [32] Проект экзафлопсных вычислений (ECP) надеется построить экзафлопсный компьютер к 2021 году. [33]
18 марта 2019 года Министерство энергетики США и Intel объявили, что первый суперкомпьютер exaFLOPS будет введен в эксплуатацию в Аргоннской национальной лаборатории к концу 2022 года. Компьютер под названием Aurora должен быть доставлен в Аргонн компаниями Intel и Cray (теперь Hewlett Packard Enterprise) и, как ожидается, будет использовать процессоры Intel Xe GPGPU вместе с будущим масштабируемым процессором Xeon, а его стоимость составит 600 миллионов долларов США. [34] [35]
7 мая 2019 года Министерство энергетики США объявило о контракте с Cray (теперь Hewlett Packard Enterprise) на создание суперкомпьютера Frontier в Национальной лаборатории Оук-Ридж. Ожидается, что Frontier будет полностью введен в эксплуатацию в 2022 году [36] и, имея производительность более 1,5 эксафлопс, должен стать самым мощным компьютером в мире. [37]
4 марта 2020 года Министерство энергетики США объявило о контракте с Hewlett Packard Enterprise и AMD на создание суперкомпьютера El Capitan стоимостью 600 миллионов долларов США, который будет установлен в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL). Ожидается, что он будет использоваться в первую очередь (но не исключительно) для моделирования ядерного оружия. El Capitan был впервые анонсирован в августе 2019 года, когда DOE и LLNL объявили о покупке суперкомпьютера Shasta у Cray. El Capitan будет введен в эксплуатацию в начале 2023 года и будет иметь производительность 2 exaFLOPS. Он будет использовать центральные процессоры и графические процессоры AMD, с 4 графическими процессорами Radeon Instinct на каждый процессор EPYC Zen 4, для ускорения задач искусственного интеллекта. El Capitan должен потреблять около 40 МВт электроэнергии. [38] [39]
По состоянию на ноябрь 2021 года в США находятся три из пяти самых быстрых суперкомпьютеров в мире. [40]
В мае 2022 года в США появился первый суперкомпьютер exascale. Примерно через два года, в мае 2024 года, в стране появился еще один суперкомпьютер exascale. США также стали первой страной, у которой появился хотя бы один суперкомпьютер exascale, за ней последовала Япония, которая планировала построить хотя бы один суперкомпьютер примерно в мае 2026 года. Сегодня, или по состоянию на октябрь 2024 года, это единственная страна с суперкомпьютерами exascale. [ необходима цитата ]
В Японии в 2013 году Институт передовых вычислительных наук RIKEN начал планировать создание экзафлопсной системы к 2020 году, которая должна была потреблять менее 30 мегаватт. [41] В 2014 году компания Fujitsu получила контракт от RIKEN на разработку суперкомпьютера следующего поколения, который придет на смену компьютеру K. Преемник называется Fugaku и должен иметь производительность не менее 1 экзафлопс и быть полностью готовым к работе в 2021 году. В 2015 году на Международной конференции по суперкомпьютерам Fujitsu объявила , что этот суперкомпьютер будет использовать процессоры, реализующие архитектуру ARMv8 с расширениями, которые она совместно проектировала с ARM Limited . [42] Он был частично введен в эксплуатацию в июне 2020 года [25] и достиг 1,42 экзаФЛОПС (fp16 с точностью fp64) в тесте HPL-AI, что сделало его первым суперкомпьютером, достигшим 1 экзаФЛОПС. [43] Названный в честь горы Фудзи, самой высокой вершины Японии, Fugaku сохранил за собой первое место в рейтинге 500 лучших суперкомпьютеров по скорости вычислений, объявленном 17 ноября 2020 года, достигнув скорости вычислений 442 квадриллиона вычислений в секунду, или 0,442 экзаФЛОПС. [44]
Примерно в мае 2026 года Япония получит свой первый суперкомпьютер exascale. Другими словами, тогда страна получит суперкомпьютер exascale. Япония также станет второй страной, которая будет иметь по крайней мере один суперкомпьютер exascale после США, у которых был только один суперкомпьютер exascale в течение примерно двух лет, с мая 2022 года по май 2024 года. [ необходима цитата ]
По состоянию на июнь 2022 года в Китае было два из десяти самых быстрых суперкомпьютеров в мире. Согласно национальному плану для следующего поколения высокопроизводительных компьютеров и главе школы вычислений в Национальном университете оборонных технологий (NUDT), Китай должен был разработать экзафлопсный компьютер в течение 13-го пятилетнего периода (2016–2020 гг.), который должен был поступить в эксплуатацию во второй половине 2020 года. [45] Правительство нового района Тяньцзинь Биньхай, NUDT и Национальный суперкомпьютерный центр в Тяньцзине работают над проектом. После Tianhe-1 и Tianhe-2 преемник экзафлопсного компьютера, как планируется, будет называться Tianhe-3. Сообщается, что по состоянию на 2023 год в Китае будет два действующих экзафлопсных компьютера: Tianhe-3 и Sunway OceanLight, а третий находится в стадии строительства. Ни один из них не входит в Top500. [46] [47]
В 2011 году в Европейском союзе было начато несколько проектов, направленных на разработку технологий и программного обеспечения для exascale-вычислений. Проект CRESTA (Collaborative Research into Exascale Systemware, Tools and Applications), [48] проект DEEP (Dynamical ExaScale Entry Platform), [49] и проект Mont-Blanc. [50] Крупным европейским проектом, основанным на exascale-переходе, является проект MaX (Materials at the Exascale). [51] Центр передового опыта в области энергетики (EoCoE) использует exascale-технологии для поддержки исследований и приложений в области безуглеродной энергетики. [52]
В 2015 году проект Scalable, Energy-Efficient, Resilient and Transparent Software Adaptation (SERT), крупный исследовательский проект между Манчестерским университетом и Лабораторией STFC Daresbury в Чешире , получил около 1 миллиона фунтов стерлингов от Исследовательского совета по инжинирингу и физическим наукам Соединенного Королевства. Проект SERT должен был начаться в марте 2015 года. Он будет финансироваться EPSRC в рамках программы Software for the Future II, и проект будет сотрудничать с Numerical Analysis Group (NAG), Cluster Vision и Советом по научно-техническим объектам (STFC). [53]
28 сентября 2018 года ЕС официально учредил Европейское объединение высокопроизводительных вычислений (EuroHPC JU). Целью EuroHPC JU является создание суперкомпьютера exascale к 2022/2023 году. EuroHPC JU будет совместно финансироваться его государственными членами с бюджетом около €1 млрд. Финансовый вклад ЕС составляет €486 млн. [54] [55]
В марте 2023 года правительство Соединенного Королевства объявило, что инвестирует 900 миллионов фунтов стерлингов в разработку эксафлопсного компьютера. [56] Этот проект был закрыт в августе 2024 года. [57]
В июне 2017 года Национальный центр высокопроизводительных вычислений Тайваня инициировал усилия по проектированию и созданию первого тайваньского суперкомпьютера exascale, профинансировав строительство нового промежуточного суперкомпьютера на основе полной передачи технологий от японской корпорации Fujitsu , которая в настоящее время строит самый быстрый и мощный суперкомпьютер на базе искусственного интеллекта в Японии . [58] [59] [60] [61] [62] Кроме того, на Тайване были предприняты многочисленные другие независимые усилия с упором на быстрое развитие технологии exascale суперкомпьютеров, такие как Foxconn Corporation , которая недавно спроектировала и построила самый большой и быстрый суперкомпьютер во всем Тайване. Этот новый суперкомпьютер Foxconn призван служить трамплином в исследованиях и разработках на пути к проектированию и созданию современного суперкомпьютера exascale. [63] [64] [65] [66]
В 2012 году правительство Индии предложило выделить 2,5 млрд долларов США на исследования в области суперкомпьютеров в течение 12-го пятилетнего периода (2012–2017). Проект должен был осуществляться Индийским институтом науки (IISc), Бангалор . [67] Кроме того, позже выяснилось, что Индия планирует разработать суперкомпьютер с вычислительной мощностью в диапазоне exaFLOPS . [68] Он будет разработан C-DAC в течение последующих пяти лет после одобрения. [69] Эти суперкомпьютеры будут использовать микропроцессоры собственной разработки C-DAC в Индии. [70] В презентации CDAC в 2023 году он планирует иметь собственный суперкомпьютер exascale под названием Param Shankh. Param Shankh будет работать на местном 96-ядерном процессоре на базе архитектуры ARM, который получил прозвище AUM (ॐ). [71]
{{cite book}}
: |journal=
проигнорировано ( помощь )