Frontier to przełom. Pierwszy superkomputer o mocy 1 eksaflopsa

Superkomputer Frontier jako pierwszy pokonuje barierę eksaflopsa

Ta niebywała sztuka nie udała się wcześniej żadnemu superkomputerowi. To zasługa m.in. AMD, które wyposażyło Frontier w najnowocześniejsze procesory AMD EPYC i akceleratory graficzne AMD Instinct. Teoretycznie poprzedni superkomputerowy lider, japoński Fugaku, w swoim szczycie również potrafi przebić poziom jednego eksaflopsa. Jednak dopiero Frontier jest pierwszym, który osiąga taką wartość w teście HPL (ang. High Performance Linpack).

Tak współpracę z AMD skomentował Bronson Messer, dyrektor ds. nauki w Oak Ridge Leadership Computing Facility:

Superkomputer Frontier napędzany przez technologie AMD i HPE reprezentuje gigantyczny krok naprzód zarówno dla nauki jak i w branży wydajnych systemów obliczeniowych. Nasza współpraca z AMD była szczególnie ważna przy wdrożeniu wiodącej platformy na świecie w dziedzinie nauki obliczeniowej, a ten superkomputer zapewnia naukowcom wydajność, jakiej potrzebują, żeby prowadzić badania z korzyścią dla całej ludzkości. Było to możliwe dzięki połączeniu wydajności procesorów AMD i akceleratorów AMD Instinct z ulepszoną otwartą platformą programistyczną AMD ROCm 5.

Bronson Messer

dyrektor ds. nauki OLCF w ORLN

Według rankingów Top500 i Green500 Frontier (składa się z 74 segmentów HPE Cray EX235a) jest nie tylko najszybszy – to także jeden z najbardziej energooszczędnych superkomputerów na świecie. Jego wydajność przekroczyła barierę jednego eksaflopsa (obecnie wynosi ona 1,102 eksaflopsa; w szczycie 1,686) przy efektywności energetycznej rzędu 52,227 gigaflopsów na wat. Frontier błyszczy również w zastosowaniach opartych na sztucznej inteligencji. W teście HPL-AI już teraz osiąga zawrotne 6,86 eksaflopsa, co jest również rekordowym wynikiem.

Petaflopsy, eksaflopsy, kosmiczna wydajność

FLOPS (ang. floating point operations per second) to operacje zmiennoprzecinkowe na sekundę. Jest to jeden z mierników mocy obliczeniowej komputerów – nie tylko tych o zastosowaniach naukowych. Jeden eksaflops (eflops) to tysiąc petaflopsów (pflopsów), z kolei jeden petaflops to tysiąc teraflopsów (tflopsów). Dla lepszego zobrazowania – z bardziej przyziemnym punktem odniesienia – wspomnę tylko, że RTX 3090 Ti ma moc na poziomie 40 tflopsów, a najszybszy akcelerator graficzny NVIDIA H100 osiąga nawet 120 tflopsów (w obliczeniach FP16).

Z kolei najwydajniejszy układ AMD Instinct MI250X jest w stanie zaoferować moc do 383 tflopsów (w obliczeniach połowicznej precyzji – FP16 Matrix; 47,9 tflopsa w FP64). Nie wspominam o nim przypadkowo, bo te właśnie akceleratory napędzają wyposażony w ponad 8,73 mln (!) rdzeni superkomputer Frontier.

Skala tego, co potrafi Frontier, zwala z nóg. Ten superkomputer niemal o boskich właściwościach jest w stanie wykonać ponad trylion operacji na sekundę. Robi wrażenie to mało powiedziane. Czego to zasługa?

Frontier to superkomputerowa bestia o potężnej specyfikacji

Procesory: 64-rdzeniowe AMD EPYC (zoptymalizowana 3. generacja) o taktowaniu 2 GHz; łącznie: 9472
Akceleratory graficzne: AMD Instinct MI250X; łącznie: 37888

Superkomputer Frontier znajduje się w finansowanym przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych (DOA) ośrodku Oak Ridge National Laboratory (ORLN) w stanie Tennessee na południowym wschodzie USA. Prace nad nim cały czas trwają. Dalszy etap uwzględnia kolejne testy i walidację, co ostatecznie przełoży się na wczesny dostęp do zastosowań naukowych pod koniec 2022 roku. Frontier zostanie w pełni udostępniony do celów naukowych na początku 2023 roku. Superkomputer ma osiągnąć ostatecznie moc na poziomie przeszło 1,5 eksaflopsa.

Dominacja AMD w superkomputerach

Frontier to nie jest niejedyny superkomputer w ścisłej stawce, który jest wyposażony w układy AMD. Na trzecim miejscu uplasował się bowiem LUMI o mocy 152 petaflopsów i efektywności energetycznej 51,63 gigaflopsów na wat. O jego sile również świadczą komponenty AMD: EPYC i Instinct.

Ogólnie z AMD korzysta 5 superkomputerów z pierwszej dziesiątki w zestawieniu Top500 oraz aż osiem w pierwszej dziesiątce rankingu Green500.

Frontier to dopiero początek ery eksaskalarnej

Wyścig na szczycie będzie niezwykle zacięty w najbliższych latach. Mimo długiej obecności japońskiego Fugaku na pierwszym miejscu najwydajniejszych superkomputerów, czas ustąpić nowocześniejszym następcom. Pierwszy z nich znacznie przewyższa możliwościami dotychczasowego króla. Należący do SoftBanku Fugaku osiąga „zaledwie” 442,01 petaflopsów przy nieco mniejszej, ale wciąż imponującej liczbie rdzeni (przeszło 7,6 mln). Wypada zatem dość skromnie w porównaniu do Frontiera.

Ponadto na początku 2023 roku ma wystartować amerykański superkomputer El Capitan, który również zasilą układy CPU i GPU od AMD. Jego wydajność ma przekroczyć nawet 2 eksaflopsy. Konkurencja także nie śpi. NVIDIA pracuje nad superkomputerami Earth-2, który przewidzi przyszłość, oraz Eos, którego wydajność – napędzana akceleratorami H100 – może sięgnąć imponujących 18 eksaflopsów w obliczeniach AI. Facebook Meta też szykuje superkomputer – AI RSC (ang. AI Research SuperCluster), który wykorzysta do m.in. Metawersum (ang. Metaverse).

Wydajność rzędu jednego eflopsa to kolejny krok ku zwiększeniu możliwości pod kątem analizy danych, badań opartych na sztucznej inteligencji czy zaawansowanych symulacji. Pomagają one nie tylko prognozować pogodę, tworzyć nowocześniejsze leki, ale także „przewidywać” zmiany klimatyczne, a nawet te, które mogą zajść w galaktyce. Ten przełom, jaki zafundował Frontier, to jednak dopiero zarzewie eksaskalarnej przyszłości, w której moc superkomputerów liczona w eksaflopsach będzie na porządku dziennym.

Źródło: AMD, TOP500.org, Nextplatform

Przeczytaj również: