https://bodybydarwin.com
Slider Image

Den hurtigste videnskabsmaskine i verden

2021

Med frigivelsen af ​​den næste TOP500 placering af verdens hurtigste supercomputere kun få uger væk, har Oak Ridge National Laboratory (ORNL) denne uge officielt implementeret Titan, en 20-petaflop-maskine. Det forventes, at Titan vil sejre Sequoia, en anden afdeling for energimaskine, der er hjemmehørende i Lawrence Livermore National Labs, og sætte USA med tillid tilbage på toppen af ​​den supercomputerende pyramide (Sequoia forventes at have plads nummer to) efter at have brugt de sidste par år ofte på at jage Kina og Japan.

Men ud over at prale rettigheder er Titan noget mere. Det vil være den hurtigeste åbne videnskabsmaskine i verden, der giver tid til forskere i industrien, akademia og regeringslaboratorier rundt om i landet, der har brug for enorme computerkapaciteter for at give mening om komplekse datasæt på seks kerneområder: klimaændringer, astrofysik, materialevidenskab, biobrændstoffer, forbrænding og nukleare energisystemer. Og kritisk indgår det grafikbehandlingsenheder (GPU'er) sammen med de konventionelle centrale processorenhedskerner (CPU) -kerner, der normalt er placeret i supercomputere af denne art. Dette vellykkede ægteskab med CPU'er og GPU'er kan have vidtrækkende konsekvenser for fremtidens supercomputing, da forskere stræber efter at udvikle en næste generations exascale videnskabsmaskine.

"Vi satser på gården på dette hybrid computermiljø, og det lykkedes os." "Titan vil være den største og hurtigste åbne videnskabscomputer i dag, siger Steve Scott, teknologichef for Tesla, forretningsenheden i NVIDIA, der er ansvarlig for at levere Titans GPU'er." kan overgå Sequoia muligvis. Det er dejligt at have disse titler, men det er ikke så vigtigt som videnskaben, der gøres på maskinen. "

Hvad angår samarbejdet, der udviklede Titan, er det en eftersyn, om dets computerklokke hurtigere end den regerende mester over i Lawrence Livermore er. Sequoia, et IBM BlueGene / Q-system, er designet til at køre klassificeret forskning for DOE og vil dermed snart gå af radaren, tilbage bag forhænget af statshemmelighed, hvor den gennemsnitlige forsker vil blive hårdt presset for at få adgang til det. På den anden side er Titan designet med åbent forskning i tankerne. Og det er allerede klar til at beregne på et niveau, som forskningsvidenskabssamfundet aldrig før har set.

Titan er i stand til at producere 20.000 billioner beregninger pr. Sekund. For at give dig en idé om, hvor langt og hvor hurtigt denne beregningsmæssige kapacitet har rejst, skal du overveje, at ORNL i 2009 også var hjemsted for verdens hurtigste supercomputer, ved navn Jaguar (Titan er faktisk en opgradering af Jaguar snarere end et fra bunden system, selvom Titans arkitektur er meget anderledes). Jaguar var et 2, 3-petaflops-system ("flops" står for flydepunktsoperationer pr. Sekund og er måling af supercomputeringsydelse), da det toppede verdens liste over hurtigste computere. På bare tre år har Titan formørket Jaguar ti gange.

Dette sprang fremad blev i vid udstrækning muliggjort ved at genoverveje, hvordan ORNL bygger supercomputere. Man kunne muligvis forbedre computerkapaciteten med ti gange ved at bygge en computer ti gange større med ti gange flere CPU'er, men at gøre det ville være upraktisk på mange niveauer. Bortset fra hardwareudfordringerne i en så stor maskine svarede energibehovet til 2, 3-petaflop Jaguar til 7.000 amerikanske hjem. En 20-petaflop Jaguar kræver noget i retning af 60 megawatt eller 60.000 hjemmers energi værd at fungere. At få Titan til det, hvor det er nu uden at opbygge en massiv energisug, krævede masser af samarbejde, en øget afhængighed af en ny type hardware-regime og en temmelig alvorlig dosis moxie.

"I 2009 opfandt vi hybrid multi-core, før vi endda havde ord for det, siger Jeffrey Nichols." Derfra lavede vi et tre-årigt sprang af tro, der har betalt sig enormt i et ti-gange spring i performance, en fem -tider springer i effektivitet. "

Nichols henviser til integrationen af ​​grafikchips, GPU'er, i den konventionelle CPU-arkitektur. GPU'er er unikt tilpasset visse opgaver, og de er især gode til at håndtere flere - snesevis eller endda hundreder - beregninger pr. Sekund. CPU'er er ikke særlig gode til denne type computing, skønt de stadig er meget velegnede til konventionelle computeropgaver, f.eks. Den grundlæggende kørsel af kodelinjer. For at opbygge Titan samlede ORNL supercomputer-maker Cray og GPU-producenten NVIDIA for at skabe et hybridsystem, der indeholder 18.688 Advanced Micro Devices 16-core CPU'er og 18.688 NVIDIA Tesla GPU'er, der ville arbejde sammen for at udføre opgaver hurtigere og med langt større effektivitet. Kerneundersøgelsen var der, men udfordringen lå i at samle alle brikkerne - alle 40.000 af dem - og få dem til at arbejde.

Alle, der var involveret i Titans udvikling, arbejdede på en vis grad af tro her, forklarer Nichols, og alle stod over for udsigten til fiasko. Cray måtte udsætte sig for en ny type hardware og interface, der kunne tale mellem CPU'er og GPU'er, noget det aldrig havde gjort før. NVIDIA, der i nogen tid har hævdet, at dens GPU'er besidder vigtige kapaciteter, der gælder langt ud over spilkonsollen eller pc'en, var det på tide at bevise, at denne type hybrid computing virkelig kunne finde sted på supercomputing skalaen. Og ORNL var måske i den mest usikre position af alle med sin lederrolle i global supercomputing på linjen. Havde Titan undladt at komme online til tiden (eller overhovedet), ville det have været et stort tilbageslag, måske et flerårigt tilbageslag - år, der ville være meget vanskelige at gøre op i det hurtigt bevægende supercomputeringsfelt. ”For en organisation med en mission, der skal opfyldes, som ikke har råd til et stunt, satser vi gården på dette hybrid computermiljø, og det lykkedes Scott, siger.

Denne rulle af terningerne betaler sig nu godt. I stedet for at oprette en computer, der er ti gange så stor som Jaguar, giver opgraderingen til 16-core CPU'er og ydeevne-accelererende GPU'er Titan mulighed for at passe ind i de samme 200 serverkabinetter, som Jaguar passer ind i. Og selvom den suger mere strøm op end sin forgænger, kræver Titan kun ca. 9 megawatt - en brøkdel af, hvad den ville have brug for, hvis det var en all-CPU-arkitektur, der kører med samme hastighed.

Det er stadig en energiregning på 10 millioner dollars pr. År, men når du sammenligner det med det aktuelle felt af maskiner rundt om i verden og nødvendigheden af, at vi holder os opdateret med konkurrencen (især med en bestemt konkurrent i Stillehavet), Titan er et stort skridt fremad for amerikansk supercomputing. DOE forsøger at skabe en exascale supercomputingskapacitet (forhåbentlig inden 2020), ligesom Kina, Japan, Indien og forskellige andre lande i Europa og over hele verden prøver at slå USA til det (exaflop-præstation er den næste store milepæl i ydeevne svarende til 1.000 petaflops). I modsætning til nogle af disse konkurrenter forsøger DOE at gøre det på både et stramt finansielt budget og et stramt energibudget.

"Forskellen mellem hvad vi ser i USA og andre steder, er, at vi prøver at komme til at eksascale inden for 20 megawatt strøm, som Nichols siger. Det er cirka $ 20 millioner værdi af strøm om året til dagens priser. Kina har ikke den slags af finanspolitiske eller energibegrænsninger lige nu, hvilket gør Titans spring fremad med hensyn til ydeevne og effektivitet så meget desto mere betydningsfuldt fra både forskning og udvikling og nationale sikkerhedsperspektiver. For at nå exaflop-resultater på ovennævnte budget vil det kræve noget som en 50 gange forbedring i kapacitet på den samme mængde energi. Afskrækkende, sikker, men Nichols og hans kolleger hos ORNL, Cray, nVidia og andre steder er allerede hårdt arbejde med løsninger.

"Vi havde den største maskine i 2009, og vi tænkte allerede på 2012-maskinen, som Nichols siger." Og vi tænker allerede på 2016-maskinen. "

At opbygge god mobilnavigation er super hårdt.  Så hvorfor prøver Uber det?

At opbygge god mobilnavigation er super hårdt. Så hvorfor prøver Uber det?

Wifi-puder og smarte hårbørster gør CES til en botnet-drøm

Wifi-puder og smarte hårbørster gør CES til en botnet-drøm

Slanke, kødfulde læber, der drypper af snørr, hjælper disse fisk med at spise stikkende koraller

Slanke, kødfulde læber, der drypper af snørr, hjælper disse fisk med at spise stikkende koraller