ถัดไป: คอมพิวเตอร์ Exascale คาดว่าจะมาถึงภายในปี 2020

ถ้าความเร็วของซุปเปอร์คอมพิวเตอร์เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในขณะนี้เราจะเห็นเครื่อง Exascale เครื่องแรกในปีพ. ศ. Top500 รวบรวมระบบที่เร็วที่สุดในโลก

สถาปนิกระบบของเครื่องคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่เช่นนี้จะเผชิญกับปัญหาที่สำคัญหลายประการผู้ดูแลระบบของรายการเตือนว่า "ความท้าทายจะเป็นเรื่องสำคัญสำหรับการส่งมอบเครื่อง" Jack Dongarra, University of Tennessee, Knoxville, นักวิจัยผู้เป็นหนึ่งในผู้บริหารที่อยู่เบื้องหลัง Top500 กล่าว Dongarra พูดในที่ประชุม SC2012 ซึ่งจัดขึ้นในสัปดาห์นี้ที่ Salt Lake City ในระหว่างการนำเสนอเกี่ยวกับฉบับล่าสุดของรายการซึ่งเผยแพร่เมื่อสัปดาห์ที่แล้ว

เรายังคงมีทางเลือกที่จะใช้งานได้ก่อนที่ประสิทธิภาพของ exascale จะเป็นไปได้ เครื่อง exascale จะมีความสามารถในการ FLOPS หนึ่ง quintillion (การดำเนินงานลอยตัวต่อวินาที) หรือ 10 ถึง 18 FLOPS แม้กระทั่งซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดในปัจจุบันมีความสามารถในการใช้เครื่อง exascale น้อยกว่า 20%

Top500

ความสูงใหม่

ในรุ่นล่าสุดของ Top500 รายการซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่เปิดตัวเมื่อวันจันทร์ซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดในรายการ คือโอ๊กริดจ์แห่งชาติห้องปฏิบัติการระบบยักษ์ซึ่งเป็นเครื่องที่สามารถดำเนินการ petaflops 17.59 petaflop คือการคำนวณจุดลอยตัว quadrillion ต่อวินาทีหรือ 10 ถึง FLOPS ที่ 15

แต่แต่ละ Top500 ใหม่ซึ่งเป็นรายการที่รวบรวมได้ปีละสองครั้งแสดงให้เห็นว่าความเร็วของซูเปอร์คอมพิวเตอร์เติบโตเร็วเพียงใด ตัดสินจากรายการซูเปอร์ดูเหมือนจะได้รับสิบเท่าในอำนาจทุกสิบปีหรือมากกว่านั้น ในปี 1996 คอมพิวเตอร์ teraflop ตัวแรกปรากฏตัวบน Top500 และในปี 2008 คอมพิวเตอร์ petaflop ตัวแรกปรากฏในรายการ การคาดเดาจากความคืบหน้าของอัตรานี้ Dongarra คาดว่าการใช้คอมพิวเตอร์เชิงขีปนาวุธควรจะมาถึงประมาณปี 2020

ชุมชน High Performance Computing (HPC) ได้ดำเนินการเกี่ยวกับการประมวล exascale เป็นก้าวสำคัญ อินเทลได้สร้างสายผลิตภัณฑ์ของโพรเซสเซอร์แบบมัลติคอร์ซึ่งเรียกว่าพีซึ่ง บริษัท หวังว่าจะสามารถใช้เป็นพื้นฐานของคอมพิวเตอร์ที่สามารถเกิดความเสียหายได้ในปีพ. ศ. 2561

ในการพูดคุยของเขา Dongarra ได้ร่างลักษณะของเครื่อง exascale เครื่องดังกล่าวอาจมีจุดระหว่าง 100,000 ถึง 1,000,000 โหนดและจะสามารถดำเนินการได้ถึงหนึ่งพันล้านเธรดในเวลาใดก็ตาม ประสิทธิภาพโหนดส่วนบุคคลควรอยู่ระหว่าง 1.5 ถึง 15 teraflops และการเชื่อมต่อระหว่างกันจะต้องมี throughput ของ 200 ถึง 400 กิกะไบท์ต่อวินาที

ผู้ผลิต supercomputer จะต้องสร้างเครื่องจักรของพวกเขาเพื่อให้ค่าใช้จ่ายและการใช้พลังงานของพวกเขาไม่เพิ่มขึ้นในแบบเส้นตรง พร้อมกับประสิทธิภาพการทำงานเกรงว่าพวกเขาจะมีราคาแพงเกินไปที่จะซื้อและวิ่งได้ Dongarra กล่าว เครื่อง exascal ต้องมีราคาประมาณ 200 ล้านเหรียญและใช้พลังงานเพียงประมาณ 20 เมกกะวัตต์หรือประมาณ 50 กิกะเฟิลต่อวัตต์ Dongarra คาดว่าครึ่งหนึ่งของต้นทุนในการสร้างคอมพิวเตอร์ดังกล่าวจะถูกจัดสรรเพื่อซื้อหน่วยความจำสำหรับระบบ พิจารณาจากแผนการผลิตของผู้ผลิตหน่วยความจำ Dongarra คาดว่า 100 ล้านเหรียญจะซื้อระหว่าง 32 petabytes ถึง 64 petabytes หน่วยความจำภายในปี 2020

Top500

ความท้าทายด้านซอฟต์แวร์

นอกเหนือจากความท้าทายในด้านฮาร์ดแวร์นักออกแบบของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ต้องใช้ exascale ต้อง ยังต่อสู้กับปัญหาซอฟต์แวร์ Dongarra กล่าวว่าปัญหาหนึ่งเรื่องคือการซิงโครไนซ์ แต่วิธีนี้จะต้องมีความคล่องตัวในขณะที่จำนวนของโหนดเพิ่มขึ้น

วันนี้โมเดลของเราสำหรับการประมวลผลแบบขนานเป็นรูปแบบส้อม / เข้าร่วม แต่คุณไม่สามารถทำได้ที่ [exascale] ของความเท่าเทียมกันเราต้องเปลี่ยนรูปแบบของเราเราจะต้องมีการซิงโครไนซ์มากขึ้น "Dongarra กล่าว นอกจากนี้ยังต้องมีการพัฒนาอัลกอริทึมเพื่อลดจำนวนการสื่อสารโดยรวมระหว่างโหนด

ปัจจัยอื่น ๆ ต้องได้รับการพิจารณาเช่นกัน ซอฟต์แวร์ต้องมีขั้นตอนในตัวสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพ "เราไม่สามารถพึ่งพาผู้ใช้ที่ตั้งลูกบิดขวาและหมุนเพื่อให้ซอฟต์แวร์สามารถทำงานได้ทุกที่ใกล้กับประสิทธิภาพสูงสุด" Dongarra กล่าว ความทนทานจะเป็นอีกหนึ่งคุณลักษณะที่สำคัญเช่นเดียวกับการทำซ้ำของผลลัพธ์หรือการรับประกันว่าการคำนวณที่ซับซ้อนจะให้คำตอบเดียวกันเหมือนกันเมื่อเรียกใช้งานมากกว่าหนึ่งครั้ง

ความสามารถในการทำซ้ำอาจดูเหมือนลักษณะที่เห็นได้ชัดสำหรับคอมพิวเตอร์ แต่ในความเป็นจริงแล้วมันอาจเป็นความท้าทายสำหรับการคำนวณขนาดใหญ่ของซูเปอร์คอมพิวเตอร์หลาย ๆ เครื่อง "

" จากมุมมองของวิธีการเชิงตัวเลขนั้นมันเป็นการยากที่จะรับประกันความสามารถในการทำซ้ำได้อย่างง่ายดาย "Dongarra กล่าว ปัญหาหลักคือในการทำลด - ข้อสรุปของตัวเลขในแบบคู่ขนานถ้าฉันไม่สามารถรับประกันลำดับที่ตัวเลขเหล่านี้มาร่วมกันฉันจะมีข้อผิดพลาดรอบที่แตกต่างกันความแตกต่างเล็ก ๆ น้อย ๆ ที่สามารถขยาย ในทางที่สามารถทำให้เกิดคำตอบที่แตกต่างกันออกไปได้ "เขากล่าว" เราต้องมาถึงสถานการณ์ที่เราสามารถรับประกันคำสั่งในการดำเนินการเหล่านั้นได้ดังนั้นเราจึงสามารถรับประกันได้ว่าเราจะได้ผลเหมือนกัน, "Dongarra กล่าวว่า

Joab Jackson ครอบคลุมซอฟต์แวร์องค์กรและข่าวเทคโนโลยีทั่วไปสำหรับข่าว

IDG News Service

ติดตาม Joab ทางทวิตเตอร์ที่ @Joab_Jackson ที่อยู่อีเมลของ Joab คือ [email protected]