Cray, AMD i Intel zbudują pierwsze amerykańskie eksaskalowe superkomputery

Tegoroczna International Conference for Hight Performance Computing (SC19) nie przyniosła żadnych sensacyjnych informacji na temat TOP500, listy najpotężniejszych komputerów na świecie. Znacznie bardziej interesujące było to, co mówiono o systemach eksaskalowych, których budowa ma rozpocząć się w 2021 roku.

Wielkimi wygranymi są tutaj ADM, Cray i Intel. Już teraz wiadomo, że firmy te będą tworzyły trzy eksaskalowe maszyny, których powstanie sfinansuje Departament Energii. Cray, należący obecnie do HP Enterprise, będzie odpowiedzialny za połączenia we wszystkich wspomnianych superkomputerach. Maszyna eksaskalowa to superkomputery zdolny do wykonania 1 eksaflopsa czyli 1 tryliona (10¹⁸) operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę.

Budową superkomputera Frontier, który stanie w Oak Ridge National Laboratory, zajmą się AMD i Cray. AMD dostarczy CPU i GPU. Zintegrowanie całości będzie zadaniem Craya. Z kolei maszyna Aurora, przeznaczona dla Argonne National Laboratory, ma zostać zbudowana przez Intela (GPU i GPU) oraz Craya (integracja). Trzeci z planowanych w najbliższych latach amerykańskich systemów eksaskalowych – El Capitán – ma zostać zbudowany przez Craya. Obecnie nie wiadomo, kto dostarczy doń procesorów.

Na pierwszy rzut oka widać, że brakuje w tym towarzystwie dwóch potentatów rynku HPC (High Performance Computing) – IBM-a i Nvidii. Jednak jeśli nawet żadna z tych firm nie będzie zaangażowana w budowę El Capitana, to z pewnością nie zabraknie dla nich pracy na rynku superkomputerów.

Jeszcze przed SC19 odbyła się konferencja zorganizowana przez Intela, na której koncern mówił o kościach, które rozwija na potrzeby Aurory. Wiemy, że zostaną one wykonane w 7-nanometrowym procesie. Nazwa kodowa procesora Xeon dla Aurory to Sapphire Rapids. Jednak uczestników konferencji bardziej zainteresował przyszły intelowski GPU – Xe HPC o nazwie kodowej Ponte Vecchio.

Ponte Vecchio będzie miał wersję specjalnie na rynek HPC. Głównym zadaniem układów GPU przeznaczonych do zastosowań HPC jest przetwarzanie liczb zmiennoprzecinkowych pojedynczej i podwójnej precyzji, jednak nowy GPU Intela ma również wspierać formaty popularne na polu sztucznej inteligencji, takie jak INT8, BFloat16 i FP16. Intel wykorzysta również technologię pakowania układów EMIB, która pozwala na podłączenie GPU do interfejsu HBM (High Bandwidth Memory). Ponadto w Ponte Vecchio znajdziemy technologię Foveros 3D pozwalającą składać procesor na podobieństwo klocków i interkonekt XE Memory Fabric (XEMF), przez co CPU i GPU mają mieć dostęp do superszybkiej pamięci zwanej Rambo cache'em. Dzięki dużej ilości cache'u ma poprawić się skalowalność tak ambitnych projektów jak superkompuery eksaskalowe.

Na potrzeby tych rozwiązań intel tworzy też nowe oprogramowanie oparte na nowym języku programowania Data Parallel C++ (DPC++). Bazuje on na standardzie SYCL z dodanymi przez Intela specyficznymi rozszerzeniami.

Pojedynczy węzeł Aurory będzie zawierał 2 układy Xeon Sapphire Rapids oraz 6 Ponte Vecchio HPC GPU. Trzeba zauważyć, że Intel wziął na siebie bardzo ambitne zadanie. W ciągu dwóch lat musi bowiem mieć gotowe i przetestowane nowe oprogramowanie, nowy GPU wykonany według nowego procesu produkcyjnego i nowej technologii pakowania.

W lepszej sytuacji jest AMD. Maszyna Frontier będzie korzystała z EPYC CPU i Radeon Instinct GPU. Firma już produkuje te kości. Obecnie pracuje nad ROCM, czyli odpowiedzią na CUDA Nvidii. ROCM będzie wspierało Tensor Flow i PyTorch. Obecnie AMD bardzo mocno inwestuje w rozwój tej platformy, a podczas SC19 przedstawiciele firmy zapowiedzieli poszerzenie ofery procesorów EPYC.

Co jeszcze wiemy o przyszłych amerykańskich eksaskalowych komputerach?

Budowana przez Craya maszyna El Capitán będzie stała z Lawrence Livermore National Laboratory. Jej maksymalna wydajność ma przekraczać 1,5 eksaflopsa, a komputer – wyposażony w zaawansowane możliwości modelowania, symulacji i sztucznej inteligencji bazujące na architekturze Shasta – będzie wykorzystywany do zadań związanych z bezpieczeństwem nuklearnym. Na jego zbudowanie przeznaczono 600 milionów USD, a maszyna ma zostać dostarczona pod koniec 2022 roku.

Tworzony przez AMD i Craya Frontier ma ruszyć już w 2021 roku, a jego wydajność ma być wyższa niż 1,5 eksafolopsa. Superkomputer będzie wykorzystywany do wielu zadań związanych m.in. z badaniami nad rozpadem atomowym, badaniami klimatu, zostanie zaprzęgnięty do pracy w dziedzinie biomedycyny i inżynierii materiałowej. Również i on ma kosztować około 600 milionów USD.

Jeśli zaś chodzi o Aurorę, to będzie się on zajmował badaniami nad fuzją jądrową, poszukiwał leków na nowotwory, wykorzystany zostanie przez chemików do badania procesów katalitycznych, wspomoże też nauki z dziedziny neurobiologii czy astrofizyki. Również i na tę maszynę przeznaczono 600 milionów dolarów. Jej wydajność ma przekraczać 1 eksaflops, a komputer ma być gotowy w 2021 roku.

superkomputer eksaskala Cray AMD Intel Aurora Frontier El Capitan