На горизонті суперкомп'ютери покоління post-exascale

Не встигли показники продуктивності суперкомп'ютерів утвердитися на рівні ексафлопсів, як з'явився термін 'post-exascale'. Очікується, що такі системи мають з'явитися вже до початку 2028 року.

Fujitsu повідомила про розробку компанією 2-нм процесора під назвою Monaka для наступного покоління суперкомп'ютера в центрі RIKEN, який замінить систему Fugaku, що стала 2020 року найпотужнішим у світі суперкомп'ютером із 7,6 млн ядер.

А в США Національна лабораторія OakRidge щойно оголосила конкурс на створення OLCF-6 - наступника найпотужнішого нині суперкомп'ютера Summit на платформі AMD. Ще в січні 2024 року ORNL розглядала варіанти модернізації наявної суперкомп'ютерної системи Frontier. Однак відтоді було вирішено створити абсолютно нову систему.

«У найближчі кілька років швидкість генерації даних в експериментальних і обсерваційних установках зросте на порядки завдяки розвитку технології детекторів, впровадженню крайових датчиків та іншим факторам», - кажуть в ORNL. «Водночас наукове моделювання з вищою роздільною здатністю продовжуватиме генерувати набори даних, які зростають із такою ж швидкістю. Суперкомп'ютери нового покоління мають бути сумісні з інтегрованою дослідницькою інфраструктурою (IRI), щоб надати дослідникам можливість об'єднати експериментальний контроль і аналіз масштабних експериментальних наборів даних із симуляцією високої роздільної здатності та/або технологіями AI».

«В умовах, коли світовий попит на AI, аналітику даних і обчислення всіх масштабів зростає експоненціально, використання енергії є одночасно і обмеженням, і рушійною силою місії. Це призвело до нових технологічних розробок у сфері енергоефективних архітектур HPC, включно з AI-прискорювачами, технологіями пам'яті, високошвидкісними міжз'єднаннями, системним програмним забезпеченням та іншими інноваціями. Тому необхідно продовжувати домагатися прогресу і лідирувати в радикальному підвищенні енергоефективності у всій екосистемі».

Summit отримає «значний приріст» продуктивності, особливо в частині енергоспоживання, і буде використовувати нові архітектури, але все ж буде готовий до закінчення власного терміну служби.

Згідно з дорожньою картою процесорів Intel, перші 1-нм пристрої на базі техпроцесу Intel 10A з'являться до кінця 2027 року, хоча технологія 14A-E з низьким енергоспоживанням може виявитися більш відповідною на цьому етапі завдяки використанню RibbonFET або навіть стоїчних транзисторів, а також зворотному поданню живлення для пристроїв із вищою щільністю. Однак ці пристрої майже напевно будуть являти собою складну комбінацію мікросхем.

Аналогічно, чип Monaka забезпечить удвічі більшу продуктивність, порівнюючи з поточним A64FX, за того самого бюджету живлення, що дасть змогу подвоїти продуктивність на рівні чипа. Питання про те, як це перетворити на продуктивність всієї системи, стоїть перед виробниками суперкомп'ютерів, такими як HP Enterprise та її підрозділ Cray, який створював попередні версії.

Таким чином, продуктивність становитиме 2,1 ексафлопса за 32-розрядної точності та частоти 2,2 ГГц з 4,85 PB пам'яті. Але подвоєння продуктивності за вісім років не так вже й вражає.

AMD також, імовірно, перейде на 2-нм техпроцес TSMC зі своїми ядрами Zen6 і 3D-упаковкою.

Новим елементом є штучний інтелект, і це сильно змінює цифри, особливо з огляду на те, що Nvidia домінує в постачанні графічних процесорів, які використовуються для штучного інтелекту в суперкомп'ютерах.

AI - це наростальне робоче навантаження на системи Ок-Рідж. Очікується, що OLCF-6 займатиме передові позиції в підтримці вчених і розробників застосунків, які досліджують та інтегрують трансформаційні технології AI для прискорення відкриттів у галузі науки, енергетики та проблем безпеки, що мають національне значення.

«Ми припускаємо широкий спектр варіантів використання - від зворотного проєктування та управління складними системами, такими як електромережі та ядерні реактори, до генеративного AI та основоположних моделей, що інтегрують текст і зображення, які часто не структуровані, мають високу роздільну здатність і отримані з мультимодальних джерел даних», - ідеться в повідомленні.

Проте, виконання фреймворків і робочих процесів AI висуває нові вимоги до архітектури системи, можливо, вимагаючи більшої пропускної спроможності міжз'єднань і оптимізованого рівня зберігання даних, здатного обробляти дуже високу швидкість операцій введення-виведення (IOPS), орієнтованих на випадкове читання. Це призведе до збільшення обсягу пам'яті та підвищення швидкості міжз'єднань у системних конструкціях. Але це також відкриває дорогу новим архітектурам.

Європейський розробник чипів Tachyum створив універсальний процесор, здатний справлятися з робочими навантаженнями HPC і штучного інтелекту, і отримав замовлення на створення суперкомп'ютерів у США. Випуск 5-нм чіпа Prodigy 1 було відкладено, а Prodigy 2, як очікується, буде побудовано за 3-нм технологічним процесом. В інтересах європейського суверенітету компанія SiPearl розробляє багатоядерний ARM-чіп під назвою Rhea1 для суперкомп'ютерів, які будуть створені у 2025 році. Він буде використовуватися для суперкомп'ютера Jupiter у Німеччині.

Наразі SiPearl розглядає чиплети для збільшення продуктивності, особливо для штучного інтелекту, поряд із кремнієм Rhea1.

Є й інші розробники процесорів для центрів обробки даних, які збираються масштабуватися до суперкомп'ютерів, наприклад, процесори Ampere та Grace від Nvidia, обидва на базі ARM, які були протестовані в лабораторії Wombat при ORNL. Наступне покоління процесора Grace на базі ARM від Nvidia стане серйозним викликом. Цей процесор або, можливо, його наступник буде об'єднаний з графічним процесором Blackwell для створення суперчипа, який конкуруватиме з суперкомп'ютерами наступного покоління.

Про DCIM у забезпеченні успішної роботи ІТ-директора