An Introduction To Exascale Supercomputing
Mục lục:
Nếu tăng tốc độ siêu máy tính tiếp tục với tốc độ hiện tại, chúng ta sẽ thấy máy exascale đầu tiên vào năm 2020, ước tính các nhà bảo trì của Top
biên soạn các hệ thống nhanh nhất thế giới.
Các kiến trúc sư hệ thống của các máy tính lớn như vậy, tuy nhiên, sẽ phải đối mặt với một số vấn đề quan trọng, một người quản lý danh sách cảnh báo. Jack Dongarra, một trường đại học Tennessee, Knoxville, nhà nghiên cứu, là một trong những hiệu trưởng đứng đầu Top500. Dongarra phát biểu tại hội nghị SC2012, được tổ chức tuần này tại Salt Lake City, trong một bài thuyết trình về phiên bản mới nhất của danh sách, phát hành tuần trước.
Chúng tôi vẫn còn một cách để đi trước khi thực hiện exascale là có thể. Một máy exascale sẽ có khả năng một nghìn nghìn FLOPS (các hoạt động điểm trôi nổi trên giây), hoặc 10 đến các FLOPS thứ 18. Ngay cả các siêu máy tính nhanh nhất hiện nay cung cấp ít hơn 20% khả năng của một chiếc máy exascale.
Tầm cao mới
Trong phiên bản mới nhất của danh sách siêu máy tính Top500, ra mắt thứ hai, máy tính nhanh nhất trong danh sách là hệ thống Titan phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge, một máy có khả năng thực hiện 17,59 petaflop. Một petaflop là một tính toán điểm nổi trên một nghìn giây mỗi giây, hoặc 10 đến 15 FLOPS.
Nhưng mỗi Top500 mới - danh sách được biên soạn hai lần một năm cho thấy tốc độ siêu máy tính tăng nhanh như thế nào. Đánh giá từ danh sách, siêu máy tính dường như đã tăng gấp mười lần quyền lực sau mỗi mười năm. Năm 1996, máy tính teraflop đầu tiên xuất hiện trên Top500 và năm 2008, máy tính petaflop đầu tiên xuất hiện trong danh sách. Ngoại suy từ tốc độ tiến bộ này, Dongarra ước tính rằng máy tính exascale sẽ đến vào khoảng năm 2020.
Cộng đồng tính toán hiệu suất cao (HPC) đã mang tính toán vượt trội như một cột mốc quan trọng. Intel đã tạo ra một loạt các bộ vi xử lý đa lõi, gọi là Phi, mà công ty hy vọng có thể phục vụ như là cơ sở của các máy tính exascale có thể chạy vào năm 2018.
Trong bài nói chuyện của mình, Dongarra phác họa các đặc điểm của một cỗ máy exascale. Một cỗ máy như vậy sẽ có khả năng có từ 100.000 đến 1.000.000 nút và sẽ có thể thực hiện tới một tỷ luồng tại bất kỳ thời điểm nào. Hiệu suất nút riêng lẻ phải nằm trong khoảng từ 1,5 đến 15 teraflop và các kết nối liên thông sẽ cần phải có thông lượng từ 200 đến 400 gigabyte trên giây.
Các nhà sản xuất máy tính siêu nhỏ sẽ phải xây dựng máy của họ sao cho chi phí và điện năng của họ không tăng theo kiểu tuyến tính cùng với hiệu suất, vì sợ rằng họ phát triển quá đắt để mua và chạy, Dongarra nói. Một máy exascale nên có giá khoảng 200 triệu đô la, và chỉ sử dụng khoảng 20 megawatts, hoặc khoảng 50 gigaflop mỗi watt.
Dongarra hy vọng rằng một nửa chi phí xây dựng một máy tính như vậy sẽ được dành cho việc mua bộ nhớ cho hệ thống. Đánh giá từ lộ trình của các nhà sản xuất bộ nhớ, Dongarra ước tính 100 triệu USD sẽ mua từ 32 petabyte đến 64 petabyte bộ nhớ vào năm 2020.
Thử thách phần mềm
Ngoài những thách thức về phần cứng, nhà thiết kế siêu máy tính exascale phải cũng vật lộn với các vấn đề phần mềm. Một vấn đề sẽ được đồng bộ hóa, Dongarra nói. Các máy ngày nay truyền các nhiệm vụ giữa nhiều nút khác nhau, mặc dù cách tiếp cận này cần phải được sắp xếp hợp lý khi số lượng nút tăng.
"Hôm nay, mô hình của chúng tôi để xử lý song song là mô hình ngã ba / tham gia, nhưng bạn không thể làm điều đó tại [mức độ exascale] của một chủ nghĩa song song. Chúng ta phải thay đổi mô hình của mình. Chúng ta phải đồng bộ hơn, ”Dongarra nói. Dọc theo cùng một dòng, các thuật toán cần phải được phát triển để giảm lượng truyền thông tổng thể giữa các nút.
Các yếu tố khác cũng phải được xem xét. Phần mềm phải đi kèm với các thói quen tích hợp để tối ưu hóa. Dongarra nói: "Chúng tôi không thể dựa vào việc người dùng thiết lập các nút bấm và mặt số bên phải để có được phần mềm chạy ở bất cứ nơi nào gần với hiệu suất cao nhất". Khả năng phục hồi lỗi sẽ là một tính năng quan trọng khác, như khả năng tái tạo kết quả, hoặc đảm bảo rằng phép tính phức tạp sẽ tạo ra cùng một câu trả lời chính xác khi chạy nhiều lần.
Khả năng tái tạo có vẻ là một đặc điểm rõ ràng cho máy tính. Nhưng trên thực tế, nó có thể là một thách thức đối với các tính toán khổng lồ trên các siêu máy tính đa mode.
"Từ quan điểm của các phương pháp số, rất khó để đảm bảo khả năng tái tạo bit", Dongarra nói. "Vấn đề chính là làm giảm - tổng hợp các con số song song. Nếu tôi không thể đảm bảo thứ tự mà các con số đó đến với nhau, tôi sẽ có các lỗi vòng khác nhau. Sự khác biệt nhỏ có thể được phóng đại theo một cách có thể gây ra câu trả lời để phân tán thảm họa ”, ông nói.
" Chúng tôi phải đưa ra một kịch bản mà chúng tôi có thể đảm bảo thứ tự trong đó các hoạt động đó được thực hiện, vì vậy chúng tôi có thể đảm bảo, "Dongarra nói.
Joab Jackson bao gồm phần mềm doanh nghiệp và tin tức công nghệ chung cho Dịch vụ tin tức IDG. Theo dõi Joab trên Twitter tại @Joab_Jackson. Địa chỉ email của Joab là [email protected]
Nvidia và các đối tác đang cung cấp máy tính cá nhân mới với giá dưới 10.000 USD. Nvidia, làm việc với một số đối tác, đã phát triển Siêu máy tính cá nhân Tesla, được hỗ trợ bởi một bộ xử lý đồ họa dựa trên kiến trúc tính toán Cuda của Nvidia. Các máy tính sử dụng bộ xử lý GPU Tesla C1060 sẽ có khả năng xử lý 250 lần so với máy trạm PC điển hình, cho phép các nhà nghiên cứu chạy các mô phỏng phức tạp, thí nghiệm và đánh số mà không chia sẻ một cụm máy tính siêu siêu. máy tính thứ ba, sẽ bán vớ
Một mạng lưới các máy tính có thể tốn 100 lần chi phí của một trong số các máy trạm Tesla, Nvidia nói
Apple có cơ hội tăng trưởng vững chắc thông qua suy thoái kinh tế so với các nhà sản xuất máy tính khác, Shim nói. Theo Shim, người tiêu dùng sẽ cho thấy nhiều sự lựa chọn cho máy tính xách tay trong vài năm tới, với các lô hàng vượt trội so với máy tính để bàn, IDC cho biết . Các lô hàng máy tính xách tay dự kiến sẽ tăng từ 168 triệu vào năm tới lên 285,7 triệu trong năm 2012, so với máy tính để bàn, sẽ tăng từ 145,8 triệu trong năm 2009 lên 156,6 triệu vào năm 2012. IDC không bao gồm các thi
Sau nhiều năm tăng trưởng hai con số, các nước phát triển sẽ chứng kiến sự tăng trưởng chậm hơn của máy tính suy thoái kinh tế. Các lô hàng ở Mỹ sẽ giảm 3% trong năm 2009 và tiếp tục phát triển chậm trong những năm tới, trong khi các nước như Nhật Bản và Canada sẽ có mức tăng trưởng thấp một con số. Tăng trưởng ở các nước Tây Âu dự kiến sẽ tiếp tục ở mức 6 phần trăm trong năm 2009, do sự gia tăng số lô hàng máy tính xách tay, nhưng nó sẽ là một sự sụt giảm khổng lồ từ sự tăng trưởng 20 phần
Quý III năm 2008 đánh dấu lần đầu tiên cho ngành công nghiệp máy tính. Theo iSuppli, nhiều máy tính xách tay hơn đã được bán trên toàn cầu so với máy tính để bàn - chỉ dành cho quý. So với quý 3 năm 2007, doanh số bán máy tính xách tay tăng 40% lên 38,6 triệu máy tính bán ra. Thị trường PC trên máy tính để bàn không có giá vé khá tốt. So với cùng một khung thời gian năm ngoái, doanh thu giảm 1,3% xuống 38,5 triệu chiếc.
"Momentum đã được xây dựng trên thị trường máy tính xách tay trong một thời gian, do đó, nó không phải là một bất ngờ hoàn toàn mà các lô hàng đã vượt qua những máy tính để bàn," Matthew Wilkins, nhà phân tích chính cho nền tảng tính toán tại iSuppli cho biết. "Tuy nhiên, điều này đánh dấu một sự kiện lớn trong thị trường PC vì nó đánh dấu sự khởi đầu của tuổi của máy tính xách tay."