https://bodybydarwin.com
Slider Image

מכונת המדע המהירה ביותר בעולם

2022

עם פרסום הדירוג הבא של TOP500 של מחשבי העל המהירים ביותר בעולם שבועות ספורים משם, המעבדה הלאומית של אוק רידג '(ORNL) פרסה השבוע באופן רשמי את טיטאן, מכונה של 20 פטרופ. טיטאן צפוי לסלק את סקויה, מחלקת מכונות אנרגיה נוספת ששוכנה במעבדות הלאומיות של לורנס ליוורמור, ותביא את ארה"ב בביטחון לראש הפירמידה המחשבת העל (סקויה צפויה להחזיק במקום השני במקום השני) לאחר שבילתה את השנים האחרונות לרוב במרדף אחר סין ויפן.

אבל מעבר לזכויות התרברבות, טיטאן הוא משהו יותר. זו תהיה מכונה המדעית הפתוחה המהירה ביותר בעולם, ותעניק זמן למדענים בתעשייה, באקדמיה ובמעבדות ממשלתיות ברחבי הארץ הזקוקים ליכולות מחשוב אדירות כדי להבין את מערכי הנתונים המורכבים בששה תחומי ליבה: שינויי אקלים, אסטרופיזיקה, מדעי חומרים, דלקים ביולוגיים, בעירה ומערכות אנרגיה גרעינית. ובאופן ביקורתי, הוא משלב יחידות עיבוד גרפיות (GPU) לצד ליבות היחידה המקובלות לעיבוד מרכזי (CPU) הפרושות בדרך כלל במחשבי-על מסוג זה. נישואים מוצלחים זה של מעבדים ו- GPUs עשויים להיות בעלי השלכות מרחיקות לכת על עתיד מחשבי העל כאשר המדענים שואפים לפתח מכונת מדע מהדור הבא.

"אנחנו מתערבים על החווה על סביבת המחשוב ההיברידית הזו והצלחנו." "טיטאן יהיה מחשב המדע הגדול והמהיר ביותר כיום, אומר סטיב סקוט, מנהל הטכנולוגיה הראשי של טסלה, היחידה העסקית של NVIDIA שאחראית לספק GPUs של טיטאן." עשויה לעלות על סקויה או לא. זה נחמד לקבל את הכותרות האלה, אבל זה לא חשוב כמו המדע שנעשה במחשב. "

לשיתוף הפעולה שפיתח את טיטאן, בין אם שעוני המחשבים שלה נכנסים מהר יותר מאשר האלוף המכהן בלורנס ליוורמור הוא מחשבה שלאחר מכן. סקויה, מערכת BlueGene / Q של יבמ, מיועדת להפעיל מחקר מסווג עבור ה- DOE ובכך בקרוב תיעלם מהרדאר, בחזרה מאחורי הפרוכת של סודיות המדינה בה יהיה קשה לחוקר הממוצע להשיג גישה אליו. טיטאן, לעומת זאת, מעוצב מתוך מחשבה על מחקר פתוח. והיא כבר מוכנה לחשב ברמה שקהילת מדעי המחקר מעולם לא ראתה.

טיטאן מסוגל לייצר 20, 000 טריליון חישובים בשנייה. כדי לתת לך מושג כמה רחוק וכמה מהר יכולת חישוב זו עברה, קחי בחשבון שבשנת 2009 ORNL הייתה גם ביתו של מחשב העל המהיר ביותר בעולם, בשם יגואר (טיטאן הוא למעשה שדרוג של יגואר ולא מערכת מאפס, אם כי הארכיטקטורה של טיטאן שונה מאוד). יגואר הייתה מערכת 2.3-petaflops ("פלופים" מייצגת פעולות של נקודה צפה בשנייה והיא מדידת ביצועים של מחשבי-על) כאשר היא עמדה בראש רשימת המחשבים המהירים בעולם. בשלוש שנים בלבד טיטאן הליקל את יגואר פי עשר.

קפיצת מדרגה זו התאפשרה במידה רבה על ידי חשיבה מחודשת על האופן בו ORNL בונה מחשבי-על. ניתן יהיה לשפר את יכולת המחשוב פי עשרה על ידי בניית מחשב גדול פי עשרה עם עשרה פעמים יותר מעבד, אך פעולה זו לא תהיה מעשית ברמות רבות. פרט לאתגרי החומרה הגלומים במכונה כה גדולה, צרכי האנרגיה של יגואר 2.3-petaflop היו שווים לזה של 7, 000 בתים אמריקאים. יגואר בן 20 פטלופות ידרוש משהו כמו 60 מגה וואט, או אנרגיה בשווי של 60, 000 בתים כדי לתפקד. כדי להגיע לטיטאן למקום בו הוא נמצא כעת בלי לבנות מציצת אנרגיה מסיבית, דרש הרבה שיתופי פעולה, הסתמכות מוגברת על משטר חומרה מסוג חדש ומינון מוקסי די רציני.

"בשנת 2009 המצאנו ריבוי ליבות היברידיות עוד לפני שהייתה לנו מילה על כך אומר ג'פרי ניקולס." משם עשינו קפיצת אמון של שלוש שנים שהשתלמה מאוד בקפיצת עשרה פעמים בביצועים, חמישה פעמים קפיצות ביעילות. "

Nichols מתייחס לשילוב של שבבי גרפיקה, GPUs, בארכיטקטורת ה- CPU המקובלת. מכשירי GPU מתאימים באופן ייחודי למשימות מסוימות, והם טובים במיוחד בטיפול בכמה - עשרות ואף מאות - חישובים בשנייה. מעבדים לא טובים במיוחד במחשוב מסוג זה, אם כי הם עדיין מתאימים מאוד למשימות מחשוב קונבנציונאליות, דברים כמו הפעלת יסוד של שורות קוד. כדי לבנות את טיטאן, ORNL קירבה את יצרנית מחשבי העל קריי ויצרנית ה- GPU NVIDIA ליצירת מערכת היברידית המכילה 18, 688 מכשירי מיקרו מתקדמים עם 16 ליבות מעבד ו- 18, 688 NVIDIA טסלה GPUs אשר יעבדו יחד להשלמת משימות במהירות וביעילות רבה בהרבה. מחקרי הליבה היו שם, אך האתגר היה בתכנון כל החלקים - כולם 40, 000 - וגורמים להם לעבוד.

כל מי שהיה מעורב בפיתוחו של טיטאן עבד כאן על מידה מסוימת של אמונה, מסביר ניקולס, וכולם עמדו בפני הסיכוי לכישלון. קריי נאלץ לחשוף את עצמו לסוג חדש של חומרה וממשק שיוכלו לדבר בין מעבדים ו- GPUs, דבר שמעולם לא עשה לפני כן. NVIDIA, שטוענת מזה זמן כי מכשירי ה- GPU שלה מחזיקים ביכולות חשובות החלות הרבה מעבר לקונסולת המשחקים או למחשב האישי, הגיע הזמן להוכיח שמחשבים היברידיים מסוג זה באמת יכולים להתקיים בסולם מחשבי העל. ו- ORNL הייתה אולי בעמדה הרעועה מכולן, עם תפקידה המנהיגתי במחשוב העל העולמי על הקו. לו טיטאן לא הצליח להיכנס למועד (או בכלל) ברשת, זה היה מפלה משמעותי, אולי נסיגה רב-שנתית - שנים שקשה מאוד לפצות בתחום מחשבי העל המהירים. "עבור ארגון שיש לו משימה שיש לעמוד בה, שאינו יכול להרשות לעצמו פעלול, אנו מתערבים על החווה על סביבת המחשוב ההיברידית הזו והצלחנו אומר סקוט.

גליל הקוביות הזה משתלם כעת יפה. במקום ליצור מחשב פי עשרה מגודל יגואר, השדרוג למעבדי 16 ליבות ומעבדי GPU מאיצי ביצועים מאפשרים לטיטאן להתאים לאותם 200 ארונות שרת שאליה יגואר משתלב. ובעוד שהוא אכן מוצץ יותר כוח מקודמו, טיטאן דורש רק כ -9 מגה-וואט - חלק מהמה שהוא היה צריך אילו מדובר בארכיטקטורה של כל מעבד הפועל באותה המהירות.

זה עדיין חשבון אנרגיה של 10 מיליון דולר לשנה, אבל כשמשווים אותו לתחום המכונות הנוכחי ברחבי העולם והצורך שנשמור על המהירות עם התחרות (במיוחד עם מתחרה מסוים ברחבי האוקיאנוס השקט), טיטאן הוא צעד חשוב קדימה עבור מחשבי העל האמריקאיים. ה- DOE מנסה ליצור יכולת מחשבת-על מופלאה (יש לקוות עד 2020) בדיוק כשסין, יפן, הודו, ומדינות שונות אחרות באירופה ובעולם מנסים לנצח את ארה"ב לה (ביצועי אקספלופ הם אבן הדרך העיקרית הבאה ב ביצועים, שווים ל -1, 000 פטפלופים). שלא כמו חלק מאותם מתחרים, ה- DOE מנסה לעשות זאת הן בתקציב פיננסי הדוק והן בתקציב אנרגיה הדוק.

"ההבדל בין מה שאנו רואים בארה"ב ובמקומות אחרים הוא שאנחנו מנסים להגיע למצב של מעל 20 מגה וואט של כוח שניקולס אומר. זה כוח בערך 20 מיליון דולר בשנה במחירים של היום. בסין אין את הסוגים האלה של אילוצים פיסקאליים או אנרגטיים ברגע זה, מה שהופך את קפיצת המדרגה של טיטאן לביצועים ויעילות הרבה יותר משמעותית הן מהיבטי המחקר והפיתוח והן מהיבט הביטחון הלאומי. ובכל זאת, כדי להגיע לביצועים של אקספלופ בתקציב האמור ידרוש משהו כמו שיפור של פי 50 במערכת יכולת על אותה כמות אנרגיה.מרתיע, בטוח, אבל ניקולס ועמיתיו ב- ORNL, קריי, nVidia, ובמקומות אחרים כבר עובדים קשה על פתרונות.

"הייתה לנו את המכונה הגדולה ביותר בשנת 2009 וכבר חשבנו על המכונה של שנת 2012 שמספר ניקולס אומר." ואנחנו כבר חושבים על מכונת 2016. "

כאשר טיסה להוריקן לא תעבוד, מטאורולוגים משתמשים בחלופות היי-טק אלה

כאשר טיסה להוריקן לא תעבוד, מטאורולוגים משתמשים בחלופות היי-טק אלה

מה אם בעלי חיים מתרדמים יוצרים תזמורת ומבצעים סימפוניה על שנת החורף שלהם?

מה אם בעלי חיים מתרדמים יוצרים תזמורת ומבצעים סימפוניה על שנת החורף שלהם?

בני אדם אחראים לרוב המוחלט של מדברי הבר בארצות הברית

בני אדם אחראים לרוב המוחלט של מדברי הבר בארצות הברית