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Il supercomputer debutta come la barriera dell’esascala più veloce del mondo

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La frontiera è arrivata e ORNL si sta preparando per la scienza il primo giorno. Credito: Carlos Jones/ORNL, Dipartimento USA di Energia

Il supercomputer Frontier presso l’Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell’Energia si è guadagnato oggi il primo posto nella classifica mondiale come il più veloce al mondo nella 59a lista TOP500, con 1,1 exaflop di prestazioni. Il sistema è il primo a raggiungere un livello di prestazioni di calcolo senza precedenti noto come exascale, una soglia di un quintilione di calcoli al secondo.

Frontier offre un picco di prestazioni teoriche di 2 exaflop, o due quintilioni di calcoli al secondo, il che lo rende dieci volte più potente del sistema Summit di ORNL. Il sistema sfrutta la vasta esperienza di ORNL nell’informatica accelerata e consentirà agli scienziati di sviluppare tecnologie fondamentali per la sicurezza energetica, economica e nazionale del paese, aiutando i ricercatori ad affrontare problemi di importanza nazionale che erano impossibili da risolvere solo cinque anni fa.

“Frontier sta inaugurando una nuova era di calcolo a exascale per risolvere le più grandi sfide scientifiche del mondo”, ha affermato il direttore dell’ORNL Thomas Zacharia. “Questa pietra miliare offre solo un’anteprima delle capacità senza pari di Frontier come strumento per la scoperta scientifica. È il risultato di oltre un decennio di collaborazione tra i laboratori nazionali, il mondo accademico e l’industria privata, incluso l’Exascale Computing Project del DOE, che sta implementando le applicazioni , tecnologie software, hardware e integrazione necessaria per garantire l’impatto sull’esascala.”

Le classifiche sono state annunciate alla International Supercomputing Conference 2022 ad Amburgo, in Germania, che riunisce i leader di tutto il mondo nel campo del calcolo ad alte prestazioni, o HPC. Le velocità di Frontier hanno superato quelle di qualsiasi altro supercomputer al mondo, incluso il Summit di ORNL, anch’esso ospitato presso l’Oak Ridge Leadership Computing Facility di ORNL, una struttura utente del DOE Office of Science.

Frontier, un supercomputer HPE Cray EX, ha anche ottenuto il primo posto nell’elenco Green500, che valuta il consumo energetico e l’efficienza dei sistemi di supercalcolo disponibili in commercio, con prestazioni di 62,68 gigaflop per watt. Frontier ha completato la classifica biennale con il primo posto in una categoria più recente, l’informatica a precisione mista, che valuta le prestazioni nei formati comunemente usati per l’intelligenza artificiale, con una performance di 6,88 exaflop.

Il lavoro per fornire, installare e testare Frontier è iniziato durante la pandemia di COVID-19, quando le chiusure in tutto il mondo hanno messo a dura prova le catene di approvvigionamento internazionali. Più di 100 membri di un team pubblico-privato hanno lavorato 24 ore su 24, dall’approvvigionamento di milioni di componenti alla garanzia delle consegne di parti di sistema entro le scadenze, all’installazione e al test accurati di 74 cabinet per supercomputer HPE Cray EX, che includono oltre 9.400 nodi alimentati da AMD e 90 miglia di cavi di rete.

“Quando i ricercatori avranno accesso al sistema Frontier pienamente operativo entro la fine dell’anno, segnerà il culmine del lavoro iniziato oltre tre anni fa che ha coinvolto centinaia di persone di talento nel Dipartimento dell’Energia e i nostri partner industriali presso HPE e AMD”, ORNL Associate Il direttore del laboratorio per l’informatica e le scienze computazionali Jeff Nichols ha affermato. “Scienziati e ingegneri di tutto il mondo metteranno al lavoro queste straordinarie velocità di elaborazione per risolvere alcune delle domande più impegnative della nostra era e molti inizieranno la loro esplorazione il primo giorno”.

Le prestazioni complessive di Frontier di 1,1 exaflop si traducono in più di un quintilione di operazioni in virgola mobile al secondo, o flop, come misurato dal test di benchmark Linpack ad alte prestazioni. Ogni flop rappresenta un possibile calcolo, come addizione, sottrazione, moltiplicazione o divisione.

La prima performance di Frontier sul benchmark Linpack ammonta a più di sette volte quella di Summit a 148,6 petaflop. Summit continua come una macchina da lavoro impressionante e altamente classificata per la scienza aperta, elencata al numero quattro della TOP500.

Le prestazioni di elaborazione a precisione mista di Frontier hanno raggiunto circa 6,88 exaflop, o più di 6,8 quintilioni di flop al secondo, come misurato dal test High-Performance Linpack-Accelerator Introspection, o HPL-AI. Il test HPL-AI misura le velocità di calcolo nei formati di calcolo tipicamente utilizzati dai metodi di apprendimento automatico che guidano i progressi nell’intelligenza artificiale.

Simulazioni dettagliate relative agli utenti HPC tradizionali per modellare fenomeni come le cellule tumorali, le supernove, il coronavirus o la struttura atomica degli elementi richiedono una precisione a 64 bit, una forma di accuratezza computazionale impegnativa. Gli algoritmi di apprendimento automatico in genere richiedono molta meno precisione, a volte un’accuratezza minima di 32, 24 o 16 bit, e possono sfruttare hardware speciale nelle unità di elaborazione grafica, o GPU, su cui fanno affidamento macchine come Frontier per raggiungere anche velocità più elevate.

ORNL e i suoi partner continuano a eseguire il lancio di Frontier nei tempi previsti. I prossimi passi includono i test e la convalida continui del sistema, che rimane sulla buona strada per l’accettazione finale e l’accesso anticipato alla scienza più avanti nel 2022 e aperto per la scienza completa all’inizio del 2023.

Fatti sulla frontiera

Le prestazioni exascale del supercomputer Frontier sono rese possibili da alcune delle tecnologie più avanzate al mondo di HPE e AMD:

  • Frontier dispone di 74 armadi per supercomputer HPE Cray EX, progettati appositamente per supportare le prestazioni e la scalabilità del supercalcolo di prossima generazione, una volta aperte per l’accesso scientifico in anticipo.
  • Ogni nodo contiene un processore EPYC ottimizzato e quattro acceleratori AMD Instinct, per un totale di oltre 9.400 CPU e più di 37.000 GPU nell’intero sistema. Questi nodi forniscono agli sviluppatori capacità più semplici per programmare le loro applicazioni, grazie alla coerenza abilitata dai processori EPYC e dagli acceleratori Instinct.
  • HPE Slingshot, l’unico fabric Ethernet ad alte prestazioni al mondo progettato per soluzioni HPC e IA di prossima generazione, inclusi carichi di lavoro più grandi e ad alta intensità di dati, per soddisfare le richieste di velocità più elevata e controllo della congestione affinché le applicazioni funzionino senza problemi e aumentino le prestazioni.
  • Un sottosistema I/O di HPE che sarà online quest’anno per supportare Frontier e OLCF. Il sottosistema di I/O presenta un livello di archiviazione nel sistema e Orion, un file system a livello centrale avanzato basato su Lustre che è anche il più grande e veloce file system parallelo singolo al mondo, basato sul sistema di archiviazione Cray ClusterStor E1000. Il livello di archiviazione nel sistema utilizzerà dispositivi di archiviazione locali del nodo di elaborazione collegati tramite collegamenti PCIe Gen4 per fornire velocità di lettura di picco di oltre 75 terabyte al secondo, velocità di scrittura di picco di oltre 35 terabyte al secondo e oltre 15 miliardi di leggere le operazioni di input/output al secondo. Il file system centrale di Orion fornirà circa 700 petabyte di capacità di archiviazione e velocità di scrittura di picco di 5 terabyte al secondo.
  • In quanto sistema di supercalcolo di nuova generazione e il più veloce al mondo per la scienza aperta, Frontier è anche efficiente dal punto di vista energetico, grazie alle sue capacità di raffreddamento a liquido. Questo sistema di raffreddamento promuove un data center più silenzioso eliminando la necessità di un sistema più rumoroso e raffreddato ad aria.

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