Суперкомп’ютери працюють насухо

Резюме файлу

Суперкомп'ютери працюють насухо

Будь першим, хто зреагує

Суперкомп'ютер Bull Sequana, представлений Atos, має намір підкорити екзафлопси завдяки архітектурі, спрямованій на енергоефективність. Його система "гарячого" водяного охолодження базується на надтонких теплообмінниках, розміщених на кожному сервері, які безпосередньо відводять тепло від процесора, пам'яті тощо. Вода, яка циркулює по замкнутому контуру, потім охолоджується "безкоштовно" великі теплообмінники, розміщені на відкритому повітрі, в контакті з навколишнім повітрям. Цей тип охолодження на 30% ефективніший, ніж повітряне. Тверезість Sequana також включає інтеграцію багатоядерних процесорів, графічних прискорювачів (Nvidia або Intel Xeon Phi) і карт пам'яті, а також оптимізовані взаємозв'язки.

Для досягнення екзафлопних показників до 2022 року енергетичну ефективність доведеться збільшити вдесятеро. І жоден компонент не буде пошкоджений.

Для розрахунку використовується лише 2% електроенергії, споживаної суперкомп’ютером.

3 Гфлопс/Вт Це середня ефективність (обчислювальна потужність порівняно з витраченою енергією) поточного обладнання.

30% загальної вартості (придбання та використання) суперкомп'ютера витрачається на енергію.

22 мільйони євро на рік - це рахунок за енергію китайського Taihulight.

Побудувати атомну електростанцію за кожним суперкомп'ютером? Немислимо ... І все ж! Виходячи з поточних енергетичних показників, не знадобиться менше, щоб живити суперкомп’ютер, який досягає чудової обчислювальної потужності в один екзафлопс в секунду ... Мільярд мільярдів операцій - смертна кара за високопродуктивні обчислення! Потужність, яка відкриє нові горизонти в надскладних полях моделювання, таких як обмін нейронів у мозку, горіння або пошук фармакологічних молекул. Для порівняння, найпотужніший сьогодні комп’ютер, китайський Taihulight, обертається зі швидкістю 93 петафлопси в секунду. Він не споживає менше 15 мегават (МВт) ... за рахунок енергії близько 22 мільйонів євро на рік !

“Щоб бути реалістичним, екзафлопний суперкомп’ютер не повинен споживати більше 20 МВт. Порівняно із середньою продуктивністю сучасного обладнання, до 2022 року його енергоефективність потрібно помножити щонайменше на 25! ", точно Мішель Дейд, науковий делегат, відповідальний за суперкомп'ютери в CNRS.

Поза законом Мура

Щоб вирішити цю проблему, виробники більше не можуть просто складати процесори, які становлять 70% споживання цих суперкомп’ютерів. "Вони більше не можуть покладатися на закон Мура, який дозволяв регулярне та швидке збільшення частоти процесорів, оскільки споживання енергії зростає пропорційно квадрату частоти", - пояснює Мішель Дейде. Результат: протягом десяти років виробники обмежували частоту процесорів від 2 до 3 гігагерц на користь логіки множення "ядер", імплантованих на кожному чіпі, щоб паралельно виконувати більше завдань, не створюючи напруги споживання. Зараз ці "багатоядерні" процесори, у яких Intel має надмірну частку ринку, опиняються в конкуренції з графічними процесорами (NU) компанії Nvidia.

Прямо поза нашими персональними комп’ютерами графічні процесори виконують певні операції, такі як векторні обчислення, в десять разів ефективніше, ніж обчислювальні процесори. «Тенденцією було навіть оголосити, що ми рухаємось до повністю оснащених GPU суперкомп’ютерів. Але вони обмежуються частотами в два-три рази нижчими, що створює проблеми із затримкою доступу до даних у пам'яті. Найімовірніше, що ми зупинимося на гібридних архітектурах, де центральний процесор управляє зв'язками із системою, а графічний процесор діє як прискорювач більш-менш масово, залежно від того, надається йому програма чи ні ", темпераменти Жан-П'єр Пансьєра, технічний директор в Atos.

Рішення ARM

Завдання для виробників полягає також у більш точній інтеграції компонентів між собою, щоб зменшити час простою обміну даними. Через консорціум OpenPower IBM відкрила з 2013 року інтелектуальну власність своїх серверів Power, щоб дозволити різним виробникам, включаючи Nvidia, та користувачам співпрацювати над технологіями. Час передачі даних між процесором та графічним процесором має бути зменшений на три на його новому поколінні серверів Power 9, які, зокрема, оснастять суперкомп'ютер до ексафлопи (200 петафлопс в секунду), доставлений до Міністерства енергетики США (DOE) цього року.

Технологія ARM також може змінити ігри завдяки своїй винятковій тверезості. Гегемонічний у наших смартфонах, де автономія є ключовим, цей тип архітектури щільно перекриває центральний процесор з векторними блоками. В рамках європейського проекту Mont-Blanc, Atos повинен представити цього року промисловий демонстратор свого суперкомп'ютера Sequana, оснащеного процесорами ARM ThunderX2 від Cavium. Гігант Fujitsu також покладається на ARM, щоб поставити свій суперкомп'ютер екзафлопічний Post-K в 2020 році японському науково-дослідному інституту Рікен.

Охолодження, більш жадібне, ніж розрахунок

Окрім компонентів, велику роль відіграватиме програмна частина. "Ми можемо отримати багато в плані інтелекту для організації розрахунків, запобігання запуску певних компонентів під час очікування інформації та оптимізації використання обладнання відповідно до типу програми", - сказав він. Лоран Ванель, фахівець у галузі суперкомп'ютерних інфраструктур в IBM. Залишається остання проблема: ефективно охолодити цих електронних монстрів !

Система Atos Sequana, представлена в 2016 році її технологічним брендом Bull, спирається на високоефективне «гаряче» водяне охолодження. "На 1 Вт обчислювальної потужності ми споживаємо 1,03 Вт електроенергії", - підкреслює Жан-П'єр Пан'єра. Це набагато ефективніше, ніж охолодження за допомогою кондиціонера, де це споживання може досягати 1,5 Вт! "Додаткові стратегії, такі як розташування обладнання в північних середовищах (Крайня Північ), щоб скористатися перевагами вільного холодного повітря або повторного використання тепла для обігріву сусідніх будівель, також можуть зменшити енергетичний баланс.

Ознака зміни, рейтинг Green 500, в якому перелічено 500 найбільш "доброчесних" суперкомп'ютерів з точки зору енергетики, вперше зафіксував у листопаді 2016 року стагнацію середнього споживання, тоді як продуктивність продовжує зростати. Номер Taihulight номер один має нижчий рівень споживання, ніж його китайський попередник Tianhe-2 (18 МВт), хоча він втричі потужніший! Atos, зі свого боку, претендує на Sequana в десять разів ощадніший, ніж його попередники. Побачимось у 2022 році, щоб дізнатись, чи промислові дорожні карти взяли верх із закону Мура.