الحوسبة 15: تغييرات أكبر في الأفق

بينما أتطلع إلى إعلانات ووقائع مؤتمر الحوسبة الفائقة 15 (SC15) الذي انعقد الشهر الماضي في أوستن ، يبدو أنه في حين أن الحوسبة عالية الأداء قد تكون في حالة هدوء ، إلا أنها سوق تستعد لبعض التغييرات الكبيرة في العام حتى تأتي.

إذا نظرت إلى القادة في قائمة أفضل 500 شركة ، وهي قائمة مرتين في السنة من أسرع أجهزة الكمبيوتر في العالم ، فإن الشركة الرائدة للمرة السادسة على التوالي هي تيانخه -2 ، وهي حاسوب عملاق صممته الجامعة الوطنية لتكنولوجيا الدفاع في الصين. وفقًا لقائمة top500 ، توفر هذه الماكينة 33.86 بيتلافل / ثانية (رباعيات من العمليات الحسابية في الثانية الواحدة) من الأداء المتواصل على معيار Linpack و 54.9 بيتلافلوب / ثانية من أعلى أداء نظري. يعتمد ذلك على معالجات Intel Xeon و Xeon Phi.

يستمر المركز الثاني في الذهاب إلى Titan ، نظام Cray XK7 القائم على وحدات المعالجة المركزية AMD Opteron ووحدات معالجة الرسومات Nvidia K20x المثبتة في مختبر أوك ريدج الوطني التابع لوزارة الطاقة ، على 17.59 بيتافلوب / ثانية من الأداء المتواصل على معيار Linpack.

احتل الجهازان الجديدان أعلى 10 نقاط. وجاء جهاز الكمبيوتر الثالوثي في ​​مختبر لورنس ليفرمور الوطني (LLNL) في المرتبة السادسة بحصوله على 8.1 بيتافلوب / ثانية ، بينما جاء نظام هازل-هن في Höchstleistungsrechenzentrum شتوتغارت في ألمانيا في المرتبة الثامنة بحصوله على 5.6 بيتافلوب / ثانية. كلاهما عبارة عن ماكينات Cray XC ، تعتمد على معالجات Intel Xeon مع ربط Aries.

تحدث تغييرات أكبر في أسفل القائمة ، خاصة مع زيادة كبيرة في عدد الأنظمة الصينية ، التي ارتفعت إلى 109 ، مقارنة بـ 37 فقط في القائمة السابقة. جزئيًا ، يبدو أن هذا يرجع إلى وجود المزيد من الأنظمة الصينية التي تدير المعايير وتقدم النتائج للقائمة. نتيجة لذلك ، انخفض عدد الأنظمة الأمريكية من 231 إلى 200 ، وهو أقل رقم منذ أن بدأت القائمة في عام 1993 ؛ وانخفض عدد الأنظمة الأوروبية من 141 إلى 108.

يتمثل أحد الاتجاهات الكبيرة في زيادة عدد الأنظمة التي تستخدم مسرعات أو معالجات مشتركة ، والتي ارتفعت إلى 104 أنظمة في القائمة الحالية ، ارتفاعًا من 90 في يوليو. تستخدم غالبية هذه الأنظمة وحدات معالجة الرسومات Nvidia Tesla ، متبوعة بمعالجات Intel Xeon Phi ، مع استخدام عدد قليل منها. وأشار نفيديا إلى أنه كان في 70 من هذه الأنظمة ، بما في ذلك 23 من أصل 24 نظامًا جديدًا في القائمة.

في المعرض ، سلطت نفيديا الضوء على نمو المعجلات ، وخاصة عدد التطبيقات المتاحة الآن المحسنة لهندسة CUDA للشركة. تقول الشركة إن 90 في المائة من أفضل 10 تطبيقات للحوسبة عالية الأداء و 70 في المائة من أفضل 50 تطبيقات يتم تسريعها الآن. يتمثل أحد الاستخدامات المثيرة للاهتمام في الأنظمة التي تدير عمليات محاكاة الطقس ، وهو تطبيق رئيسي للحوسبة عالية الأداء ، حيث يتم إنتاج تنبؤات الطقس من قبل جميع أنواع الحكومات. كان Cray قد أشار في وقت سابق إلى استخدام هذه المعجلات في المكتب السويسري للأرصاد الجوية (MeteoSwiss) وتحدث عن كيفية عمله مع الباحثين في سويسرا بشأن إعادة كتابة العديد من تطبيقاته. تشير نفيديا الآن إلى استخدام المعجلات من قبل الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) في بعض التنبؤات الجوية الخاصة بها.

من بين التطبيقات الأخرى ، توصف Cray بتطبيقات النفط والغاز ، مثل استخدام الجيوفيزياء ثلاثية الأبعاد لمحاكاة الخزان ، بالإضافة إلى الخدمات المالية ، مثل تقييم المخاطر. نادراً ما تشكل مثل هذه التطبيقات أسرع الأنظمة في العالم ، ولكنها مؤشر على أن الحوسبة عالية الأداء تلعب دورًا أوسع في المزيد من تطبيقات الشركات. تحدث Cray عن تقدم مطرد لتشغيل نماذج أكبر وأكثر تفصيلاً في جميع التخصصات العلمية والهندسية ، والجمع بين أعباء العمل التقليدية والتحليلات.

لقد كنت مهتمًا أيضًا بإعلان Linux Foundation عن جهد جديد يسمى OpenHPC ، مصمم لإنشاء معايير أكثر انفتاحًا في عالم HPC. إنها فكرة مثيرة للاهتمام ، ويبدو أن لديها الكثير من اللاعبين الكبار يوقعون عليها.

هناك عدد من الأنظمة الجديدة في الأعمال. تقوم شركة IBM ببناء جهاز جديد يسمى Summit at Oak Ridge National Laboratories (ORNL) وآخر يدعى Sierra في مختبر لورنس ليفرمور الوطني (LLNL) ، وكلاهما يعتمد على وحدات المعالجة المركزية (CPU) الخاصة بشركة IBM Power و Nvidia Tesla GPUs و Mellanox interconnects. من المتوقع أن تقدم القمة ما بين 150 إلى 300 قمة للبيتافلوب / ثانية ، وسييرا أكثر من 100 بيتلافلوب / ثانية.

بالإضافة إلى ذلك ، تبني Intel و Cray جهازًا جديدًا يسمى Aurora ، استنادًا إلى معالجات Knights Hill Intel Xeon Phi المرتقبة لمرفق Argonne Leadership Computing (جزء من Argonne National Labs) ، والذي يهدف إلى 150 petaflops في عام 2018. كل هذه هي جزء من برنامج وزارة الطاقة المعروف باسم Collaboration of Oak Ridge و Argonne و Lawrence Livermore National labs (CORAL) ، يهدف إلى تسريع عملية تطوير الحوسبة عالية الأداء ، وتحديداً مشروع FastForward 2.

ومع ذلك ، لا يزال أمامنا طريق طويل لنقطعه على الطريق نحو "الحوسبة الفائقة".

في غضون ذلك ، كان هناك العديد من إعلانات المعالج التي يمكن أن تبشر بالخير للمستقبل. نفيديا على وجه الخصوص دفعت استخدام أجهزة الكمبيوتر العملاقة لتطبيقات الويب الفائقة ، وخاصة التعلم الآلي. أعلنت عن عدد قليل من المنتجات المنخفضة إلى حد ما: لوحة Tesla M40 مع 3072 CUDA النوى ، والتي قالت إنها كانت قادرة على أداء ما يصل إلى 7 teraflop أحادية الدقة ، تهدف في المقام الأول إلى التدريب على "التعلم العميق" ، و M4 ، لوحة طاقة منخفضة تشتمل على 1024 مركزًا و 2.2 teraflop / s أحادية الدقة ، والتي يمكن استخدامها لاستدلال التعلم العميق بالإضافة إلى أشياء مثل معالجة الصور والفيديو. بالإضافة إلى ذلك ، أعلنت الشركة عن "مجموعة عالية المستوى" جديدة مع تطبيقات تستهدف أكبر مواقع الحوسبة. يعتمد كل من منتجات الأجهزة الجديدة على تقنية معالجة 28nm وهندسة Maxwell للشركة.

أعلنت الشركة عن تصميمين متابعين لهما ، يُعرفان باسم Pascal ، في العام المقبل ، وفولتا ، اللتان ستتبعهما. ركزت إنتل على كيفية تأثير HPC على العلوم ، وقد أثارت اهتمامي وصفها لكيفية استخدام حاسوبها العملاق الخاص بها - المصنف حاليًا في المرتبة 99 في قائمة أفضل 500 - للمساعدة في تصميم معالجاتها الخاصة. على وجه الخصوص ، قالت الشركة إنها تستخدم مليون وحدة المعالجة المركزية ساعة فقط لتصميم الأقنعة الضوئية لمعالجات الجيل القادم.

تركز معظم نشاط Intel على Knights Landing ، الإصدار التالي من شريحة Xeon Phi ، والتي يمكن استخدامها كمسرع ولكن يتم تمهيدها أيضًا ؛ ونسيجها Omni-Path. على الرغم من أن Intel تقول أن التوافر العام سيكون في النصف الأول من عام 2016 ، إلا أن بعض العملاء يمكنهم الوصول مبكرًا إلى Knights Landing. حاليًا ، تقوم Cray باختبار نظام Knights Landing كبيرًا استعدادًا لتقديم حاسوب عملاق جديد يسمى Cori للمركز الوطني لأبحاث علوم الطاقة (NERSC) ، ومختبر Los Alamos الوطني ومختبرات Sandia الوطنية ، العام المقبل. تلقت شركة Bull ، وهي وحدة تكامل النظم الفرنسية Atos ، أيضًا نسخًا مبكرة من Knights Landing للتحضير لنظام Tera 1000 الذي تبنيه لجنة الطاقة البديلة الفرنسية والطاقة الذرية الفرنسية. تعمل منشأة Argonne Leadership Computing على نظام يسمى Theta ، ومن المقرر تسليمه في العام المقبل ، وتعمل مختبرات Sandia الوطنية مع Penguin Computing لترقية العديد من الأنظمة التي تستخدم الأجيال السابقة من معالجات Xeon Phi المشتركة.

ذكرت Intel سابقًا أنه سيكون هناك ثلاثة إصدارات مختلفة من Knights Landing: معالج مضيف أساسي (قادر على التشغيل الذاتي) ، ومعالج مضيف مزود بنسيج Omni-Path متكامل ، وبطاقة تسريع PCIe. ستتألف الرقاقة نفسها من 36 بلاطًا لكل منها نواة وحدة المعالجة المركزية (ما مجموعه 72 نواة) ، وأربع وحدات معالجة متجهية (اثنتان لكل نواة) ، وذاكرة تخزين مؤقت L2 مشتركة تبلغ 1 ميجابايت ، وعامل تخزين مؤقت للحفاظ على التماسك ؛ قالت شركة إنتل إنها يجب أن تقدم أداءً تقريبياً ثلاثة أضعاف لوحدة ركن وحدة المعالجة المركزية Knights Corner ، مع دقة مضاعفة تبلغ 3 تيرافلوب / ثانية و 6 تيرافلوب / ثانية لأعلى أداء. كما أنه يستخدم نظام ذاكرة جديد يسمى MCDRAM ، ذاكرة متوفرة مع عرض النطاق الترددي أكثر من 3x مقارنةً بالخروج إلى DDR4 الذي يبدو أنه متغير على بنية Hybrid Memory Cube التي تحدثت عنها Intel و Micron. في المعرض ، كان لدى Cray نظام نموذجي يضم Knights Landing قابل للتشغيل ، وكان عدد من البائعين الآخرين يعرضون أنظمة مصممة لـ Knights Landing. من المقرر أن يتبع هذا الإصدار من Xeon Phi إصدارًا يسمى Knights Hill ، والذي سيتم بناؤه على عملية 10nm القادمة.

بالإضافة إلى ذلك ، تحدثت Fujitsu أكثر قليلاً عن مشروعها الرائد 2020 ، استنادًا إلى شريحة جديدة تعرف باسم FX100 مع 32 قلبًا. من المتوقع أن يؤدي ذلك إلى زيادة أداء الفاصلة العائمة بمقدار أربعة أضعاف تقريبًا على FX10 الحالي ، ومثل Knights Landing ، ستستخدم FX100 من Fujitsu أيضًا نسخة من بنية Hybrid Memory Cube. بالإضافة إلى ذلك ، لدى NEC مشروع يحمل اسم Aurora (لا علاقة له بمشروع CORAL) ، استنادًا إلى متابعته لرقاقة SX-ACE ولكن مع عرض نطاق ترددي أكبر للذاكرة. هذا مستهدف لعام 2017.