“Exaescale computing” superkonputagailuen hurrengo belaunaldia

Ordenagailuen ahalmen handitzea etengabea izan da azken urteotan.  Atzean gelditu da jada PetaFLOPS (10¹⁵ FLOPS, non FLOPSa, koma higikorreko eragiketa-kopurua segundoko, edo errazago azaltzearren, eragiketa matematiko kopurua segunduko den) potentziaren muga. Gaur egun, adituak ExaFLOPS mugarrira iristen lagunduko diguten teknologiak nolakoak izango diren begiztatzen eta garatzen dabiltza eta  momentuz, badirudi, ezaguntzen dugun eta ohituta gauden teknologiaren aldean desberdina izango dela.

top500.org zerrendako ordenagailu ahaltsuenaren ahalmena (N=1), 500.-arena ahalmena (N=500) eta zerrenda guztiko ordenagiluen ahalamenaren batura (SUM) zerrenda atera den aldi bakoitzean..

Ordenagailuen ahalmena hasieratik handitu da esponentzialki. Joera hau Moore-en legea bezala ezagutzen da, edo honen zabalkuntza bezala ikusten da Kurzweil-en legea, “La Ley de Kurzweil, una extensión de la ley de Moore” sarreran ikusi genuen bezala. Kalkulu makinen kalkulu ahalmena esponentzialki handitu da mende hasieratik. Superkonputagailuen aro modernora mugatuz gero top500.org zerrenda aztertu dezakegu. top500.org sailakpenak LINPAC benchmark-a erabiltzen du neurri moduan eta hasieran, 1993. urtean, CM-5 ordenagailu zen ahaltsuena.  Thinking Machines Corporation enpresak eraiki zuen eta  Los Alamos-eko Laborategi  nazionalean (EEBB) instalatu. Bere ahalmena 60 GigaFLOPS-etakoa zen (10⁹ FLOPS). 1997.-ean Sandiako Laborategi Nazionalean instalatutako Intelen  ASCI Red 1.1 TeraFLOPS-etako (10¹² FLOPS) ahalmenara iritzi zen. 11 urte beranduago,  Los Alamos-eko Laborategi  nazionaleko  IBM-ren Roadruner superkonputagailuak PetaFLOPS (10¹⁵ FLOPS) muga gainditu zuen, ASCI Red-a baino 1.000 aldiz azkarragoa. Iaz berriz, 2013. urtean, Chinako National University of Defense Technologyn dagoen Tianhe-2 superkonputagailuak 34 PetaFLOPS-etako ahalmenera iritxi zen. Honela, 2020. hamarkada hasieran espero da ExaFLOPS (10¹⁸ FLOPS) mugarrira iristea.

ASCI Red Superkonputagailua.Jatorria.

Superkonputagailu hauen teknologia mota aztertzen badugu, 1993. urteko CM-5 konputagailua bektoriala zela ikusiko dugu. ASCI Red berriz, 1997. urtean, prozesagailu eskalarrez eraikitako superordenagailu bat zen, eta hortik aurrera ordenagailu bektorialak indarra galtzen hasi ziren eta eskalarak irabazten. 2008. urtean berriz, Roadrunner IBM-k eraikitako superordenagailuak PetaFLOPS muga gainditzeko prozesagailu grafikoak (Play Station konsolaren Cell prozesagailuak hain zuzen ere) erabibili zituen koprozesailu matematikoa bezala, nodoen kalkulu ahalmena handitzeko. Arkitektura mota honek arrakasta izan du azken urteotan eta superkonputagailu asko prozesagailu eskalar+GPGPU-ez osatuta daude gaur egun. Honela, azken top500 zerrendan teknologia misto hau, zein orainarte gailendu izan diren prozesagailu eskalar arruntez osatuako superkonputagailuek daude aurreko postuetean. Esate baterako, Tianhe-2 superkonputagailuak bi teknologiak uztartzen ditu, baina K computer eta Sequoia superkonputagailuek prozesagailu eskalarrak bakarrik erabiltzen dituzte. Ikusi dieteken moduan, Giga, Tera edo Peta mugak gainditu zituzten teknologiak berritzaileak eta aurrekoen desberdinak izan ziren.

PetaFLOPS muga atzean utzita, adituek ExaFLOPS mugarrian jarri dute helburua. Gaur egungo teknologiaren garapen lineal batek ez duenez ExaFLOPS helburura heltzeko aukerarik ematen,  ExaFLOPS hesia gainditzeko teknologia berritzaile baten bila dabiltza. Helburua, ez da noski besterik gabe, ExaFLOPS muga gaindituko duen superkonputagailu bat diseinatzea. Ikertzaileak ahalmen hori eskeini dezaken teknologiaren bila dabiltza, ondoren arruntagoak diren ordenagiluetara hedatuko litzatekeena.

Une honetan ExaFLOPS muga gainditzeko dagoen arazorik handiena energia kontsumoa da. Gaur egungo teknologia duen superkonputagailu batek ExaFLOPS muga gainditzeko, garapen lineala bat eginez (hau da prozesagailu kopurua handituz), 200 MegaWattio beharko lituzke  gero martxan jartzeko. Onartezina da energia erabilera hori, 200/300 miloi $-etako kostua lukelako urtero.

Beste arazo bat, memoriaren banda zabalera da, ez baita konpuatzio ahalmena bezainbeste handitzen. Honela, prozesagailu batzuk zai geratu behar dute datuak ez baitzaizkie abiadura nahikoan irixten. Arazo hau aurkitu zuten jada Xeon prozesagailuen lehengo bertsioetan. Honekin lotutako beste bitxikeri bat: gaur egun, datu pare bat memoriatik prozesagailura mugitzeak, hauek prozesatzeak baino energia gehiago behar du.

Aurrekoa oztopoak gutxi ez balira, hurrengo hamarkadako ordenagailuek izango duten beste arazo bat prozesadore kopurua da. Horrenbeste prozesadore izango ditu, non gaur egungo programazioak eboluzionatu beharko duen prozesagailu kopuru horietan exekutatuko diren programak eraginkorrak izan daitezen. Prozesagailuak ahalik eta denbora gehien lanean egon behar dute eta ez memoriak datuak noiz pasako zai. Honeterako, superkonputagailuak dituzten ikerketa zentruek, bertan exkutatu ahal izango diren programak garatzeko esfortzu handia egiten dute, zientifikoki eta konputazionalki egokiak izan daitezken programak aukertau eta teknologia berrirako garatuz.

ExaFLOPS mailako konputazioa, punta puntako zientziak garatuz jarraituz dezan tresna eskeiniko duen erronka zientifiko eta teknologiko bat da. Modu berean, etorkizuneko konputazio eta konputagailuen nondik norakoak ezarriko ditu ziurrenik. Honengatik guztiagatik, hainbat herrialdeentzat, I+G-erako  proiektu estrategiko bat da, luzerako joko duen proiektua. China, burubelarri sartu da superkonputazioaren munduan azkeneko urteotan beraiek garatutako teknologiarekin. Japonen, superkonputazioan tradizioa duen herrialdea, gobernuak eta Fujitsuk, K superkonputagailua garatu dute, ExaFLOPS mugarrira iristeko bidea ezarriz. Europan, 2011. urtean Montblanc proiektua martxan jarri zen ARM eta Bull enpresa Europearrak babestuta. EE.BB.-etan, txosten bat aurkeztu berri da kongresuan exaeskalara iristeko proiektua diseinatzeko. Bertako konputazio enpresa ugariek zeresan handia ere izango dute ere EE.BB.-etako bidean. Txostenean, proiektuaren erronka nagusiak aipatzen dira eta erakunde publikoen bultzada eta finanziziorik gabe ezingo dela exaeskalara iritxi azpimarratzen da.

————————————————————————————

Sarrera honek #KulturaZientifikoa 1. Jaialdian parte hartzen du.

OHARRA: Post hau erdaraz argitaratuta genuen aurretik hemen.