Ali bodo alternativne arhitekture vladale superračunalnikom?

V zadnjih letih smo videli nekaj zanimivih novih pristopov k visokozmogljivemu računalništvu, zlasti odmik od tradicionalnih velikih procesorjev in grozde procesorjev x86 s pospeševalniki ali soprocesorji za pospešitev določenih vrst izračunov. Iz prejšnje tedenske oddaje Superračunalništvo smo videli, da se Intel trudi vključiti svoj soprocesor Xeon Phi s tradicionalnim strežniškim procesorjem Xeon, da bi olajšal programiranje; Nvidia predstavlja novo različico svojega Tesla GPU pospeševalnika; in Micron podpira zelo različne vrste procesorjev za še bolj specializirano računalništvo. In vse to se je dogajalo v času, ko pospeševalniki in koprocesorji prihajajo na seznam najboljših 500 najhitrejših računalnikov na svetu, kar vodi nekatere strokovnjake, da bi lahko sklepali, da obstoječi merilniki tem procesorjem dajejo preveč teže.

Nvidia je svoje uspehe označevala s ploščami za pospeševanje Tesle, velikimi grozdi GPU-jev, povezanih z glavnimi procesorji bodisi z Intela bodisi iz AMD-ja. Takšni čipi se uporabljajo v najrazličnejših sistemih, vključno s sistemom Titan v Nacionalnem laboratoriju Oak Ridge in novim sistemom Piz Daint v Švicarskem nacionalnem računskem centru za superračunalništvo. Še bolj zanimivo je, da podjetje pravi, da so plošče Tesla v vseh 10 najboljših sistemih na zadnjem seznamu Green 500 najbolj energetsko učinkovitih superračunalnikov na svetu. Vsi ti sistemi uporabljajo tudi Intel Xeons, z izjemo AMD Opteron s sedežem Titan, ki je drugi najhitrejši sistem na svetu na Top 500, a se na seznamu Green 500 uvršča precej nižje.

Poleg tega je Nvidia napovedala partnerstvo z IBM-om, da bi ponudila njegove Tesla pospeševalnike v sistemih, ki temeljijo na arhitekturi IBM Power. IBM je že dolgo oglaševal svojo serijsko zmogljivost, njegov sistem BlueGene / Q, ki temelji na napajalnih procesorjih, pa vodi sistem Sequoia v Nacionalnem laboratoriju Lawrence Livermore in sistem Mira v Nacionalnem laboratoriju Argonne. Sodelovanje IBM-a in Nvidia naj bi v prihodnosti povzročilo nekaj zanimivih sistemov.

Podjetje je na razstavi predstavilo svojo Teslo K40, naslednjo generacijo svoje pospeševalne plošče GPU. Družba je povedala, da bo ponudila 1, 4 teraflopa z dvojno natančnostjo, 12 GB pomnilnika (288 GBps pasovno širino) in funkcijo za povečanje GPU, ki omogoča, da v nekaterih situacijah deluje s hitrejšo taktom. To je nadgradnja obstoječe serije Tesla K20, z uporabo istega osnovnega dizajna GPU-ja, izdelanega na 28nm tehnologiji.

Druge pobude vključujejo načine olajšanja programiranja GPU-ja, vključno s CUDA 6, ki zdaj podpira enoten pomnilnik, razvijalcem pa omogoča, da se pomnilniku približajo enemu, čeprav CPU in GPU ostaneta ločena. Podjetje podpira tudi OpenACC, standardno zbirko direktiv o prevajalnikih, ki sistemu sporočajo, katere dele programa (napisane v C / C ++ in Fortran) je mogoče prenesti iz CPU-ja v pospeševalnik za povečanje učinkovitosti.

Intelov pristop, ki mu pravijo njegova arhitektura Many Integrated Core (MIC), je zelo različen. Združuje več majhnih jeder x86 v en čip, imenovan Xeon Phi. V zadnjih nekaj letih Intel govori o dejstvu, da je x86s lažji za programiranje, čeprav je razvijalcem jasno, da morajo arhitekturo neposredno ciljati na arhitekturo. Trenutna različica Xeon Phi, imenovana Knights Corner, je zasnovana tako, da se uporablja kot pospeševalec skupaj z bolj tradicionalnimi strežniki čipov Xeon E, uporabljajo pa ga različni vrhunski sistemi, vključno s kitajskim Tianhe-2 (trenutno najhitrejšim sistemom na svetu) in sistem Stampede v naprednem računalniškem centru na Univerzi v Teksasu.

Intel je na razstavi predstavil novo različico s kodnim imenom Knights Landing, ki bo delovala tudi kot samostojen CPU, ki se lahko prilega v standardno arhitekturo stojala in neposredno zažene operacijski sistem, ne da bi pri tem potreboval gostiteljski CPU (na primer Xeon E). To bi lahko bilo zelo pomembno pri širjenju privlačnosti Xeon Phi, zlasti na trgu delovnih postaj. Ponovno je to zasnovano tako, da razvijalci programske opreme olajšajo ogled kot en sam CPU. Knights Landing bo na voljo tako kot samostojen CPU kot PCI Express tabla, ki se kot nadgradnja s Knights Cornerja prilega obstoječim sistemom.

V Knights Landing obstajajo tudi druge pomembne spremembe, vključno z dodajanjem "skoraj pomnilnika", ki je učinkovito DRAM, ki je na voljo v paketu s CPU in tako lahko doseže veliko večjo pasovno širino kot tradicionalni pomnilnik DDR, ki je omejena s hitrostjo avtobus. (Tudi to postaja hitreje, vendar skoraj ne toliko.) To ni prvi korak v tej smeri; IBM že leta pritegne vgrajeni DRAM v svojo Power arhitekturo, Intel pa vgrajeni DRAM za grafiko postavlja v različice Iris Pro svoje družine Haswell Core. Kljub temu mislim, da bomo v prihodnjih letih v tej smeri videli veliko več naporov.

Medtem je eden najzanimivejših novih pristopov iz podjetja Micron, ki je napovedal nov pospeševalnik, imenovan procesor Automata, namenjen predvsem reševanju kompleksnih nestrukturiranih težav s podatki.

Micron je to opisal tako, da ponuja tkanino, sestavljeno iz deset tisoč do milijonov procesijskih elementov, povezanih za reševanje določenih nalog. V podjetju, ki je eden največjih proizvajalcev pomnilnika DRAM in NAND, pravijo, da bo to s pomočjo pomnilniške obdelave rešilo zapletene računalniške izzive na področjih, kot so varnost omrežja, bioinformatika, obdelava slik in analitika. Micron bo sprva razdelil procesor Automata na plošči PCI-Express, da bi razvijalci delali z njim, vendar podjetje načrtuje, da bo procesorje prodal na standardnih pomnilniških modulih, znanih kot DIMM, ali kot posamezne čipe za vgrajene sisteme. Na nek način se to sliši podobno poljubno programiranim nizom vrat (FPGA), ki so uglašeni za reševanje določenih aplikacij, ki vključujejo ujemanje vzorcev.

Družba je dejala, da sodeluje z Georgia Tech, Univerzo Missouri in Univerzo v Virginiji pri razvoju novih aplikacij za Automata. Čeprav podjetje ni napovedalo datuma končnih izdelkov, bo predvidoma prihodnje leto izšel komplet za razvoj programske opreme skupaj s simulacijskimi orodji.

Samodejni podatki se slišijo kot nedokončano delo in verjetno je še prezgodaj, da bi vedeli, kako široke so aplikacije, vendar je zanimiv pristop.

Na splošno opažamo razvoj visokozmogljivega računalništva. Pred več leti so bili najhitrejši računalniki večinoma le ogromno število standardnih strežniških procesorjev. Sistemi IBM Blue Gene in tisti, ki temeljijo na podjetju Sparc (na primer računalnik K pri Inštitutu RIKEN Advanced Institute for Computational Science na Japonskem, ki uporablja procesorje Fujitsu Sparc), še vedno predstavljajo velik del trga, vključno s petimi od 10 najhitrejših. sistemov na svetu. Toda v zadnjih letih se je zamahnil v smeri koprocesorja, saj so sistemi, ki uporabljajo Teslo in novejši pospeševalniki Xeon Phi, predstavljali več novih sistemov. Z izboljšavami v teh sistemih, novimi partnerstvi, boljšo programsko opremo in nekaterimi novimi pristopi se lahko trg superračunalnikov v prihodnosti zelo razlikuje.