La computación a exaescala se refiere a los sistemas de computación capaces de calcular al menos 10 18 operaciones de punto flotante por segundo (1 exa FLOPS). La terminología generalmente se refiere al rendimiento de los sistemas de supercomputadoras y, aunque ninguna máquina ha alcanzado este objetivo en enero de 2021, se están diseñando sistemas para alcanzar este hito. En abril de 2020, la red informática distribuida Folding @ home alcanzó un exaFLOPS de rendimiento informático. [1] [2] [3] [4]
La computación a exaescala sería un logro significativo en la ingeniería informática . En primer lugar, permitirá aplicaciones científicas mejoradas y una mejor predicción, como en el pronóstico del tiempo y la medicina personalizada . [5] La exaescala también alcanza el poder de procesamiento estimado del cerebro humano a nivel neuronal, un objetivo del Proyecto Cerebro Humano . [6] Como en la lista TOP500, también hay una carrera para ser el primer país en construir una computadora a exaescala. [7] [8] [9] [10]
Definición
Las operaciones de punto flotante por segundo (FLOPS) son una medida del rendimiento de la computadora. Los FLOPS se pueden registrar en diferentes medidas de precisión, sin embargo, la medida estándar utilizada por la lista de supercomputadoras TOP500 clasifica las computadoras por operaciones de 64 bits ( formato de punto flotante de doble precisión ) por segundo utilizando el punto de referencia LINPACK . [11]
Desafíos tecnológicos
Se ha reconocido que permitir que las aplicaciones aprovechen al máximo las capacidades de los sistemas informáticos de exaescala no es sencillo. [12] El desarrollo de aplicaciones con uso intensivo de datos sobre plataformas de exaescala requiere la disponibilidad de paradigmas de programación y sistemas de ejecución nuevos y efectivos. [13] El proyecto Folding @ home , el primero en romper esta barrera, se basó en una red de servidores que enviaban piezas de trabajo a cientos de miles de clientes utilizando una arquitectura de red modelo cliente-servidor . [14] [15]
Historia
La primera computadora de petaescala (10 15 FLOPS) entró en funcionamiento en 2008. [16] En una conferencia de supercomputación en 2009, Computerworld proyectó la implementación de exaescala para 2018. [17] En junio de 2014, el estancamiento de la lista de supercomputadoras Top500 hizo que los observadores cuestionaran la posibilidad de sistemas de exaescala para 2020. [18]
Aunque la computación a exaescala no se logró en 2018, en el mismo año la supercomputadora Summit OLCF-4 realizó 1.8 × 10 18 cálculos por segundo utilizando una métrica alternativa (es decir, no FLOPS) mientras analizaba la información genómica. [19] El equipo que realizó esto ganó el premio Gordon Bell en la Conferencia de Supercomputación ACM / IEEE 2018 . [ cita requerida ]
La barrera exaFLOPS se rompió por primera vez en marzo de 2020 con el proyecto distribuido Folding @ home . [20] [15]
En junio de 2020 [21], la supercomputadora japonesa Fugaku logró 1,42 exaFLOPS en el benchmark HPL-AI.
Desarrollo
Estados Unidos
En 2008, dos organizaciones gubernamentales de los Estados Unidos de América dentro del Departamento de Energía de los Estados Unidos , la Oficina de Ciencias y la Administración Nacional de Seguridad Nuclear , proporcionaron fondos al Instituto de Arquitecturas Avanzadas para el desarrollo de una supercomputadora de exaescala; El Laboratorio Nacional Sandia y el Laboratorio Nacional Oak Ridge también colaborarían en diseños a exaescala. [22] Se esperaba que la tecnología se aplicara en varias áreas de investigación intensivas en computación, incluida la investigación básica , la ingeniería , las ciencias de la tierra , la biología , la ciencia de los materiales , las cuestiones energéticas y la seguridad nacional. [23]
En enero de 2012, Intel compró la línea de productos InfiniBand de QLogic por US $ 125 millones para cumplir su promesa de desarrollar tecnología de exaescala para 2018. [24]
Para 2012, Estados Unidos había asignado $ 126 millones para el desarrollo de computación a exaescala. [25]
En febrero de 2013, [26] la Actividad de Proyectos de Investigación Avanzada de Inteligencia inició el programa Cryogenic Computer Complexity (C3), que prevé una nueva generación de supercomputadoras superconductoras que operan a velocidades exaescala basadas en la lógica superconductora . En diciembre de 2014 anunció un contrato de varios años con IBM, Raytheon BBN Technologies y Northrop Grumman para desarrollar las tecnologías para el programa C3. [27]
El 29 de julio de 2015, Barack Obama firmó una orden ejecutiva que crea una Iniciativa de Computación Estratégica Nacional que pide el desarrollo acelerado de un sistema de exaescala y la financiación de la investigación en computación post-semiconductores. [28] El Proyecto de Computación a exaescala (ECP) espera construir una computadora a exaescala para 2021. [29]
El 18 de marzo de 2019, el Departamento de Energía de los Estados Unidos e Intel anunciaron que la primera supercomputadora exaFLOPS estaría operativa en el Laboratorio Nacional de Argonne a fines de 2021. La computadora, llamada Aurora, será entregada a Argonne por Intel y Cray (ahora Hewlett Packard Enterprise), y se espera que utilice las GPGPU de Intel Xe junto con una futura CPU escalable Xeon y cueste 600 millones de dólares. [30]
El 7 de mayo de 2019, el Departamento de Energía de EE. UU. Anunció un contrato con Cray (ahora Hewlett Packard Enterprise) para construir la supercomputadora Frontier en el Laboratorio Nacional Oak Ridge. Se prevé que Frontier esté operativa en 2021 y, con un rendimiento superior a 1,5 exaFLOPS, debería ser la computadora más potente del mundo. [31]
El 4 de marzo de 2020, el Departamento de Energía de EE. UU. Anunció un contrato con Hewlett Packard Enterprise y AMD para construir la supercomputadora El Capitan a un costo de 600 millones de dólares, que se instalará en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL). Se espera que se utilice principalmente (pero no exclusivamente) para el modelado de armas nucleares. El Capitán se anunció por primera vez en agosto de 2019, cuando el DOE y LLNL revelaron la compra de una supercomputadora Shasta de Cray. El Capitán estará operativo a principios de 2023 y tendrá un rendimiento de 2 exaFLOPS. Utilizará CPU y GPU de AMD, con 4 GPU Radeon Instinct por CPU EPYC Zen 4, para acelerar las tareas de inteligencia artificial. El Capitán debería consumir alrededor de 40 MW de energía eléctrica. [32] [33]
En noviembre de 2020, Estados Unidos tiene tres de las cinco supercomputadoras más rápidas del mundo. [34]
Japón
En Japón, en 2013, el Instituto Avanzado de Ciencias Computacionales RIKEN comenzó a planificar un sistema de exaescala para 2020, destinado a consumir menos de 30 megavatios. [35] En 2014, Fujitsu se adjudicó un contrato por RIKEN para desarrollar una supercomputadora de próxima generación para suceder al equipo K . El sucesor se llama Fugaku , y tiene como objetivo tener un rendimiento de al menos 1 exaFLOPS, y estar en pleno funcionamiento en 2021. En 2015, Fujitsu anunció en la Conferencia Internacional de Supercomputación que esta supercomputadora utilizaría procesadores que implementan la arquitectura ARMv8 con extensiones que fue co -Diseño con ARM Limited . [36] Se puso en funcionamiento parcialmente en junio de 2020 [37] y alcanzó 1,42 exaFLOPS (fp16 con precisión de fp64) en el punto de referencia HPL-AI, lo que la convierte en la primera supercomputadora que logró 1 exaOPS. [38] Nombrado en honor al Monte Fuji, el pico más alto de Japón, Fugaku retuvo el puesto número 1 en el ranking de velocidad de cálculo de supercomputadoras Top 500 anunciado el 17 de noviembre de 2020, alcanzando una velocidad de cálculo de 442 billones de cálculos por segundo, o 0,442 exaFLOPS. [39]
porcelana
En junio de 2020, China tenía dos de las cinco supercomputadoras más rápidas del mundo [40] (la computadora más rápida es la japonesa Fugaku ). La primera supercomputadora de exaescala de China entrará en servicio después de mediados de 2020, según el director de la escuela de informática de la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa (NUDT). De acuerdo con el plan nacional para la próxima generación de computadoras de alto rendimiento, China desarrollará una computadora a exaescala durante el período del decimotercer plan quinquenal (2016-2020). El gobierno de Tianjin Binhai New Area, NUDT y el Centro Nacional de Supercomputación en Tianjin están trabajando en el proyecto. Después de Tianhe-1 y Tianhe-2 , se planea que el sucesor de exaescala se llame Tianhe-3. [41]
Unión Europea
- Véase también Supercomputación en Europa
En 2011, se iniciaron en la UE varios proyectos destinados a desarrollar tecnologías y software para la computación a exaescala. El proyecto CRESTA (Investigación colaborativa en sistemas, herramientas y aplicaciones de Exascale), [42] el proyecto DEEP (Plataforma de entrada dinámica ExaScale), [43] y el proyecto Mont-Blanc. [44] Un gran proyecto europeo basado en la transición a exaescala es el proyecto MaX (Materiales a exaescala). [45] El Centro de excelencia orientado a la energía (EoCoE) explota tecnologías de exaescala para apoyar la investigación y las aplicaciones de energía libre de carbono. [46]
En 2015, el proyecto de Adaptación de Software Escalable, Eficiente en Energía, Resiliente y Transparente (SERT), un importante proyecto de investigación entre la Universidad de Manchester y el Laboratorio STFC Daresbury en Cheshire , recibió el premio c. £ 1 millón del Consejo de Investigación en Ingeniería y Ciencias Físicas del Reino Unido. El proyecto SERT debía comenzar en marzo de 2015. Será financiado por EPSRC en el marco del programa Software for the Future II, y el proyecto se asociará con el Numerical Analysis Group (NAG), Cluster Vision y el Science and Technology Facilities Council ( STFC). [47]
El 28 de septiembre de 2018, la UE estableció formalmente la Empresa Común Europea de Computación de Alto Rendimiento (EuroHPC JU). EuroHPC JU tiene como objetivo construir una supercomputadora de exaescala para 2022/2023. La empresa común EuroHPC será financiada conjuntamente por sus miembros públicos con un presupuesto de alrededor de mil millones de euros. La contribución financiera de la UE es de 486 millones de euros. [48] [49]
Taiwán
En junio de 2017, Taiwan 's Centro Nacional para la computación de alto rendimiento inició el esfuerzo hacia el diseño y la construcción de la primera taiwanesa superordenador exascale mediante la financiación de la construcción de un nuevo superordenador intermediario en base a una transferencia de tecnología completa de Fujitsu Corporation de Japón , que es actualmente la construcción la supercomputadora basada en IA más rápida y poderosa de Japón . [50] [51] [52] [53] [54] Además, se han realizado muchos otros esfuerzos taiwaneses independientes en Taiwán con el enfoque en el rápido desarrollo de tecnología de supercomputación a exaescala, como la Taiwanese Foxconn Corporation que recientemente diseñó y construyó la supercomputadora más grande y rápida de todo Taiwán . Esta nueva supercomputadora Foxconn está diseñada para servir como un trampolín en la investigación y el desarrollo hacia el diseño y construcción de una supercomputadora de exascala taiwanesa de última generación. [55] [56] [57] [58]
India
En 2012, el gobierno de la India propuso destinar 2.500 millones de dólares a la investigación de supercomputación durante el período del duodécimo plan quinquenal (2012-2017). El proyecto estaría a cargo del Instituto Indio de Ciencias (IISc), Bangalore . [59] Además, más tarde se reveló que India planea desarrollar una supercomputadora con potencia de procesamiento en el rango exaFLOPS . [60] Será desarrollado por C-DAC dentro de los cinco años siguientes a su aprobación. [61]
Ver también
- Computación a petasescala
- Supercomputadora
- Computación superconductora
- Ingeniería neuromórfica
- Big data
- Rendimiento de la computadora por órdenes de magnitud
Referencias
- ^ "Folding @ Home Active CPU y GPU por sistema operativo" . www.foldingathome.org . Consultado el 8 de abril de 2020 .
- ^ Folding @ home (25 de marzo de 2020). "¡Gracias a nuestra comunidad INCREÍBLE, hemos cruzado la barrera exaFLOP! Eso es más de 1,000,000,000,000,000,000 de operaciones por segundo, ¡lo que nos hace ~ 10 veces más rápidos que el IBM Summit! Pic.twitter.com/mPMnb4xdH3" . @foldingathome . Consultado el 4 de abril de 2020 .
- ^ "Folding @ Home aplasta la barrera de exaescala, ahora más rápido que docenas de supercomputadoras - ExtremeTech" . www.extremetech.com . Consultado el 4 de abril de 2020 .
- ^ "Folding @ Home supera 1,5 ExaFLOPS en la batalla contra Covid-19" . TechSpot . Consultado el 4 de abril de 2020 .
- ^ Gagliardi, Fabrizio; Moreto, Miquel; Olivieri, Mauro; Valero, Mateo (1 de mayo de 2019). "La carrera internacional hacia la exaescala en Europa" . Transacciones CCF sobre informática de alto rendimiento . 1 (1): 3-13. doi : 10.1007 / s42514-019-00002-y . ISSN 2524-4930 .
- ^ "Rendimiento del cerebro en FLOPS - AI Impacts" . aiimpacts.org . 26 de julio de 2015 . Consultado el 27 de diciembre de 2017 .
- ^ Moss, Sebastian (15 de marzo de 2019). "La carrera a la exaescala: una historia de superpoderes y supercomputadoras" . www.datacenterdynamics.com . Consultado el 6 de julio de 2020 .
- ^ Waters, Richard (5 de marzo de 2020). "Opinión: cómo los Estados Unidos y China están calculando sobre el dominio de supercomputadoras" . www.ft.com . Consultado el 6 de julio de 2020 .
- ^ Anderson, Mark (7 de enero de 2020). "Recarga de página completa" . IEEE Spectrum: Noticias de tecnología, ingeniería y ciencia . Consultado el 6 de julio de 2020 .
- ^ Nuttall, Chris (9 de julio de 2013). "Supercomputadoras: batalla de las máquinas de velocidad" . www.ft.com . Consultado el 6 de julio de 2020 .
- ^ "PREGUNTAS FRECUENTES" . www.top500.org . Consultado el 23 de junio de 2020 .
- ^ Abraham, Erika; Bekas, Costas; Brandic, Ivona ; Genaim, Samir; Broch Johnsen, Einar; Kondov, Ivan; Pllana, Sabri; Streit, Achim (24 de marzo de 2015), Preparación de aplicaciones HPC para Exascale: Desafíos y recomendaciones , arXiv : 1503.06974 , Bibcode : 2015arXiv150306974A
- ^ Da Costa, Georges; et al. (2015), "Las máquinas exaescala requieren nuevos paradigmas de programación y tiempos de ejecución" , Supercomputing Frontiers and Innovations , 2 (2): 6–27, doi : 10.14529 / jsfi150201
- ^ "Acerca de - Folding @ home" . Consultado el 26 de marzo de 2020 .
- ^ a b Alcorn, Paull (26 de marzo de 2020). "Folding @ Home Network rompe la barrera ExaFLOP en la lucha contra el coronavirus" . Hardware de Tom . Consultado el 26 de marzo de 2020 .
- ^ Consejo Nacional de Investigación (EE. UU.) (2008). El impacto potencial de la informática de alta capacidad en cuatro campos ilustrativos de la ciencia y la ingeniería . Las Academias Nacionales. pag. 11. ISBN 978-0-309-12485-0.
- ^ "Los científicos, la comunidad de TI esperan computadoras a exaescala" . Computerworld . 7 de diciembre de 2009 . Consultado el 18 de diciembre de 2009 .
- ^ Anthony, Sebastian (24 de junio de 2014). "El estancamiento de la supercomputadora: la nueva lista de las computadoras más rápidas del mundo arroja sombras sobre la exaescala para 2020" . Extremetech.com .
- ^ Hines, Jonathan (8 de junio de 2018). "El código de genómica supera Exaops en el superordenador Summit" . Instalación de Computación de Liderazgo de Oak Ridge .
- ^ Folding @ home (25 de marzo de 2020). "¡Gracias a nuestra comunidad INCREÍBLE, hemos cruzado la barrera exaFLOP! Eso es más de 1,000,000,000,000,000,000 de operaciones por segundo, ¡lo que nos hace ~ 10 veces más rápidos que el IBM Summit! Pic.twitter.com/mPMnb4xdH3" . @foldingathome . Consultado el 26 de marzo de 2020 .
- ^ "RIKEN selecciona al contratista para el diseño básico de una supercomputadora post-K" , www.aics.riken.jp , 1 de octubre de 2014, archivado desde el original el 13 de enero de 2017 , consultado el 22 de junio de 2016
- ^ Johnson, R. Colin (4 de mayo de 2008), "Estados Unidos lanza iniciativa de supercomputadora exaflop" , www.eetimes.com
- ^ "Perspectivas y beneficios de la ciencia con la computación a exaescala" (PDF) . Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Archivado desde el original (PDF) el 4 de mayo de 2012 . Consultado el 18 de diciembre de 2009 .
- ^ "Intel incorpora la tecnología InfiniBand, línea de productos de QLogic" . 23 de enero de 2012.
- ^ "El presupuesto de Obama incluye $ 126 millones para computación a exaescala" . Archivado desde el original el 24 de febrero de 2011.
- ^ "Anuncio del día de los proponentes para el programa de complejidad informática criogénica (C3) de IARPA - IARPA-BAA-13-05 (pd) (archivado)" . Oportunidades comerciales federales . 11 de febrero de 2013 . Consultado el 11 de octubre de 2015 .
- ^ "La agencia de inteligencia estadounidense tiene como objetivo desarrollar una computadora superconductora" . Reuters . 3 de diciembre de 2014 . Consultado el 3 de diciembre de 2014 .
- ^ "Orden ejecutiva que crea una iniciativa informática estratégica nacional" . whitehouse.gov . 29 de julio de 2015 . Consultado el 11 de octubre de 2015 , a través de Archivos Nacionales .
- ^ "US Bumps Exascale Timeline, se centra en arquitecturas novedosas para 2021" . La próxima plataforma . 8 de diciembre de 2016 . Consultado el 13 de diciembre de 2016 .
- ^ "El Departamento de Energía de Estados Unidos e Intel entregarán la primera supercomputadora a exaescala" . Laboratorio Nacional Argonne . 18 de marzo de 2019 . Consultado el 27 de marzo de 2019 .
- ^ "El Departamento de Energía de Estados Unidos y Cray ofrecerán una supercomputadora fronteriza récord en ORNL" . Laboratorio Nacional de Oak Ridge . 8 de mayo de 2019 . Consultado el 8 de mayo de 2019 .
- ^ "HPE, AMD consiguen un acuerdo para que una supercomputadora estadounidense modele armas nucleares" . 5 de marzo de 2020 - a través de www.reuters.com.
- ^ Smith, Ryan. "El Capitan Supercomputer detallado: CPU y GPU de AMD para impulsar 2 Exaflops de cómputo" . www.anandtech.com .
- ^ "Noviembre de 2020" . TOP500 . Consultado el 14 de marzo de 2021 .
- ^ Thibodeau, Patrick (22 de noviembre de 2013). "Por qué Estados Unidos puede perder la carrera por la exaescala" . Computerworld .
- ^ "Fujitsu elige ARM de 64 bits para el super monstruo de 1.000 PFLOPS de Japón" , www.theregister.co.uk , 20 de junio de 2016
- ^ "RIKEN selecciona al contratista para el diseño básico de una supercomputadora post-K" , www.aics.riken.jp , 1 de octubre de 2014, archivado desde el original el 13 de enero de 2017 , consultado el 22 de junio de 2016
- ^ "Resultados - documentación de HPL-AI 0.0.2" . icl.bitbucket.io . Consultado el 26 de febrero de 2021 .
- ^ Sin competencia: Fugaku de Japón vuelve a ser la supercomputadora más rápida
- ^ "Lista TOP500 - junio de 2020" . TOP500 . Consultado el 3 de julio de 2020 .
- ^ "Superordenador de exaescala de China operativo para 2020 --- Academia de Ciencias de China" . english.cas.cn .
- ^ "Europa se prepara para el Exascale Software Challenge con el proyecto CRESTA de 8,3 millones de euros" . Consorcio del proyecto. 14 de noviembre de 2011 . Consultado el 10 de diciembre de 2011 .
- ^ "Booster for Next-Generation Supercomputers Kick-off for the European exascale project DEEP" . FZ Jülich. 15 de noviembre de 2011 . Consultado el 10 de diciembre de 2011 .
- ^ "El proyecto Mont-Blanc marca los objetivos de Exascale" . Consorcio del proyecto. 31 de octubre de 2011. Archivado desde el original el 5 de diciembre de 2011 . Consultado el 10 de diciembre de 2011 .
- ^ "Sitio web de MaX" . consorcio del proyecto. 25 de noviembre de 2016 . Consultado el 25 de noviembre de 2016 .
- ^ "Sitio web de EoCoE" . Consorcio del proyecto. 29 de abril de 2020 . Consultado el 29 de abril de 2020 .
- ^ "Desarrollo de software de simulación para combatir los mayores problemas de la humanidad" . Computación científica. 25 de febrero de 2015. Archivado desde el original el 14 de abril de 2015 . Consultado el 8 de abril de 2015 .
- ^ "EuroHPC - el viaje de Europa a la HPC de exaescala" . Consultado el 9 de febrero de 2019 .
- ^ "La Empresa Común Europea de Computación de Alto Rendimiento - EuroHPC" . 11 de enero de 2018 . Consultado el 9 de febrero de 2019 .
- ^ "Fujitsu para construir supercomputadora AI de clase mundial" .
- ^ "Fujitsu para construir la supercomputadora más rápida de Japón | Sitios de supercomputadoras TOP500" .
- ^ "Fujitsu para construir superordenador 3-PFLOPS para Taiwán NCHC" .
- ^ "Asetek recibe un pedido de Fujitsu para enfriar el sistema de supercomputadora AI más rápido de Japón: Asetek" .
- ^ "Fujitsu recibe el pedido del sistema de supercomputadora más rápido de Japón para aplicaciones de inteligencia artificial: Fujitsu Global" .
- ^ "Foxconn construye la supercomputadora más grande de Taiwán | Sitios de supercomputadoras TOP500" .
- ^ "Firma con sede en Taiwán revela supercomputadora" .
- ^ "Hon Hai presenta el superc más rápido de Taiwán" .
- ^ "Hon Hai presenta el sistema de supercomputadora | Tecnología | FOCUS TAIWAN - CNA ENGLISH NEWS" .
- ^ "India tiene como objetivo duplicar el gasto en I + D para la ciencia" . Alambre HPC . 4 de enero de 2012 . Consultado el 29 de enero de 2012 .
- ^ "C-DAC y supercomputadoras en la India" . Archivado desde el original el 3 de marzo de 2016 . Consultado el 6 de enero de 2016 .
- ^ "India planea superordenador 61 veces más rápido para 2017" . Los tiempos de la India . 27 de septiembre de 2012. Archivado desde el original el 28 de enero de 2013 . Consultado el 9 de octubre de 2012 .
Fuentes
- Gropp, William (2009). "MPI a exaescala: desafíos para estructuras de datos y algoritmos". Avances recientes en máquinas virtuales paralelas e interfaz de paso de mensajes . Avances recientes en máquinas virtuales paralelas e interfaz de paso de mensajes, notas de conferencias en informática . Apuntes de conferencias en Ciencias de la Computación. 5759 . Berlín: Springer. pag. 3. Código Bibliográfico : 2009LNCS.5759 .... 3G . doi : 10.1007 / 978-3-642-03770-2_3 . ISBN 978-3-642-03769-6.
- Kirkley, John (22 de noviembre de 2011). "El camino a la exaescala: ¿Pueden ayudar los nanofotónicos?" . enterprisetech.com . Consultado el 11 de octubre de 2015 .
enlaces externos
- Supercomputadora de próxima generación de Estados Unidos: El desafío exaescala : audiencia ante el Subcomité de Energía, Comité de Ciencia, Espacio y Tecnología, Cámara de Representantes, Ciento XIII Congreso, Primera sesión, miércoles 22 de mayo de 2013.
- ExascaleProject.org