Komputasi Exascale adalah tonggak terakhir di Superkomputer Vanguardian -Sistem daya tinggi yang mampu memproses perhitungan pada kecepatan yang tidak mungkin menggunakan metode lain.
Superkomputer Exascale adalah komputer yang dieksekusi pada skala Exaflop. Awalan “exa” menunjukkan 1 Quintillón, yaitu 1 x 1018 – atau satu dengan 18 nol nanti. FLOP berarti “Operasi Titik Mengambang per detik”, jenis perhitungan yang digunakan untuk referensi komputer untuk tujuan perbandingan.
Ini berarti bahwa komputer Exascale dapat memproses setidaknya 1 Quintillón dari operasi titik mengambang setiap detik. Sebagai perbandingan, sebagian besar komputer domestik beroperasi di kisaran teraflop (biasanya sekitar 5 teraflop), hanya memproses sekitar 5 miliar (5 x 1012) Operasi titik mengambang per detik.
“Exaflop adalah satu miliar miliar operasi per detik. Ini dapat menyelesaikan masalah dalam skala yang jauh lebih besar, seperti seluruh simulasi planet, atau dapat melakukannya dengan granularitas yang jauh lebih tinggi,” Gerald Kleyn, Wakil Presiden Solusi Klien HPC & AI untuk HPEKatanya dalam sains langsung.
Semakin banyak operasi titik mengambang dapat memproses setiap detik, semakin kuat, yang memungkinkan Anda untuk menyelesaikan lebih banyak perhitungan lebih cepat. Komputasi Exascale biasanya digunakan untuk melakukan simulasi yang kompleks, seperti prognosis iklim cuaca, pemodelan jenis obat baru dan tes virtual mesin.
Berapa banyak komputer yang dikeluarkan dan untuk apa mereka digunakan?
Komputer pertama exascales, disebut BerbatasanDiluncurkan oleh HPE pada Juni 2022. Ini memiliki kecepatan operasi terdaftar 1.102 Exafe. Kecepatan itu telah diatasi oleh Pemimpin saat ini kaptenyang saat ini dieksekusi di 1.742 exapfflops. Saat ini ada dua pada saat publikasi.
Superkomputer Exascale digunakan selama COVID-19 pandemi Untuk mengumpulkan, memproses, dan menganalisis sejumlah besar data. Ini memungkinkan para ilmuwan untuk memahami dan memodelkan pengkodean genetik virus, sementara para ahli epidemiologi menyebarkan kekuatan komputer mesin untuk memprediksi penyebaran penyakit pada populasi. Simulasi ini dibuat dalam ruang waktu yang jauh lebih pendek daripada yang dimungkinkan menggunakan komputer kantor berkinerja tinggi.
Itu juga patut dicatat Komputer kuantum Mereka tidak sama dengan superkomputer. Alih -alih mewakili informasi menggunakan bit konvensional, komputer kuantum memanfaatkan sifat kuantum dari Qubit Untuk memecahkan masalah yang terlalu kompleks untuk komputer klasik mana pun.
Untuk bekerja, komputasi exascale membutuhkan puluhan ribu unit pemrosesan pusat canggih (CPU) dan unit pemrosesan grafis (GPU) untuk dikemas dalam suatu ruang. Kedekatan CPU dan GPU sangat penting, karena ini mengurangi latensi (waktu yang dibutuhkan untuk data untuk ditransmisikan antar komponen) dalam sistem. Sementara latensi umumnya diukur dalam puncak, ketika miliaran perhitungan diproses secara bersamaan, penundaan kecil ini dapat bergabung untuk menunda sistem umum.
“Interkoneksi (jaringan) menghubungkan node komputer (terdiri dari CPU dan GPU dan memori) bersama -sama,” Pekka Manninen, Direktur Sains dan Teknologi CSCKatanya dalam sains langsung. “Baterai perangkat lunak kemudian memungkinkan Anda untuk memanfaatkan daya perhitungan bersama node dalam satu tugas komputer.”
Meskipun komponen mereka lebih dekat, komputer Exascale tetap menjadi perangkat kolosal. Superkomputer perbatasan, misalnya, memiliki 74 lemari, masing -masing dengan berat sekitar 3,5 ton, dan membutuhkan lebih dari 7.300 kaki persegi (680 meter persegi), sekitar setengah ukuran lapangan sepak bola.
Mengapa Komputasi Exascale Sangat Menantang
Tentu saja, mengemas begitu banyak komponen bersama -sama dapat menyebabkan masalah. Komputer umumnya membutuhkan pendinginan untuk menghilangkan panas limbah, dan miliaran perhitungan yang dieksekusi oleh komputer lebih tinggi setiap detik dapat memanaskannya pada suhu yang berpotensi berbahaya.
“Mengumpulkan sebanyak mungkin komponen untuk beroperasi karena satu hal mungkin merupakan jalan yang paling sulit, karena semuanya harus bekerja dengan sempurna,” kata Kleyn. “Sebagai manusia, kita semua tahu bahwa cukup sulit untuk mengumpulkan keluarganya untuk makan malam, apalagi mendapatkan 36.000 GPU bekerja bersama secara sinkronisasi.”
Ini berarti bahwa manajemen panas sangat penting dalam pengembangan superkomputer Exascale. Beberapa menggunakan lingkungan yang dingin, seperti di Kutub Utara, untuk mempertahankan suhu yang ideal; Sementara yang lain menggunakan cairan untuk pendingin air, rak kipas atau kombinasi keduanya untuk menjaga suhu tetap rendah.
Namun, sistem kontrol lingkungan juga menambah komplikasi tambahan pada tantangan manajemen energi. Komputasi Exascale membutuhkan energi dalam jumlah besar karena jumlah prosesor yang harus diberi makan.
Meskipun komputasi Exascale mengkonsumsi banyak energi, ia dapat memberikan penghematan energi untuk proyek jangka panjang. Misalnya, alih -alih mengembangkan, membangun, dan menguji desain baru secara iteratif, komputer dapat digunakan untuk secara virtual mensimulasikan desain dalam ruang waktu yang relatif singkat.
Komputer Exascale sangat rentan terhadap kegagalan
Masalah lain yang menghadapi komputasi exascale adalah keandalan. Semakin banyak komponen yang ada dalam suatu sistem, semakin kompleks. Komputer domestik rata -rata diharapkan memiliki beberapa jenis kegagalan dalam tiga tahun, tetapi dalam komputasi exascale, tingkat kegagalan diukur dalam jam.
Tingkat kegagalan singkat ini disebabkan oleh komputasi ekskal yang membutuhkan puluhan ribu CPU dan GPU, yang semuanya bekerja pada kapasitas tinggi. Mengingat tingginya tuntutan yang diharapkan secara bersamaan dari semua komponen, ada kemungkinan bahwa setidaknya satu komponen gagal dalam hitungan jam.
Karena laju kegagalan komputasi ekskal, aplikasi menggunakan titik kontrol untuk menghemat kemajuan saat memproses perhitungan, dalam hal kegagalan sistem.
Untuk mengurangi risiko kegagalan dan menghindari waktu ketidakaktifan yang tidak perlu, komputer Exascale menggunakan diagnosis yang disatukan dengan sistem pemantauan. Sistem ini memberikan pengawasan berkelanjutan dari keandalan umum sistem dan mengidentifikasi komponen yang menunjukkan tanda -tanda keausan, menandai mereka menggantikan sebelum menyebabkan gangguan.
“Set diagnostik dan sistem pemantauan menunjukkan kepada kita bagaimana mesin bekerja. Kita dapat menembus setiap komponen individu untuk melihat di mana gagal dan memiliki peringatan proaktif. Teknisi juga terus -menerus bekerja pada mesin, untuk mengganti komponen yang gagal dan menyimpannya dalam keadaan operasional,” kata Kleyn. “Diperlukan banyak perawatan cinta untuk memelihara mesin ini.”
Kecepatan operasi yang tinggi dalam komputasi exascale membutuhkan sistem operasi dan aplikasi khusus untuk memanfaatkan daya pemrosesannya sebaik -baiknya.
“Kita harus dapat sejajar dengan algoritma komputasi pada jutaan unit pemrosesan, dengan cara yang heterogen (pada node dan dalam satu node di atas CPU atau inti CPU),” Manninen. “Tidak semua masalah komputer cocok untuknya. Komunikasi antara berbagai proses dan subproses harus diatur dengan cermat; mendapatkan masuk dan keluar yang diterapkan secara efisien sangat menantang.”
Karena kompleksitas simulasi yang dibuat, verifikasi hasil juga bisa menjadi tantangan. Hasil komputer Exascale tidak dapat diverifikasi, atau setidaknya tidak dalam waktu singkat, oleh komputer kantor konvensional. Di sisi lain, aplikasi menggunakan bilah kesalahan yang diprediksi, yang memproyeksikan perkiraan perkiraan tentang apa hasil yang diharapkan, dengan apa pun di luar bar diskon ini.
Di luar komputasi exascale
Menurut Hukum MooreJumlah transistor dalam sirkuit terintegrasi diharapkan dua kali lipat setiap dua tahun. Jika tingkat pengembangan ini berlanjut (dan itu adalah jika, karena Anda tidak dapat melanjutkan selamanya), kami dapat mengharapkan Zettascale, satu dengan 21 nol setelah itu, itu dihitung dalam waktu sekitar 10 tahun.
Komputasi Exascale menonjol untuk secara bersamaan memproses sejumlah besar perhitungan dalam ruang waktu yang sangat singkat, sementara komputasi kuantum mulai memecahkan masalah yang sangat kompleks yang dengannya ilmu komputer konvensional akan mengalami kesulitan. Meskipun komputer kuantum saat ini tidak sekuat yang dikurangi komputer, diperkirakan bahwa mereka pada akhirnya akan mengatasinya.
Perkembangan yang mungkin bisa berupa campuran komputasi kuantum dan superkomputer. Superkomputer hybrid kuantum/klasik ini akan menggabungkan daya komputer komputer kuantum dengan pemrosesan kecepatan tinggi komputasi klasik. Para ilmuwan sudah memulai proses ini, Tambahkan komputer kuantum ke superkomputer yang melarikan diri Di Jepang.
“Ketika kami terus mengurangi hal -hal ini dan meningkatkan kemampuan pendinginan kami dan membuatnya lebih murah, itu akan menjadi kesempatan untuk menyelesaikan masalah yang tidak dapat kami selesaikan sebelumnya,” kata Kleyn.
