За свет информационих технологија, као и за целокупну светску науку, један од најзначајнијих догађаја текуће године биће пуштање у рад најмоћнијег суперкомпјутера у свету.
Frontier је пројекат америчког министарства енергетике, а налази се у националној лабораторији овог министарства ORNL (Oak Ridge National Laboratory) у држави Тенеси. Иако је пандемија успорила његову монтажу, очекује се да посао буде завршен током пролећа ове године, када ће Frontier отпочети с решавањем својих првих задатака.
Егзаскална генерација
Рачунарство високих перформанси (HPC – High Performance Computing) засновано је на паралелној обради огромне количине података. Почев од шездесетих и седамдесетих година 20. века, када су се појавили први суперкомпјутери са неколико процесора, рачунарство високих перформанси прешло је дуг развојни пут и достигло незамисливу брзину обраде података, реда петафлопса – 1015 флопса (floating point operations per second – број операција у покретном зарезу извршених у једној секунди). То је тзв. петаскална генерација суперкомпјутера, чији је развој отпочео 2008. године.
Пре пар година појавили су се и нови суперкомпјутерски гиганти, који ће припадати тзв. егзаскалној (exascale) генерацији, што значи да ће при обради података достићи брзину реда 1018 флопса. Најпре је најављен суперкомпјутер Aurora, чија ће брзина бити 1 егзафлопс. У очекивању Aurore читава јавност била је изненађена појавом новог конкурента, система Frontier, који ће достићи још већу брзину од 1,5 егзафлопса. Иако је планирано да оба суперкомпјутера буду у потпуности реализована 2021. године, финализација Aurore стопирана је на неко време, па ће у овој години стартовати само најснажнији – Frontier.
ORNL пројекти
Пројекат Frontier отпочео је на основу уговора америчког Mинистарства енергетике и компанија AMD и Cray за изградњу егзаскалног суперкомпјутера у ORNL лабораторији. Frontier је базиран на комбинацији традиционалних процесора с графичким процесорским јединицама за убрзавање перформанси научних суперкомпјутера. Такав приступ је развио и успешно демонстрирао ORNL, заједно са својим партнерима.
ORNL има дугу традицију у развоју HPC система. Од 2005. године у овој лабораторији направљени су суперкомпјутери Jaguar, Titan и Summit, сваки од њих најснажнији суперкомпјутер у своје време. По уговору, у развој новог система Frontier уложено је више од 600 милиона долара. Уговор укључује финансирање развоја технологије, реализацију неколико система за испоруку у почетку пројекта, реализацију главног Frontier система и вишегодишњу подршку систему.
Нови егзаскални суперкомпјутер Frontier ће Америци повратити лидерску позицију у рачунарству високих перформанси и вештачкој интелигенцији. Он ће бити најмање три пута снажнији од тренутно најснажнијег суперкомпјутера у свету (јапански Fugaku), који теоретски има снагу од 0,5 егзафлопса (до сада је практично остварено 442 петафлопса, односно 0,442 егзафлопса). Fugaku је тренутно први на листи најснажнијих компјутера у свету Топ 500, формираној у новембру 2020. Налази се у јапанском РИKЕН центру за рачунарске науке у Kобеу.
Дата центар Frontier
Монтажа Frontier-а отпочела је у лето 2018. године у дата центру ORNL лабораторије, у којој се налазио један од његових претходника – Titan (соба 102, зграда 5600). Titan је демонтиран неколико дана пре тога, 1. августа 2018, након седам година служења. Демонтиране су све његове компоненте вредне 430.000 фунти и уклоњене за рециклажу. Поступак демонтаже je за месец дана извело око стотину техничара из компаније Cray.
Одмах након тога приступило се радовима на преуређењу просторије од око 37.400 квадратних метара да би се она прилагодила новим захтевима инфраструктуре за Frontier. Направљене су одговарајуће механичке, електричне и структурне трансформације простора. То је подразумевало преуређење просторије да би се прилагодила знатно масивнијем систему.
Frontier ће бити састављен преко 100 Cray Shasta система повезаних Slingshot технологијом. Чворови су базирани на AMD-овим EPYC процесорима и Radeon Instinct графичким јединицама. Четири графичке јединице повезују се са једним процесором.
Посебне захтеве требало је испунити у вези са енергетиком. Titan је трошио око 10 мегавата снаге, док је Frontier- у потребно око 30 мегавата. Због тога је био неопходан сложенији систем расхладних уређаја и њихове инфраструктуре (са 40 МW расхладног капацитета), па је направљен посебан грађевински објекат као централно енергетско постројење система за напајање и хлађење.
Архитектура Frontier-а
У Frontier, као будући најснажнији и најбржи суперкомпјутер, биће уграђене нове технологије компанија Cray и AMD, које ће омогућити нову егзаскалну еру суперкомпјутера. Њу карактеришу, како каже председник и генерални директор компаније Cray Питер Ангаро, интензивно радно оптерећење подацима и конвергенција моделирања, симулације, аналитике и вештачке интелигенције у области научних истраживања, инжењерства и дигиталних трансформација.
Frontier ће бити састављен од више од стотину Cray Shasta система (чворова) заснованих на суперкомпјутерској архитектури, са Slingshot технологијом повезивања (мрежне структуре). Сваки чвор ће имати један интерконекциони мрежни порт Cray Slingshot за сваку графичку јединицу, с поједностављеном комуникацијом између GPU-а и мреже, да би се омогућиле оптималне перформансе за рачунарство високих перформанси и вештачку интелигенцију.
Чворови система базирани су на AMD-овим EPYC процесорима и Radeon Instinct графичким јединицама, дизајнираним управо за exascale суперрачунарство. Подржавају убрзање 4:1 (четири графичке јединице повезују се са једним процесором). Уз помоћ напредне вештачке интелигенције, сва та снага биће усмерена на решавање научних задатака који захтевају обраду огромне количине података.
Нови суперкомпјутерски гиганти ће припадати егзаскалној (exascale) генерацији, што значи да ће при обради података достићи брзину реда 1018 флопса.
Да би све те перформансе биле погодне за коришћење од стране програмера, Cray и AMD су заједно дизајнирали побољшане, оптимизоване GPU програмске алате. То укључује нове могућности у Cray програмском окружењу и AMD-овој ROCm платформи (Radeon Open Compute Platform), као софтверској подршци за Radeon графичке јединице ради убрзања, тј. побољшања перформанси.
Почетна и будућа примена
За период пре преласка Frontier-a у режим рада пуних перформанси, ORNL је креирала CAAR (Center for Accelerated Application Readiness) програм. Он обухвата решавање осам великих научних проблема, с кодним називима Cholla, CoMet, GESTS, LBPM, LSMS, NAMD, NuCCOR и PIConGPU. Најзахтевнији од тих задатака је Cholla, симулација читаве галаксије (по величини сличне нашем Млечном путу). Kреирао га је астрофизичар са универзитета Принстон. То ће, заправо, бити први програм који ће бити покренут на Frontier-у. До сада је радио на суперкомпјутеру Titan.
У 2022. години Frontier ће обављати и друге послове за све заинтересоване кориснике. Очекује се да ће он, као и други суперкомпјутери егзагенерације, бити намењен за научне примене и иновације. Блиска интеграција вештачке интелигенције са аналитиком података, моделирањем и симулацијом драстично ће скратити време открића аутоматским препознавањем узорака у подацима и вођењем симулација изван граница традиционалних приступа. Примена у области вештачке интелигенције посебно ће бити дизајнирана за процесс тзв. дубоког учења (deep learning).
На тај начин ће се омогућити унапређење науке и практична примена у областима као што су системска биологија, наука о материјалима, производња енергије, национална и енергетска сигурност, економска конкурентност, адитивна производња и наука о здравственим подацима. Подразумева се и примена за истраживање нових технологија вештачке интелигенције, симулације најкомплекснијих климатских модела и моделирање климатских промена, градивних делова атома, генома и других важних научноистраживачких проблема, а једна од функција биће и симулација нуклеарних експлозија.
