Intel nabídne do konce roku 2020 výpočetní výkon na exaskalární úrovni

Kirk Skaugen - viceprezident a generální manažer Data Center Group společnosti Intel, představil na mezinárodní konferenci o superpočítačích (International Supercomputing Conference, ISC) vizi dosáhnout do konce tohoto desetiletí výkon na úrovni ExaFLOP za sekundu - trilion počítačových úkonů za sekundu.

Kirk Skaugen zdůraznil, že dosažení této výkonové hranice bude vyžadovat nejen společné úsilí firemního a veřejného sektoru, ale klíčovou roli sehrají i průkopnické přístupy, jaké představuje architektura Intel Many Integrated Core (MIC). Řízení prudkého růstu objemu dat sdílených po internetu, řešení klimatických změn, vypořádání se s rostoucími náklady na těžbu přírodních zdrojů typu ropy či plynu a další problémy současného světa vyžadují podstatně vyšší počítačový výkon a tuto potřebu mohou uspokojit pouze výkonnější superpočítače.

"Mezi TOP 500 superpočítači jasně dominují systémy s procesory Intel Xeon. Intel dále posiluje své zaměření na tento segment počítačového odvětví a nová architektura Many Integrated Core (MIC) umožňuje dosáhnout výkonu na petaskalární a v budoucnu až exaskalární úrovni," prohlásil Kirk Skaugen a zároveň dodal: "Společnost Intel disponuje jedinečnými výrobními technologiemi, inovacemi v architektuře a důvěrně známým programovacím prostředím. To vše nás může posunout k vytouženému exaskalárnímu cíli."

Cesta k exaskalárnímu výkonu

Klíčové ingredience pro překročení petaskalární hranice:

dlouhodobé úsilí společnosti Intel držet tempo Mooreova zákona - tj. každé zhruba dva roky zdvojnásobit hustotu tranzistorů na mikroprocesoru a tím dosáhnout zvýšení funkčnosti i výkonu při současném snížení nákladů
inovativní, vysoce efektivní model softwarového programování a extrémní škálovatelnost systémů

Tento prudký nárůst výkonu je však doprovázen výrazným nárůstem spotřeby energie.

Pokud by měl exaskalárního výkonu dosáhnout nejvýkonnější superpočítač dneška, jímž je čínský Tian-che 1A, bylo by zapotřebí 1,6 GW elektrické energie, což odpovídá spotřebě dvou milionů domácností. To přirozeně představuje značný energetický problém. K řešení problému se spotřebou energie založili výzkumní pracovníci společnosti Intel ve spolupráci s evropskými vědci tři evropské laboratoře, které mají tři hlavní cíle - vytvořit v Evropě udržitelnou síť partnerů, využít stále významnějšího evropského výzkumu v oblasti HPC a výrazně zvýšit potenciál v oblasti počítačové vědy, inženýringu a strategických počítačových řešení. Jedním z technických cílů těchto laboratoří je vytvořit simulační aplikace, které budou řešit problém energetické účinnosti při přechodu na exaskalární výkon.

Kirk Skaugen podotkl, že na trhu se superpočítači existuje potenciál pro obrovský růst. Zatímco superpočítače v osmdesátých letech 20. století nabízely výkon v řádu gigaflopů (miliarda úkonů za sekundu), dnešní nejvýkonnější stroje tuto hodnotu navýšily milionkrát. To vedlo k růstu poptávky po procesorech používaných v superpočítačích.

Společnost Intel očekává, že do roku 2013 bude stovka předních superpočítačů používat milion procesorů. Do roku 2015 by se tento počet měl zdvojnásobit a ke konci desetiletí by měl dosáhnout počtu 8 milionů. Odhaduje se, že výkon nejlepšího superpočítače z TOP 500 bude v roce 2015 činit 100 PetaFLOP za sekundu a hranici 1 ExaFLOP za sekundu překročí v roce 2018. Předpokládá se, že na konci tohoto desetiletí bude mít nejvýkonnější počítač planety výkon 4 ExaFLOP za sekundu.

Skvělý moment pro Intel MIC architekturu

Architektura Intel MIC bude hrát klíčovou roli ve stávajícím produktovém portfoliu společnosti Intel, a to včetně procesorů Intel Xeon. Očekává se, že právě tato architektura bude krokem k exaskalárnímu výkonu. První produkt Intel MIC, zatím označovaný jako Knights Corner, by měl Intel vyrábět 22nm technologií s použitím nových tranzistorů 3D Tri-Gate . Společnost Intel aktuálně distribuuje vývojové platformy pro Intel MIC vybraným partnerům pod názvem Knights Ferry.

Na konferenci ISC společnost Intel a někteří její partneři, například Forschungszentrum Juelich, Leibnizovo středisko pro superpočítače (LRZ) a korejský Institut pro vědu a technologii (KISTI), představili první výsledky práce s platformou Knights Ferry, přičemž se jasně ukázalo, že nová platforma nabízí lepší výkon i možnosti pro programování.

"Díky MIC jsme mohli velice rychle přeškálovat naše aplikace běžící na procesorech Intel Xeon na platformu Knights Ferry,“" říká profesor Arndt Bode z Leibnizova střediska pro superpočítače. "Pracovní zátěž byla původně vyvinuta a optimalizována pro procesory Intel Xeon, nicméně díky příbuznosti programovacích modelů jsme dokázali během několika hodin optimalizovat kód pro Intel MIC a dosáhnout výkonu přes 650 GFLOP."

Intel rovněž představil serverové a pracovní platformy vyvinuté společnostmi SGI, Dell, HP, Colfax a Supermicro, přičemž všechny tyto společnosti spolupracují s Intelem a hodlají na trh uvést produkty založené na platformě zvané Knights Corner. "SGI si uvědomuje význam komunikace mezi procesory, výkonu, hutnosti a užitečnosti při navrhování architektury pro exaskalární výkon," prohlásil Dr. Eng Lim Goh, CTO společnosti SGI. "Výrobky Intel MIC uspokojí všechny tyto naše priority, zejména očekávané zvýšení hustoty v souvislosti s programovacím prostředím X86."

TOP 500 superpočítačů

Sedmatřicáté vydání seznamu TOP 500 superpočítačů světa, představené na ISC, ukazuje, že Intel je nadále hlavní silou v počítačovém odvětví - 387 systémů, tedy více než 77 procent, je poháněno procesory Intel. Skoro 90 procent všech nových systémů, které se do seznamu zařadily v roce 2011, obsahuje procesory Intel.

Více než polovina těchto nových systémů je založena na 32nm procesorech série Intel Xeon 5600, jež dávají výkon více než 35 procent všech systémů v TOP 500. To je třikrát více než v minulém roce. Procesory Intel jsou obsaženy v pěti systémech v TOP 10.