Siêu máy tính nhanh nhất thế giới hiện nay tại Trung Quốc

Tin tức ngày hôm qua rằng siêu máy tính Tianhe-2 của Trung Quốc hiện là nhanh nhất thế giới không phải là điều gây sốc. Rốt cuộc, một phiên bản trước đó đã đứng đầu danh sách siêu máy tính vào năm 2010.

Điều đáng ngạc nhiên hơn một chút là kiến ​​trúc đằng sau Tianhe-2 (còn được gọi là Milky Way-2). Nó dựa trên kiến ​​trúc Xeon Phi mới của Intel, kết hợp một số lượng lớn các lõi x86 thành một chip duy nhất; siêu máy tính sau đó kết hợp các chip đó thành một kiến ​​trúc duy nhất. Hệ thống này dự kiến ​​sẽ không được triển khai trong vài năm nữa, vì vậy tôi rất ngạc nhiên khi thấy một hệ thống dựa trên Xeon Phi đứng đầu danh sách. Điều tôi thấy hấp dẫn nhất ở đây là sự cạnh tranh với các hệ thống chủ yếu dựa trên điện toán GPU. Thật vậy, một hệ thống dựa trên lõi GPU CUDA của Nvidia, đứng đầu danh sách lần trước, hiện đang ở vị trí thứ hai.

Danh sách Top500 máy tính nhanh nhất thế giới thường xuất hiện hai lần một năm: một lần kết hợp với Hội nghị siêu máy tính quốc tế (ISC) đang diễn ra tại Đức và một lần nữa tại Hội nghị siêu máy tính (SC 13) vào mùa thu.

Tianhe-2, có trụ sở tại Đại học Công nghệ Quốc phòng Quốc gia ở Trường Sa, Trung Quốc, cho thấy hiệu suất bền vững của hơn 33, 8 petaflop (hơn 17.500 nghìn tỷ hoạt động điểm nổi mỗi giây) và hiệu suất cao nhất là 54, 9 petaflop trên điểm chuẩn LINPACK. Điều này làm cho nó nhanh gấp đôi so với nhà lãnh đạo trước đó, hệ thống Titan có trụ sở tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (ORNL). Tianhe-2 có 16.000 nút, mỗi nút có hai bộ xử lý Intel Xeon E5-2692 (12 lõi, sử dụng bộ xử lý Ivy Bridge) và ba bộ xử lý Xeon Phi cho tổng cộng 3.120.000 lõi máy tính. Các lõi Xeon dựa trên phiên bản 12 lõi sắp tới của gia đình Xeon # 5-2600, dựa trên kiến ​​trúc Ivy Bridge 22nm. Tổng hệ thống rút ra 17, 8MW, hầu hết các hệ thống hàng đầu trong danh sách 500 hàng đầu, nhưng vì số hiệu suất quá cao, nó vẫn được coi là tương đối hiệu quả về năng lượng. Danh sách tháng 6 của các siêu máy tính hiệu quả nhất, Green500, sẽ sớm ra mắt.

Hệ thống Titan của ORNL, đứng đầu danh sách trước đây, hiện ở vị trí thứ hai. Điều này dựa trên hệ thống Cray XK7 với 18.688 nút, mỗi nút chứa AMD Opteron 6274 16 nhân và bộ tăng tốc đơn vị xử lý đồ họa (GPU) Nvidia Tesla K20x. Hệ thống này cho thấy hiệu suất bền vững của 17, 5 petaflop (hơn 17.500 nghìn tỷ hoạt động điểm nổi mỗi giây) và hiệu suất cao nhất của hơn 27 petaflop trên điểm chuẩn LINPACK. Hệ thống Sequoia tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore, dựa trên hệ thống BlueGene / Q của IBM và CPU Power của nó, đứng thứ hai trong danh sách Top500 một năm trước nhưng đã tụt xuống vị trí thứ ba. Hệ thống vị trí thứ tư vẫn là "máy tính K" tại Viện Khoa học tính toán nâng cao RIKEN của Nhật Bản dựa trên bộ xử lý Fujitsu SPARC64.

Bốn hệ thống hàng đầu cho thấy bốn kiến ​​trúc rất khác nhau. Các hệ thống sắt lớn truyền thống, chẳng hạn như các hệ thống dựa trên kiến ​​trúc BlueGene (Power) và SPARC của Fujitsu, vẫn còn rất nhiều hoạt động nhưng phần lớn sự chú ý sẽ đổ dồn vào kiến ​​trúc Xeon Phi mới của Intel và kiến ​​trúc CUDA của Nvidia. Trong khi đó, tiếp tục có những câu chuyện rằng Trung Quốc đang làm việc để tạo ra bộ xử lý riêng cho siêu máy tính.

Chi tiết hơn, Nvidia đã công bố ngày hôm qua rằng các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford đang sử dụng GPU để tạo ra mạng lưới thần kinh nhân tạo lớn nhất thế giới được thiết kế để mô hình hóa cách não bộ của con người học. Nó cũng tiết lộ rằng bộ công cụ CUDA của nó hiện sẽ hỗ trợ các nền tảng dựa trên ARM.

Là một phần của hội nghị siêu máy tính, Intel cũng giới thiệu các phiên bản mới của gia đình đồng xử lý Xeon Phi, bao gồm 7100 với 61 lõi tốc độ 1, 23GHz, hỗ trợ dung lượng bộ nhớ 16 GB và hiệu suất chính xác gấp đôi 1, 2TFlop; gia đình Xeon Phi 3100 với 57 lõi ​​tốc độ 1, 1 GHz và 1TFlop hiệu suất chính xác gấp đôi; và 5100D mới, được thiết kế sao cho ổ cắm có thể gắn vào bảng mini để sử dụng trong các yếu tố dạng lưỡi. Intel cho biết thế hệ tiếp theo, được gọi là "Hiệp sĩ hạ cánh" và dựa trên công nghệ xử lý 14nm sắp tới, sẽ hoạt động không chỉ với vai trò là bộ đồng xử lý, mà còn là bộ xử lý chính, do đó loại bỏ sự phức tạp của việc di chuyển dữ liệu sang các nhóm bộ nhớ khác nhau. Điều này sẽ tích hợp bộ nhớ trên gói để tăng tốc hiệu suất.

Intel gọi sự kết hợp giữa bộ xử lý Xeon và Xeon Phi truyền thống là "kiến trúc không đồng nhất". Kiến trúc phần cứng có nhiều lớp khả năng tính toán được truy cập bởi một mô hình lập trình chung. Công ty nhấn mạnh rằng vì tất cả x86 có thể hợp lý hóa việc phát triển và tối ưu hóa theo những cách khó hơn khi sử dụng kết hợp CPU và bộ tăng tốc GPU. Nvidia và các công ty khác thúc đẩy tính toán GPU sẽ không đồng ý với đánh giá đó.

Intel cũng nói về việc sử dụng điện toán hiệu năng cao không chỉ cho các mục đích truyền thống như nghiên cứu của chính phủ và quân đội và các ứng dụng thương mại cao cấp như mô phỏng dầu khí mà còn cho các ứng dụng như dữ liệu lớn. Mục tiêu là làm cho siêu máy tính trở nên chủ đạo hơn.

Xem danh sách siêu máy tính Top500 đầy đủ tại đây.