O supercomputador Frontier será o sistema exascale com maior eficiência energética

O novo supercomputador no Frontier Oak Ridge Computing Center deve estar operacional no final deste ano e será o primeiro sistema da classe exa nos Estados Unidos. Embora tal desempenho computacional signifique muitos megawatts de consumo de energia, o OLCF disse que a nova tecnologia ajudará o futuro supercomputador a superar uma estimativa inicial de 20 MW na Eflops.

As leis da física não podem ser enganadas e qualquer sistema de computação, exceto um hipotético processador reversível, inevitavelmente consome energia e gera calor. Mas a eficiência energética específica pode e deve ser aumentada. Em 2008, a agência de pesquisa DARPA publicou um estudo interessante sobre o assunto.

Quatro questões: consumo, confiabilidade, simultaneidade e movimentação de dados

Naquela época, a criação de um sistema da classe exa já era possível com base nas tecnologias existentes, mas tal sistema consumiria um gigawatt de energia; para comparação, a região de Novgorod no mesmo 2008 exigiu 3,55 GW. Levando em consideração o desenvolvimento de tecnologias de semicondutores, os pesquisadores esperavam colocar os Eflops em 155 MW, e com a abordagem mais agressiva, até 70 MW.

Movendo dados: um grande consumidor de tempo e energia

Mas este era um número muito grande para o qual teria sido impossível obter financiamento. O consumo de energia de tal sistema sozinho custaria mais de US $ 100 milhões em cinco anos. Como uma estimativa realista que torna reais os supercomputadores exascale, a barra de 20 MW foi tomada.

Uma série de outros problemas no caminho para sistemas desta escala também foram apontados. Um dos “gargalos” seria a interconexão – em 2008 não era possível “alimentar” um sistema com tal grau de paralelismo sem tempo de inatividade dos nós computacionais . O tempo para mover um byte de informação em tal sistema acabou sendo muito maior do que o tempo gasto nos próprios cálculos.

A evolução dos sistemas ORNL: de Titan a Frontier

Desde então, para os padrões de TI, uma era se passou: os processos técnicos se tornaram mais finos e a computação em GPU se popularizou. Se o supercomputador Titan de 2012 tinha uma proporção de CPU para GPU de 1: 1, então já em 2017, com a introdução de seu sucessor Summit, esse número aumentou para 1: 3, e no futuro Frontier já deveria ser 1: 4. Cada processador AMD EPYC terá 4 aceleradores Radeon Instinct.

O próprio desenvolvimento da microeletrônica possibilitou a criação de um sistema exascale que se encaixa na cifra de 20 MW nomeada há mais de 10 anos. Hoje, nenhuma tecnologia exótica e abordagens de programação são necessárias para implementar um projeto desta escala. A densidade de computação, densidade de armazenamento e desempenho de subsistemas de rede também aumentaram – de 6,4 (Titan) para 100 GB / s (Frontier) no último caso.

A tecnologia avança para superar as previsões de 2008

No momento, o consumo da Frontier está estimado em 29 MW, que é um pouco mais do que o valor anunciado anteriormente, mas lembre-se que 20 MW foi uma estimativa para 1 Eflops de potência computacional, enquanto a Frontier deve desenvolver mais de 1,5 Eflops, então o proporção será ainda melhor do que o previsto anteriormente. O problema de armazenamento e movimentação de dados no novo supercomputador será resolvido com o uso generalizado da memória HBM.

Esta estimativa é baseada em uma eficiência computacional de 80% – 41,4 Gflops / W no modo FP64, que é maior do que a maioria dos sistemas eficientes em energia para os quais este número é cerca de 30 Gflops / W. Para efeito de comparação, considere o líder TOP500 de hoje, o supercomputador Fugaku Arm. Seu desempenho é de 442 Pflops, mas consome quase 30 MW. Ele ocupa a 20ª posição no ranking Green500. Uma apresentação completa sobre a história dos sistemas exascale pode ser vista aqui.