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Computación a exaescala

La computación a exaescala se refiere a sistemas informáticos capaces de calcular al menos "10 18 operaciones (multiplicaciones y/o sumas) de doble precisión IEEE 754 (64 bits) por segundo ( exa FLOPS )"; [1] es una medida del rendimiento de una supercomputadora .

La computación a exaescala es un logro significativo en la ingeniería informática : principalmente, permite aplicaciones científicas mejoradas y una mayor precisión de predicción en dominios como el pronóstico del tiempo , el modelado climático y la medicina personalizada . [2] La exaescala también alcanza el poder de procesamiento estimado del cerebro humano a nivel neuronal, un objetivo del ahora desaparecido Human Brain Project . [3] Ha habido una carrera para ser el primer país en construir una computadora a exaescala, generalmente clasificada en la lista TOP500 . [4] [5] [6] [7]

En 2022, se anunció la primera computadora pública a exaescala del mundo, Frontier . [8] En noviembre de 2023 , es la supercomputadora más rápida del mundo. [9]

Definiciones

Las operaciones de coma flotante por segundo (FLOPS) son una medida del rendimiento de la computadora . Los FLOPS se pueden registrar con diferentes medidas de precisión, sin embargo, la medida estándar (utilizada por la lista de supercomputadoras TOP500 ) utiliza operaciones de 64 bits ( formato de punto flotante de doble precisión ) por segundo utilizando el punto de referencia LINPACK de alto rendimiento (HPLinpack) . [10] [1]

Si bien un sistema informático distribuido había superado la barrera de 1 exaFLOPS antes de Frontier , la métrica normalmente se refiere a sistemas informáticos únicos. Las supercomputadoras también habían superado previamente la barrera de 1 exaFLOPS utilizando medidas de precisión alternativas; Nuevamente, estos no cumplen con los criterios para la computación a exaescala utilizando la métrica estándar. [1] Se ha reconocido que HPLinpack puede no ser una buena medida general de la utilidad de una supercomputadora en aplicaciones del mundo real; sin embargo, es el estándar común para la medición del rendimiento. [11] [12]

Desafíos tecnológicos

Se ha reconocido que no es sencillo permitir que las aplicaciones aprovechen al máximo las capacidades de los sistemas informáticos a exaescala. [13] El desarrollo de aplicaciones con uso intensivo de datos en plataformas de exaescala requiere la disponibilidad de paradigmas de programación y sistemas de ejecución nuevos y eficaces. [14] El proyecto Folding@home , el primero en romper esta barrera, se basó en una red de servidores que enviaban piezas de trabajo a cientos de miles de clientes utilizando una arquitectura de red modelo cliente-servidor . [15] [16]

Historia

La primera computadora a petaescala (10 15 FLOPS) entró en funcionamiento en 2008. [17] En una conferencia de supercomputación en 2009, Computerworld proyectó la implementación a exaescala para 2018. [18] En junio de 2014, el estancamiento de la lista de supercomputadoras Top500 hizo que los observadores cuestionaran la posibilidad de sistemas a exaescala para 2020. [19]

Aunque la computación a exaescala no se logró en 2018, ese mismo año la supercomputadora Summit OLCF-4 realizó 1,8 × 1018 cálculos por segundo utilizando una métrica alternativa mientras se analiza información genómica. [20] El equipo que realizó esto ganó el Premio Gordon Bell en la Conferencia de Supercomputación ACM/IEEE 2018 . [ cita necesaria ]

La barrera de los exaFLOPS se rompió por primera vez en marzo de 2020 gracias al proyecto de investigación sobre el coronavirus de la red informática distribuida Folding@home . [21] [16] [22] [23] [24]

En junio de 2020 [25], la supercomputadora japonesa Fugaku alcanzó 1,42 exaFLOPS utilizando el punto de referencia alternativo HPL-AI.

En 2022, se anunció la primera computadora pública a exaescala del mundo, Frontier . [8] En junio de 2023 , es la supercomputadora más rápida del mundo. [9]

Desarrollo

Estados Unidos

En 2008, dos organizaciones gubernamentales de los Estados Unidos de América dentro del Departamento de Energía de los EE. UU. , la Oficina de Ciencias y la Administración Nacional de Seguridad Nuclear , proporcionaron financiación al Instituto de Arquitecturas Avanzadas para el desarrollo de una supercomputadora a exaescala; El Laboratorio Nacional Sandia y el Laboratorio Nacional Oak Ridge también colaborarían en diseños a exaescala. [26] Se esperaba que la tecnología se aplicara en diversas áreas de investigación con uso intensivo de computación, incluida la investigación básica , la ingeniería , las ciencias de la tierra , la biología , la ciencia de los materiales , las cuestiones energéticas y la seguridad nacional. [27]

En enero de 2012, Intel compró la línea de productos InfiniBand de QLogic por 125 millones de dólares para cumplir su promesa de desarrollar tecnología exaescala para 2018. [28]

En 2012, Estados Unidos había asignado 126 millones de dólares para el desarrollo de la informática a exaescala. [29]

En febrero de 2013, [30] la Actividad de Proyectos de Investigación Avanzada de Inteligencia inició el programa Cryogenic Computer Complexity (C3), que prevé una nueva generación de supercomputadoras superconductoras que operan a velocidades de exaescala basadas en lógica superconductora . En diciembre de 2014 anunció un contrato de varios años con IBM, Raytheon BBN Technologies y Northrop Grumman para desarrollar las tecnologías para el programa C3. [31]

El 29 de julio de 2015, Barack Obama firmó una orden ejecutiva que creaba una Iniciativa Nacional de Computación Estratégica que pedía el desarrollo acelerado de un sistema de exaescala y financiaba la investigación en computación postsemiconductora. [32] El Proyecto de Computación a Exaescala (ECP) espera construir una computadora a exaescala para 2021. [33]

El 18 de marzo de 2019, el Departamento de Energía de los Estados Unidos e Intel anunciaron que la primera supercomputadora exaFLOPS estaría operativa en el Laboratorio Nacional Argonne a fines de 2022. La computadora, llamada Aurora , será entregada a Argonne por Intel y Cray (ahora Hewlett Packard Enterprise). , y se espera que utilice GPGPU Intel Xe junto con una futura CPU escalable Xeon, y cueste 600 millones de dólares. [34] [35]

El 7 de mayo de 2019, el Departamento de Energía de EE. UU. anunció un contrato con Cray (ahora Hewlett Packard Enterprise) para construir la supercomputadora Frontier en el Laboratorio Nacional Oak Ridge. Se prevé que Frontier esté en pleno funcionamiento en 2022 [36] y, con un rendimiento superior a 1,5 exaFLOPS, debería convertirse en el ordenador más potente del mundo. [37]

El 4 de marzo de 2020, el Departamento de Energía de EE. UU. anunció un contrato con Hewlett Packard Enterprise y AMD para construir la supercomputadora El Capitán a un costo de 600 millones de dólares, que se instalará en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL). Se espera que se utilice principalmente (pero no exclusivamente) para modelar armas nucleares. El Capitán se anunció por primera vez en agosto de 2019, cuando el DOE y LLNL revelaron la compra de una supercomputadora Shasta de Cray. El Capitan estará operativo a principios de 2023 y tendrá un rendimiento de 2 exaFLOPS. Utilizará CPU y GPU AMD, con 4 GPU Radeon Instinct por CPU EPYC Zen 4, para acelerar las tareas de inteligencia artificial. El Capitán debería consumir alrededor de 40 MW de energía eléctrica. [38] [39]

En noviembre de 2021, Estados Unidos tiene tres de las cinco supercomputadoras más rápidas del mundo. [40]

Japón

En Japón, en 2013, el Instituto Avanzado de Ciencias Computacionales RIKEN comenzó a planificar un sistema a exaescala para 2020, destinado a consumir menos de 30 megavatios. [41] En 2014, RIKEN adjudicó a Fujitsu un contrato para desarrollar una supercomputadora de próxima generación que sucediera a la computadora K. El sucesor se llama Fugaku , y pretende tener un rendimiento de al menos 1 exaFLOPS, y estar en pleno funcionamiento en 2021. En 2015, Fujitsu anunció en la Conferencia Internacional de Supercomputación que este superordenador utilizaría procesadores que implementarían la arquitectura ARMv8 con extensiones que fue co -diseño con ARM Limited . [42] Se puso parcialmente en funcionamiento en junio de 2020 [25] y logró 1,42 exaFLOPS (fp16 con precisión fp64) en el punto de referencia HPL-AI, lo que la convierte en la primera supercomputadora que logró 1 exaFLOPS. [43] Fugaku, que lleva el nombre del Monte Fuji, el pico más alto de Japón, mantuvo el puesto número 1 en el ranking de velocidad de cálculo de supercomputadoras Top 500 anunciado el 17 de noviembre de 2020, alcanzando una velocidad de cálculo de 442 mil billones de cálculos por segundo, o 0,442 exaFLOPS. [44]

Porcelana

En junio de 2022, China tenía dos de las diez supercomputadoras más rápidas del mundo. Según el plan nacional para la próxima generación de computadoras de alto rendimiento y el director de la escuela de informática de la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa (NUDT), China debía desarrollar una computadora a exaescala durante el período del 13º Plan Quinquenal ( 2016-2020) que entraría en servicio en la segunda mitad de 2020. [45] El gobierno de la Nueva Área Binhai de Tianjin, NUDT y el Centro Nacional de Supercomputación en Tianjin están trabajando en el proyecto. Después de Tianhe-1 y Tianhe-2 , se planea que el sucesor en exaescala se llame Tianhe-3. A partir de 2023, se informa que China tendrá dos computadoras operativas a exaescala; Tianhe-3 y Sunway OceanLight, y un tercero en construcción. Ninguno de los dos está en el Top500. [46] [47]

Unión Europea y Reino Unido

Véase también Supercomputación en Europa

En 2011, se iniciaron en la Unión Europea varios proyectos destinados a desarrollar tecnologías y software para computación a exaescala. El proyecto CRESTA (Investigación colaborativa sobre sistemas, herramientas y aplicaciones de exaescala), [48] el proyecto DEEP (Plataforma de entrada dinámica a exaescala), [49] y el proyecto Mont-Blanc. [50] Un importante proyecto europeo basado en la transición a exaescala es el proyecto MaX (Materials at the Exascale). [51] El Centro de Excelencia orientado a la Energía (EoCoE) explota tecnologías de exaescala para respaldar la investigación y las aplicaciones de energía libre de carbono. [52]

En 2015, el proyecto de Adaptación de Software Escalable, Energéticamente Eficiente, Resiliente y Transparente (SERT), un importante proyecto de investigación entre la Universidad de Manchester y el Laboratorio STFC Daresbury en Cheshire , recibió c. 1 millón de libras esterlinas del Consejo de Investigación en Ingeniería y Ciencias Físicas del Reino Unido. El proyecto SERT debía comenzar en marzo de 2015. Será financiado por EPSRC en el marco del programa Software for the Future II, y el proyecto se asociará con el Grupo de Análisis Numérico (NAG), Cluster Vision y el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas ( STFC). [53]

El 28 de septiembre de 2018, la UE creó formalmente la Empresa Común Europea de Computación de Alto Rendimiento (EuroHPC JU). La EuroHPC JU tiene como objetivo construir una supercomputadora a exaescala para 2022/2023. La EuroHPC JU será financiada conjuntamente por sus miembros públicos con un presupuesto de alrededor de mil millones de euros. La contribución financiera de la UE es de 486 millones de euros. [54] [55]

En marzo de 2023, el gobierno del Reino Unido anunció que invertiría 900 millones de libras esterlinas en el desarrollo de una computadora a exaescala. [56]

Taiwán

En junio de 2017, el Centro Nacional de Computación de Alto Rendimiento de Taiwán inició el esfuerzo de diseñar y construir la primera supercomputadora exaescala taiwanesa financiando la construcción de una nueva supercomputadora intermediaria basada en una transferencia total de tecnología de la corporación Fujitsu de Japón , que actualmente está construyendo. la supercomputadora basada en IA más rápida y potente de Japón . [57] [58] [59] [60] [61] Además, se han realizado muchos otros esfuerzos independientes en Taiwán centrados en el rápido desarrollo de la tecnología de supercomputación a exaescala, como Foxconn Corporation , que recientemente diseñó y construyó el más grande y La supercomputadora más rápida de todo Taiwán. Esta nueva supercomputadora Foxconn está diseñada para servir como un trampolín en la investigación y el desarrollo hacia el diseño y la construcción de una supercomputadora a exaescala de última generación. [62] [63] [64] [65]

India

En 2012, el Gobierno de la India propuso destinar 2.500 millones de dólares a la investigación en supercomputación durante el período del duodécimo plan quinquenal (2012-2017). El proyecto estaría a cargo del Instituto Indio de Ciencias (IISc), Bangalore . [66] Además, más tarde se reveló que India planea desarrollar una supercomputadora con potencia de procesamiento en el rango de exaFLOPS . [67] Será desarrollado por C-DAC dentro de los cinco años siguientes a su aprobación. [68] Estas supercomputadoras utilizarán microprocesadores desarrollados localmente por C-DAC en India. [69] En 2023, en una presentación de CDAC, planea tener una supercomputadora exaescala desarrollada localmente llamada Param Shankh. El Param Shankh estará impulsado por un procesador local basado en arquitectura ARM de 96 núcleos que ha sido apodado AUM (ॐ). [70]

Ver también

Referencias

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Fuentes

enlaces externos