Chiny - nowy najwydajniejszy superkomputer

Chiny zbudowały nowy najwydajniejszy superkomputer 

Chińczycy od czerwca 2016 roku po raz kolejny znajdują się na szczycie listy producentów najwydajniejszych superkomputerów na świecie. Komputer Sunway TaihuLight zdetronizował inny chiński produkt. Sprzęt wyposażono w prawie 41 tysięcy procesorów. Mamy zatem nowego lidera w rankingu Top500 i Chińczycy trzeci rok z rzędu mogą cieszyć się posiadaniem najwydajniejszego superkomputera z listy TOP 500 na świecie. Tym razem pierwsza pozycja przypadła Sunway TaihuLight, który składa się z 40.960 nowych chińskich procesorów (260-rdzeniowe ShenWei 26010). Warto zaznaczyć, że jego przewaga nad dotychczasowym rekordzistą jest naprawdę spora, ponieważ pochwalić może się on mocą obliczeniową wynoszącą 93 petaflopsy (potencjalnie jest w stanie osiągnąć nawet 125 petaflopsów), natomiast w przypadku zepchniętego na drugie miejsce także chińskiego Tianhe-2 jest to blisko 3-krotnie słabszy wynik (33,85 petaflopsów).

SunWay TaihuLight - Superkomputer Top 500

Chińczycy w technologii komputerowej przeszli samych siebie. Po raz pierwszy w historii to Państwo Środka dysponuje większą liczbą superkomputerów niż USA. Sunway TaihuLight wykorzystuje opracowany przez Chińczyków system komunikacji pomiędzy poszczególnymi węzłami, a całość procuje pod kontrolą autorskiego systemu operacyjnego Sunway RaiseOS 2.0.5 bazującego na Linuksie. Co więcej, superkomputer jest nawet bardziej energooszczędny od Tianhe-2, ponieważ konsumuje „tylko” 15,3 megawaty energii, co dawać ma mu drugie miejsce pod względem najbardziej efektywnych energetycznie superkomputerów na świecie. Kosztujący około 165 mln dolarów komputer zdetronizował na liście TOP 500 Tianhe-2, także chiński superkomputer. W sumie jego pamięć operacyjna wynosi 1,31 PB, a 1 petabajt (PB) to ponad tysiąc terabajtów. 

Sunway TaihuLight znajduje się w Narodowym Centrum Superkomputerów w Wuxi, gdzie wykorzystywany ma być m.in. do badania zmian klimatu, prognozowania pogody oraz badań analitycznych. O ironio, Top500 twierdzi, że to amerykańskie embargo założone na Chiny w ubiegłym roku pomogło Chińczykom opracować TaihuLight. Spodziewano się bowiem, że Tianhe-2 otrzyma upgrade do nowych procesorów Intel Xeon Phi, jednak restrykcje handlowe temu zapobiegły, zmuszając Chiny Ludowe do opracowania własnego rozwiązania, które stanowi podstawę pod nowy superkomputer. Nowy superkomputer linuksowy jest zbudowany w całości z chińskich podzespołów. Maszyna jest dwukrotnie szybsza i trzy razy bardziej wydajna od komputera Tianhe 2 (również chińskiego), który okupował tę pozycję od 2013 roku. Potęgę systemu operacyjnego Linux najlepiej widać w superkomputerach dla których nie ma lepszego OS niż system Linusa Torvaldsa i tysięcy wolontariuszy dbających o rozwój OS oraz dystrybucji Lx. 

Twórcą TaihuLight jest chińskie Narodowe Centrum Badawcze Inżynierii i Technologii Obliczeń Równoległych (NRCPC). To właśnie ta organizacja opracowała procesor SW26010, będący mózgiem superkomputera. Układ ten to 260-rdzeniowy chip o wydajności nieco ponad 3 teraflopsów. Procesor ShenWei dorównuje więc wydajnością intelowskiemu Xeonowi Phi z rdzeniem Knights Landing. Co ciekawe, to właśnie amerykańskie embargo, które uniemożliwiło Chinom importowanie highendowych procesorów, przyczyniło się do zwycięstwa TaihuLight na TOP 500. Najprawdopodobniej bowiem twórcy Tianhe-2 planowali wyposażyć swój superkomputer w najnowsze procesory Intela, dzięki czemu osiągnąłby on wydajność rzędu 100 PFlops na długo przed superkomputerem z Wuxi. Warto również wspomnieć, że całość zainstalowano w 40 szafach serwerowych z chłodzeniem cieczą, które łącznie zajmują powierzchnię 1000 metrów kwadratowych.

Procesor ShenWei to 64-bitowy układ RISC z zestawem instrukcji SIMD z wykonywaniem poza kolejnością (out-of-order execution). Szczegółowe dane na temat jego architektury nie zostały upublicznione, jednak prawdopodobnie została ona wykonana na wzór DEC Alpha. Procesor podzielony jest na cztery grupy rdzeni. W skład każdej z nich wchodzą 64 rdzenie obliczeniowe (CPE) i jeden zarządzający (MPE). Każda grupa rdzeni posiada własny kontroler pamięci o przepustowości 136,5 GB/s. Całość współpracuje z zegarem 1,45 GHz i obsługuje jeden wątek na rdzeń. Nie wiadomo, w jakiej technologii wykonano procesor. Superkomputer dysponuje też niewielką ilością pamięci podręcznej, lecz nie jest ona podzielona na poziomy. Każdy z rdzeni ma do dyspozycji 12 kB pamięci na instrukcje oraz 64 kB pamięci notatnikowej, w której przechowuje wyniki obliczeń. 

Superkomputery mogą mieć wiele zastosowań - używa się ich do zaawansowanych badań naukowych i przemysłowych. Np. przewidywania pogody, symulacji geofizycznych zmian w skorupie ziemskiej, badań nad nowymi lekami i materiałami przemysłowymi, czy wreszcie do analizy zbiorów danych dla biznesu. Tytułem wyjaśnienia – wydajność superkomputerów mierzy się we FLOPS-ach, czyli liczbie operacji zmiennoprzecinkowych, jakie komputer wykonuje w czasie jednej sekundy. Wydajność tych najlepszych podaje się w petaflopsach. Mówiąc po ludzku, są w stanie przeprowadzić kilkadziesiąt biliardów operacji na sekundę. 

Peter Urgano, prezes firmy Cray – dużego amerykańskiego producenta superkomputerów, w rozmowie z „Wall Street Journal” nazwał chińską konstrukcję „imponującą”. – Wiemy, że budowa tak dużego i złożonego superkomputera nie jest prostym zadaniem – powiedział. W wyścigu na moc obliczeniową, która jest bramą do innowacji i zaawansowanych technologii zaszły interesujące zmiany. Po raz pierwszy w historii Chińczycy mają więcej superkomputerów niż Amerykanie. Wśród 500 maszyn z rankingu, 167 należy do Chin, a 165 do USA. Chińczycy rozwijają się w tej dziedzinie szybciej, niż jakikolwiek inny kraj. Jeszcze dekadę temu mieli zaledwie 28 superkomputerów, ale żaden nie łapał się do pierwszej trzydziestki. 

Superkomputer kosztował 1,8 miliarda juanów (164 mln dolarów), a jego budowę sfinansował chiński rząd (jedna trzecia kosztów) oraz prowincja Jiangsu i miasto Wuxi (pozostałe dwie trzecie kosztów), co pokazuje jak ważny jest budżet państwa, prowincji i miasta we wspieraniu nauki i rozwoju nowoczesnej technologii.