Opracowano nowy rodzaj superkomputera. Jest znacznie mniejszy i nawet 200-krotnie szybszy

Zespół naukowców z National Energy Technology Laboratory we współpracy z inżynierami z firmy Cerebras opracował jednopłytkowy superkomputer. Wydajność sprzętu może przeszło dwustukrotnie przekraczać moc obliczeniową konkurencyjnych superkomputerów. Maszyna posłuży do wykonywania skomplikowanych obliczeń na potrzeby sztucznej inteligencji, przewidywania zmian pogodowych czy opracowywania elementów nowych samolotów.

– Platforma sprzętowa CS-1 eliminuje kluczowe wąskie gardła, które ograniczają wydajność w konwencjonalnych zastosowaniach komputerów wysokiej wydajności (HPC) – podkreśla dr Dirk Van Essendelft z Narodowego Laboratorium Technologii Energii w Departamencie Energii Stanów Zjednoczonych (NETL).

Nowatorskie podejście naukowców odpowiedzialnych za stworzenie Cerebras CS-1 tkwi w nietypowej, jednopłytkowiej konstrukcji komputera. Wszystkie podzespoły zostały rozlokowane w taki sposób, aby maksymalnie skrócić drogę, jaką musi przebyć impuls elektryczny odpowiedzialny za przesyłanie i analizowanie danych. Układ Cerebras Wafer Scale Engine składa się z 1,2 biliona tranzystorów tworzących 400 tys. rdzeni procesorowych. Dla porównania zaprezentowany niedawno układ GPU Nvidia A100 80GB dla superkomputerów dysponuje 56 mld tranzystorów.

CS-1 wyróżnia się także nietypową specyfikacją jak na urządzenie typu HPC. Sprzęt zamknięto w niewielkiej obudowie o wysokości 66 cm, a do dyspozycji naukowców oddano jedynie 18 GB pamięci SRAM. Jednak według zespołu badawczego taka liczba gigabajtów wystarczy, aby w pełni wykorzystać moc obliczeniową autorskiego układu. Procesor komunikuje się bowiem bezpośrednio z pamięcią, dzięki czemu ta może przetwarzać dane z prędkością dochodzącą do 9,6 PB/sec, znacznie sprawniej niż jakikolwiek konsumencki komputer dostępny na rynku.

– Obecne komputery HPC walczą głównie z problemami wynikającymi z fizyki - objętością i długością przewodów. Im mniejsze i krótsze są przewody łączące pamięć z jednostkami obliczeniowymi, tym komputery są szybsze i bardziej energooszczędne. W tradycyjnych komputerach HPC pamięć jest zlokalizowana dalej, więc długość przewodu może wynosić nawet kilkanaście lub kilkadziesiąt centymetrów – wskazuje Dirk Van Essendelft.

Inżynierowie Cerebras zadbali także o to, aby ich platforma pozwoliła wykorzystać możliwości najpopularniejszego oprogramowania wykorzystywanego na komputerach typu HPC. CS-1 jest w pełni kompatybilny z takimi frameworkami jak TensorFlow czy PyTorch, które powszechnie wykorzystuje się w badaniach nad algorytmami sztucznej inteligencji. CS-1 wyposażono również w interfejs C++, dzięki czemu badacze mogą na własną rękę rozwinąć możliwości tej przyszłościowej platformy.

Według inżynierów Cerebras jednostka złożona z 15 układów CS-1 w konstrukcji typu RACK będzie w stanie zastąpić serwerownie, które dotychczas zajmowały cały pokój. Według twórców pojedynczy chip CS-1 jest nawet 200-krotnie szybszy od superkomputera Joule, znajdującego się na 82. miejscu w rankingu TOP 500 superkomputerów.

– Nasz system CS-1 pokonuje tradycyjne bariery w osiąganiu wysokiej wydajności, dzięki budowie systemu na jednej płytce krzemu. Dzięki ogromnemu przyspieszeniu komunikacji, które zapewnia integracja pamięci na krzemowej płytce, osiągnęliśmy znacznie wyższą wydajność w porównaniu z jakimkolwiek oddzielnym procesorem logicznym czy graficznym – przekonuje Andrew Feldman, współzałożyciel i dyrektor generalny Cerebras Systems. – Ta platforma otwiera drzwi do przełomu w wydajności obliczeń naukowych.

Według firmy badawczej Technavio globalny rynek superkomputerów do 2024 roku ma się rozwijać w tempie 28 proc. w skali roku.