La computación a exaescala se refiere a sistemas informáticos capaces de calcular al menos 10 18 operaciones de doble precisión IEEE 754 (64 bits) (multiplicaciones y/o sumas) por segundo ( exa FLOPS ); [ 1 ] es una medida del rendimiento de las supercomputadoras .
La computación a exaescala es un logro significativo en la ingeniería informática : principalmente, permite mejorar las aplicaciones científicas y la precisión de las predicciones en ámbitos como la predicción meteorológica , la modelización climática y la medicina personalizada . [ 2 ] La computación a exaescala también alcanza la potencia de procesamiento estimada del cerebro humano a nivel neuronal, un objetivo del ahora extinto Proyecto Cerebro Humano . [ 3 ] Ha habido una carrera por ser el primer país en construir una computadora a exaescala, generalmente clasificada en la lista TOP500 . [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
En 2022, se anunció Frontier , la primera computadora pública de exaescala del mundo . [ 8 ] A partir de noviembre de 2024El Capitan del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore es la supercomputadora de exaescala más rápida del mundo. [ 9 ]
Definiciones
Las operaciones de punto flotante por segundo (FLOPS) son una medida del rendimiento de una computadora . Las FLOPS se pueden registrar con diferentes medidas de precisión; sin embargo, la medida estándar (utilizada por la lista de supercomputadoras TOP500 ) utiliza operaciones por segundo de 64 bits ( formato de punto flotante de doble precisión ) mediante el benchmark High Performance LINPACK (HPLinpack) . [ 10 ] [ 1 ]
Si bien un sistema de computación distribuida había superado la barrera de 1 exaFLOPS antes de Frontier , la métrica generalmente se refiere a sistemas de computación individuales. Las supercomputadoras también habían superado previamente la barrera de 1 exaFLOPS utilizando medidas de precisión alternativas; nuevamente, estas 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 las supercomputadoras en aplicaciones del mundo real, sin embargo, es el estándar común para la medición del rendimiento. [ 11 ] [ 12 ]
Desafíos tecnológicos
Se ha reconocido que habilitar aplicaciones para explotar plenamente las capacidades de los sistemas de computación de exaescala no es sencillo. [ 13 ] El desarrollo de aplicaciones intensivas en datos sobre plataformas de exaescala requiere la disponibilidad de paradigmas de programación y sistemas de tiempo 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 fragmentos de trabajo a cientos de miles de clientes utilizando una arquitectura de red de modelo cliente-servidor . [ 15 ] [ 16 ]
Historia
La primera computadora de petaescala ( 10¹⁵ FLOPS) entró en funcionamiento en 2008. [ 17 ] En una conferencia de supercomputación en 2009, Computerworld proyectó la implementación de exaescala para 2018. [ 18 ] En junio de 2014, el estancamiento de la lista de las 500 supercomputadoras más importantes hizo que los observadores cuestionaran la posibilidad de sistemas de exaescala para 2020. [ 19 ]
Aunque la computación a exaescala no se logró en 2018, en 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 de 2018 .
La barrera de los exaFLOPS se rompió por primera vez en marzo de 2020 gracias al proyecto de investigación sobre el coronavirus Folding@home , una red de computación distribuida . [ 21 ] [ 16 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]
En junio de 2020 [ 25 ] la supercomputadora japonesa Fugaku logró 1,42 exaFLOPS utilizando el benchmark alternativo HPL-AI.
En 2022, se anunció Frontier , la primera computadora pública de exaescala del mundo , que alcanzó un Rmax de 1,102 exaFLOPS en junio de 2022. [ 8 ] A partir de noviembre de 2024, la supercomputadora más rápida del mundo es El Capitan con 1,742 exaFLOPS. [ 9 ]
Desarrollo
Estados Unidos
En 2008, dos organizaciones gubernamentales de los Estados Unidos de América , pertenecientes al Departamento de Energía de los EE. UU. , la Oficina de Ciencia y la Administración Nacional de Seguridad Nuclear , proporcionaron financiación al Instituto de Arquitecturas Avanzadas para el desarrollo de una supercomputadora de exaescala; el Laboratorio Nacional Sandia y el Laboratorio Nacional Oak Ridge también colaborarían en diseños de exaescala. [ 26 ] Se esperaba que la tecnología se aplicara en diversas áreas de investigación con alta carga computacional, incluyendo investigación básica , ingeniería , ciencias de la tierra , biología , ciencia de los materiales , cuestiones energéticas y seguridad nacional. [ 27 ]
En enero de 2012, Intel compró la línea de productos InfiniBand a QLogic por 125 millones de dólares estadounidenses con el fin de cumplir su promesa de desarrollar tecnología de exaescala para 2018. [ 28 ]
Para 2012, Estados Unidos había destinado 126 millones de dólares al desarrollo de la computación a exaescala. [ 29 ]
En febrero de 2013, [ 30 ] la Intelligence Advanced Research Projects Activity 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 plurianual 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 exigía el desarrollo acelerado de un sistema de exaescala y la financiación de la investigación en computación post-semiconductora. [ 32 ] El Proyecto de Computación de Exaescala (ECP) espera construir una computadora de exaescala para 2021. [ 33 ]
El 18 de marzo de 2019, el Departamento de Energía de Estados Unidos e Intel anunciaron que la primera supercomputadora exaFLOPS estaría operativa en el Laboratorio Nacional Argonne a finales 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 Xeon Scalable, con un costo de 600 millones de dólares estadounidenses. [ 34 ] [ 35 ]
El 7 de mayo de 2019, el Departamento de Energía de Estados Unidos anunció un contrato con Cray (ahora Hewlett Packard Enterprise) para construir la supercomputadora Frontier en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge. Se prevé que Frontier esté completamente operativa en 2022 [ 36 ] y, con un rendimiento superior a 1,5 exaFLOPS, debería convertirse entonces en la computadora 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 la construcción de la supercomputadora El Capitan, con un costo de 600 millones de dólares, que se instalará en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL). Se espera que se utilice principalmente (aunque no exclusivamente) para el modelado de armas nucleares. El Capitan se anunció por primera vez en agosto de 2019, cuando el Departamento de Energía y el LLNL revelaron la compra de una supercomputadora Shasta a Cray. El Capitan estará operativa a principios de 2023 y tendrá un rendimiento de 2 exaFLOPS. Utilizará CPU y GPU de AMD, con 4 GPU Radeon Instinct por CPU EPYC Zen 4, para acelerar las tareas de inteligencia artificial. El Capitan debería consumir alrededor de 40 MW de energía eléctrica. [ 38 ] [ 39 ]
En mayo de 2022, Estados Unidos contó con su primera supercomputadora de exaescala, Frontier. En junio de 2024, Aurora, del Laboratorio Nacional Argonne , se convirtió en la segunda computadora de exaescala del país, seguida cinco meses después por El Capitan, que entró en funcionamiento.
Japón
En Japón, en 2013, el Instituto Avanzado RIKEN para la Ciencia Computacional comenzó a planificar un sistema de exaescala para 2020, con la intención de consumir menos de 30 megavatios. [ 40 ] En 2014, Fujitsu recibió un contrato de RIKEN para desarrollar una supercomputadora de próxima generación que sucedería a la computadora K. La sucesora se llama Fugaku y tiene como objetivo tener un rendimiento de al menos 1 exaFLOPS y estar completamente operativa en 2021. En 2015, Fujitsu anunció en la Conferencia Internacional de Supercomputación que esta supercomputadora usaría procesadores que implementan la arquitectura ARMv8 con extensiones que estaba codiseñando con ARM Limited . [ 41 ] Se puso parcialmente en funcionamiento en junio de 2020 [ 25 ] y logró 1,42 exaFLOPS (fp16 con precisión fp64) en el benchmark HPL-AI, convirtiéndose en la primera supercomputadora en lograr 1 exaFLOPS. [ 42 ] Nombrada en honor al Monte Fuji, el pico más alto de Japón, Fugaku mantuvo el puesto número 1 en la clasificación de velocidad de cálculo de las 500 supercomputadoras principales anunciada el 17 de noviembre de 2020, alcanzando una velocidad de cálculo de 442 cuatrillones de cálculos por segundo, o 0,442 exaFLOPS. [ 43 ]
Porcelana
En junio de 2026, China contaba con la supercomputadora más rápida del mundo. Según el plan nacional para la próxima generación de computadoras de alto rendimiento y el director de la facultad de informática de la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa (NUDT), China debía desarrollar una computadora de exaescala durante el XIII Plan Quinquenal (2016-2020), que entraría en servicio en la segunda mitad de 2020. [ 44 ] El gobierno de la Nueva Área de Tianjin Binhai, la NUDT y el Centro Nacional de Supercomputación de Tianjin trabajan en el proyecto. Tras Tianhe-1 y Tianhe-2 , se planea que la sucesora de exaescala se llame Tianhe-3. En 2023, se informó que China contaba con dos computadoras de exaescala operativas: Tianhe-3 (Xingyi) [ 45 ] y Sunway OceanLight, y una tercera estaba en construcción. Ninguna figuraba 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 al desarrollo de tecnologías y software para la computación a exaescala. El proyecto CRESTA (Investigación colaborativa en software, herramientas y aplicaciones para sistemas a exaescala), [ 48 ] el proyecto DEEP (Plataforma dinámica de entrada a exaescala), [ 49 ] y el proyecto Mont-Blanc. [ 50 ] Un importante proyecto europeo basado en la transición a exaescala es el proyecto MaX (Materiales a exaescala). [ 51 ] El Centro de Excelencia orientado a la energía (EoCoE) aprovecha las tecnologías de exaescala para apoyar la investigación y las aplicaciones de energía libre de carbono. [ 52 ]
En 2015, el proyecto SERT (Scalable, Energy-Efficient, Resilient and Transparent Software Adaptation), un importante proyecto de investigación entre la Universidad de Manchester y el Laboratorio Daresbury del STFC en Cheshire , recibió aproximadamente 1 millón de libras esterlinas del Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas del Reino Unido. El proyecto SERT debía comenzar en marzo de 2015. Será financiado por el EPSRC en el marco del programa Software for the Future II, y el proyecto colaborará con el Numerical Analysis Group (NAG), Cluster Vision y el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas (STFC). [ 53 ]
El 28 de septiembre de 2018, la UE estableció formalmente la Empresa Común Europea de Computación de Alto Rendimiento (EuroHPC JU). La EuroHPC JU tiene como objetivo construir una supercomputadora de exaescala para 2022/2023. La EuroHPC JU será financiada conjuntamente por sus miembros públicos con un presupuesto de alrededor de 1.000 millones de euros. La contribución financiera de la UE es de 486 millones de euros. [ 54 ] [ 55 ] En 2025, se completa la supercomputadora JUPITER alojada por el Forschungszentrum Jülich , [ 56 ] marcando la primera supercomputadora de exaescala en la lista TOP500 fuera de los Estados Unidos. Una segunda supercomputadora de exaescala, Alice Recoque, se anuncia en 2023; la supercomputadora estará alojada por GENCI y ubicada en el Très Grand Centre de calcul, en el sitio CEA en Bruyères-le-Châtel , Francia. [ 57 ]
En marzo de 2023, el gobierno del Reino Unido anunció que invertiría 900 millones de libras esterlinas en el desarrollo de una computadora de exaescala. [ 58 ] Este proyecto fue cancelado en agosto de 2024. [ 59 ]
Taiwán
En junio de 2017, el Centro Nacional de Computación de Alto Rendimiento de Taiwán inició el esfuerzo para diseñar y construir la primera supercomputadora de exaescala taiwanesa financiando la construcción de una nueva supercomputadora intermedia basada en una transferencia tecnológica completa de Fujitsu Corporation de Japón , que actualmente está construyendo la supercomputadora basada en IA más rápida y potente de Japón . [ 60 ] [ 61 ] [ 62 ] [ 63 ] [ 64 ] Además, se han realizado numerosos otros esfuerzos independientes en Taiwán con el enfoque en el rápido desarrollo de la tecnología de supercomputación de exaescala, como Foxconn Corporation , que recientemente diseñó y construyó la supercomputadora más grande y rápida de todo Taiwán. Esta nueva supercomputadora de Foxconn está diseñada para servir como un paso intermedio en la investigación y el desarrollo hacia el diseño y la construcción de una supercomputadora de exaescala de última generación. [ 65 ] [ 66 ] [ 67 ] [ 68 ]
India
En 2012, el Gobierno de la India propuso destinar 2.500 millones de dólares estadounidenses a la investigación en supercomputación durante el duodécimo plan quinquenal (2012-2017). El proyecto sería gestionado por el Instituto Indio de Ciencias (IISc), Bangalore . [ 69 ] Además, posteriormente se reveló que la India planea desarrollar una supercomputadora con una potencia de procesamiento en el rango de exaFLOPS . [ 70 ] Será desarrollada por C-DAC en los cinco años siguientes a su aprobación. [ 71 ] Estas supercomputadoras utilizarán microprocesadores desarrollados en la India por C-DAC. [ 72 ] En 2023, en una presentación de CDAC, se planea tener una supercomputadora de exaescala desarrollada en la India llamada Param Shankh. Param Shankh estará impulsada por un procesador de 96 núcleos de arquitectura ARM de fabricación nacional, que ha sido apodado AUM (ॐ). [ 73 ]
Véase también
Referencias
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- ↑ Morgan, Timothy Prickett (17 de mayo de 2023). "India declara la independencia de la CPU con el procesador HPC de Aum" . The Next Platform . Consultado el 26 de mayo de 2023 .
Fuentes
- Gropp, William (2009). "MPI a exaescala: desafíos para estructuras de datos y algoritmos". Avances recientes en máquinas virtuales paralelas e interfaz de paso de mensajes . Notas de clase en ciencias de la computación. Vol. 5759. Berlín: Springer. pág. 3. Bibcode : 2009LNCS.5759....3G . doi : 10.1007/978-3-642-03770-2_3 . ISBN 978-3-642-03769-6.
- Kirkley, John (22 de noviembre de 2011). "El camino hacia la exaescala: ¿Puede la nanofotónica ayudar?" . enterprisetech.com . Recuperado el 11 de octubre de 2015 .
Enlaces externos
- La supercomputadora de próxima generación de Estados Unidos: El desafío de la exaescala : Audiencia ante el Subcomité de Energía, Comité de Ciencia, Espacio y Tecnología, Cámara de Representantes, Centésimo Decimotercer Congreso, Primera Sesión, miércoles 22 de mayo de 2013.
- ProyectoExaescala.org
- Supercomputación