Ученые начали подготовку к тысячекратному росту производительности суперкомпьютеров

Работающая в области высокопроизводительных суперкомпьютеров команда из Sandia National Laboratories, разрабатывает операционную систему, которая позволит производить миллион триллионов математических операций в секунду. Она понадобится при ожидаемом тысячекратном увеличении производительности суперкомпьютеров. Тогда как сейчас их скорость измеряется петафлопсами (тысяча триллионов), уже в течение ближайших десяти лет может произойти увеличение производительности вплоть до эксафлопсов.

Проект под названием названием XPRESS (eXascale Programming Environment and System Software), призван обеспечить суперкомпьютеры системой, способной производить количество операций в секунду, измеряемое эксафлопсами. Его бюджет в размере $2,3 миллиона в год бы предоставлен Департаментом энергетики США. В команду вошли ученые из Индианского, Луизианского, Северокаролинского, Орегонского и Хьюстонского университетов, а также лабораторий Оакридж и Лоуренс Беркли. Работа была начата 1 сентября.

"Цель проекта заключается в создании инновационной операционной системы и программных компонентов, которые обеспечат переход в эксафлопсный диапазон к 2020 году, попутно усовершенствовав существующие петафлопсные (миллион миллиардов операций в секунду) системы", - сказал лидер этой программы, Рон Брайтвелл.

По мнению ученых, компьютеры экса-диапазона позволят создавать более аккуратные модели самых сложных реакций, в таких областях как ядерное оружие, процессы в атмосфере, химия и биология. Однако потребуется произвести обширные подготовительные работы для такого существенного скачка скоростей.

"Системные программы на современных параллельных вычислительных машинах по большей части базируются на идеях и технологиях более чем 20-летней давности, разработанных еще до того, как появились процессоры с сотнями вычислительных ядер", - сказал Брайтвелл. "Проект XPRESS нацелен на создание фундамента ОС, который позволит максимизировать производительность и масштабируемость будущих широкомасштабных параллельных компьютеров, а также на разработку нового подхода к разработке приложений, которые будут запускаться на этой ОС".

Современные суперкомпьютеры оперируют посредством метода под названием параллельные вычисления, когда индивидуальные чипы заняты решением частей общей задачи под руководством общей для всех надпрограммы, подобно тому, как музыкальные инструменты в оркестре находятся под управлением дирижёра. Скорость самого чипа играет менее важную роль, чем способность синхронизировать получение индивидуальных результатов в срок, поскольку этот метод основан на задействовании множества чипов в решении одной задачи.

Но безудержное добавление все новых чипов в "оркестр" суперкомпьютера, может сделать его неуправляемым, поскольку работа "дирижёра" значительно усложнится или даже станет невозможной.

Задержки передачи информации, известные как латентность, должны быть уменьшены с помощью комбинации лучшего управления локальностью, уменьшения отправки избыточных сообщений и отказе от информации, не относящейся к решаемой проблеме.