اینتل ابرکامپیوتر Frontera را معرفی کرد؛ سریع‌ترین ابرکامپیوتر تحقیقاتی جهان

اینتل بخش عمده‌ای از فعالیت‌های خود را به دنیای ابرکامپیوترها اختصاص می‌دهد و در جدیدترین حرکت، از محصول قدرتمندی به‌نام Frontera رونمایی کرد.

اینتل و Dell EMC در سال ۲۰۱۸ از پروژه‌ی مشترکی برای طراحی Frontera پرده‌برداری کردند؛ ابرکامپیوتری تحقیقاتی و دانشگاهی که با سرمایه‌گذاری ۶۰ میلیون دلاری «بنیاد ملی علوم» آمریکا طراحی و ساخته می‌شود. این غول پردازشی جایگزین Stampede2 در «مرکز پردازش حرفه‌ای آستین تگزاس دانشگاه تگزاس (TACC)» می‌شود. در ماه ژوئن، فرایند ساخت ابرکامپیوتر به‌ پایان رسید و چند روز پیش نیز رونمایی رسمی از آن انجام شد.

شرکت سازنده‌ی فرانترا ادعا می‌کند که ابرکامپیوتر جدید قدرت پردازش ۳۸/۷ پتافلاپس دارد. درنتیجه این ابرکامپیوتر به سریع‌ترین ابرکامپیوتر مطالعاتی و علمی جهان تبدیل می‌شود. چنین غول‌های پردازشی عموما برای وظایفی هچون نمونه‌سازی و شبیه‌سازی، پردازش و ذخیره‌سازی کلان‌داده و یادگیری ماشین در محیط‌های دانشگاهی کاربرد دارند. در مقام مقایسه جالب است بدانید که Stampede2 قدرت پردازشی ۱۸ پتافلاپس دارد.

بنچمارک LINPACK برای بررسی ابرکامپیوترها استفاده می‌شود. نتایج آخرین بررسی‌های این بنچمارک در ابتدای سال جاری، فرانترا را در رتبه‌ی پنج قرار داد. ابرکامپیوتر جدید اینتل و Dell EMC در آزمایش‌های مذکور قدرت پردازشی ۲۳/۵ پتافلاپس را نشان داد.

تریش دمکروگر، معاون ارشد و مدیر سازمان پردازش حرفه‌ای اینتل درباره‌ی ابرکامپیوتر جدید می‌گوید:سیستم فرانترا ظرفیت‌های پردازشی و هوش مصنوعی را به‌گونه‌ای در اختیار محققان قرار می‌دهد که قبلا به‌هیچ‌وجه در فرایند تحقیقات دانشگاهی وجود نداشته است. این ابرکامپیوتر با استفاده از فناوری اینتل می‌تواند فرصت‌های زیادی را در حوزه‌های علمی و مهندسی در اختیار محققان قرار دهد. از میان آن‌ها می‌توان به درک بهتر از جهان هستی، داروهای پزشکی و کاربردهای مرتبط با انرژی اشاره کرد.

صدها پردازنده‌ی ۲۸ هسته‌ای نسل دوم Xeon Scalable با معماری کسکید لیک در ابرکامپیوتر فرانترا به کار رفته‌اند. پردازنده‌ها در سرورهای PowerEdge محصول شرکت Dell EMC نصب می‌شوند تا قدرت پردازشی فرانترا را تأمین کنند. به‌علاوه نودهای ساخت شرکت انویدیا هم برای پردازش‌های ۳۲ بیتی با دقت واحد (Single Precision) در فرانترا به کار رفته‌اند. معماری تراشه‌ای فرانترا براساس فناوری اختصاصی اینتل به‌نام Advanced Vector Extensions 512 (به‌اختصار AVX-512) طراحی شده است. AVX-512 مجموعه دستورالعمل‌هایی است که نسبت به نسل قبلی، در هر سیکل کلاک توان پردازش دو برابری بر حسب فلاپس به دست می‌دهد.

برای تعدیل دمای نودهای فرانترا از خنک‌کننده‌ی آبی استفاده می‌شود. Dell EMC سیستم‌های خنک‌کننده‌ی آبی و روغنی را از شرکت‌های CoolIt و Green Revolution Cooling تهیه کرده است. به‌علاوه از اینترکانکت‌های Mellanox HDR و HDR-100 برای انتقال داده تا سرعت‌های ۲۰۰ گیگابیت‌برثانیه در داخل فرانترا مابین سوئیچ‌ها استفاده می‌شود. سوئیچ‌های انتقال اطلاعات در ابرکامپیوتر مذکور، ۸،۰۰۸ نود را به یکدیگر متصل می‌کنند. هر نود تقریبا ۶۵ کیلووات برق مصرف می‌کند. در مجموع، مصرف برق به‌اندازه‌ی یک‌سوم نیرویی خواهد بود که TACC از زیرساخت‌های انرژی بادی و خورشیدی و نیروگاه‌های مربوطه دریافت می‌کند.

فرانترا در بخش ذخیره‌سازی از چهار محیط متنوع با معماری DataDirect Networks استفاده می‌کند. در مجموع ۵۰ پتابایت فضای ذخیره‌سازی مجهز به سه پتابایت حافظه‌ی NAND flash در ابرکامپیوتر مذکور وجود دارد. به‌ بیان دیگر در هر نود، ۴۸۰ گیگابایت درایو SSD فعالیت می‌کند. سه محیط پردارشی در فرانترا برای کاربردهای عمومی استفاده می‌شوند و محیط چهارم، ارتباط فوق سریع تا ۱/۵ ترابایت بر ثانیه ایجاد می‌کند.

اینتل در بخش ذخیره‌سازی فرانترا از حافظه‌های اختصاصی Optane DC استفاده می‌کند؛ فناوری ذخیره‌سازی بدون نوسان که توسط خود این شرکت و با همکاری Micron Technology توسعه یافت. این فناوری با DDR4 هماهنگی دارد و کش بیشتری را با ظرفیت DRAM کمتر ترکیب می‌کند. همه‌ی موارد مذکور به افزایش کارایی سیستم کمک خواهند کرد. حافظه‌ی اختصاصی اینتل در ترکیب با آخرین نسل از پردازنده‌های زئون، به عملکرد ۲۸۷ هزار عملیات در ثانیه می‌رسد. ترکیب‌های قدیمی از DRAM و حافظه‌های سنتی، آمار ۳،۱۶۴ عملیات در ثانیه داشتند. جالب است بدانید، زمان بارگذاری مجدد کل سیستم با استفاده از فناوری‌های جدید، به ۱۷ ثانیه می‌رسد.

درحال‌ حاضر دانشمندان متعددی برای فعالیت‌های علمی و تحقیقاتی از فرانترا استفاده می‌کنند. از میان آن‌ها می‌توان به مانوئلا کامپانلی اشاره کرد. او استاد فیزیک نجومی در مؤسسه‌ی فناوری راکستر و مدیر مرکز مطالعات نسبیت پردازشی و جاذبه است. مانوئلا از ابرکامپیوتر جدید برای توسعه‌ی شبیه‌سازی با هدف توضیح منبع انرژی ساطع‌شده در جریان ادغام ستاره‌های نوترونی استفاده می‌کند. جورح بیروس، استاد دانشگاه یوتی آستین از فرانترا برای ساخت مدل‌های بیوفیزیکی توسعه‌ی تومور مغزی استفاده می‌کند تا روشی برای شناسایی و درمان گلیوما (نوعی تومور مغزی) پیدا کند. الکساندر ایزایف، دانشمند دیگری در دانشگاه کارولینای شمالی است که از فرانترا برای آموزش مدل هوش مصنوعی استفاده می‌کند. هوش مذکور براساس ساختار سه‌بعدی مولکول‌ها، توضیحی برای میدان‌های نیرویی و انرژی پتانسیلی در آن‌ها ارائه می‌کند.

فرانترا به مجموعه‌ای از ابرکامپیوترها ملحق می‌شود که اکنون در TACC فعالیت می‌کنند. از میان آن‌ها می‌توان به Lonestar و Maverick اشاره کرد. ابرکامپیوتر جدید برای عملکرد به مدت پنج سال طراحی شده است. در فازهای بعدی توسعه، شتاب‌دهنده‌‌های متمرکز بر کارایی خاص به فرانترا افزوده می‌شوند. به‌عنوان مثال می‌توان به شبیه‌سازهای کوانتومی و سیستم‌هایی با هسته‌ی تنسور اشاره کرد که در مجموع سرعت پردازش را ۱۰ برابر می‌کنند.

دستیار مدیر بنیاد ملی علوم آمریکا درباره‌ی ابرکامپیوتر جدید می‌گوید:فرانترا به دانشمندان سرتاسر کشور کمک می‌کند تا به ظرفیت‌هایی بی‌سابقه‌ی پردازشی در مدل‌سازی، شبیه‌سازی و تحلیل داده دسترسی داشته باشند. فرانترا نشان‌دهنده‌ی قدم بعدی سازمان NSF در حمایت از تحقیقات پیشرفته‌ی پردازشی است که پیش‌گامی آمریکا را در جبهه‌های علمی جهانی تضمین می‌کند.

دانشمندان برای استفاده از امکانات ابرکامپیوتر جدید می‌توانند از طریق سیستم NSF Petascale Computing Resource Allocation اقدام کنند. سازمان TACC حدود ۸۰ درصد از زمان آزاد ابرکامپیوتر فرانتر را برای استفاده‌ی دانشمندان در سیستم مذکور ارائه می‌کند.