Exascale-supercomputere kræver nye CPU'er med mindre elforbrug
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Exascale-supercomputere kræver nye CPU'er med mindre elforbrug

Illustration: Jesper Stein Sandal

Den tid, hvor brugere af supercomputere bare kunne smække fødderne op på bordet og forvente en ny maskine, der mere end fordoblede den gamle computers kapacitet, når den var ved at være brændt ud, nærmer sig sin afslutning.

Det var udgangspunktet, da Erwin Laure, som er professor ved Sveriges Kungliga Tekniska Högskolan, fortalte om fremtidens exascale-arkitektur for supercomputere – datamaskiner, der kan håndtere én milliard milliard kommatalsberegninger, hvert sekund (flops). Det foregik i denne uge i Frederecia, hvor DeiC (Danish e-Infrastructure Cooperation) holdt konference. DeiC er etableret under Uddannelses- og Forskningsministeriet.

Dagens supercomputere befinder sig i petaskala. Den alder indledtes, da IBM's Roadrunner i maj 2008 opnåede en konstant ydelse på 1,026 petaflops.

Men historien med eksponentiel skalering er nu slut. Den 'rigtige' Moores lov, der handler om tætheden af transistorer, fortsætter lidt endnu, men mest på grund af processorernes multikerne-arkitektur. Og skaleringen vil aftage inden for kort tid.

Parallellisering og datalokalitet

I den nye computerverden skal ydelsen øges gennem parallelliserede programmer og 'datalokalitet', hvilket vil sige, at data skal være tæt på de noder, der processerer dem.

»Vi må gøre systemerne større og forøge deres parallellisme,« lyder Erwin Laures bud på en løsning.

El-forbrug er en anden udfordring. Med dagens teknologi vil et exaflop-system trække en effekt på 0,5 gigawatt, og den går ikke, mener Erwin Laure.

CPU'er med simplere kerner

På hardware-siden stilles der, ikke overraskende, også nye krav. Almindelige processorer skalerer ikke, og man kan ikke fortsætte med dagens teknologi. Der er et behov for simplere kerner.

Det er ikke bare CPU'erne, som skal moderniseres. Den måde, man tænker lagring på i dag, som et system, der består af hukommelse, disk og måske bånd eller andre medier sidst i kæden, bliver mere kompliceret, med flere lag, hvor en vigtig skillelinje bliver mellem det, der tilknyttet en enkelt node, og den del, der er off-node.

Bedre parallellisme er vejen frem mod exascale-supercomputere, mener Erwin Laure, der er professor ved Sveriges Kungliga Tekniska Högskolan. Illustration: Tania Andersen

I USA, Korea og Kina er der indenlandsk teknologi, der kan bruges til at bygge exascale computere med. Men i Europa findes der ikke en sådan, og i EU-regi giver det anledning til bekymringer. Det har medført at 23 europæiske firmaer er gået sammen i et partnerskab om at skabe en 'fabless' chipproducent, altså en producent uden eget produktionsapparat. Den europæiske bilindustri skulle være interesseret i denne mulighed.

Men man fornemmer tydeligt i den efterfølgende spørgetid, at Erwin Laure ikke synes det er en god ide og han samtykker med en deltager, som fremfører synspunktet, at man skal købe den billigste teknologi på markedet.

Data-parallellisme

Det er også vigtigt at værktøjer og sprog kan bruges 'downstream' – altså på mere almindelige talknuser-computere.

Dagens supercomputer-teknologier, såsom Message Passing Interface (MPI), der er en specifikation, som gør det muligt at sende meddelelser mellem noder og klynger, kan også tilpasses til exascale. Det viser forskning, som Erwin Laure har deltaget i.

Den parallellisme, der er brug for til exascale, er ikke af en ny slags. Det er de samme teknikker, vi benytter i dag, svarer Erwin Laure på et efterfølgende spørgsmål fra Ingeniørens it-medie Version2.

»Men det skal op i det ekstreme område. Og der er grænser for hvor højt man kan skalere et problem, for at nå det niveau, hvor man kan udnytte den kraft, der er til rådighed. Det betyder, at man skal bruge systemer, der er delt op i moduler, køre flere simuleringer på en gang og benytte tidsbaseret parallellisering.«

Svært gætværk

I det sidste tilfælde opdeles et problem i faser, hvor faserne udregnes samtidigt. Det betyder, at der er gætværk involveret, hvilket gør det svært.

»Der er også nye bud på parallellisering, såsom data-drevne modeller. Men i en rum fremtid kommer vi til at bruge de metoder, vi har i dag.«

Den data-drevne model har dog været i spil i et stykke tid. Den bygger på ideen om ikke at parallellisere programmets løkke-iterationer, men i stedet lade data strømme fra kilde til destination i et dataflow, som parallelliseres og hvor små operationer udføres på data. Lidt ligesom pipes i Unix- og Linux-verdenen, men meget mere finkornet.

Python vil styre exascale

Python, som i dag er det foretrukne sprog i den videnskabelige verden, vil også kunne bruges i de nye tider:

»Python er meget nemt at bruge. Jeg ser det som et sprog, der vil styre exascale-simuleringerne, som vil være programmeret i C og Fortran. Men i workflowet vil man kunne benytte Python.«

I en fjernere fremtid efter exaflop, kommer zettaflop – 1.000 gange flere operationer. Anvendelserne er for eksempel biologiske simuleringer i realtid, samt vejrprognoser, der på én dag kan beregne modellen 365 dage frem. Her bliver problemet, hvordan man udnytter de én million kerner, som et sådant fremtidigt tænkt system vurderes til at bestå af.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

...vi designer chip’en og får den lavet i Kina - hvorefter kineserne ved alt hvad vi har lavet ?
God plan... NOT!
eller vi får ChipZilla til at lave den og så ved alle i USA hvad vi foretager os?

Måske skulle man rette sit fokus på at vi rent faktisk behøver en avanceret elektronik industri indenfor EU’s grænser - det gik godt med Airbus så kan vi vel gentage succesen med Chipbus.

  • 9
  • 2

...vi designer chip’en og får den lavet i Kina - hvorefter kineserne ved alt hvad vi har lavet ?
God plan... NOT!
eller vi får ChipZilla til at lave den og så ved alle i USA hvad vi foretager os?

Måske skulle man rette sit fokus på at vi rent faktisk behøver en avanceret elektronik industri indenfor EU’s grænser - det gik godt med Airbus så kan vi vel gentage succesen med Chipbus.

Men vil vi (EU) betale prisen? Her i EUV (Ekstremt Ultraviolet) æraen, kræves der en meget stor chip produktion (måske større end efterspørgslen i hele EU), for at holde et halvleder støberi kørende uden et dundrende underskud, plus penge til forskning og udvikling. Billedet her, illustrer blandt andet hvordan de stigende udviklingsomkostninger har ændret markedet (antallet af producenter) siden 130 nm noden, og så dækker det kun indtil 22/20 nm noden. Senest har GlobalFoundries kastet håndklædet i ringen, og meldt sig ud af gamet, og har droppet deres færdig udviklet 7 nm node, fordi der ikke var nok efterspørgsel på noden til, at det kunne løbe rundt økonomisk. GlobalFoundries har over de sidste 10 år investeret omkring 130 milliarder kr. i deres støberier, uden rigtig at tjene nogen penge. I stedet vil de fokusere på deres eksisterende 14 nm node.

PS. ChipZilla (Intel) producerer ikke for andre end sig selv, og sine samarbejdspartnere. Desuden har de ikke nok wafer overskud til, at producere for andre end sig selv for tiden. Dette som følge af deres fejlede udvikling af 10 nm noden, som de har udskudt igen igen. Den skulle oprindelig have været kørende i 2016, men bliver først klar tidligst i 2019 (måske?). Derfor har de outsourcet produktionen af deres motherboard chipset med mere til TSMC, da de ikke har kunne følge med efterspørgslen på CPU'er fra server producenterne.

  • 3
  • 0

Svar på:

...vi designer chip’en og får den lavet i Kina - hvorefter kineserne ved alt hvad vi har lavet ?
God plan... NOT!
eller vi får ChipZilla til at lave den og så ved alle i USA hvad vi foretager os?

Grundet de høje lønninger i Kina i dag, burde EU og USA nu kunne konkurrere på lige vilkår med Kina.

2. feb 2010, ing.dk: Britisk industri flytter hjem - dansk bliver ude.
Efter en lang periode med massiv udflytning viser en ny undersøgelse, at stadigt flere britiske industrivirksomheder overvejer at trække produktionen hjem igen. I Danmark er der ingen sikre tegn på samme tendens
.

22. sep 2012, ing.dk: Kinesiske ingeniør-lønninger overhaler danske:
Citat: "...
Glem alt om Kina som lavtlønsland. Kinesiske ingeniører har for længst overhalet deres danske kolleger - i hvert fald når det gælder ingeniører med specialistkompetencer og lederansvar i vækstområder som Beijing og Shanghai.
De hæver i dag en årsløn, der er dobbelt op i forhold til deres fagfæller i Danmark.
Det fremgår af en sammenligning, som Copenhagen Capacity, der markedsfører hovedstadsområdet internationalt, har bestilt hos analysebureauet fDi Benchmark.
Ifølge sammenligningen indkasserer en afdelingsleder med ingeniørbaggrund 1,2 millioner kroner årligt, hvis han arbejder i Shanghai, men kun 620.000 kroner, hvis arbejdspladsen ligger i København.
Tallene vender billedet fuldstændig på hovedet i forhold til vores opfattelse af Kina som et lavtlønsområde, fastslår Claus Lønborg, direktør i Copenhagen Capacity og tidligere chef for Udenrigsministeriets Innovation Center i Shanghai:
..."

15. mar 2012, ing.dk: Kina snart for dyr til at være 'verdens fabrik'. Kinas image som 'verdens fabrik' kan være en overstået æra i 2015, vurderer konsulentfirma. Omkostningerne i landet stiger nemlig eksplosivt.

Nu outsourcer kineserne endda også selv:

13. august 2018, computerworld.dk: Salget falder og lønnen stiger: Samsung overvejer at lukke stor kinesisk mobilfabrik.
Samsung producerer hvert år 36 millioner smartphones ved selskabets fabrik i den kinesiske storby Tianjin. Men faldende salg og øgede lønudgifter har presset mobilgiganten til at lege med tanken om at lukke fabrikken ned
:
Citat: "...
Flytter produktion Indien og Vietnam
..."

-

EU-succes historie:

2. apr 2011, ing.dk: Industrigiganten Bosch: »Jo flere markeder vi erobrer, desto bedre sikrer vi tyske job«:
Citat: "...
»Vi profiterer også af, at vi undlod at skære på uddannelse i kriseperioden. Tværtimod ansatte vi 1.400 lærlinge alene i Tyskland. På internationalt plan brugte vi over 200 mio. euro på videreuddannelse. Også her var vi bevidste om, at vi dermed investerede i fremtiden.«
Korttidsarbejde en succes
Under krisen indførte flere tyske koncerner såkaldt korttidsarbejde i stedet for at fyre ansatte. Internationale eksperter vurderer, at især det tiltag hjalp Tyskland næsten uskadt gennem krisen. Hvor stor en rolle spillede indførelsen for Bosch?
..."

  • 0
  • 0

Da jeg kom til Shanghai i slutningen af 90erne kom vi op at slås med en afdeling da vi ville betale vores ingeniører 2400 RMB Per md . Det var helt uhørt. Ca 10 år senere bremsede jeg HR da de ville lade en enginør gå som fik tilbudt 40 000 RMB af en konkurrent. For vort relative lavtech område var det uhørt meget for HR men både rimeligt og nødvendigt. I betragtning af at skatten i Kina er meget lav var det ikke dårligt. Afdelingsledere fik mere. Nu er er gået ti år mere.

Noget der slog mig var at ingeniørerne var meget mere produktive end de tilsvarende i Europa. De forstod meget bedre at håndtere kunder og at aftaler skulle holdes. Vores tilsvarende afdelinger i Europa var langsomme i sammenligning, USA kun lidt langsommere. Det og vores globale natur medførte at jeg altid kunne nås inden for et døgn uanset ferie eller rejser også når jeg sad på en stillehavsø med min labtop. Andet ville have været utænkeligt men uhørt for Europa, som bare tog på ferie, det var vigtigere.

Det var også slående hvor stor forskel der var på ingeniører fra de forskellige universiteter. De dygtigste var virkelig gode, der var meget at vælge imellem. Måske nok så vigtigt så var investerings villigheden større. I modsætning til Europa tjente vi faktisk penge, og voksede eksponentielt.

Kan vi konkurere med det?
Måske, men vi har nok en ingeniør for hver 200 i Kina eller mindre.
Jeg oplevede software ingeniører fra Danmark som kom til Shanghai for at få job. Fuld af nye ideer klar til at erobre verden, kun at opleve at det kunne de allerede eller at landet ikke var modent til den teknologi. De rejste skuffede hjem.

  • 0
  • 0

er det SciFi eller har meteorologerne sagt det kan lade sig gøre? Og med hvilken konfidens?

Vi kan også i dag lave en 365 dages prognose, det er bare spørgsmålet om den holder. Regn een dag frem og put resultatet tilbage i modellen. Pertuber udgangsbetingelserne og start forfra.

Om det tager een dag eller mere at få vejrprognosen 365 dage frem er næppe relevant her, sålænge man ikke har kritisk behov for at tage beslutninger på det grundlag.

"Bliver det regnvejr på min fødselsdag næste år?"
"The answer, my friend, is blowing in the wind..."

Med kaotiske systemer som en global vejrmodel er det blandt andet et spørgsmål om fastsættelse af udgangsbetingelserne. Infinitesimale ændringer på en trykmåling eller en temperatur vil give ikke-infinitesimale ændringer 365 dage i fremtiden.
Og ikke mindst uforudsigeligheden i fx frekvens og intensitet af solstorme eller udledning af emissionsgasser fra trafik, vulkaner osv osv. der har påviselige effekter på vejret vil have en markant indflydelse på prediktionsværdien.

Så med mindre de planlægger at simulere Jorden og hele solsystemet vil jeg nok basere min beslutning om garden party på min fødselsdag næste år på et lidt andet (kortere) perspektiv.

  • 0
  • 1

...130 milliarder kr...


Jeg ved godt det lyder af meget men det er det ikke.
Det er INTET for EU, hvis de vel at mærke ville støtte det projekt.
EU's GDP for i år er $18.8 trillion (fra Wiki, derfor i USD) jeg vil tro det er på den rigtige side af €15 trillioner (1 trillion = 1000 milliarder).

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten