米国がスーパーコンピューティングで世界トップの座を奪還！人類はエクサスケールのスーパーコンピューティングを実現し、フロンティアは世界の上位500社を潰した。

2年間ランキングを独占し、4連覇を果たした日本の富岳が、ついに“祭壇”から転落した。

発表されたばかりの 2022 年の世界スーパーコンピューター トップ 500 のリストでは、米国オークリッジ国立研究所 (ORNL) の Frontier が 1 位を獲得しました。 1.102 エクサフロップス/秒の HPL スコアを持つ Frontier は、史上最も強力なスーパーコンピューターであるだけでなく、最初の真の「エクサスケール スーパーコンピューター」でもあります。

対照的に、中国のSunway TaihuLightとTianhe-2は6位と9位に落ちました。昨年、米国はSunway TaihuLightのプロセッササプライヤーであるSunwayをエンティティリストに加え、これは中国のスーパーコンピューティングの発展に多かれ少なかれ影響を与えた。

今回の Top500 の 64 ビット浮動小数点計算の合計計算能力は 4.4 エクサフロップスで、6 か月前の前回のリストから 44.7% 増加しました。

Frontier: 100 億回突破

では、Frontier のパフォーマンスはどれほど「信じられない」ものでしょうか? ? ！簡単に言うと、背後にある468台のスーパーコンピューターの計算能力を足し合わせても、フロンティア1台に匹敵しません。

このような驚異的なコンピューティング能力に加えて、Frontier は AI を実行する世界最速のスーパーコンピューターの 1 つでもあります。 HPL-AI ベンチマークの混合精度パフォーマンス テストでは、Frontier は 6.88 ExaFlops のスコアを実行しました。

専門用語で言えば、このパフォーマンスは、860 億個のニューロンで構成される知的体の各ニューロンに 1 秒あたり 6,800 万回の命令を発行させることに相当します。この大型モデルを AI のトレーニングに使用すると、F1 マシンと結合したロケット エンジンのようなものとなり、トラック上で直接離陸することができます。新しい Frontier は 372 平方メートルの面積をカバーし、74 台の HPE Cray EX キャビネットで構成され、9408 個のノードを収容できます。

各ノードには、AMD Milan "Trento" 7A53 Epyc CPU が搭載されており、512GB DDR4 メモリと 4 つの AMD Radeon Instinct MI250X GPU が組み合わされています。全体として、システムには 4.6PB の DDR4 メモリに接続された 602,112 個の CPU コアがあります。さらに、8,138,240 コアを備えた 37,888 個の AMD MI250X GPU が 4.6PB の HBM メモリ (GPU あたり 128GB) とペアになっています。 CPU と GPU は、HPE Cray Slingshot-11 イーサネットベースのネットワーク ファブリックを使用して接続されます。

ストレージは、容量 700PB、スループット 75TB/秒、パフォーマンス 150 億 IOPS の非常に高性能なストレージ サブシステムに接続されています。メタデータ層は 480 台の NVMe SSD に分散され、全体の容量 10PB を提供し、メインの高速ストレージ層には 5,400 台の NVMe SSD が 11.5PB の容量を提供します。同時に、47,700 個の PMR ハード ドライブが 679PB の容量を提供します。

熱放散の点では、水冷システムでは 350 馬力のポンプによって 6,000 ガロンの水をシステム全体に「移動」させ、温度を制御します。 85度くらいで。大局的に見てみると、これらのポンプはオリンピックサイズのプールを 30 分で満杯にすることができます。 Frontier は、世界最速のスーパーコンピューターであるだけでなく、最も環境に優しいスーパーコンピューターでもあります。

Frontier のエネルギー消費率は、世界のスーパーコンピューターの環境保護レベルを示す Green500 リストでも第 1 位にランクされています。第 3 世代 AMD Epyc プロセッサと Instinct MI250x アクセラレータで構成される単一キャビネット ユニットのエネルギー消費効率は、電力動作 1 ワットあたり 62.68 ギガフロップスです。

しかし、フロンティアの組み立ては簡単ではなく、ORNL は 685 種類の番号を持つ 6,000 万個の部品を購入する必要があります。さらに、建設途中でチップが不足するという問題にも直面しました。

ORNL には影響を受ける部品番号が 167 件あり、これは 200 万部品に相当します。また、AMD には MI200 GPU の番号付き部品が 15 個欠落しています。

そこで、ORNL は ASCR と協力して、これらの部品に対する国防優先配分システム (DPAS) の評価を取得しました。これは、米国政府が年間の国防予算を使用して、市場価格よりも有利な価格で部品を購入できることを意味します。これらの部品。すぐに「不足」問題は解決されました。

この一連の作戦の後、多くの人々の心の中にあるいわゆる「疑問」は解決できるでしょうか?米国：国防のため、スーパーコンピューティングの開発に力を入れます！

高価ではありますが、用途は多岐にわたります。 Nvidia のような富裕層が地球のデジタル ツインを構築している時代に、膨大なデータを処理し、気候や産業用途をシミュレートする AI の開発において、各国の政府機関のスーパーコンピューターの重要性がますます高まっています。 Oak Forest がすべてのコンピューティング パワーを使い切ることができなくても、レンタルまたは販売することはできるため、業界はコンピューティング パワーを渇望しています。

そして、これには他国にも前例があります。工作機械の材料加工結果を予測する実験では、日本のDMG森精工作機械が独自の産業用コンピュータを持っていたのに8時間かかったのに対し、富岳だけは完了するまでに 10 分かかりました。

中国: それはあなた次第です、見てみましょう

新しいリストでは、依然として中国と米国が最も多くのエントリーを抱えている国です。

リストに掲載されているスーパーコンピューターの数では、中国が前回と同じ 173 台で引き続きトップを維持しています。米国は前期の150から127に低下し、2位となった。それにもかかわらず、これら 2 か国は依然として TOP 500 リストの総数の 60% を占めています。日本、ドイツ、フランスがそれぞれ 34 台、31 台、22 台で 3 ～ 5 位となった。

Frontier は公式に世界で最も強力なスーパーコンピューターになりましたが、昨年暴露された 2 つの中国のスーパーコンピューターとは比較されていません。ただし、現在、どちらのシステムも Top500 にテスト データを送信していません。

開示されたデータによると、多くの海外メディアは、HPL ベンチマークにおける Sunway OceanLight スーパーコンピューターのピーク値は約 1.3 エクサフロップス/1.05 エクサフロップスであるのに対し、天河 3 号は 1.7 エクサフロップス/1.3 エクサフロップスに達する可能性があると推測しています。持続的な価値。しかし、チップに関する米国のさまざまな「行き詰まり」を考慮すると、中国のスーパーコンピューティングランキングの影響は制裁の「ターゲット」になる可能性が高く、おそらく短期的には関連データは見られないであろう。

リストへの登録件数では、中国が34.6%の割合でトップの座を占め、米国が25.4%の割合で2位となった。 . 中国と米国は依然として覇権を争っている。

全体的なパフォーマンス ランキングでは、米国の優位性は依然として揺るぎなく、総コンピューティング能力の 47.3% を占めて首位を堅持しています。今回トップに上り詰めた人数がフロンティアであることは、米国の安定した優位に大きく貢献した。

さらに、このトップ 500 リストでは、1990 年以降のスーパーコンピューティング能力の進歩もカウントされ、線形回帰が行われています。表の横軸は時間、縦軸は計算能力（対数とする）である。

緑の点はリスト上のスーパーコンピューターの総計算能力、黄色の三角はリストのトップのスーパーコンピューターの計算能力、青い四角は最後（500位）のスーパーコンピューターの計算能力です。スーパーコンピューターがリストに載っています。対応する色の直線は線形回帰の結果です。これら 3 つの直線は、計算能力の向上に関するムーアの法則の予測判断とほぼ一致していることがわかります。ムーアの法則は死んだと言われていますが、スーパーコンピューティングの分野ではまだ健在のようです。

ヨーロッパの台頭: トップ 10 が 7 議席を占める

目覚ましい成果を上げている地域は米国だけではありません。欧州も好調で、総合ランキングでは上位3位までを米国、中国、日本が占め、トップ10の残り7議席は全て欧州諸国が占めた。

その中には、ドイツの 31 局、フランスの 22 局、イタリアの 14 局がリストに含まれています。フィンランドが新たに導入した LUMI スーパーコンピューターは、151.9 ペタフロップスの FP64 パフォーマンスで米国のサミットをかろうじて上回り、3 位にランクされました。

さらに、フランスの GENCI-CINES の Adastra が 46.1 ペタフロップスのパフォーマンスで 10 位をほぼ獲得しました。 Adastra は LUMI ほど強力ではありませんが、ヨーロッパで 2 番目に強力なスーパーコンピューターとしての地位を維持しています。 LUMI や Adastra などのシステムも、別の傾向を示しています。 Frontier と同様に、これらは HPE のすべて AMD Cray EX プラットフォームに基づいており、第 3 世代の Epyc CPU と Instinct GPU を使用しています。

GPU アクセラレーションを使用しないのは、やはりお金の無駄です。

久しぶりに、AMD がホスト CPU の代表として登場しました。このシステムはトップ 500 シェアに入っていますが、依然として Intel Xeon プロセッサが優勢です。

今世紀初頭以来、インテルはハイパフォーマンス コンピューティングの分野での取り組みを発展させ始め、わずか数年で以前の大手企業のいくつかを破りました。 IBM やヒューレット・パッカードなどのプレーヤーに圧倒され、活力を失ってしまいました。 2017 年から 2020 年にかけて、ハイパフォーマンス コンピューティング分野におけるインテルの市場シェアはピークに達し、一時は 90% を超えました。

これまでのところ、Intel のシェアは依然として 77.4% と高く、4.2 ポイント減少していますが、AMD のシェアはこの数字だけ増加したばかりです。 Epycs は Xeon SP に対してさらに勢いを増すことが予想されます。しかもAMDは後ろから追い上げそうな勢いだ。 2022 年のグローバル スーパーコンピューティング トップ 500 リストには、AMD 製品に依存しているスーパーコンピューターが 94 台あり、年間 95% 増加しています。さらに、AMD の Instinct MI200 アクセラレータが 7 台のスーパーコンピュータで初めて使用されました。

もう 1 つの質問は、なぜ GPU アクセラレータを使用しないのかということです。たぶん高価だからでしょうか？コンピューティング エンジンとして、GPU アクセラレータはパフォーマンスと費用対効果を大幅に向上させることができますが、現在、トップ 500 リストにあるスーパーコンピューティング アーキテクチャの中で、アクセラレータは支配的な地位を占めていません。これらの GPU アクセラレータは主に Nvidia 製です。しかし、GPU に移植する必要があるアプリケーションが多数あり、資金が不足していない NVIDIA 独自の HPC センターに加えて、世界中の他の何千もの HPC センターでも依然として資金が不足しています。 CPU 用に明示的に書かれています。

現在のトップ 500 リストでは、GPU アクセラレータを使用しているスーパーコンピューターは 170 台のみです。もちろん、そのほとんどは NVIDIA 製です。もう 1 つの要因は、安価な CPU 自体に、ベクトル計算、さらには行列計算など、GPU と同様のアクセラレーション コンピューティング機能が追加されていることです。

これにより、CPU プログラムを GPU に転送するよりもコストが節約され、プログラミングが簡単になります。主に GPU アクセラレーション システムで構成された Top500 リストを目にすることは決してないかもしれません。実際、「Fuyue」や「TaihuLight」などのトップランクのスーパーコンピューティング システムでは、基本的に CPU がベクトルや行列の計算を行う GPU として機能します。

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