जापानी ने exaflops सुपर कंप्यूटर के लिए एक प्रोटोटाइप प्रोसेसर पेश किया: चिप कैसे काम करता है

इससे पहले हमने परमाणु भौतिकी में अनुसंधान के लिए सबसे शक्तिशाली जापानी सुपर कंप्यूटर की बात की थी । अब जापान में वे एक एक्सफ्लॉप्स सुपरकंप्यूटर पोस्ट-के बना रहे हैं - जापानी ऐसी कंप्यूटिंग शक्ति के साथ मशीन लॉन्च करने वाले पहले लोगों में से एक होगा।

2021 के लिए कमीशनिंग निर्धारित है।

पिछले हफ्ते, Fujitsu ने A64FX चिप की तकनीकी विशेषताओं के बारे में बात की थी, जो नई "मशीन" का आधार बनेगी। हम आपको चिप और इसकी क्षमताओं के बारे में अधिक बताएंगे।


/ फोटो तोशिहिरो मटुसी सीसी / जापानी सुपर कंप्यूटर K कंप्यूटर

विनिर्देशों A64FX

यह उम्मीद की जाती है कि पोस्ट-के की कंप्यूटिंग क्षमता मौजूदा आईबीएम शिखर सम्मेलन सुपर कंप्यूटर के सबसे शक्तिशाली ( जून 2018 तक ) के प्रदर्शन से लगभग दस गुना अधिक होगी।

सुपरकंप्यूटर A64FX आर्म-आधारित चिप के समान प्रदर्शन का श्रेय देता है। इस चिप में कंप्यूटिंग ऑपरेशन के लिए 48 कोर और उन्हें नियंत्रित करने के लिए चार कोर हैं। उनमें से सभी समान रूप से चार समूहों में विभाजित हैं - कोर मेमोरी ग्रुप (सीएमजी)।

प्रत्येक समूह में 8 एमबी L2 कैश है। यह मेमोरी कंट्रोलर और NoC इंटरफ़ेस (" चिप पर नेटवर्क ") से जुड़ा है। NoC PCIe और टोफू नियंत्रकों के साथ विभिन्न CMG को जोड़ता है। उत्तरार्द्ध प्रोसेसर और बाकी सिस्टम के बीच संचार के लिए जिम्मेदार है। टोफू नियंत्रक में 12.5 जीबी / एस के थ्रूपुट के साथ दस बंदरगाह हैं।

चिप लेआउट इस प्रकार है:



प्रोसेसर की कुल HBM2 मेमोरी 32 गीगाबाइट है, और इसका थ्रूपुट 1024 GB / s के बराबर है। फुजित्सु का कहना है कि फ्लोटिंग पॉइंट ऑपरेशंस पर प्रोसेसर का प्रदर्शन 64-बिट संचालन के लिए 2.7 टेराफ्लॉप, 32-बिट के लिए 5.4 टेराफ्लॉप और 16-बिट के लिए 10.8 टेराफ्लॉप तक पहुंचता है।

पोस्ट-के के निर्माण की निगरानी टॉप 500 संसाधन संपादकों द्वारा की जाती है, जो सबसे शक्तिशाली कंप्यूटिंग सिस्टम की सूची संकलित करते हैं। उनके मुताबिक, एक एक्साफ्लॉप्स में परफॉर्मेंस हासिल करने के लिए सुपरकंप्यूटर 370 हजार से ज्यादा A64FX प्रोसेसर का इस्तेमाल करता है।

डिवाइस पहले वेक्टर एक्सटेंशन की तकनीक का उपयोग करेगा जिसे स्केलेबल वेक्टर एक्सटेंशन (SVE) कहा जाता है। यह अन्य SIMD आर्किटेक्चर से अलग है जिसमें यह वेक्टर रजिस्टरों की लंबाई को सीमित नहीं करता है, लेकिन उनके लिए एक वैध सीमा निर्धारित करता है। SVE लंबाई में 128 से 2048 बिट्स के लिए वैक्टर का समर्थन करता है। तो किसी भी प्रोग्राम को अन्य प्रोसेसर पर चलाया जा सकता है जो एसवीई का समर्थन करते हैं, बिना पुनर्संयोजन की आवश्यकता के बिना।

SVE (चूंकि यह एक SIMD फ़ंक्शन है) का उपयोग करते हुए, प्रोसेसर एक साथ कई डेटा सरणियों के साथ गणना कर सकता है। नीयन फ़ंक्शन के लिए इन निर्देशों में से एक का एक उदाहरण यहां दिया गया है, जिसका उपयोग अन्य आर्म प्रोसेसर आर्किटेक्चर में वेक्टर कंप्यूटिंग के लिए किया गया था:

vadd.i32 q1, q2, q3 

यह 128-बिट रजिस्टर q3 में संबंधित संख्या के साथ 128-बिट रजिस्टर q2 से चार 32-बिट पूर्णांक जोड़ता है और परिणामी सरणी को q1 में लिखता है। C में इस ऑपरेशन के बराबर दिखता है:

 for(i = 0; i < 4; i++) a[i] = b[i] + c[i]; 

इसके अतिरिक्त, एसवीई ऑटो-वेक्टरकरण का समर्थन करता है। एक स्वचालित वेक्टराइज़र कोड में चक्रों का विश्लेषण करता है और यदि संभव हो तो उन्हें निष्पादित करने के लिए वेक्टर रजिस्टरों का उपयोग करता है। इससे कोड प्रदर्शन में सुधार होता है।

उदाहरण के लिए, C में एक फ़ंक्शन:

 void vectorize_this(unsigned int *a, unsigned int *b, unsigned int *c) { unsigned int i; for(i = 0; i < SIZE; i++) { a[i] = b[i] + c[i]; } } 

इसे इस प्रकार संकलित किया जाएगा (32-बिट आर्म प्रोसेसर के लिए):

 104cc: ldr.w r3, [r4, #4]! 104d0: ldr.w r1, [r2, #4]! 104d4: cmp r4, r5 104d6: add r3, r1 104d8: str.w r3, [r0, #4]! 104dc: bne.n 104cc <vectorize_this+0xc> 

यदि आप ऑटो-वेक्टरकरण का उपयोग करते हैं, तो यह इस तरह दिखाई देगा:

 10780: vld1.64 {d18-d19}, [r5 :64] 10784: adds r6, #1 10786: cmp r6, r7 10788: add.w r5, r5, #16 1078c: vld1.32 {d16-d17}, [r4] 10790: vadd.i32 q8, q8, q9 10794: add.w r4, r4, #16 10798: vst1.32 {d16-d17}, [r3] 1079c: add.w r3, r3, #16 107a0: bcc.n 10780 <vectorize_this+0x70> 

यहाँ, SIMD q8 और q9 को r5 और r4 द्वारा इंगित सरणियों के डेटा से लोड किया गया है। उसके बाद, vadd निर्देश एक समय में चार 32-बिट पूर्णांक मान जोड़ता है। इससे कोड की मात्रा बढ़ जाती है, लेकिन इस तरह लूप के प्रत्येक पुनरावृत्ति के लिए बहुत अधिक डेटा संसाधित होता है।

और कौन एक्सफोलॉप्स सुपर कंप्यूटर बनाता है

Exaflops सुपर कंप्यूटर केवल जापान में ही नहीं बनाए जाते हैं। उदाहरण के लिए, चीन और संयुक्त राज्य अमेरिका में भी काम चल रहा है।

चीन में, Tianhe-3 (Tianhe-3) बनाएँ। इसका प्रोटोटाइप टियांजिन में नेशनल सुपरकंप्यूटिंग सेंटर में पहले से ही टेस्ट किया जा रहा है । कंप्यूटर के अंतिम संस्करण को 2020 में पूरा करने की योजना है।


/ फोटो O01326 CC / Tianhe-2 सुपर कंप्यूटर - Tianhe-3 के पूर्ववर्ती

Tianhe-3 के दिल में चीनी फाइटियम प्रोसेसर हैं। डिवाइस में 64 कोर हैं, जिसमें 512 गीगाफ्लॉप्स का प्रदर्शन है और 204.8 जीबी / एस की मेमोरी बैंडविड्थ है।

सनवे श्रृंखला की एक मशीन के लिए एक कार्यशील प्रोटोटाइप भी बनाया गया था। जिनान में नेशनल सुपरकंप्यूटर सेंटर में इसका परीक्षण किया जा रहा है। डेवलपर्स के अनुसार, वर्तमान में लगभग 35 एप्लिकेशन कंप्यूटर पर काम कर रहे हैं - ये बायोमेडिकल सिमुलेटर, बड़े डेटा को संसाधित करने के लिए आवेदन और जलवायु परिवर्तन के अध्ययन के लिए कार्यक्रम हैं। उम्मीद है कि 2021 की पहली छमाही में कंप्यूटर पर काम पूरा हो जाएगा।

संयुक्त राज्य अमेरिका के रूप में, अमेरिकियों ने 2021 तक अपने एक्सफोलॉप्स कंप्यूटर बनाने की योजना बनाई है । परियोजना को अरोरा ए 21 कहा जाता है, और अमेरिकी ऊर्जा विभाग की आर्गन नेशनल लैबोरेटरी , साथ ही इंटेल और क्रे इस पर काम कर रहे हैं।

इस वर्ष, शोधकर्ताओं ने पहले ही अरोरा अर्ली साइंस प्रोग्राम के लिए दस परियोजनाओं का चयन किया है , जिनके प्रतिभागी नई उच्च-प्रदर्शन प्रणाली का उपयोग करने वाले पहले व्यक्ति होंगे। उनमें मस्तिष्क न्यूरॉन्स का मानचित्र बनाने, डार्क मैटर का अध्ययन करने और कण त्वरक सिम्युलेटर विकसित करने के कार्यक्रम थे।

Exaflops कंप्यूटर अनुसंधान के लिए जटिल मॉडल बनाने के लिए संभव बना देगा, इसलिए कई वैज्ञानिक परियोजनाएं ऐसी मशीनों के निर्माण का इंतजार करती हैं। सबसे महत्वाकांक्षी में से एक मानव मस्तिष्क परियोजना (HBP) है, जिसका लक्ष्य मानव मस्तिष्क का एक पूरा मॉडल बनाना और न्यूरोमॉर्फिक गणनाओं का अध्ययन करना है। एचबीपी के वैज्ञानिकों के अनुसार, उनके अस्तित्व के पहले दिनों से ही नए एक्सफोलॉप्स सिस्टम का उपयोग किया जा सकता है।

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