インテルはエキスケール・コンピューティングへの次のステップを踏み出す

インテルは、大規模なデータ分析が近代的なビジネスの基盤となるため、今後数年間にスーパーコンピューティング市場が大きく成長することを賭けています。

その期待により、インテルはスーパーコンピューティングハードウェアの需要を予測し、2017年までにHPCの売上高が毎年20%以上増加すると予測しています。

急成長する市場に対応するため、チップメーカーは来年、新しいXeon Phiの多くのコアプロセッサであるKnight’s Landingをリリースする予定です。

Knight’s Landingは、1プロセッサソケットで1秒間に最大3兆倍の倍精度浮動小数点演算(3テラフロップス)を実現します。このプロセッサは、Intelの現在のKnight’s Corner Xeon Phiコプロセッサであるチップの3倍の動作が可能です。

しかしKnight’s Cornerの最も重要な変更点は、Knight’s LandingがPCI Expressスロットに座っているコプロセッサーカードではなく、スタンドアロンCPUとして利用できることです。フォームファクタの変更は、ナイト・ランディングが幅広いワークステーションやスーパーコンピュータ・クラスタに適合し、以前の製品よりはるかに広範囲に使用できることを意味します。

この動きは、IntelがHPC市場のより大きなシェアを獲得するのを助けるかもしれない。世界で上位500台のスーパーコンピュータのうち、17台のみがIntelのXeon Phiコプロセッサを使用していますが、NvidiaのTesla GPUベースのコプロセッサボードを使用している44台と比較しています。つまり、世界最速のスーパーコンピュータ、天河2号は、ナイト・コーナーを使用しています。

Knight’s Landingの3テラフロップ性能は、2008年に世界で最速のスーパーコンピュータの1,000倍の性能を発揮するエキスケール・コンピューティング・システムを構築するコンピューティング業界の目標に向けたもう一つのステップです。しかし、Charlie Wuischpard、インテルのハイパフォーマンスコンピューティング部門のゼネラルマネージャは、システムがエキスパートの目標に近づくにつれて、パフォーマンスのエンベロープを押し上げることはますます複雑化すると述べています。

「10年の終わりにエキスカールへのレースは、HPC市場で私たちが目にしてきた目標の1つです。

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新たな挑戦は、計算の外で発生し続けます。私たちは、exaflopに向かうにつれて、電力消費、ネットワーク帯域幅、I / O、メモリ、復元力、および信頼性の問題はすべて解決する大きな問題になっています。

これが物理学の観点から解決される方法の1つは、プロセッサ、メモリ、相互接続などのハードウェアコンポーネントのより大きな統合によるものです。統合性が向上するとレイテンシが短縮されます。私たちは、プロセッサの観点だけでなくスタック全体に投資しています。

これらの問題を解決することは、既存のHPCアプリケーションとの互換性を維持するために、数十コアのプロセッサを使用するシステムなど、新しいHPCアーキテクチャの必要性によって難しくなっています。

今日使用されているプログラムの多くは、シングルコア、シングルスレッドのパフォーマンス用に設計されています。我々は大規模な並列環境が未来になることを知っていて、見てきました。

これらの次世代技術を開発する一方で、アプリケーションプログラミング領域に存在する課題を認識し、そのアプリケーションを確実に先取りできるようにする必要があります。

Knight’s Landingは、チップ上でIntelのAtomシステムで使用されるアウト・オブ・オーダー・アーキテクチャーの低電力コアであるSilvermontプロセッサー・コアに移行し、従来のプロセッサーよりも効率的なチップ・アーキテクチャーを使用します。これは14nmプロセスを使用して製造されます。

スペック

IntelはSilvermontコアを修正して、AVC512命令セットのサポートやコアごとの4つのスレッドのサポートを含むHPC拡張機能を追加しました。

ナイト・ランディング・プロセッサーはこれまで最大72コアを持つと報告されていたが、Wuischpardは少なくとも「Knight’s Corner」と同じ数の「低レイテンシ・メッシュ」によって接続されていると言わざるを得なかった。プロセッサ。

これらのコア間で計算タスクを分割し、並列に実行することで、Knight’s Landingプロセッサはソケットあたり3テラフロップのパフォーマンスを実現します。最大4ソケットの1Uサーバーまで拡張可能で、42Uラックを使用して半分のペタフロップ(1秒に1兆分の1動作)のパフォーマンスを提供する可能性があります。噂によると、このチップはワット当り14〜16ギガフロップの性能を提供し、これは現在のスーパーコンピュータを使用した場合の降圧の可能性に匹敵する。

このコアには、Intel Xeonプロセッサ上で動作するコードを実行できる利点もありますが、命令はKnight’s Landingの多くのコアアーキテクチャで並列に実行されるよう最適化されていません。

Wuischpard氏によると、HPCの最大のボトルネックの1つは、プロセッサコアにデータを出し入れすることです。この問題を解決するために、ナイトの各ランディング・プロセッサーは最大16GBのオン・パッケージ・メモリーを搭載しており、DDR4システム・メモリーが提供する帯域幅の約5倍の500GB / Sのデータをコアに出し入れすることができます。オン・パッケージ・メモリは、インテルがMicronと共同開発した低レイテンシのHybrid Memory Cube NandフラッシュDRAMチップをベースにしています。

このチップはまた、6チャンネルの内蔵メモリコントローラを介して最大384GBのDDR4-2400システムメモリをサポートすると噂されています。

Knight’s Landingは、2015年後半のシステムで利用可能になります。プロセッサを使用する最初のスーパーコンピュータの1つは、米国エネルギー省の国立エネルギー研究科学計算センター(NERSC)が運営します。

$ 70mシステムは9,300以上のナイト・ランディング・コアを持ち、NERSCのホッパー・システム(Cray XE6スーパーコンピューター)の持続的コンピューティング能力の10倍を提供する予定です。新しいエネルギー源の開発、エネルギー効率の改善、気候変動の理解、新しい材料の開発、世界中の実験施設からの大量のデータセットの分析などの課題に取り組むために使用されます。

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