De snelste supercomputers

Wat zijn het en wat heb je eraan?

Wat is een supercomputer?

Supercomputers zijn in de loop van de jaren geëvolueerd van snelle vectorcomputers tot enorm complexe, parallelle systemen. Waar eerst een enkele processor voldeed, zijn dat inmiddels complete gebouwen vol serverracks. Inmiddels worden supercomputers namelijk met vele duizenden processors gebouwd, vaak ook nog met een groot aantal accelleratorkaarten, terabytes aan geheugen en petabytes aan opslag.

Tegenwoordig worden supercomputers meestal opgebouwd uit nodes, ofwel kleine subeenheden, waarvan vaak duizenden identieke exemplaren worden gebruikt. Een node kan bijvoorbeeld een klein moederbord met twee Xeon-processors zijn, met 512 gigabyte aan lokaal werkgeheugen en wat lokale opslag. Die nodes kunnen dan worden georganiseerd in clusters, die op hun beurt kunnen worden onderverdeeld in cpu-clusters en clusters met accelleratorkaarten. Steeds vaker bestaan supercomputers namelijk niet alleen meer uit processors, maar ook uit rekken vol accelleratorkaarten, zoals videokaarten of speciale asics voor machinelearning. Er zijn ook storageclusters, waar data wordt opgeslagen op bijvoorbeeld ssd's.

Hoeveel processors en videokaarten of andere accellerators je ook in een supercomputer gebruikt, je hebt er weinig aan als al die rekenkracht op data zit te wachten. Dat was al in de jaren zeventig een van de grootste uitdagingen bij de bouw van supercomputers en is dat nu nog steeds: de onderlinge communicatie tussen de bouwstenen. Data komt voornamelijk van de terabytes aan werkgeheugen waarover elk stukje van een supercomputer beschikt, en natuurlijk moet ook data tussen processors worden uitgewisseld.

De prestaties van supercomputers staan of vallen daarom met de interconnects tussen de nodes en clusters. Bits moeten snel genoeg aan de processors of andere onderdelen worden aangeleverd, zodat de rekenkracht optimaal kan worden benut. Dat is de taak van de interconnect, waarbij InfiniBand de meestgebruikte is, maar ook Intels Omni-Path- en Nvidia's NVLink-technologie, en natuurlijk standaarden als ethernet en Fibre Channel worden ingezet.

Om een indruk te geven van de complexiteit van supercomputers, vergelijken we de snelste computer uit de Top500 van 25 jaar geleden met de nieuwste aanvoerder van de lijst. Bij de eerste versie van de Top500 in 1993 was de Numerical Wind Tunnel-supercomputer van Fujitsu de snelste, met een rekencapaciteit van 124,5 gigaflops. De vectorsupercomputer bestond uit 140 vectorprocessors met elk 256MB geheugen. Een latere versie kreeg 166 vectorprocessors en verhoogde de rekenkracht tot 170 gigaflops.

Zetten we daar de snelste supercomputer van de nieuwste Top500-lijst uit juli 2018 tegenover, de Summit van het Amerikaanse Oak Ridge National Laboratory, dan is de rekenkracht ruim een miljoen keer zo groot als die van de NWT, namelijk 200 petaflops. Het knapste is dat de Summit dat doet met 'slechts' 4608 nodes, ieder met twee IBM Power9-processors, zes Nvidia V100-grafische kaarten en 512 gigabyte geheugen. Alle nodes zijn met InfiniBand met elkaar verbonden, terwijl de processors en gpu's binnen de node via NVLink met elkaar zijn verbonden. Summit verstookt in zijn huidige configuratie ongeveer 9 megawatt, maar heeft een piekvermogen van 15 megawatt.

• Volgende pagina 5. Zuiniger