E'
finalmente operativo Titan, un nuovo supercomputer che
diventa, con i suoi 20 petaflops di potenza di calcolo, il più
veloce elaboratore al mondo; Titan occupa circa 400 metri quadrati
dell'Oak Ridge National Laboratory (ORNL), nel Tennessee, e si spera
possa essere utile agli scienziati nello sviluppo di complesse
simulazioni numeriche, per quanto concerne in particolare sei branche
di studio: cambiamenti climatici, astrofisica, scienza dei materiali,
biocombustibili, processi di combustione e reazioni nucleari.
Per
avere un'idea delle capacità di calcolo di Titan, basti pensare che
il precedente supercomputer operativo all'Oak Ridge, denominato
Jaguar, raggiungeva “appena” i 2 petaflops, vale a dire
che era in grado di eseguire 2 biliardi (1015) di
operazioni in virgola mobile al secondo (“flops”
sta infatti per floating-point operations per
second); Titan riesce ad essere dieci volte più veloce del
predecessore occupando lo stesso spazio fisico, ed è inoltre
energeticamente più efficiente:
richiede infatti 9 megawatt di potenza per funzionare, solo 2 in più
rispetto a Jaguar; al confronto, se quest'ultimo avesse avuto la
stessa capacità di calcolo di Titan, ne avrebbe consumati 60
(equivalenti alla potenza di circa 20 mila abitazioni).
Il
segreto di Titan risiede nell'integrazione tra unità
grafiche (GPU, graphics
processing unit) ed il
processore centrale
(CPU, central processing unit);
le GPU sono viste con grande interesse dai progettisti, poiché
combinano una elevata rapidità di calcolo (contengono centinaia di
microprocessori che operano in parallelo) ad un costo relativamente
basso (vengono prodotte in grande quantità per soddisfare le
richieste del mercato dei videogiochi); la sinergia tra GPU e CPU
permette di raggiungere prestazioni irraggiungibili per i computer
tradizionali, basati solo su CPU.
In
partnership con il costruttore di computer Cray e l'azienda leader
delle GPU, NVIDIA, l'ORNL ha dunque costruito con successo il sistema
ibrido alla base dell'architettura di Titan: questo utilizza 18'688
schede GPU di NVIDIA di tipo TESLA K20 (progettate appositamente per
computer ad elevate prestazioni), le quali lavorano in parallelo ad
altrettante CPU AMD OPTERON 6274 a 16 core, combinando alta potenza
di calcolo ed efficienza. La memoria RAM complessiva del sistema è
pari a 710 terabyte, mentre lo spazio disponibile per allocare i dati
ammonta a 10 petabyte, con una velocità di trasferimento dati di 240
gigabyte al secondo. <<Non si possono in alcun modo
raggiungere simili prestazioni con un'architettura convenzionale
basata solo su CPU>>
afferma Steve Scott della NVIDIA.
Titan
avrà una gestione “open”,
potrà cioè essere usato da scienziati di tutto il mondo; l'Oak
Ridge ha attualmente accettato le proposte di ben 32 progetti, che
dunque si divideranno le ore di funzionamento dell'elaboratore; tra i
vari studi, l'analisi delle proprietà magnetiche dei materiali a
scala nanometrica, lo studio in tre dimensioni dei processi di
combustione e delle reazioni nucleari (completate da Titan nel giro
di ore anziché di settimane), la simulazione sul lungo periodo
dell'atmosfera terrestre per evidenziare l'impatto del cambiamento
climatico.
L'unione
tra GPU e CPU sperimentata in Titan sarà essenziale, affermano gli
scienziati, per raggiungere nel prossimo futuro l' “exa-scala”,
ovvero per costruire il primo supercomputer da 1 exaflops (1'000
petaflops) di potenza di calcolo. Stiamo insomma per entrare
nell' ”era del calcolo accelerato”: <<Dal 2009,
quando iniziammo a progettare Titan, sono passati solo tre anni, ma è
come se avessimo fatto un salto di dieci, in termini di performance,
e di cinque anni in termini di efficienza>> conclude
Jeffrey Nichols dell'ORNL.
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