Японцы показали всему миру Fugaku

9 марта в городе Кобэ (Япония) прошла церемония запуска на полную мощность суперкомпьютера Fugaku («Пик Фудзи»). Раньше, чем планировалось, поскольку он будет использован для исследований, связанных с новым коронавирусом. Fugaku начал работать в тестовом режиме в августе 2019 года. Дважды в 2020 году Fugaku занимал первые места в ежегодных мировых рейтингах топ-500 по производительности суперкомпьютеров. Последний раз, в ноябре 2020 года, был признан самым быстрым в мире по скорости вычислений в рамках двухлетнего американо-европейского проекта. В этом же рейтинге Fugaku вышел на первое место и в ряде других категорий: использование в системах искусственного интеллекта, анализ больших данных.

Самой сложной проблемой в ходе отладки работы компьютера было удержание рабочей температуры при выполнении на нем различных видов задач. Исследователи смоделировали потоки воды в сложных схемах труб, чтобы обеспечить надежность работы суперкомпьютера даже в случае непредвиденных обстоятельств. Была установлена целая система датчиков для контроля температуры циркулирующей в контуре воды.

В конце февраля система охлаждения Fugaku прошла испытание при полной загрузке. Вновь была подтверждена его мощность в 540 петафлопс (5,4 х 1017 флопс). (FLOPS, FLoating-point Operations Per Second – количество операций с плавающей запятой, которое может выполнить компьютер за одну секунду). Для сравнения: американские системы Summit, Sierra и Selene имеют мощность 200, 125 и 79 петафлопс соответственно. Китайский суперкомпьютер Sunway – 125 петафлопс. Саудовский «монстр» DAMMAM-7 – 55 петафлопс. Самая мощная на сегодняшний день российская система «Кристофари» – чуть больше 8 петафлопс. При этом сейчас в мире проектируются три суперкомпьютера, которые будут работать на эксафлопсных скоростях (1018 операций в секунду). Конечно, все это потребует решения не только сугубо компьютерных проблем – с «железом» и программным обеспечением, но и сугубо технологических. Возможно, главная из них – эффективный отвод тепла от работающего суперкомпьютера.

Центральные процессоры (CPU) при работе выделяют огромное количество тепла. Не случайно на крыше здания в городе Кобэ, в котором размещен Fugaku, установлена градирня (теплообменник) почти как на электростанциях.

Специалисты центра вычислительной техники RIKEN, обслуживающего Fugaku, поясняют, что плотность тепловыделения суперкомпьютера сравнима с показателями ядерного реактора. При этом в зависимости от типа решаемых задач значительно меняется потребляемая мощность, а вместе с ней и теплотворная способность комплекса.

На третьем этаже здания, где находится Fugaku, размещены 432 стойки, вмещающие более 160 тыс. центральных процессоров, которые и генерируют тепло при работе, подчас более 100 кВт на квадратный метр. Для эффективной работы процессоров необходимо поддерживать их температуру ниже 30°C. Без охлаждения их температура поднимется выше 100°C за считаные секунды. Чтобы предотвратить это, суперкомпьютер оснащен двухконтурной системой жидкостного охлаждения.

В первом контуре непосредственного охлаждения процессоров циркулирует вода с начальной температурой около 15°C. На выходе ее температура повышается до 19–25°C. Вода специально подготовлена для многократного использования, содержит антикоррозийные присадки. Она направляется во второй контур, где 11 холодильников вновь ее охлаждают до 15°C.

В прошлом году Fugaku использовался при обработке данных в различных областях, например в медицинских исследованиях. Группа ученых Университета Киото смогла значительно ускорить разработку свыше 30 препаратов по борьбе с вирусами, включая предназначенные для борьбы с новыми штаммами коронавируса. Специалисты Riken видят уже более 100 научных сфер и проектов, в которых будeт задействованы возможности Fugaku.