Intel: superračunar Aurora i GPU

U osvit zore personalnog računarstva, jedan čovek je više voleo kompleksnost ogromnih i neuglednih soba za naučno računanje nego blještavost računara za samo jednog operatera

Negde u uglu istorijske sobe računarstva, skromno i bez šarenih ukrasa, stajaće plaketa Simoru Kreju (Seymour Cray), ocu superračunara, umiruće vrste mašina koje su promenile svet. U tekstu koji će pojašnjavati crno-belu fotografiju nasmejanog čoveka obučenog u tipičnom stilu XX veka stajaće rečenica iz našeg podnaslova.

Nasleđe šezdesetih

Misao po kojoj će mnogi saradnici, poštovaoci i konkurenti gospodina Kreja pamtiti njegov doprinos računarstvu zvuči krajnje obično: „Svako može napraviti brz procesor (CPU). Trik je napraviti brz sistem!”. U pionirskim danima superračunara, u davno vreme šezdesetih godina prošlog veka, fokus razvoja je bio na unapređenju brzih veza ulaz-izlaz (IO – input-ouput), koje su suštinski omogućavale komponentizaciju sistema i udruživanje komponenata da, kao celina, rade optimalno. Od tada pa do dana današnjeg, superračunari nisu unije najbržih procesora, već sklopovi efikasno uklopljenih jedinica koje sinhronizovano rade u cilju održivih performansi.

Prvi superračunar u istoriji nosi naziv CDC 6600, a njegov nastanak, davne 1964. godine, vezan je za istrajnost njegovog izumitelja, pomenutog Simora Kreja, koji je do prilike da završi rad na ovom uređaju došao preteći da će napustiti kompaniju Control Data Corporation (CDC), ukoliko mu ne dozvole da kompletira svoju zamisao. CDC je popustio i ostalo je istorija. Sa maksimalnom frekvencijom od 40 megaherca i snagom od tri megaflopsa (MFLOPS), CDC 6600 je u prašini ostavio u to vreme najbržeg konkurenta iz kompanije IBM – 7030 Stretch. Poređenja radi, Raspberry Pi prve generacije, sa procesorom na 700 megaherca, postiže 42 megaflopsa.

Privremeno „zakrpljeni” odnos između Simora Kreja i njegovog poslodavca nije dugo potrajao. Krej je na ekipu u CDC-u oduvek gledao kao menadžere i prodavce, dok su oni njega smatrali čudakom i perfekcionistom. Nakon što su odabrali da ne podrže poslednji u nizu preskupih uređaja koje je Krejev tim radio, Simor je napustio CDC i formirao kompaniju Cray Research, koja će do današnjeg dana ostati simbol superračunarstva i biti vesnik promena na tronu najmoćnijih svetskih računara u decenijama koje su sledile. Prvi korak na tom putu je bila mašina zvana Cray 1, rekorder iz 1976. godine, koji je na svojoj pločici zavredeo rezultat od 136 megaflopsa. Ovaj rezultat je postignut ne samo zahvaljujući brzim komponentama koje su tada bile dostupne, već i uz pomoć novog tehnološkog trenda po kome su se elementi dizajna u superračunarstvu preselili i na nivo čipa.

Pomenuti superračunar je bio izrađen za potrebe vojnih snaga SAD u Nacionalnoj laboratoriji Los Alamos, gde je korišćen za modeliranje nuklearnog oružja. Bilo je to vreme „Hladnog rata”, u kom je trka u računarskoj moći bila elementarna u napretku supersila. Krej je, u vreme rada na ovom uređaju, uspeo da kompaniju koju je po sebi nazvao učini i poslovno uspešnom. Prodato je preko osamdeset Cray 1 sistema, a cena pojedinačnog je bila gotovo duplo manja od računara kojim je sve počelo (25 naspram 60 miliona američkih dolara, u današnjem novcu).

U narednim decenijama, Krejevo prezime bilo je sinonim za najbrže računare na svetu. Sve do početka devedesetih godina prošlog veka i ulaska japanskih kompanija u ozbiljnu trku, čeda Krejeve kompanije su vladala svetom. Osim vojske (i dalje u potrazi za nuklearnim oružjem), korisnici superračunara s kraja osamdesetih godina postali su i univerziteti. Padom zida u Berlinu, pojavom interneta i japanske dominacije u potrošačkoj elektronici, Krejevi sistemi su izgubili krunu. Krug je, tako, bio zatvoren.

Tih devedesetih godina prošlog veka, dok je svoj ulaz u svet superračunara gradila američka kompanija Intel, Krej je napustio Cray Research i osnovao Cray Computer Corporation (CCC), pokušavši da projektima po imenu Cray 3 i Cray 4 „vrati titulu kući”. Nakon velikih neuspeha, kompanija je otišla u bankrot i Krej je konačno priznao poslovni poraz. Cray Research, ipak, nije.

Njeno kraljevsko visočanstvo, Aurora

Ministarstvo energetike Sjedinjenih Država je, zajedno sa kompanijom Intel, u martu 2019. godine objavilo informaciju o nameri izrade prvog superračunara sa sposobnošću održivog rada i procesorskom snagom reda veličine egzaflopsa (10¹⁸ FLOPS-a). Plan je da se računar Aurora završi 2021. godine, a na konferenciji za štampu izvršni direktor Intela, Bob Svon (Swan), izjavio je kako je „konvergencija veštačke inteligencije i računarstva visokih performansi nesaglediva prilika za suočavanje najvećih svetskih izazova i važan katalizator ekonomskih prilika!”.

Slično prethodnim generacijama superračunara zasnovanim na Intelovim komponentama, Aurora će biti sastavljena iz „kockica” sa Intel Xeon procesorima, Optane DC perzistentnim memorijama i tehnologijama zasnovanim na Intelovom softveru. Ako u obzir uzmemo da smo u skorijoj prošlosti češće viđali AMD/Nvidia i Intel/Nvidia hibride, moramo reći da je korišćenje čitavog baraža isključivo Intelovih tehnologija prilično iznenađenje. Posebno je interesantno da će jednu od ključnih uloga u sistemu imati mikroarhitekturalni sistem iz Intelovih grafičkih rešenja, koja još uvek nisu demonstrirala značajne rezultate u poređenju sa konkurencijom. Intel je očigledno uspeo da demonstrira performanse novih adaptacija svojih „grafičkih” rešenja i ovaj sistem može biti i najava nešto konkurentnijih grafičkih rešenja iz ove kompanije u bliskoj budućnosti.

Trenutno vodeći računar u Sjedinjenim Državama postiže 200 petaflopsa. Ukoliko su prognoze Intelovih inženjera tačne, za manje od dve godine i ukoliko ga konkurencija ne prestigne, Aurora će biti najbrži računar na svetu, pet puta brži od trenutnog rekordera. Dostizanje ove „brzine” izvršavanja operacija ima više od simboličnog značenja. Prema nekim istraživanjima, i uvreženom mišljenju kod izvesnog broja stručnjaka, čovekov mozak na neuronskom nivou izvodi operacije reda egzaflopsa. Naravno, ne treba očekivati da smo se ovim sistemima posebno približili brzini čovekovog mozga, ali je to približavanje redu veličine brzine operacija u kom definitivno treba tražiti inspiraciju za nastavak rasta. Danas se mogu pronaći istraživanja koja simuliraju rad živih organizama korišćenjem računara. Ipak, u pitanju su veoma jednostavni organizmi, veličine svega par hiljada ćelija. Simuliranje ljudskog organa, posebno mozga, svakako nije ni blizu. Možda tek kompleksniji organizmi od trenutnog maksimuma – prostih crva dužine jednog milimetra.

Podizvođač na projektu Aurora je kompanija po imenu Cray Inc, suštinski naslednik prethodnih Cray kompanija, na čijoj će se hardversko-softverskoj platformi po imenu Shasta, Aurora i zasnivati. Zanimljivo je da je interkonekciona tehnologija koju danas Intel unapređuje zasnovana na radu upravo Cray korporacije, čiju je tehnologiju i patente Intel otkupio pre sedam godina. Pomenuti superračunar je posebno dizajniran za rad u domenu veštačke inteligencije, posebno procese „dubokog učenja” (deep learning) i tradicionalnog računarstva visokih performansi u kombinaciji, što bi trebalo da omogući efikasno snalaženje u uslovima velikog broja podataka. Intelov izvršni direktor je istakao da će se ovakvi računari koristiti i za istraživanja u oblasti medicine (posebno u onkologiji) i modeliranja klimatskih promena.

Kako je korisnik zapravo Ministarstvo energetike, bilo bi interesantno saznati koliko energije troši ovakav jedan sistem, ali i kolika je emisija štetnih gasova ovog, više stotina miliona dolara vrednog, superračunara. Kako saznajemo, Intelov deo je oko pola milijarde, dok će Cray za svoj doprinos prihodovati nešto preko trista miliona dolara.

Najava novog fronta

Kako stvari stoje, Intel je ozbiljnije krenuo u osvajanje dugogodišnje opsesije – grafičke procesorske jedinice. Nove verzije grafičkih sistema na čipu se mogu očekivati već sredinom godine, kada će se u primercima namenjenim prenosnicima naći prve implementacije Gen11 grafičkih procesora, sa 72 izvršne jedinice (EU, Execution Unit), od kojih 64 se mogu koristiti. Maksimalna „snaga” ovakvog sistema je jedan teraflops. Prve ozbiljnije implementacije, koje bi mogle da znače i punokrvne grafičke „kartice”, možemo očekivati dogodine, kada ćemo, prvi put nakon fijaska sa Larrabee procesorima, Intel videti u pokušaju zaokruživanja ovog proizvoda. Prošli put je bilo katastrofalno. Ovoga puta, čini nam se, Intel nema prava na grešku.

Ono što se može uočiti iz razvoja Aurore jeste Intelov pokušaj ujedinjenja napora divizija unutar korporacije ka zajedničkom cilju. U svojoj organizaciji, Intel se oslanja na tri svoja stuba: procesorski (compute), smeštajni i mrežni. Aurora zaokružuje napore ove kompanije i omogućava im da u sistemu velike složenosti „isprobaju” tehnologije koje će im, u drugim segmentima poslovanja, potencijalno doneti preko potrebnu tehnološku prednost. U trenutku kada AMD i dalje napreduje i otkida promil po promil tržišnog udela koji je Intel gradio godinama, svaki korak u pravom smeru je blagosloven, zar ne?

U domenu superračuanra, ovo je svakako veliki povratak za Intel, čija su rešenja pomalo bila u drugom planu u poslednje vreme, u kom su IBM sa svojim Power9 procesorima i Nvidia sa Tesla V100 akceleratorskim čipovima, imali mnogo više uspeha. Iz Kine stižu informacije da ovaj superračunar ipak neće biti prvi koji dostiže teritoriju egzaflopsa. Već početkom sledeće godine je u planu puštanje u rad kineskog sistema na kome rade tri tima (iz Tjenđina, Đinana i Pekinga), ali i japanskog Post-K računara, koji se očekuje u drugoj polovini 2020. godine.

U sve ozbiljnijoj trci ekonomskih carstava SAD i Kine, ekipa sa Dalekog Istoka postiže sve bolje i bolje rezultate. Broj kineskih superračunara raste velikom brzinom i sve je manji udeo ove klase uređaja u SAD u odnosu na kineskog takmaca. Japan je na dalekom trećem mestu, a u sitnim kolonama ga prate Ujedinjeno Kraljevstvo, Francuska, Nemačka i Irska.

• • •

Pomalo zaboravljena „umetnost” izrade najmoćnijih računara na svetu nije se mnogo promenila od svojih začetaka. I dalje je u pitanju svojevrsna tehnološka trka u „naoružanju” najvećih svetskih ekonomskih i vojnih sila. U redu, Rusa na mapi baš i nema, ali su zato Kinezi dominantni i prvo mesto će dugo biti njihovo.

Ipak, od najranijih tvrdoglavosti Simora Kreja do danas, superračunari su bili i ostali spomenik jednoj drugačijoj tehnološkoj realnosti od one u kojoj se bore proizvođači potrošačke elektronike. U domenu superračunara kao da je očuvan sportski duh i svojevrsni fer-plej, kog u ovoj drugoj disciplini nema već dugo, ili ga nikad nije ni bilo. No, lament za viteštvom u računarstvu nije nešto čemu ne možemo odoleti. Žal za načinom na koji je Simor Krej napustio ovaj svet je, ipak, nešto što ne možemo odbaciti. Ovaj gospodin je stradao od posledica saobraćajne nesreće, u kojoj je na njegov džip naletelo vozilo koje je učestvovalo u sudaru, uzrokovanom nekontrolisanim preticanjem. Poput nesrećnog Gaudija, Krej je otišao tiho, bez pompe. Genijalnost obojice je pak simfonija u svetu jeftinog turbo-folka devedesetih.

Momir ĐEKIĆ