Intel анонсирует "Rialto Bridge" – графический ускоритель с ИИ для высокопроизводительных вычислений

31 мая этого года, на международной конференции по суперпроизводительным вычислениям (International Supercomputing Conference), проходившей в немецком городе Гамбурге, Джефф Мак-Вей (Jeff McVeigh), вице-президент и генеральный менеджер подразделения суперпроизводительных вычислений (Super Compute Group) корпорации Intel, анонсировал Rialto Bridge – графический ускоритель (GPU) Intel для дата-центров. В Rialto Bridge используется та же архитектура, что и в Ponte Vecchio – предыдущем GPU Intel для дата-центров. Новый графический ускоритель, сочетающий усиленные структурно-функциональные блоки микросхемы с техпроцессом Intel следующего поколения, будет содержать до 160 активных ядер Xe, обеспечивать большую вычислительную мощность (FLOPs) и большую пропускную способность каналов I/O и работать с более высокими лимитами TDP, что позволит значительно повысить плотность упаковки вычислительных мощностей в дата-центрах и эффективность всей отрасли высокопроизводительных вычислений (HPC).

"Поскольку мы уже вступили в эру экзафлопсных вычислений и быстро продвигаемся в направлении зеттафлопсных, углеродные выбросы вычислительной отрасли тоже растут. По экспертным оценкам, к 2030 году от 3% до 7% всей производимой в мире электроэнергии будет потребляться дата-центрами, и компьютерная инфраструктура становится одним из главных стимулов развития новых, более экологичных путей использования электричества," – сказал Мак-Вей.

В этом году Intel взяла на себя обязательство достичь к 2040 году нулевых показателей выбросов парниковых газов в процессе производства и разработать более перспективные технологические решения. Неуклонный рост требований к производительности вычислений – одна из сложнейших проблем, стоящая перед индустрией HPC на пути к высокотехнологичному будущему. Несмотря на пугающую сложность, эта проблема решаема, если мы проработаем каждую составляющую эффективности HPC – полупроводниковые микросхемы, программное обеспечение и системные решения.

Микросхемы и архитектуры для гетерогенных вычислений

Как видно из карт выпуска продуктов для HPC, мы настроены очень решительно и планируем к концу 2024 года расширить свое портфолио гетерогенных архитектур за счет новых решений. Эти архитектуры позволят на порядки улучшить производительность и одновременно снизить энергопотребление вычислительных систем как в общих, так и в постоянно усложняющихся специализированных задачах, таких как обучение ИИ, шифрование и аналитика.

Процессор Intel Xeon под кодовым наименованием Sapphire Rapids с памятью повышенной пропускной способности (High Bandwidth Memory, HBM) служит наглядным примером того, как мы используем передовые технологии полупроводниковых микросхем для повышения вычислительной мощности, пропускной способности и энергетической эффективности чипов для HPC. Этот процессор содержит встроенные ускорители и память HBM2E объемом до 64 ГБ, что позволяет нам снять ограничения со стороны пропускной способности памяти для типовых видов нагрузки HPC и существенно улучшить производительность. По сравнению с процессорами 3-го поколения Intel Xeon Scalable грядущие процессоры Sapphire Rapids с HBM работают в два-три раза быстрее в задачах климатического, энергетического, производственного и физического моделирования. Технический директор Ansys Прит Банерджи (Prith Banerjee) также показал в своем докладе, что процессоры Sapphire Rapids HBM способны обеспечить двукратное увеличение производительности в таких реальных приложениях, как Ansys Fluent и ParSeNet.

Плотность упаковки вычислительных мощностей – еще один вызов сегодняшнего времени, если мы в десятки раз увеличиваем прирост производительности суперкомпьютеров в приложениях для HPC и ИИ. Наш первый флагманский графический ускоритель для дата-центров Intel Ponte Vecchio уже превосходит конкурирующие аналоги в приложениях для финансовой аналитики и обучения ИИ. Также Ponte Vecchio в два раза ускоряет высокоточное моделирование транспорта элементарных частиц в OpenMC.

И мы не останавливаемся на достигнутом. Сегодня мы анонсируем наш следующий мощный графический ускоритель для дата-центров под кодовым наименованием Rialto Bridge. Развивая потенциал архитектуры Ponte Vecchio и сочетая усиленные блоки микросхемы с техпроцессом следующего поколения, Rialto Bridge обеспечит существенно большую плотность упаковки вычислительных мощностей и согласованность программного обеспечения, результатом чего станет рост эффективности высокопроизводительных вычислений.

Следующей нашей большой архитектурной инновацией станет Falcon Shores – решение, объединяющее архитектуру CPU x86 и графическую архитектуру Xe в одном сокете. Этот чип, выход которого запланирован на 2024 год, позволит более чем в 5 раз повысить энергетическую эффективность (соотношение производительности и энергопотребления), в 5 раз – плотность упаковки вычислительных мощностей и общую пропускную способность используемой памяти.

Принципы разработки успешного ПО: открытость, выбор, доверие

Микросхема без программного обеспечения – это просто кусок кремния. Наш подход к разработке ПО предполагает содействие открытым разработкам программного обеспечения всех уровней, а также предоставление разработчикам необходимых инструментов, платформ и готовых запатентованных решений, что поможет им продуктивно создавать эффективные масштабируемые и оптимизируемые коды, которые смогут реализовать все преимущества инновационных микросхем, не ограничивая их производительность со стороны ПО. Инициатива oneAPI предлагает разработчикам приложений для HPC концепцию кросс-архитектурного программирования, которая позволяет коротко и ясно адаптировать программный код под ресурсы CPU, GPU и других специализированных аппаратных ускорителей.

Сегодня в мире насчитывается более 20 центров oneAPI на базе ведущих исследовательских и академических институтов, и они уже добились заметных успехов. Например, Саймон Макинтош-Смит и его команда с факультета точных и естественных наук Бристольского университета в настоящее время работают над оптимизацией программ для экзафлопсных вычислений на различных аппаратных ускорителях с использованием oneAPI и SYCL Khronos Group. Их работа должна показать, что высокоуровневый программный код может обеспечить высокую производительность на больших гетерогенных суперкомпьютерах в любой точке мира.

Собираем все вместе: перспективные системы для гетерогенных вычислений

Поскольку дата-центры и центры HPC движутся в сторону гетерогенных вычислений на аппаратных компонентах различного профиля, нам понадобятся инструменты для эффективного управления сложными и принципиально новыми вычислительными средами.

Сегодня мы представляем Intel XPU Manager – открытое решение для локального и удаленного мониторинга и управления графическими ускорителями Intel для дата-центров. Эта платформа разработана с целью упрощения администрирования и максимизации надежности и срока службы вычислительных систем благодаря возможности запуска процедуры всесторонней диагностики, а также с целью повышения эффективности использования аппаратной части и обеспечения своевременной установки обновлений прошивки.

Файловая система DAOS (Distributed Asynchronous Object Storage) обеспечивает системный уровень оптимизации таких энергоемких задач, как перемещение и хранение данных. DAOS очень существенно увеличивает производительность на уровне файловой системы, уменьшая как общее время доступа к данным, так и потребное дисковое пространство, что позволяет дата-центрам более эффективно использовать рабочие площади при меньшем энергопотреблении. Как показывают результаты 500 тестов на чтение/запись файлов, DAOS обеспечивает 70-кратное повышение скорости записи по сравнению с Lustre.

Эффективная поддержка HPC

Мы рады сотрудничать с заказчиками, являющимися нашими единомышленниками в вопросах развития технологий HPC, а также с ведущими исследовательскими институтами во всем мире, чтобы совместными усилиями популяризировать высокопроизводительные вычислительные системы как эффективный, надежный и открытый инструмент, применимый в самый различных областях. Среди недавних примеров такого сотрудничества – наш совместный с Барселонским центром суперпроизводительных вычислений (Barcelona Supercomputing Center) проект по созданию инновационной экспериментальной лаборатории зеттафлопсных вычислений RISC-V, а также продолжение партнерства с Кембриджским университетом и компанией Dell, ближайшей задачей которого является преобразование существующей лаборатории экзафлопсных вычислений в новую Кембриджскую лабораторию зеттафлопсных вычислений. Общая цель этих усилий – создание в Евросоюзе работоспособной и перспективной экосистемы высокопроизводительных вычислений.

Суть в том, что ни одна компания не сможет достичь этой цели только своими силами. Для создания целой экосистемы необходимо равное участие со стороны представителей различных сегментов отрасли: разработчиков и изготовителей полупроводниковых микросхем, разработчиков интерфейсов, программного обеспечения и системных решений. Совместными усилиями мы сможем преобразовать одну из сложнейших проблем нашего века в возможность века и создать для будущих поколений новый мир высокопроизводительных вычислений.