Decidida a Configuração do Supercomputador de Próxima Geração do Japão

Arquitetura baseia-se em sistema escalar.

Pontos principais: O supercomputador terá desempenho de 10 petaflops quando estiver finalizado, em 2012, conforme o planejamento inicial. O sistema escalar será construído com as CPUs mais velozes do mundo (128 gigaflops). As CPUs terão funcionalidade de recuperação de erros; a rede apresentará níveis excelentes de tolerância a falhas e operabilidade.

São Paulo — A Fujitsu e o Instituto de Pesquisa Física e Química do Japão, conhecido como RIKEN, anunciam que o instituto decidiu adotar uma nova configuração de sistema, com arquitetura de processamento escalar, para seu supercomputador de próxima geração. O supercomputador está sendo financiado pelo Ministério da Educação, Cultura, Esportes, Ciências e Tecnologia (MEXT) do Japão como parte do projeto de “Desenvolvimento e Utilização de um Supercomputador Avançado de Alto Desempenho para Uso Geral”(1) (Projeto de Supercomputador de Próxima Geração).

O projeto é uma iniciativa conjunta do RIKEN e da Fujitsu para desenvolver um supercomputador capaz de oferecer desempenho de 10 petaflops. O prazo está sendo seguido e o supercomputador deverá ser concluído em 2012.

A fase de design conceitual do supercomputador de próxima geração teve início em setembro de 2006, sob a liderança do RIKEN. Em 2007, o RIKEN encerrou esta fase e, após a avaliação do design, passou ao desenvolvimento do sistema. O plano inicial era criar um sistema híbrido com unidades escalares(2) e vetoriais(2).

O RIKEN optou por uma configuração escalar após avaliar o potencial de êxito do projeto, visando a atingir as metas originais de oferecer desempenho LINPACK de 10 petaflops e disponibilizar o supercomputador completo e pronto para uso compartilhado em 2012. O supercomputador de próxima geração utilizará a CPU mais veloz do mundo atualmente (128 gigaflops), desenvolvida e fabricada pela Fujitsu com tecnologia de processo de 45 nanometros (nm)(3). A rede entre os nós do sistema consistirá de uma conexão direta(4) com canais de comunicação banda larga. Esta configuração de sistema garantirá eficiência energética e computação paralela massiva. Além disso, o RIKEN planeja trabalhar com organizações encarregadas de fomentar a utilização do supercomputador(5), a fim de fornecer suporte adequado aos usuários de unidades vetoriais.

1. Histórico - No ano fiscal de 2006, o MEXT começou a promover o desenvolvimento de um supercomputador de classe mundial como parte do seu Projeto de Supercomputador de Próxima Geração. O RIKEN organizou uma divisão de desenvolvimento de supercomputador de próxima geração com a meta de atingir o desempenho mais alto do mundo.

Em abril de 2007, o RIKEN adotou um plano para uma arquitetura de sistema híbrida consistindo de unidades escalares e vetoriais e partiu para o desenvolvimento de acordo com este plano.

Ao mesmo tempo, o MEXT conduziu uma avaliação do Projeto de Supercomputação de Próxima Geração e examinou os aspectos técnicos da arquitetura do sistema. Com base no resultado, o RIKEN reviu a arquitetura e, após encaminhar um relatório ao MEXT e fazer avaliações adicionais, optou por uma nova configuração escalar.

2. Visão geral do sistema - A nova arquitetura é a de um supercomputador escalar que utiliza sistema de computação paralela com memória distribuída(6). Abaixo, os detalhes da configuração.

CPU - O sistema adotará a CPU SPARC64™ VIIIfx (8 núcleos, 128 gigaflops) fabricada pela Fujitsu com a tecnologia de processo de 45 nm da companhia. Esta CPU de uso geral com o desempenho mais alto do mundo alcança a velocidade computacional de 128 gigaflops por CPU ao mesmo tempo em que oferece eficiência energética. Além disso, uma função de recuperação de erros(7) aprimora sua operabilidade.

Rede - A rede que une os nós de computação é uma rede de conexão direta otimizada para a arquitetura do supercomputador. As redes de conexão direta típicas, reconhecidamente, proporcionam flexibilidade e expansibilidade de sistema excelentes, mas apresentam desvantagens em termos de tolerância a falhas e operabilidade. A rede desenvolvida para o novo sistema, ao contrário, utiliza uma conexão multidimensional mesh/toro que oferece tolerância a falhas e operabilidade excelentes, aliadas a flexibilidade e expansibilidade.

Além do mais, a rede possui um canal de comunicação banda larga entre nós vizinhos e, do ponto de vista da programação, pode ser virtualmente configurada como uma rede torus(4) com até três dimensões. Assim, os usuários podem rodar eficientemente aplicações que utilizam dados adjacentes, comuns na computação científica e técnica.

Software de sistema e outros recursos - Um pacote de software de sistema está sendo desenvolvido simultaneamente para fazer pleno uso do desempenho da rede e das CPUs com função de recuperação de erros. O sistema operacional escolhido foi o Linux, equipado com linguagens de programação padrões (compiladores) e bibliotecas de comunicação.

A confiabilidade de cada componente de hardware precisa ser maximizada para assegurar a estabilidade do sistema de escala ultralarga, de forma que uma falha em um componente não afete a operação de todo o sistema. A função de recuperação de erros da CPU e uma rede com níveis excelentes de tolerância a falhas e operabilidade possibilitarão que o supercomputador de próxima geração esteja disponível confiavelmente para pesquisadores e engenheiros em todo o Japão.

3. Cronograma de desenvolvimento - Após o período de prototipação e avaliação, terá início a instalação do supercomputador de próxima geração, no ano fiscal de 2010. A previsão é de que o sistema estará operando parcialmente no fim do ano fiscal de 2010 e concluído e pronto para uso compartilhado em 2012. [ http://www.riken.jp/engn/index.html ]

Informações Complementares - (1) Projeto de “Desenvolvimento e Utilização de um Supercomputador Avançado de Alto Desempenho para Uso Geral” Este projeto tem as metas de desenvolver e disseminar tecnologias para desenvolver, construir e usar o supercomputador de próxima geração mais avançado e possante do mundo. Com vistas a evoluir ainda mais a tecnologia de ciência computacional, que ocupa um papel cada vez mais central nos atuais métodos científicos, bem como a teoria e a experimentação científicas, o projeto assumiu o compromisso de colocar online, no ano fiscal de 2010 (e concluir em 2012), um supercomputador de próxima geração que é considerado uma tecnologia-chave da estratégia nacional de longo prazo do Japão e uma tecnologia nacional essencial. Para que o Japão mantenha seu papel de liderança nos campos da ciência e tecnologia, pesquisa acadêmica, indústria, medicina e farmácia, o MEXT lançou uma iniciativa com as seguintes metas:

Desenvolver e fabricar o supercomputador de próxima geração mais avançado e possante do mundo (classe 10 petaflops). Desenvolver e disseminar software capaz de fazer pleno uso do supercomputador de próxima geração. Construir um centro líder mundial de pesquisa e educação em supercomputação, focado em atingir a meta número um. O RIKEN é uma iniciativa líder de desenvolvimento, parte integrante da estreita colaboração entre indústria, governo e acadêmicos no Japão.

(2) Unidades escalares, unidades vetoriais - Uma unidade escalar é uma CPU que opera pequenas porções de dados em ordem sequencial. Este tipo de computação é adequado para o acesso complexo a dados, como análises estruturais de dispositivos em escala nano e análises de dados de genes e proteínas. Uma unidade vetorial é uma CPU que opera grandes porções de dados continuamente. Este tipo de computação é apropriado para análises de circulação, em escala global, da atmosfera ou dos oceanos, aerodinâmica de aviões ou automóveis e outras aplicações ligadas ao processamento contínuo de dados.

O supercomputador de próxima geração consistirá apenas de unidades escalares. Contudo, por meio de paralelização e tuning de aplicações, ele suportará aplicações que rodavam em supercomputadores anteriores com unidades vetoriais. Também estão sendo cogitadas outras maneiras de ajudar usuários de supercomputadores vetoriais.

(3) Tecnologia de processo de 45 nm - A tecnologia de processo de 45 nm é um indicativo do grau de miniaturização alcançado na disposição de circuitos na superfície de um wafer semicondutor.

(4) Rede de conexão direta, rede toro - Existem dois tipos de rede: conexão direta e conexão indireta. Na rede de conexão direta, a rede inteira consiste de várias conexões entre pares de nós. Na rede de conexão indireta, há um switch entre múltiplos nós. Uma rede com topologia toro 3D é um tipo de rede de conexão direta em que os nós são organizados em uma estrutura tridimensional e cada um é vinculado a outros seis, formando uma estrutura em anel em cada dimensão.

(5) Organizações encarregadas de promover a utilização do supercomputador - Estas organizações suportam e selecionam usuários para as instalações que abrigam o supercomputador de próxima geração.

(6) Sistema de computação paralela com memória distribuída - Designação de um tipo de supercomputador baseado em sua arquitetura de memória, em que um determinado nó não pode acessar diretamente a memória de um nó diferente. Visto que a memória não pode ser acessada diretamente, é preciso, antes, haver a transmissão de dados. Para que esta comunicação funcione, o sistema de computação paralela com memória distribuída demanda uma rede de alto desempenho.

(7) Função de recuperação de erros - A CPU possui funções para eliminar ou corrigir dados incorretos e repetir instruções em caso de falha.

Perfil: A Fujitsu é líder no fornecimento de soluções de negócio baseadas em TI para o mercado mundial. Com aproximadamente 175 mil funcionários suportando clientes em 70 países, a Fujitsu combina um quadro mundial de especialistas em sistemas e serviços com produtos de computação e comunicação extremamente confiáveis e microeletrônic avançada para oferecer valor agregado aos clientes. A Fujitsu Limited (TSE:6702), com sede em Tóquio, registrou receitas consolidadas de 4,6 trilhões de ienes (aproximadamente 47 bilhões de dólares) no ano fiscal encerrado em 31 de março de 2009. [www.fujitsu.com]