Fujitsu y RIKEN logran el primer puesto mundial en el TOP500, HPCG y HPL-AI con el superordenador Fugaku

Fujitsu ha anunciado que Fugaku (*1), un superordenador desarrollado conjuntamente por RIKEN y Fujitsu, ha sido clasificado como el número 1 en la 58ª lista TOP500 de los superordenadores del mundo. Fugaku también ocupó el puesto Nº 1 en la clasificación internacional HPCG (High Performance Conjugate Gradient), que mide la velocidad de procesamiento del método gradient conjugate (*2) utilizado a menudo en aplicaciones prácticas como en el campo de la industria, y en la clasificación de HPL-AI, que mide el rendimiento de la computación de baja precisión utilizada normalmente en la IA, como el aprendizaje profundo.

El logro del número 1 en estos tres rankings indica el alto rendimiento general de Fugaku y demuestra que puede responder suficientemente a las necesidades de la Sociedad 5.0 (*3), que tiene como objetivo construir una sociedad inteligente que cree nuevos valores. Fugaku puede contribuir en esta sociedad como una tecnología de infraestructura de la información que acelera la solución de los problemas sociales con la simulación, a la vez que avanza en el desarrollo de las tecnologías de la IA, así como en las relacionadas con la distribución y el procesamiento de la información.

Resultados de la medición de Fugaku

(1) TOP500
El sistema Fugaku clasificado como primero en la lista TOP500, consistía en 396 bastidores (152.064 nodos (*4), aproximadamente el 95,6% de todo el sistema), y el rendimiento del LINPACK era de 415,53 PFLOPS (petaflops) con un ratio de eficiencia de computación del 80,87%. Es la primera vez que una supercomputadora japonesa ocupa el primer lugar en el TOP500 desde que la computadora K se adjudicó el número 1 en noviembre de 2011 (en la 38ª lista TOP 500). El rendimiento de Fugaku es aproximadamente 2,8 veces mayor que el de la supercomputadora que ocupa el segundo lugar en la lista TOP500 con148,6 PFLOPS.

(2) HPCG
Para este benchmark se utilizaron 360 racks (138.240 nodos, aproximadamente el 87% de todo el sistema) de Fugaku para lograr la alta puntuación de 13.400 TFLOPS (teraflops). Esto demuestra que la supercomputadora puede manejar eficientemente aplicaciones del mundo real en el campo de la industria y funcionar bien. Además, Fugaku supera el rendimiento de la supercomputadora que ocupa el segundo lugar (2.925,75 TFLOPS) en aproximadamente 4,6 veces.

(3) HPL-AI
A diferencia de los listados convencionales de TOP500 y HPCG que miden el rendimiento de la unidad lógica aritmética de doble precisión, el HPL-AI es un nuevo benchmark establecido en noviembre de 2019 como índice para evaluar el rendimiento de los cálculos que tiene en cuenta las capacidades de las unidades lógicas aritméticas de precisión simple y de media utilizadas en la inteligencia artificial. Se logró una alta puntuación de 1.421 EFLOPS (Exa FLOPS) utilizando los 330 racks (126.720 nodos, aproximadamente el 79,7% de todo el sistema) de Fugaku.

Este también es un récord histórico, ya que Fugaku alcanzó 1 exa (10 elevado a la potencia de 18) en uno de los benchmark de HPL por primera vez en el mundo. Esto prueba la capacidad de Fugaku para contribuir al avance de la Sociedad 5.0, como plataforma de investigación para el machine learning y el análisis de grandes datos.

Los benchmarks de los superodenadores

(1) TOP500

La lista TOP500 es un proyecto que clasifica y evalúa regularmente los 500 sistemas de supercomputación más rápidos del mundo, basándose en el rendimiento del LINPACK. Desarrollado por el Dr. Jack Dongarra de la Universidad de Tennessee, EE.UU., para resolver un sistema de ecuaciones lineales por cálculo matricial, el programa LINPACK fue lanzado en 1993 para anunciar el ranking de superordenadores dos veces al año (junio y noviembre).

LINPACK mide la potencia de cálculo de los números de doble precisión de floatingpointque se utilizan en muchas aplicaciones científicas e industriales y para obtener una alta puntuación en este benchmark, es necesario ejecutar un punto de referencia a gran escala durante mucho tiempo. En general, se dice que un puntaje alto de LINPACK es una medida integral de la potencia de computación y la fiabilidad.

(2) HPCG

El TOP500 ha sido durante mucho tiempo un punto de referencia popular, para evaluar la potencia de los ordenadores, que era un importante indicador de rendimiento para resolver un sistema de ecuaciones lineales compuesto por una densa matriz de coeficientes. Han pasado más de 20 años desde que se inició el proyecto en 1993, y se ha señalado que no se cumplen los requisitos de rendimiento de las aplicaciones reales y se prolonga el tiempo necesario para las pruebas de referencia.

Por lo tanto, el Dr. Dongarra y otros propusieron un nuevo programa de referencia, HPCG, que utiliza el método del gradiente conjugado para resolver un sistema de ecuaciones lineales compuesto de una matriz de coeficientes escasos, que se utilizan a menudo en aplicaciones industriales. Tras el anuncio de las mediciones de los 15 sistemas de supercomputación más importantes del mundo en el ISC 2014 en junio, la clasificación oficial se anunció en la Conferencia Internacional para la Computación de Alto Rendimiento, Redes, Almacenamiento y Análisis (SC14) celebrada en Nueva Orleans, EE.UU. en noviembre.

(3) HPL-AI

El TOP500 y el HPCG han sido clasificados en términos de rendimiento computacional para resolver un sistema de ecuaciones lineales. En ambos casos, se estipuló en las reglas que sólo se debía utilizar para los cálculos la aritmética de doble precisión (número de 16 dígitos en floatingpoint en 10), que se ha utilizado ampliamente en los cálculos científicos y tecnológicos y en las aplicaciones industriales.

En los últimos años, más computadoras equipadas con GPUs o chips dedicados a la IA están agregando un gran número de unidades lógicas aritméticas de baja precisión (5 ó 10 dígitos en 10) para aumentar su rendimiento. Debido a que estas capacidades de computación de alto rendimiento no se reflejan en la lista TOP500, el Dr. Dongarra y otros mejoraron el benchmark LINPACK, permitiendo el uso de cálculos de baja precisión y propusieron un nuevo punto de referencia, HPL-AI, en noviembre de 2019.

HPL-AI permite a LINPACK realizar cálculos de baja precisión cuando resuelve un sistema de ecuaciones lineales utilizando la descomposición de LU (*5). Sin embargo, como la precisión del cálculo es inferior a la del cálculo de doble precisión, se requiere obtener la misma precisión que el cálculo de doble precisión mediante una técnica llamadaiterativerefinement(*6). En otras palabras, es un punto de referencia de dos pasos. Desde que se publicaron las reglas de HPL-AI en Noviembre de 2019, este es el primer anuncio de la clasificación del benchmark.

Enlaces relacionados

TOP 500 Ranking: https://www.top500.org/lists/top500/

TOP 500: https://www.top500.org/

HPCG Ranking: https://www.top500.org/hpcg/

HPCG: https://www.hpcg-benchmark.org/

HPL-AI Ranking:

HPL-AI: https://icl.bitbucket.io/hpl-ai/

RIKEN Computational Science Research Center (R-CCS): https://www.r-ccs.riken.jp/jp/

ISC HIGH PERFORMANCE 2020 DIGITAL (Fujitsu website):

https://www.fujitsu.com/supercomputer/topics/isc20

Notas

1. SupercomputadoraFugaku: Sucediendo a la supercomputadora K, Fugaku tiene como objetivo contribuir al crecimiento de Japón y producir resultados líderes en el mundo, resolviendo problemas sociales y científicos en la década de 2020. En el marco del proyecto emblemático 2020 del Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología (el desarrollo del post-K) que comenzó en el año fiscal 2014, el Centro de Investigación y Ciencias Computacionales de RIKEN ha desarrollado y mejorado el Fugaku con el objetivo de iniciar su utilización pública alrededor de abril de 2021.

2. Método deconjugategradient: Cuando un fenómeno físico es simulado por una computadora, a menudo se resuelve como un sistema de ecuaciones lineales a gran escala. Hay dos métodos para resolver un sistema de ecuaciones lineales: un método directo para obtener una solución, y un método iterativo para converger a una solución correcta mediante un cálculo iterativo. El método conjugategradient es uno de los métodos iterativos, y combinando el pre-procesamiento, la solución correcta puede converger rápidamente. Se utiliza a menudo en el mundo de la simulación por computadora.

3. Sociedad 5.0: Como se introdujo por primera vez en el Quinto Plan Básico de Ciencia y Tecnología, se trata de una propuesta de "una sociedad centrada en las personas que logre tanto el desarrollo económico como la resolución de los problemas sociales mediante un sistema altamente integrado de ciberespacio (espacio virtual) y espacio físico (espacio real)", lo que indica la sociedad futura a la que Japón debería aspirar.

4. Nodos: La unidad más pequeña de recurso de computación de una supercomputadora que un sistema operativo puede ejecutar. Un nodo de Fugaku consiste en 1 CPU (unidad central de procesamiento) y 32 GiB de memoria.

5. Descomposición de la LU: Un método para resolver un sistema de ecuaciones lineales. Este método se denomina método de descomposición LU porque la matriz se descompone en el producto de la matriz triangular inferior y la matriz triangular superior en el centro de la solución.

6. Mejora iterativa: Una solución aproximada de un sistema de ecuaciones lineales por métodos como la descomposición de LU contiene errores con la solución verdadera. Se trata de un método para resolver un sistema de ecuaciones lineales (utilizando los errores) de nuevo y obtener una solución más cercana a la verdadera corrigiendo la solución aproximada.