В рамках суперкомпьютерной выставки-конференции компания ISC 2021 Intel рассказала о своих последних решениях в области высокопроизводительных вычислений (HPC), а также коротко упомянула о будущих продуктах. Сочетание новых процессорных платформ Xeon Scalable, ускорителей Ponte Vecchio на базе Intel Xe и сетевых адаптеров Ethernet 800/810 Series должно обеспечить компании уверенную позицию в мире HPC.
В последние пару лет в секторе HPC появились решения на базе 64-ядерных EPYC, а затем и разработки на базе архитектуры ARM, показавшие высокие удельную производительность и энергоэффективность. В то же время платформа Intel® Xeon® хоть и была в ряде отношений прогрессивной — достаточно вспомнить уникальную поддержку памяти Optane™ и инструкций AVX-512, — однако количество ядер на процессор до уровня конкурентов нарастить не удавалось, а гибридная платформа Xeon 9200 популярности не снискала по ряду причин.
Но сейчас ситуация начинает меняться в пользу Intel. Хотя третье поколение Xeon Scalable (Ice Lake-SP) и задержалось, но получилось достаточно интересным: у новых процессоров появилась поддержка действительно серьёзных по объёму защищённых вычислительных анклавов, шины PCIe 4.0, дальнейшее развитие AVX-512 и VNNI, восьмиканальный контроллер памяти DDR4-3200, а максимальное количество ядер при этом выросло с 28 до 40, что уже хоть как-то сопоставимо с EPYС второго и третьего поколений.
Несмотря на некоторое отставание по «сырому» количеству ядер, процессоры Xeon Scalable третьего поколения, согласно данным Intel, хорошо показывают себя в ряде HPC-приложений благодаря усовершенствованной микроархитектуре и поддержке расширений и VNNI. Как сообщила Intel, процессор Xeon Platinum 8358 (10 нм, 32C/64T, 2,6 ‒ 3,4 ГГц, 48 Мбайт кеша, 250 Ватт TDP) серьёзно опережает AMD EPYC 7543 (7 нм, 32С/64T, 2,8 ‒ 3,7 ГГц, 256 Мбайт кеша, 225 Ватт TDP) именно в сфере HPC: в тестах NAMD преимущество составило 62%, пакеты LAMMPS и RELION показали превосходство на 57% и 68%, соответственно, а в тесте Binominal Options выигрыш составил 37%.
Кроме того, симуляции с использованием метода Монте-Карло, часто использующегося в финансовых приложениях, работают на Xeon Scalable третьего поколения более чем вдвое быстрее. Отлично выступил и Xeon Platinum 8380 (10 нм, 40C/80T, 2,3 ‒ 3,4 ГГц, 60 Мбайт кеша, 270 Ватт TDP): в 20 наиболее популярных ИИ-тестах он опередил EPYC 7763 (7 нм, 64С/128T, 2,45 ‒ 3,5 ГГц, 256 Мбайт кеша, 280 Ватт TDP) на 50%. Этот пример хорошо доказывает тот факт, что количество ядер и «сырая» вычислительная мощность не гарантируют победы, а наличие аппаратных и программных оптимизаций может быть решающим в ряде задач.
Вычислительные нагрузки в области моделирования и симуляции, такие, как моделирование поведения жидкостей или квантовая хромодинамика, задачи машинного обучения, базы данных класса in-memory весьма зависят от производительности подсистем памяти. И здесь Intel тоже есть, что сказать. Ранее опробовав технологию встроенной высокоскоростной памяти на платформе Xeon Phi™ 7200 (до 16 Гбайт 3D MCDRAM), компания собирается вернуться к этой идее на новом уровне: процессоры под кодовым названием Sapphire Rapids получат не только поддержку DDR5, но и набортную HBM2 (до 64 Гбайт).
В сочетании с поддержкой PCI Express 5.0 и новых инструкций ускорения матричных вычислений (Advanced Matrix Extensions) это делает Xeon (Sapphire Rapids) весьма привлекательной платформой именно для сегмента HPC. И будущей новинкой уже заинтересовались крупные заказчики: эти процессоры планируется использовать в суперкомпьютерах Aurora, Crossroads и SuperMUC-NG. Представители этих и ряда других научно-исследовательских организаций настроены весьма оптимистично в отношении платформы Sapphire Rapids.
В ряде машин компанию им составит ускорители Intel Xe Ponte Vecchio, который уже проходит процесс валидации в составе новых систем. Напомним, каждый узел вышеупомянутого суперкомпьютера Aurora должен получить по два процессора Sapphire Rapids и по шесть ускорителей Ponte Vecchio. Появление нового игрока на рынке откроет дополнительные возможности для производителей систем в HPC-сегменте.
Сами ускорители Ponte Vecchio уникальны: чиплет являет собой довольно замысловатую многокомпонентную структуру, состоящую из 47 элементов и соединённую воедино с помощью технологий Foveros 3D и EMIB. Неудивительно, ведь общее число транзисторов у этого монстра превышает 100 млрд, что позволяет Intel рассчитывать на уровень производительности более 1 Пфлопс. Доступен этот ускоритель будет в формате OCP Accelerator Module (OAM). Известно также, что он получит жидкостное охлаждение.
Наконец, третий важный компонент любой HPC-платформы: хранилище данных. В этой области Intel делает ставку на открытые решения, и на ISC 2021 компания представила коммерческий вариант объектного распределённого хранилища DAOS (Distributed Application Object Storage). Платформа DAOS является программно-определяемой, но это не указание на её невысокую производительность. Напротив, она изначально создавалась с прицелом на масштабируемость и высочайший уровень производительности именно с крупными объёмами данных.
В системах DAOS Intel использует только твердотельную память, отказавшись от гибридных схем с использованием традиционных механических накопителей и SSD, причём, поддерживается и Optane в обеих инкарнациях: как накопители, так и PMem-модули. Intel сделала DAOS доступной в качестве решения уровня L3 для своих партнёров. В их число входят такие гиганты, как HPE, Lenovo, Supermicro, Brightskies, Croit, Nettrix, Quanta, а также российская РСК, которая поддержала инициативу DAOS ещё в конце прошлого года.
Наконец, ещё один важный компонент HPC-систем — интерконнект. Intel, напомним, отказалась от Omni-Path, сосредоточившись на Ethernet. А на ISC 2021 компания объявила о платформе High Performance Networking (HPN), которая включает 100/200GbE-адаптеры серии E800/E810, коммутаторы c контроллерами Tofino™ и ПО Intel Ethernet Fabric. Этого достаточно для построения малых кластеров, причём, как обещает компания, производительность будет на уровне InfiniBand-решений, а стоимость будет ниже, чем у них.
В целом Intel придерживается целостного подхода. Если при построении HPC-системы на базе решений других производителей всё равно придётся воспользоваться аппаратными или программными составляющими «со стороны», то Intel готова предложить всё в комплексе, от процессоров и вычислительных ускорителей до сетевых адаптеров, коммутаторов и программного обеспечения. В рамках развития Intel модели oneAPI особенный интерес представляет последний пункт.
