Фугаку

Фугаку (яп. 富岳 Фугаку, книжн. «гора Фудзи»; букв. «пик Фудзи») — японский суперкомпьютер, названный в честь альтернативного книжного названия горы Фудзи, установлен в Центре вычислительных наук Института физико-химических исследований (RIKEN) в Кобе, Япония. В июне 2020 года стал самым быстрым суперкомпьютером в мире в рейтинге Top500. Впервые в истории занял первое место во всех основных суперкомпьютерных рейтингах — Top500, LINPACK, HPCG^[англ.], HPL-AI и Graph500^[2]. Начал разрабатываться в 2014 году как продолжатель K computer. Официально введён в эксплуатацию 9 марта 2021 года, хотя отдельные компоненты компьютера начали работу в июне 2020 года.^[3] Это первый суперкомпьютер на базе ARM, который занял первое место в Top500.

Фугаку яп. 富岳
Суперкомпьютер Фугаку
Активность	с 2020
Спонсоры	Fujitsu[1]
Операторы	RIKEN
Местонахождение	Центр вычислительных наук RIKEN, Кобе, (Япония)
Архитектура	158976 узлов, Fujitsu A64FX[англ.] 52-ядерные ЦПУ, Tofu Interconnect[англ.] D
Мощность	29,899 МВт
Оперативная память	HBM2 32 ГиБ/узел
Производительность	442,010 петафлопс рабочая и 537,212 петафлопс пиковая, после модернизации выше 2,0 эксафлопс на другом тесте смешанной точности
Рэнкинг	1 (Top500, ноябрь 2020)
Веб-сайт	postk-web.r-ccs.riken.jp
Медиафайлы на Викискладе

PRIMEHPC FX1000 (HPC-стойка аналогичная узлу Фугаку) на Supercomputing Conference^[англ.] 2019

После небольшой модернизации, по состоянию на ноябрь 2020 года, Фугаку увеличил свою производительность в суперкомпьютерных рейтингах HPC-AI и HPL-AI со смешанной точностью до 2,0 эксафлопс.^[4] Фугаку достиг первого места в рейтингах, включая LINPACK, Graph500, HPL-AI и HPCG^[англ.]. Ни один из предыдущих суперкомпьютеров никогда не возглавлял сразу все четыре рейтинга.^[5] Фугаку — первый суперкомпьютер, достигший производительности выше одного эксафлопса любой точности на любом типе оборудования, продемонстрировав рост производительности на 42 %^[6]. Интересно, что количество ядер Arm A64FX было увеличено только на 4,5 %, до 7 630 848, но измеренная производительность выросла намного больше в этом рейтинге и немного больше в Top500, или на 6,4 %, до 442,010 петафлопс, что является новым мировым рекордом^[7]. В рейтинге High-Performance Conjugate Gradient (HPCG) производительность выросла более чем в 5,4 раза^[8].

Производительность Фугаку (442,01 петафлопс) превосходит совокупную производительность идущих за ним следом 4 суперкомпьютеров (399,7146 петафлопс) или почти 5 суперкомпьютеров (461,1591 петафлопс) из списка Top500 и на 45 % превосходит производительность всех остальных суперкомпьютеров из первой десятки списка в суперкомпьютерном рейтинге HPCG^[9].

Аппаратные средства

В суперкомпьютере используются микропроцессоры Fujitsu A64FX^[англ.], основанные на архитектуре ARM версии 8.2A с использованием масштабируемых векторных расширений (Scalable Vector Extensions)^[10]. Разработчики Фугаку намеревались построить компьютер в 100 раз более мощный, чем K computer (то есть с производительностью 1 эксафлопс) и с высоким уровнем практичности^[11][12]. Всего в Фугаку установлено 158 976 процессоров Fujitsu A64FX^[англ.], соединённых с помощью проприетарного Tofu Interconnect^[англ.] от Fujitsu^[13].

Заявленная производительность суперкомпьютера составляет 0,44 эксафлопс, а пиковая — 0,54 эксафлопс в FP64, используемом Top500^[6].

Программное обеспечение

Фугаку использует «легковесную многоядерную операционную систему» IHK/McKernel. Она включает одновременно работающие ядро Linux и облегчённое ядро операционной системы McKernel. Инфраструктура, на которой работают оба ядра, называется «интерфейс гетерогенных ядер» (Interface for Heterogeneous Kernels, IHK). Высокопроизводительные симуляции выполняются на McKernel, а Linux доступен для всех других POSIX-совместимых сервисов^{[14][15][16][17]}.

История

23 мая 2019 года RIKEN объявил название суперкомпьютера — Фугаку^[18]. В августе 2019 года был представлен логотип компьютера, на котором изображена гора Фудзи — он символизирует «высокую производительность Фугаку» и «широкий круг его пользователей»^[19][20]. В ноябре 2019 года прототип Фугаку занял первое место в рейтинге Green500^{[англ.][21][22]}. Отгрузка стоек с оборудованием в RIKEN началась 2 декабря 2019 года^[23] и была завершена 13 мая 2020 года^[24]. В июне 2020 года Фугаку стал самым быстрым суперкомпьютером в мире в рейтинге TOP500, сместив на второе место предыдущего лидера IBM Summit^[13].

В 2021 году Фугаку смог точно смоделировать тепловую конвекцию и магнитное поле в недрах Солнца, которые в результате воспроизвели его дифференциальное вращение. Было достигнуто моделирование с беспрецедентно высоким разрешением. В симуляции использовались 5,4 миллиарда точек, и удалось воспроизвести дифференциальное вращение Солнца с быстрым экватором и медленными полюсами. На основе предыдущих расчетов предполагалось, что в зоне конвекции магнитная энергия меньше турбулентной и играет второстепенную роль. Однако теперь взгляд на недра Солнца изменился – модель показала сильные магнитные поля, энергия которых более чем в два раза превышает энергию турбулентности. Кроме этого, ученые выяснили, что магнитное поле играет важную роль в создании и поддержании дифференциального вращения Солнца.^[25][26][27]

Фугаку используется для исследований связанных с пандемией COVID-19^[28][29], для прогнозирования и моделирования цунами и их последствий^[30][31], а также для прогнозирования погоды в Большом Токио.^[32]

В 2023 году Фугаку использовался Токийским технологическим институтом, институтом физико-химических исследований RIKEN, компанией Fujitsu и университетом Тохоку для разработки генеративных моделей искусственного интеллекта на японском языке.^[33]