Frontier is de eerste supercomputer die een triljoen berekeningen per seconde haalt

OAK RIDGE, MEI 2022 - In het Amerikaanse Oak Ridge National Laboratory staat de snelste computer ter wereld. Frontier haalt 1,1 exaflops: meer dan een triljoen (10^18, een 1 met achttien nullen) berekeningen per seconde. Het is de eerste computer die die grens passeert. In de nieuwe versie van de TOP500, de halfjaarlijkse ranglijst van de snelste computers ter wereld, staat hij bovenaan. Daarmee verdringt hij de Japanse Fugaku van de eerste plaats, die twee jaar lang de snelste was.

Wat is een berekening per seconde?

Een berekening is hier één som met getallen met komma's, zoals 3,14 keer 2,71. Een triljoen daarvan per seconde is een tempo waarmee je het klimaat, een supernova of het gedrag van een virus kunt nabootsen. Het laboratorium noemt zulke simulaties, naast kankercellen en de bouw van atomen, als werk voor Frontier.

De snelheid wordt gemeten met een vaste test, Linpack genoemd, die een groot stelsel vergelijkingen oplost. Frontier haalde 1,102 exaflops. Fugaku, de vorige nummer een, komt op 442 petaflops. Frontier is dus ruim 2,5 keer zo snel.

Hoe bouw je zo'n machine?

Geen enkele chip kan dit alleen. Frontier is een grote groep van duizenden rekencomputers die samenwerken. Ze staan in 74 kasten. Elke rekencomputer heeft één processor en vier AMD-versnellers, grafische chips die niet voor spelletjes maar voor rekenwerk zijn gemaakt. In totaal zijn dat meer dan 9.400 processors en meer dan 37.000 versnellers.

Waarom grafische chips? Zij zijn gebouwd om veel kleine sommen tegelijk uit te voeren, en dat is precies wat bij wetenschappelijke berekeningen helpt: je verdeelt het werk in stukjes en laat alle chips tegelijk rekenen. Een snelle verbinding tussen de rekencomputers zorgt dat de stukjes snel worden uitgewisseld. Het geheel wordt gekoeld met vloeistof, wat volgens het laboratorium zuiniger en stiller is dan koelen met lucht.

Nauwkeurig of snel?

Er is nog een getal. Voor natuurkundige simulaties houdt een computer elk getal zeer nauwkeurig bij, met 64 bits, de nullen en enen waarmee een getal wordt opgeslagen. AI-programma's hebben vaak genoeg aan 32, 24 of zelfs 16 bits per getal. Met minder bits gaat het rekenwerk sneller, omdat de chips er meer tegelijk van aankunnen. Op een test met de minder nauwkeurige getallen haalde Frontier ongeveer 6,9 exaflops. Dat is meer dan drie keer de eerdere topscore van Fugaku.

Frontier is nog in aanloop. De laatste controles en de eerste wetenschappelijke projecten volgen later dit jaar, en vanaf begin 2023 begint de volledige inzet.

Teruggeblikt vanuit 2026

Frontier kreeg gezelschap. In de 65e uitgave van de TOP500 stond de Amerikaanse El Capitan bovenaan met ongeveer 1,74 exaflops. Frontier zelf kwam na een nieuwe meting op 1,35 en stond tweede, voor de Amerikaanse Aurora met 1,01. Alle drie waren Amerikaanse machines, en de Europese JUPITER in Jülich haalde in die uitgave een eerste meting van 0,79 exaflops.

Het verband met AI zit in de chips. De grafische versnellers waar Frontier op draait, zijn hetzelfde soort onderdeel waarop AI-modellen worden getraind, en het laboratorium noemt machine learning zelf als een van de toepassingen. Frontier liet zien dat zo'n machine, met ruim een triljoen berekeningen per seconde, te bouwen was. De rekenkracht die AI-training nodig heeft, is sindsdien verder gegroeid.