Son birkaç yılda, dijital teknolojilerin yaygınlaşmasıyla birlikte Yüksek Performanslı Bilgi İşlem (HPC), Büyük Veri analitiğinden yapay zekaya (AI) ve makine öğrenimine (ML) kadar eşi görülmemiş bir değişime tanık olduk. Bilimsel keşfin hızını artırmaya yönelik tarihsel bir akademik talep, bugün yeni ürün tasarımlarını hızlandırmak ve ticari pazarda karar verme süresini hızlandırmak için rekabet baskısı ile örtüşüyor.
Hesaplamalı veya paralel kümeler olarak da adlandırılan süper bilgisayarlar, karmaşık simülasyonları, hesaplama sorunlarını daha küçük “işlere” bölerek, aynı anda birden fazla sunucu düğümünde çalıştırarak ve tek bir hızlı ağ ile birbirine bağlayarak işliyor. Bu tür sistemlerin fiyat-performans odağı, HPC’yi daha uygun maliyetli hale getirmeye yardımcı oluyor. Günümüzde, yirmi yıl önce multi-milyon euroluk bir sistemde işlenmesi haftalar alacak olan bir bilgi işlem sorunu, hesaplama GPU’ları ile donatılmış tek bir sunucuda sadece birkaç saat içinde gerçekleştirilebiliyor.
Bir zamanlar yalnızca eğitim kurumları ve büyük şirketler tarafından kullanılabilen yüksek performanslı süper bilgisayarlar, topluluk veri merkezlerinin ve daha küçük kuruluşların uzaktan bilgi işlemleri yapmasına ve ilgili hizmetler için ödeme yapmasına olanak sağlamasıyla bugün daha erişilebilir hale geldi. HPC bilgisayarlar artık ticari kuruluşların ürün optimizasyonu, elektronik tasarım, kredi analizi, dolandırıcılık tespiti, ilaç keşfi, insan çalışmaları, petrol ve gaz arama, iklim araştırması ve hava tahmini, işleme, film ön ve post prodüksiyon vb. işlerde kullanılabiliyor.
Nasıl kurumsal bulut bilişim, işletmelerin müşterilerle etkileşim kurması ve yeni çalışma yöntemlerine geçiş yapması için yeni yollar yarattıysa, yeni nesil süper bilgi işlemleri de Ar-Ge hızını ve ürün geliştirmeyi büyüklük sıralarına göre hızlandırarak, inovasyon atılımları için yeni olanaklar yaratacaktır.
Süper bilgi işlemede yeni bir dönem
2002’den 2009’a kadar, süper bilgi işlem performansı neredeyse her 12 ayda bir ikiye katlandı. Ancak bu oran, Moore Yasasındaki yavaşlama ve Dennard ölçeklendirmesi gibi teknik kısıtlamalar gibi çeşitli faktörlerle 2009’dan 2019’a kadar her 2, 3 yılda bir düştü.
Yine de teknoloji uzmanları, Exascale bilgi işlem çağı olarak adlandırılan şeyi başlatmak için bunların üstesinden gelmenin yenilikçi yollarını buldular. Bir exascale sistemi, saniyede kentilyon kayan nokta işlemi (FLOPS) gerçekleştirebilen bir sistemdir. Bu bir milyar x bir milyar veya 1.000.000.000.000.000.000 kadar yani, exascale makinelerin hesaplamaları günümüzün en iyi süper bilgisayarlarından beş kat daha hızlı çözebileceği ve ayrıca daha karmaşık, daha yüksek hassasiyetli modeller çalıştırabileceği anlamına geliyor.
Bu yeni performans zirvelerine ulaşmak için mühendisler, FLOPS başına daha düşük bir maliyetle, yeni performans ve verimlilik seviyelerine ulaşmak için entegre CPU’lar, GPU’lar ve hem donanım hem de yazılımın yinelemeli optimizasyonundan oluşan heterojen bir yaklaşım benimsiyorlar.
Dünyanın ilk operasyonel exascale süper bilgisayarı olarak tarihe geçen Amerika Birleşik Devletleri’ndeki Oak Ridge Liderlik Bilgi İşlem Tesisi’nde geliştirilmekte olan Frontier süper bilgisayarı buna örnek olarak gösterilebilir . Bilim ve teknolojide yeniliği hızlandıracak ve ABD’nin yüksek performanslı bilgi işlem ve yapay zekada liderliğini korumasına yardımcı olacak makine, 3. nesil AMD EPYC™ CPU’lar ve Radeon Instinct™ GPU’lar tarafından destekleniyor ve 1,5 exaflop’tan fazla yüksek işleme hızı sunuyor. 2023’te Amerika Birleşik Devletleri’ndeki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuarlarında inşa edilmesi beklenen El Capitan adında daha da güçlü AMD tabanlı Exascale sınıfı bir sistem yapılacak.
Japonya ise kendi FUGAKU 1.42 exaflops en yüksek performanslı süper bilgisayarını piyasaya süren ilk ülke oldu ve Çin’in daha az tanıtılan bir Sunway “Oceanlite” 1.32 exaflops yüksek performans sistemi üzerinde çalıştığı biliniyor. Peki Avrupa bu yarışın neresinde?
Avrupa’nın Exascale misyonu
Avrupa hemen hemen her segmentte kendi rotasını çizmesiyle biliniyor ve süper bilgi işlem konusunda da farklı değil.
Çin ve ABD süper bilgi işlem dünyasında lider olmaya çalışırken Avrupa ise Partnership for Advanced Computing tarafından başlatılan ve sürdürülen, hükümet tarafından finanse edilen Avrupa Yüksek Performanslı Bilgi İşlem Ortak Girişimi (EuroHPC) ile daha işbirlikçi bir yaklaşım benimsiyor. Bu girişim, birinci sınıf entegre Avrupa HPC ve veri altyapısını finanse etmek ve yenilikçi bir süper bilgi işlem ekosistemini desteklemek için kaynakları bir araya getiriyor.
Kıtanın süper bilgi işlem çabaları, AB merkezli exascale makinelerinin geliştirilmesi de dahil olmak üzere, keşifleri ve dünyada ilkleri desteklemek için yaklaşık 80 milyar € yatırım yapan yedi yıllık bir Avrupa Birliği bilimsel araştırma çerçevesi olan Horizon Europe tarafından da destekleniyor. Bu benzersiz yaklaşım, Avrupa süper bilgi işlem pazarında bir dizi atılıma yol açarak, kıtadaki araştırmacıların bir zamanlar hayal dahi edilemeyen zorluklarla mücadele etmelerini sağlıyor.
Dünyanın en hızlı süper bilgisayarlarının TOP500 listesinde şu anda 24. sırada yer alan ve Stuttgart Üniversitesi’nde (HLRS) kurulu olan Hawk süper bilgisayarını ele alalım. Her düğümü AMD EPYC CPU’ları taşıyan 44 kabinine yayılmış 5.632 düğüme sahip bir HPE Apollo 9000 sistemi olan bu makine, yaklaşık 26 en yüksek petaflop performans sunuyor ve eğitim kurumlarının, müşterilerin son teknoloji akademik ve endüstriyel araştırmalarını bir arada yürütmesini sağlıyor. HLRS’deki bu makine örneğin, otomotiv segmentindeki müşterilerin yapısal analiz ve akışkan dinamiği simülasyonları çalıştırmasını sağlıyor.
Ayrıca, Finlandiya’nın Kajaani kentindeki BT Bilim Merkezi’nde (CSC) bulunan ve bir sonraki süper bilgi işlem çağının gücünü gösteren bir ön exascale makinesi olan Lum’yi ele alalım. Özel AMD EPYC “Trento” işlemcisi ve düğüm başına dört AMD Instinct MI250X GPU hızlandırıcıya sahip olan ve Frontier ile benzer teknolojiyi kullanan Lumi, saniyede 550 petaflop’tan fazla teorik tepe performansı ile saniyede 375 petafloptan fazla veya 375 milyon x milyardan fazla hesaplama gerçekleştirebilecek.
Ön ve üst ölçekli makineleri özellikle ilginç yapan şey, bellek tutarlılığında yatıyor. Henüz genel piyasada mevcut olmayan bu teknoloji, her biri için ayrı kopya tutmaya gerek kalmadan hem CPU hem de GPU’lar tarafından erişilen verilerin, tek bir kopyası olduğu anlamına geliyor. Bu da, genel gider programlamayı azaltıyor, performansı artırıyor ve sistem kaynaklarını serbest bırakarak Lumi gibi son teknoloji sistemlerin daha verimli çalışmasına yardımcı oluyor.
Lumi ayrıca, Kajaani’nin bölgesel ısıtma ağında atık ısının kullanılmasını sağlayan maliyetleri ve CO2 ayak izini daha da azaltan yenilikçi ‘serbest soğutma teknolojisine’ sahiptir. Bu teknolojinin, tüm şehrin yıllık karbon ayak izini 13.500 ton – 4000 binek otomobilin çıktısına eşit bir miktarda azaltması bekleniyor.
Bu muazzam hesaplama kapasitesi sayesinde, halihazırda dünyanın en iyi süper bilgisayarları arasında yer alan makine, Avrupalı araştırmacıların hava durumu, siber güvenlik, ilaç keşfi ve kişiselleştirilmiş tıbba kadar farklı alanlardaki sorunları çözmelerini sağlıyor. AMD destekli Lumi ayrıca iklim bilimcilerinin, iklim etkisi araştırmaları için daha iyi öngörüler sağlayabilecek yüksek çözünürlüklü iklim modelleri çalıştırmasını sağlıyor.
Avrupa exascale yolculuğunda, bu eşsiz performans seviyesinin sağlayabileceği yeni olasılıklar dünyasının farkına varıyor; bu sistemler en karmaşık bilimsel araştırma sorunlarını çözmeye yardımcı olacak, bilim insanlarının daha gerçekçi sistemler, iklim modelleri oluşturmasına olanak sağlayacak ve parçacık fiziğinden yıldızların oluşumuna kadar evrenle ilgili yeni çalışmalara güç katacak.
Avrupa’nın hedefinde şimdi Japonya’daki dünyanın en hızlı Fugaku süper bilgisayarının performansını aşan bir donanım var. Bu iddialı ve karmaşık olan bi proje ve yapılması zaman alacak. Bu nedenle HPC’nin mevcut demokratikleşmesi bu kadar önemli. AMD ve x86 satıcıları tarafından geliştirilen dünyanın en hızlı makinelerinden bazılarında halihazırda kullanılmakta olan teknolojiye erişimin yanı sıra, süper bilgi işlem iş yüklerini optimize etmek ve ölçeklendirmek için bir dizi hazır açık kaynaklı yazılım aracına erişim sayesinde, Avrupa şimdiden karmaşık çözümleri çözebilen ve exascale bilgi işlemin faydalarını gerçekleştirebilen bir yapıya büründü. Ancak Avrupa kendi benzersiz Exascale sınıf sistemlerini işletmek konusunda ciddiyse, birden fazla Avrupa ülkesinde yerel donanım, araçlar ve ölçeklenebilir yazılımlar geliştirmek için sürekli bir odaklanma ve yatırıma ihtiyaç duyacaktır.
