Fugaku | A Japan’s Supercomputer Part I

Fugaku Supercomputer

Fugaku Supercomputer

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์จากแดนอาทิตย์อุทัย เดิมมีชื่อว่า Post-k computer เป็นซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ได้รับการพัฒนาต่อยอดมากจากซูเปอร์คอมพิวเตอร์รุ่นก่อนชื่อ K computer โดยประสิทธิภาพด้าน LINPACK อยู่ที่ 415.53 PFLOPS ได้ครองอันดับ 1 ในการจัดอันดับ TOP500 ครั้งที่ 55 นอกจากนั้นด้วย 1.42 exaFLOPS ยังครองอันดับ 1 ในการจัดอันดับ HPL-AI ที่มีความแม่นยำ fp16/fp64 แบบผสมในขณะนั้น ยังครองอันอับ 1 ในการจัดอับดับ HPCG ด้วยคะแนน 16 PFLP ครองอันดับ 1 ในการจัดอันดับ Graph500 ด้วยคะแนน 70,980 gigaTEPS ในปี 2020–2021

https://www.top500.org/system/179807/

Reward of Fugaku

FLOPS: floating point operations per second

gigaTEPS 10⁹ FLOPS 1,000,000,000 (หนึ่งพันล้าน)

petaFLOPS 10¹⁵ FLOPS 1,000,000,000,000,000 (หนึ่งล้านล้าน)

exaFLOPS 10¹⁸ FLOPS 1,000,000,000,000,000,000 (หนึ่งล้านล้านล้าน)

Fugaku เป็น petascale ซูปเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ถูกพัฒนาจากความร่วมมือของ RIKEN(RIST) และ Fujitsu นอกจากนี้ยังไม่ได้รับการสนับสนุนจากรัฐบาลญี่ปุ่นอีกด้วย ตั้งอยู่ในเมืองโกเบ จังหวัดเฮียวโกะ ศูนย์ Riken สำหรับวิทยาการคอมพิวเตอร์ ซึ่งเป็นศูนย์หลักระดับโลกสำหรับวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ขั้นสูง

Fugaku ในปี 2023

ครองอันดับ 1 ในสองอันดับ HPCG และ Graph 500 และกอันดับที่ 4 ในการจัดอันดับ Top500 และอันดับที่ 3 ในการวัดประสิทธิภาพ HPL-MxP

https://graph500.org/?page_id=1240

https://www.hpcg-benchmark.org/custom/sc23.html

https://www.top500.org/system/179807/

Fugaku Architecture

องค์ประกอบของ Fugaku

• CPU A64FXตัว(สองโหนด) ติดตั้งอยู่บนบอร์ดที่เรียกว่า CPU Memory Unit (CMU)
• 8*CMU ประกอบเป็น Bunch of Blades (BoB) แต่ละ BoB มี 16 โหนด
• 3 * BoB สร้าง Shelf แต่ละ Shelf มี 48 โหนด
• •Eight Shelves (384 nodes) are installed in a computer rack (some racks have 192 nodes)
• มีการติดตั้ง Shelves แปดเครื่อง (384 โหนด) ใน Rack คอมพิวเตอร์ (บาง Rack มี 192 โหนด)

จำนวนโหนดทั้งหมดของ Fugaku คือ 158, 976.

มีทั้งหมด 432 Rack

396 Rack มี 384 โหนด

36 Rack มี 192 โหนด

CMU

เพื่อให้เกิดการบำรุงรักษาแบบเรียลไทม์ของ CMU พวกเขาได้พัฒนาระบบข้อต่อรวมไฟฟ้าและน้ำเพื่อให้สามารถเชื่อมต่อได้หลายรายการพร้อมกันและตัวนำสายเคเบิลแบบเคลื่อนย้ายได้

A CMU

CMU มีขั้วต่อสื่อสารความเร็วสูงสำหรับเชื่อมต่อที่กึ่งกลาง Rack ด้านหลัง และท่อระบายความร้อนด้วยของเหลวและสายสื่อสารความเร็วสูงสำหรับเชื่อมต่อด้านหน้า

Network Topology of Fugaku

Tofu Interconnect D

การเชื่อมต่อระหว่างกันแบบ mesh/torus 6D ใช้สำหรับการสื่อสารระหว่างโหนด Low latency และปริมาณงานสูงทำได้โดย Remote Direct Memory Access (RDMA)

Tofu ย่อมาจาก “torus fusion” ซึ่งแสดงถึงการผสมผสานมิติที่ออกแบบมาพร้อมการกำหนดค่าอิสระและอัลกอริธึมการกำหนดเส้นทาง

6 Tofu Network Interfaces (TNI แต่ละตัวทำงานที่ 6.8 GB/s) รวมความเร็ว 40.8 GB/s เชื่อมต่อกับเราเตอร์เครือข่าย Tofu โดยมี 10 พอร์ต โดยแต่ละพอร์ตมี 2 เลน (รวม 20 เลน)

ตัวอักษร D แสดงถึงโหนด “ความหนาแน่น” สูงและการแบ่งแพ็กเก็ต “ไดนามิก” สำหรับการถ่ายโอน “รางคู่”

เนื่องจากเนื้อหาที่เยอะมากสำหรับการเจาะลึกไม่มากกว่านี้จะมีต่อใน Part II continue Part II

หลังเราได้เห็นภาพรวมของ Fugaku กันไปแล้ว นี้ก็เป็นเวลา 3 ปีแล้วที่ Fugaku ยังคงทำงานอยู่เรามาดูผลงานจากซูปเปอร์คอมพิวเตอร์เครื่องนี้ก็หน่อยดีกว่า

เป้าหมายของ Fugaku มุ่งหวังที่จะขับเคลื่อนนวัตกรรมในสาขาวิชาการและอุตสาหกรรมที่หลากหลาย รวมถึงการวิจัยทางการแพทย์และยาที่ทันสมัย การตอบโต้ภัยพิบัติ การคุ้มครองสิ่งแวดล้อม พลังงาน วัสดุที่ใช้งานได้จริง และการคำนวณโครงสร้างสำหรับโครงสร้างขนาดใหญ่มาก [Matsuoka]

**2020–21 COVID-19 Projects**

นี้คงเป็นหนึ่งในตัวอย่างการใช้ซูปเปอร์คอมพิวเตอร์ ที่มุ่งหวังที่จะช่วยโลกได้เป็นอย่างดี

1. สำรวจตัวเลือกยาใหม่สำหรับ COVID-19 โดย “Fugaku”
2. การทำนายพลศาสตร์เชิงโครงสร้างของโปรตีนบนพื้นผิวของ SARS-Cov-2 โดยใช้ Fugaku
3. การวิเคราะห์สถานการณ์จำลองปรากฏการณ์การแพร่ระบาดของ

และอื่นๆอีกหลายหัวข้องานวิจัยเกี่ยวกับ Covid-19 ปัจจุบันก็ยังคงดำเนินการอยู่การวิจัยอยู่

งานวิจัย

1. Fujitsu และ RIKEN พัฒนาเทคโนโลยีการค้นพบยาแบบ AI โดยใช้ AI แบบกำเนิดเพื่อทำนายการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโปรตีน
2. Tokyo Tech, Tohoku University, Fujitsu และ RIKEN เริ่มการทำงานร่วมกันเพื่อพัฒนาการฝึกอบรมแบบกระจายสำหรับโมเดลภาษาขนาดใหญ่
3. การเปิดตัวการวิเคราะห์มหาสมุทร JAXA-RIKEN ผ่านระบบ P-Tree ของ JAXA
4. R-CCS มุ่งหวังที่จะสร้าง Virtual Fugaku

ในส่วนของความของผลงาน Fugaku ก็มีประมาณนี้จะสังเกตว่าผลงานที่ไม่ใช่ Covic-19 จะถูกพัฒนาในช่วง 2023 ทั้งหมดอาจเป็นเพราะให้ความสำคัญกับการวิจัยโรคเป็นหลักหลังจากเราคงได้เห็นผลงานในด้านที่หลากหลายกว่านี้อีกแน่นอน

สำหรับที่ต้องการลงไปในส่วนของรายละเอียดในการออกแบบใน Fugaku สามารถอ่านต่อใน continue Part II ได้เลยครับ

Reference:

https://www.hpcwire.com/2019/05/23/riken-post-k-supercomputer-named-after-japans-tallest-peak/

https://www.jstage.jst.go.jp/article/jaesjb/64/2/64_89/_article/-char/ja

https://www.r-ccs.riken.jp/en/fugaku/3d-models/

https://www.jstage.jst.go.jp/search/global/_search/-char/ja?item=5&word=supercomputer+Fugaku

https://www.jstage.jst.go.jp/article/jaesjb/64/2/64_89/_article/-char/ja

https://www.jstage.jst.go.jp/article/essfr/15/4/15_300/_article/-char/ja

https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/3339186.3339211?accessTab=true

https://medium.com/@rohan.chaudhury.rc/detailed-analysis-of-frontier-and-supercomputer-fugaku-849a37af2d21

[embed]

https://www.fujitsu.com/global/about/innovation/fugaku/pickup/interview01/