Το νέο ευρωπαϊκό έργο ExaΝest ανοίγει τον δρόμο που θα οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων, φιλόδοξων  αρχιτεκτονικών για τις επόμενες γενιές υπολογιστών.

Η επόμενη γενιά υπερυπολογιστών θα είναι της κλίμακας Exascale, δηλαδή οι υπολογιστές θα εκτελούν ένα πεντάκις εκατομμύριο (10¹⁸)  υπολογισμούς το δευτερόλεπτο (υπερυπολογιστές). Τέτοια υπολογιστική δύναμη θα αλλάξει τον τρόπο με τον οποίον αντιλαμβανόμαστε τον κόσμο, μια και θα μπορούμε να εφαρμόσουμε πολύ πιο πολύπλοκα μοντέλα προσομοίωσης στην επίλυση προβλημάτων που απασχολούν τον σύγχρονο άνθρωπο σε σημαντικούς τομείς, όπως είναι η υγεία, η ασφάλεια, το περιβάλλον, κ.ά.

Είναι κάτι τέτοιο εφικτό; Είναι δυνατόν να εκτελεστούν τόσες πολλές πράξεις σε τόσο μικρό χρονικό διάστημα; Φανταστείτε, το ισοδύναμο θα ήταν να ζητήσει κάποιος από δέκα εκατομμύρια ανθρώπους να λύσουν, μέσα σε ένα δευτερόλεπτο, ένα πρόβλημα, το οποίο υπό κανονικές συνθήκες ένας άνθρωπος θα χρειαζόταν τρεις μήνες (δέκα εκατομμύρια δευτερόλεπτα!) για να το απαντήσει.

Προς την κατεύθυνση κατασκευής ενός τέτοιου υπερυπολογιστή, ξεκίνησε πρόσφατα ένα νέο έργο με χρηματοδότηση της Ευρωπαϊκής Ένωσης (Ορίζοντας 2020) με την ονομασία ExaΝeSt, διάρκειας 4 χρόνων. Το ExaΝeStαπαρτίζεται από δώδεκα εταίρους, καθένας από τους οποίους συνεισφέρει τη δική του τεχνογνωσία. Το θέμα θα αντιμετωπιστεί, τόσο σε επίπεδο τεχνολογίας υλικού όσο και λογισμικού. Στόχος των εταίρων είναι η άμεση κατασκευή ενός πρωτοτύπου συστήματος (ήδη μέσα στο 2016), το οποίο θα δοκιμαστεί χρησιμοποιώντας πραγματικές εφαρμογές, από τις οποίες οι ερευνητές του ExaΝeStαναμένουν  να αποκομίσουν πολύτιμη τεχνογνωσία. Πιστεύεται  πως είναι δυνατόν η τεχνολογία αυτή να επεκταθεί και να ολοκληρωθεί μέχρι το τέλος αυτής της δεκαετίας, γεγονός που θα φέρει επανάσταση σε πολλούς τομείς των επιστημών, οι οποίοι διαχειρίζονται και επεξεργάζονται μεγάλους όγκους δεδομένων.

Ο δρόμος προς μια Exascale αρχιτεκτονική δεν είναι εύκολος. Υπάρχουν τεχνικοί περιορισμοί, όπως είναι οι απαιτήσεις σε ενέργεια και ψύξη, το μέγεθος και η ελαστικότητα του συστήματος, η μόνιμη αποθήκευση δεδομένων, τα δίκτυα διασύνδεσης, και κυριότερα η απόδοση των τελικών εφαρμογών. Αυτοί οι περιορισμοί θα πρέπει να αντιμετωπιστούν αποτελεσματικά προκειμένου το σύστημα να λειτουργεί αξιόπιστα και αποδοτικά. Υπάρχουσες τεχνολογίες που πιθανώς να χρησιμοποιηθούν από το ExaΝeSt είναι:  οι ενεργειακά αποδοτικοί υπολογιστικοί πυρήνες της ευρωπαϊκής εταιρείας ARM, η υγρόψυξη καμπίνων επεξεργαστών, η οποία εξασφαλίζει χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, χωρίς να μειωθεί η απόδοση του συστήματος, μνήμες που διατηρούν τα δεδομένα τους σε περίπτωση διακοπής της τροφοδοσίας (πχ. SSD Flash memories), με δυνατότητα να ενσωματώνονται κοντά στους επεξεργαστές, και η ανάπτυξη καινοτόμων και γρήγορων δικτύων διασύνδεσης, τα οποία θα εξασφαλίζουν ομαλή ροή κίνησης και θα αποτρέπουν τη συμφόρηση.

Ο Καθηγητής Μανόλης Κατεβαίνης, Επικεφαλής του Εργαστηρίου Αρχιτεκτονικής Υπολογιστών και Συστημάτων VLSI του Ινστιτούτου Πληροφορικής του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ) δηλώνει ότι: «Ως συντονιστές του έργου ExaΝeStαποσκοπούμε στην αρμονική και αποτελεσματική συνεργασία όλων των εταίρων, προκειμένου να προχωρήσουμε στην υλοποίηση πρωτοτύπων συστημάτων –όπως εξάλλου έχουμε ήδη κάνει στο παρελθόν– γιατί μόνο έτσι, με χειροπιαστά συστήματα που δουλεύουν, προχωράει και εξελίσσεται η επιστήμη των Υπολογιστών.

Ο Peter Hopton, ιδρυτής και πρόεδρος της εταιρείας Iceotope Ltd σχολιάζει ότι «Η Iceotope μπορεί πολλά να προσφέρει στο έργο ExaΝeSt, χάρη στην  τεχνολογία τρισδιάστατης ψύξης που έχει αναπτύξει, η οποία θα συμβάλλει ουσιαστικά στην κατασκευή του πρώτου πρωτοτύπου συστήματος Exascale.

O David Lecomber, διευθύνων σύμβουλος της εταιρείας Allinea, η οποία κατασκευάζει εργαλεία αποσφαλμάτωσης και βελτιστοποίησης εφαρμογών για την ARMv8 πλατφόρμα, λέει ότι το σύστημά τους «είναι εύχρηστο και ανταποκρίνεται στις ανάγκες των προγραμματιστών που κτίζουν εφαρμογές πάνω σε βασικά λογισμικά».

Όμοια, ο StefanoCozzini, ιδρυτής και συν-διευθύνων σύμβουλος της εταιρείας eXact-lab λέει ότι η εταιρεία του «έχει τεχνογνωσία-κλειδί  στην ανάπτυξη και χρήση λογισμικού που ανταποκρίνεται σε exascaleανάγκες, ειδικότερα στους τομείς των επιστημών που σχετίζονται με το περιβάλλον και τα υλικά».

Επίσης, ο GinoPerna, Επικεφαλής έρευνας και ανάπτυξης της εταιρείας Engisoft, εταιρεία που δραστηριοποιείται σε ευρύ φάσμα εφαρμογών, δομικές και μηχανολογικές, με στόχο τη βελτιστοποίησή τους σε διάφορους τομείς, όπως είναι η δυναμική των ρευστών, ο ηλεκτρομαγνητισμός, η σύνθετη ανάλυση φυσικών φαινομένων, κ.ά., σχολιάζει ότι «ακριβώς αυτή η πλούσια εμπειρία τους σε μοντέλα προσομοίωσης θα οδηγήσει σε μια καινοτόμα exascaleαρχιτεκτονική».

Ο MartinKersten, συν-διευθύνων σύμβουλος της εταιρείας MonetDB Solutions, εταιρεία η οποία έχει πάνω από τρεις δεκαετίες εμπειρία σε έρευνα βάσεων δεδομένων και εφαρμογών τους στην αγορά,  υποστηρίζει ότι «Το σύστημα ανοιχτού κώδικα columnarτης MonetDB Solutions θα αναδείξει την ικανότητα του συστήματος  ExaΝeSt να ανταποκριθεί σε ένα ευρύ πεδίο εφαρμογών που απαιτούν εξαιρετικά υψηλές υπολογιστικές επιδόσεις, όπως τα ευφυή συστήματα διοίκησης και τα μεγάλα συστήματα ανάλυσης δεδομένων.

Ο Bernd Lietzow, από το ερευνητικό κέντρο FraunhoferITWM, λέει ότι «Όσον αφορά στην αποτελεσματική τροφοδότηση ενός συστήματος Exascale με τεράστιο πλήθος δεδομένων το Fraunhofer ITWM θα συνεισφέρει στην ανάπτυξη ενός συστήματος εισόδου/εξόδου δεδομένων υψηλής κλιμακωσιμότητας που θα βασίζεται στο ήδη υπάρχον παράλληλο σύστημα αρχείων που έχει αναπτύξει, το BEEGFS».

Ο DanielRaho, διευθυντής Έρευνας και Ανάπτυξης της εταιρείας VirtualOpenSystems, δηλώνει ότι «Για τις ανάγκες του ExaΝeSt, η  Virtual Open Systems θα βελτιώσει τις τεχνολογίες για υπολογισμούς υψηλής απόδοσης σε επίπεδο Exascale, προκειμένου οι χρήστες και οι συντηρητές συστημάτων να μπορούν να διαχειριστούν το άνευ προηγουμένου μέγεθος αυτών των συστημάτων».

Ο Giuliano Taffoni, ο Επικεφαλής ερευνητής  του έργου της INAF, σχολιάζει ότι «Οι αλγόριθμοι αστροφυσικής της INAF θα χρησιμοποιηθούν στο σχεδιασμό και δοκιμή του δικτύου και του συστήματος αποθήκευσης δεδομένων, και ταυτόχρονα το Exascale πρωτότυπο θα μας δώσει μια μοναδική ευκαιρία για πολύπλοκες προσομοιώσεις του σύμπαντος με πρωτοφανή ανάλυση».

Όσον αφορά στην κατασκευή δικτύων διασύνδεσης υψηλής ταχύτητας που απαιτούνται για τις exascaleπλατφόρμες, ο Piero Vicini, Επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας του INFNλέει ότι: «Το ΕxaneSt πρωτότυπο θα μας επιτρέψει να εξερευνήσουμε και να δοκιμάσουμε καινοτόμες αρχιτεκτονικές που απαιτούνται για να επιταχύνουμε την εκτέλεση επιστημονικών εφαρμογών μεγάλης κλίμακας, οι οποίες μοντελοποιούν την λειτουργία του ανθρώπινου εγκεφάλου».

Μεγάλη τεχνογνωσία στον τομέα των υποδομών επικοινωνίας παρέχεται στο έργο ExaΝestαπό το πανεπιστήμιο του Manchester. OJavierNavaridas, Λέκτορας στο πανεπιστήμιο αυτό, σημειώνει ότι: «Υπολογιστικά συστήματα του επιπέδου exascale έχουν εξαιρετικά μεγάλες απαιτήσεις επικοινωνίας οι οποίες δεν μπορούν να ικανοποιηθούν με τις συνηθισμένες τεχνολογίες, ως εκ τούτου θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε την ήδη υπάρχουσα τεχνογνωσία για να αναπτύξουμε υψηλής απόδοσης υποδομές επικοινωνίας».

Ο Javier Marti, διευθυντής του NTC και ο Julio Sahuquillo, μέλος της ερευνητικής ομάδας GAP, σχολίασαν ότι: «Το UPV θα διερευνήσει και θα αναλύσει την εφαρμογή φωτονικών και οπτικών τεχνολογιών σε μια  exascale πλατφόρμα».

Το ExaΝeStσυνεργάζεται και με άλλα ευρωπαϊκά έργα Έρευνας και Ανάπτυξης και εταιρείες όπως:

• Το EUROSERVER, το οποίο έχει αναπτύξει τεχνολογίες για την αποτελεσματική επικοινωνία ανάμεσα σε επεξεργαστές ARM.
• ToΕxaNoDe, το οποίο επικεντρώνεται στον σχεδιασμό υπολογιστών υψηλών επιδόσεων που βασίζονται σε επεξεργαστές ARM.
• Το ECOSCALE, το οποίο αναπτύσσει προγραμματιζόμενους επιταχυντές για εξειδικευμένες λειτουργίες  υπολογισμών.
• Τη νεοσυσταθείσα εταιρεία KaleaoLtd, η οποία ασχολείται με την εμπορευματοποίηση νέων τεχνολογιών (κάποιες στο πλαίσιο των παραπάνω ερευνητικών έργων), οι οποίες θα είναι ιδιαίτερα εύχρηστες και οικονομικά προσιτές, για την κατασκευή υπολογιστών.
• Την εταιρεία Xilinx, η οποία προμηθεύει συσκευές με επαναπρογραμματιζόμενες συστοιχίες πυλών (FPGAs), οι οποίες επιπλέον παρέχουν ευέλικτη και υψηλής ταχύτητας επικοινωνία.
• Την εταιρεία Micron, η οποία παράγει μνήμες χαμηλής κατανάλωσης, καθώς και τεχνολογίες αποθήκευσης.

Με τις τεχνολογίες των εταίρων και των εξωτερικών συνεργατών του, το ExaΝeStαναμένεται να έχει διαθέσιμο το πρώτο πρωτότυπο το 2016, το πλήρες πρωτότυπο το 2018, και με την ολοκλήρωσή του να αφήσει μια σημαντική παρακαταθήκη τεχνογνωσίας στον δρόμο της καινοτομίας.

Πληροφορίες για τους εταίρους του ExaΝest:

Το ΙΤΕ (Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας, FORTH στα αγγλικά) είναι ένα διεθνώς αναγνωρισμένο ερευνητικό κέντρο στην Ελλάδα και παρέχει μέσω του Ινστιτούτου του Πληροφορικής  τεχνογνωσία σε δίκτυα, συστήματα αποθήκευσης και κατασκευή ερευνητικών πρωτοτύπων. http://www.ics.forth.gr

H εταιρεία Iceotope παρέχει αξιόπιστες, ενεργειακά αποδοτικές λύσεις υγρόψυξης μεγάλων υπολογιστικών συστημάτων, με στόχο την προστασία του περιβάλλοντος.  http://www.iceotope.com

Η Allinea είναι μια πρωτοποριακή εταιρεία στον τομέα ανάπτυξης εργαλείων για την ανάλυση των επιδόσεων υπολογιστικών συστημάτων υψηλής απόδοσης. Τα προϊόντα της χρησιμοποιούνται από το 80% των μεγαλυτέρων υπερυπολογιστών διεθνώς και δίνουν τη δυνατότητα στους επιστήμονες, τους ερευνητές και τους μηχανικούς να επιτύχουν καλύτερα αποτελέσματα σε υψηλής επίδοσης συστοιχίες υπολογιστών, γρήγορα και ικανοποιητικά. http://www.allinea.com

Η EnginSoft είναι μια πολυεθνική συμβουλευτική εταιρεία που εδρεύει στην Ιταλία, με δραστηριότητες στον τομέα προσομοίωσης για τις Φυσικές Επιστήμες και την Μηχανική (Simulation-Based Engineering and Sciences, SBES). http://www.enginsoft.com

Η ExactLabs είναι μια καινοτόμα, νεοσυσταθείσα εταιρεία στον τομέα των υπολογισμών υψηλών επιδόσεων και προσφέρει προηγμένες υπηρεσίες σε συστήματα επιστημονικών υπολογισμών και διαχείρισης δεδομένων.

http://www.exact-lab.it

Η MonetDB Solutions είναι μια εταιρεία που παρέχει τεχνική υποστήριξη για το σύστημα ανοιχτού κώδικα MonetDB, και εξειδικεύεται σε ένα ευρύ πεδίο εφαρμογών που απαιτούν εξαιρετικά υψηλές υπολογιστικές επιδόσεις, όπως τα ευφυή συστήματα διοίκησης και τα μεγάλα συστήματα ανάλυσης δεδομένων. Οι διεθνώς κορυφαίοι μηχανικοί και ερευνητές της MonetDB Solutions, υποστηρίζουν τις εταιρείες λογισμικού να αναπτύξουν λογισμικό για κάθετες αγορές, όπως είναι οι  τηλεπικοινωνίες, η υγεία και η εκπαίδευση. http://www.monetdbsolutions.com

Το ITWM είναι το Ινστιτούτο Εφαρμοσμένων Μαθηματικών του ερευνητικού κέντρου Fraunhofer και προσεγγίζει πρακτικά θέματα, όπως είναι η βελτιστοποίηση και η οπτικοποίηση, μέσω των μαθηματικών. http://www.itwm.fraunhofer.de/en

Η Virtual Open Systems είναι μια Γαλλική εταιρεία υψηλής τεχνολογίας που δραστηριοποιείται στην ανάπτυξη  και οπτικοποίηση λογισμικού για ενσωματωμένες συσκευές. Η τεχνογνωσία της αφορά στην ανάπτυξη ανοιχτού κώδικα λογισμικού, στους τομείς δικτύωσης και επιταχυντών, για την υποστήριξη τεχνολογιών εικονικοποίησης, αυτοκινούμενων εικονικών συστημάτων, ασφάλειας και ποιοτικού ελέγχου ενσωματωμένων συστημάτων.
 http://www.virtualopensystems.com

Το INAF είναι το κορυφαίο ερευνητικό ινστιτούτο της Ιταλίας στην Αστρονομία και Αστροφυσική και συνεισφέρει στη σχεδίαση συστημάτων δικτύων και αποθήκευσης χάρις στην τεχνογνωσία του σε εφαρμογές υπερυπολογιστών. http://www.inaf.it

Το INFN είναι ένα σημαίνον, με διεθνές κύρος επιστημονικό ίδρυμα, που ασχολείται κυρίως με την έρευνα στον τομέα της Φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων και με τις τεχνολογίες και τον εξοπλισμό που σχετίζονται με αυτόν. Έχει στενή συνεργασία με πανεπιστήμια, καθώς και  με επιστημονικούς φορείς διεθνώς. http://www.infn.it

Το πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ είναι ένα από τα κορυφαία πανεπιστήμια του Ηνωμένου Βασιλείου. Η ομάδα του APT είναι γνωστή για το σύστημα SpiNNaker που έχει αναπτύξει, το οποίο αποτελείται από εκατομμύρια υπολογιστικούς πυρήνες. Η APTεργάζεται πάνω σε ένα ευρύ φάσμα της προβλημάτων Exascale, και παρέχει στο ExaΝest μεγάλη εξειδίκευση σε δίκτυα διασύνδεσης, σε συστήματα μεγάλης κλίμακας, σε συστήματα υψηλών υπολογιστικών επιδόσεων και ανάλυση δεδομένων εφαρμογών, καθώς και σε εμπειρία στην κατασκευή συστημάτων. http://www.manchester.ac.uk

Η UPV-GAP παρέχει μεγάλη τεχνογνωσία σε δίκτυα διασύνδεσης και και θα συνεισφέρει στο  τελικό σύστημα του ExaΝest υποσυστήματα δικτύων που θα χρησιμοποιούν φωτονικές δομές.

http://www.ntc.upv.es/index.html και http://www.gap.upv.es/

Επικοινωνία: Θεοδοσία Μπίτζου

Ινστιτούτο Πληροφορικής, Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ)

Γραφείο Δημοσιότητας

Τηλ. +30 2810391656, Email: bitzou@ics.forth.gr

http://www.ExaΝeSt.eu/