Titan, il supercomputer più veloce del mondo

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finalmente operativo Titan, un nuovo supercomputer che diventa, con i suoi 20 petaflops di potenza di calcolo, il più veloce elaboratore al mondo. Titan occupa circa 400 metri quadrati dell'Oak Ridge National Laboratory (ORNL), nel Tennessee, e si spera possa essere utile agli scienziati nello sviluppo di complesse simulazioni numeriche, per quanto concerne in particolare sei branche di studio: cambiamenti climatici, astrofisica, scienza dei materiali, biocombustibili, processi di combustione e reazioni nucleari.

Per avere un'idea delle capacità di calcolo di Titan, basti pensare che il precedente supercomputer operativo all'Oak Ridge, denominato Jaguar, raggiungeva “appena” i 2 petaflops, vale a dire che era in grado di eseguire 2 biliardi (1015) di operazioni in virgola mobile al secondo (“flops” sta infatti per floating-point operations per second). Titan riesce ad essere dieci volte più veloce del predecessore occupando lo stesso spazio fisico, ed è inoltre energeticamente più efficiente: richiede infatti 9 megawatt di potenza per funzionare, solo 2 in più rispetto a Jaguar; al confronto, se quest'ultimo avesse avuto la stessa capacità di calcolo di Titan, ne avrebbe consumati 60 (equivalenti alla potenza di circa 20 mila abitazioni).

Il segreto di Titan risiede nell'integrazione tra unità grafiche (GPU, graphics processing unit) ed il processore centrale (CPU, central processing unit). Le GPU sono viste con grande interesse dai progettisti, poiché combinano una elevata rapidità di calcolo (contengono centinaia di microprocessori che operano in parallelo) ad un costo relativamente basso (vengono prodotte in grande quantità per soddisfare le richieste del mercato dei videogiochi). La sinergia tra GPU e CPU permette di raggiungere prestazioni irraggiungibili per i computer tradizionali, basati solo su CPU.

In partnership con il costruttore di computer Cray e l'azienda leader delle GPU, NVIDIA, l'ORNL ha dunque costruito con successo il sistema ibrido alla base dell'architettura di Titan: questo utilizza 18'688 schede GPU di NVIDIA di tipo TESLA K20 (progettate appositamente per computer ad elevate prestazioni), le quali lavorano in parallelo ad altrettante CPU AMD OPTERON 6274 a 16 core, combinando alta potenza di calcolo ed efficienza. La memoria RAM complessiva del sistema è pari a 710 terabyte, mentre lo spazio disponibile per allocare i dati ammonta a 10 petabyte, con una velocità di trasferimento dati di 240 gigabyte al secondo. “Non si possono in alcun modo raggiungere simili prestazioni con un'architettura convenzionale basata solo su CPU ha detto Steve Scott della Nvidia.

Titan avrà una gestione “open”, potrà cioè essere usato da scienziati di tutto il mondo; l'Oak Ridge ha attualmente accettato le proposte di ben 32 progetti, che dunque si divideranno le ore di funzionamento dell'elaboratore; tra i vari studi, l'analisi delle proprietà magnetiche dei materiali a scala nanometrica, lo studio in tre dimensioni dei processi di combustione e delle reazioni nucleari (completate da Titan nel giro di ore anziché di settimane), la simulazione sul lungo periodo dell'atmosfera terrestre per evidenziare l'impatto del cambiamento climatico.

L'unione tra GPU e CPU sperimentata in Titan sarà essenziale, affermano gli scienziati, per raggiungere nel prossimo futuro l' “exa-scala”, ovvero per costruire il primo supercomputer da 1 exaflops (1'000 petaflops) di potenza di calcolo. Stiamo insomma per entrare nell'era del calcolo accelerato: “Dal 2009, quando iniziammo a progettare Titan, sono passati solo tre anni, ma è come se avessimo fatto un salto di dieci, in termini di performance, e di cinque anni in termini di efficienzaconclude Jeffrey Nichols dell'ORNL.

Ad un passo dal futuro?

Stefano Dell'Oro

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