Het Europese ExaNoDe-project heeft een baanbrekend prototype van een rekeneenheid gebouwd dat de weg vrijmaakt voor de exascale supercomputers van morgen. die in staat zijn om een ​​miljard miljard berekeningen per seconde uit te voeren, of tien keer sneller dan de krachtigste computers van vandaag.

Met het ExaNoDe-prototype kunnen verschillende soorten processors worden gecombineerd en met elkaar worden verbonden op dezelfde chip, van de energiezuinige centrale verwerkingseenheden (CPU's) tot herprogrammeerbare begeleidende processors die direct opnieuw kunnen worden geconfigureerd. Door on-chip-interconnecties toe te staan, het prototype helpt bij het overwinnen van een van de belangrijkste obstakels voor krachtigere computers:de energie- en prestatiekosten van het overbrengen van gegevens tussen de hoofdprocessors en hun begeleidende processors. Dit alles in een revolutionair driedimensionaal pakket.

"Stroomverbruik en betaalbaarheid zijn de belangrijkste hindernissen in de weg van een rekeneenheid die exascale prestaties kan leveren, " zegt Denis Dutoit, research engineer bij CEA-Leti en de coördinator van ExaNoDe. "De combinatie van 3D-integratie en heterogene eenheden op de chip lost deze hindernissen op. Als iemand standaardtechnologieën zou gebruiken, zoals gebruikt in de top-end pc's die door gamers worden gebruikt, dan zou het bereiken van exascale een computer vereisen met een stroombehoefte die gelijk is aan een stad met een miljoen inwoners."

Uitgaande van een innovatieve interposer ontwikkeld door CEA, ExaNoDe maakt de combinatie mogelijk van meerdere system-on-chips (SoC) chiplets, het vormen van een driedimensionale geïntegreerde schakeling (3DIC). Dit levert meerdere voordelen op, zoals:

• hogere chipproductieopbrengsten - dus lagere kosten - dankzij de kleinere chipgrootte
• lagere kosten van maatwerk, aangezien het modulaire ontwerp een combinatie van de meest geavanceerde technologie met lagere kosten mogelijk maakt, meer gevestigde technologie zoals vereist;
• de flexibiliteit om rekenelementen, zoals CPU's en versnellers, op een enkele chip te plaatsen voor verschillende toepassingen, wat resulteert in betere prestaties voor een breder scala aan toepassingen tegen lagere ontwerpkosten
• verminderde communicatie-afstanden tussen chips, wat resulteert in een verbeterde energie-efficiëntie

"Het ExaNoDe-prototype integreert meerdere kerntechnologieën:een 3D actieve interposer met chiplets, Armkernen met FPGA-versnelling, een globale adresruimte, krachtige en productieve programmeeromgeving, waardoor de Europese technologie kan voldoen aan de eisen van exascale computing, ", voegt Dennis eraan toe.

ExaNoDe bouwt voort op eerder door Europa gefinancierd onderzoek door gebruik te maken van het UNIMEM-geheugensysteem, die is gemaakt in het EUROSERVER-project en op schaal wordt gebracht in het EuroEXA-project. Dit maakt het mogelijk om gedeeld geheugen tussen meerdere rekenknooppunten te creëren en helpt daarom de afstand die de gegevens moeten afleggen te verminderen.

Om programmeurs in staat te stellen deze verschillende hardwarebronnen volledig te benutten, er zijn vorderingen gemaakt in de programmeermodellen OmpSs-2@Cluster en OpenStream voor parallel computing. Real-life toepassingen, op gebieden zoals materiaalkunde en machine learning, zijn ontwikkeld en getest op de ExaNoDe-architectuur met behulp van deze programmeermodellen en communicatie-applicatie-programmeerinterfaces (API's).