Fugaku: Weltweit schnellster CPU-only-Supercomputer mit 7,7 Millionen Kernen

Anstelle von DDR4-RAM kommen 5 Petabyte High-Bandwidth Memory (HBM2) mit einer gemeinsamen Übertragungsrate von 163 PByte/s zum Einsatz.

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(Bild: Riken Center for Computational Science)

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Sechs Jahre nach dem Startschuss zur Entwicklung eines neuen japanischen Supercomputers ist Fugaku fertiggestellt. Früher unter dem Namen „Post-K“ designt, nutzt Fugaku 158.976 A64FX-Prozessoren mit jeweils 48 ARM-CPU-Kernen, die Fujitsu für das Projekt entwickelt hat. Die knapp 7,7 Millionen Rechenkerne enthalten jeweils zwei Scalable Vector Extensions (SVE), die ähnlich Intels AVX-512-Instruktionen 512-Bit-Werte verarbeiten können.

Bei einer CPU-Taktfrequenz von 2,2 GHz kommt Fugaku dank der SVEs auf eine Spitzenrechenleistung von 537 PetaFlops bei doppelter Genauigkeit (FP64) – das entspricht 537 Billiarden Gleitkommaoperationen pro Sekunde. Die A64FX-Prozessoren können aber auch die Datenformate FP32 (1,07 ExaFlops), FP16 (2,15 ExaFlops) und INT8 (4,3 ExaFlops) beschleunigen.

Zum Vergleich: Der bisher weltweit schnellste Supercomputer Summit kommt laut Top500-Liste vom November 2019 auf 200 FP64-PetaFlops, benötigt dafür aber knapp 28.000 Tesla-V100-Beschleunigerkarten von Nvidia. Das ursprüngliche FP64-ExaFlops-Ziel (1000 PetaFlops) verfehlt Fugaku allerdings zumindest in der ersten Ausbaustufe.

Die Installation von Fugaku am Forschungsinstitut Riken hat Fujitsu diesen Mai abgeschlossen. Die Zahlen zur Leistung verriet Riken-Direktor Satoshi Matsuoka auf Twitter. Aktuell erfolgt die Software-Installation, bis 2021 soll der Supercomputer voll einsatzbereit sein. Zu dem Zeitpunkt sollte die Rechenfarm immer noch zu den zehn schnellsten der Welt zählen – die USA wollen 2021 erste Exascale-Systeme in Betrieb nehmen. Derzeit laufen Simulationen des Coronavirus SARS-CoV-2 auf ersten Rechenclustern.

Abseits der hohen Rechenleistung soll Fugaku besonders effizient laufen: Mit 16,78 GigaFlops pro Watt in einem ersten Testlauf würde der Supercomputer die Green500-Liste anführen, wo Tesla-V100-Systeme bestenfalls auf knapp 16 GFlops/W kommen. Mitverantwortlich für die geringe Leistungsaufnahme ist TSMCs 7-Nanometer-Prozess, in dem Fujitsu die A64FX-Prozessoren produzieren lässt. Kommende Rechenfarmen mit Tesla-A100-Beschleunigern dürften noch eine Schippe drauflegen.

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Außer den Scalable Vector Extensions kommt Fugaku ohne spezialisierte Hardware daher, um ein möglichst breites Feld an Anwendungen zu unterstützen. Vergleichsweise ungewöhnlich ist das Speichersystem: Der Supercomputer verzichtet auf DDR4-RAM, stattdessen sitzen in jedem A64FX-Prozessor vier HBM2-Speicherstapel mit jeweils 8 GByte Kapazität. Das ergibt insgesamt 5 Petabyte High-Bandwidth Memory mit einer addierten Übertragungsrate von enormen 163 PByte/s, geht allerdings zulasten der Speicherlatenz.

(mma)