Intel Frontera, el superordenador para educación más rápido del mundo

El pasado mes de agosto de 2018, Intel anunció que se disponía a desarrollar junto con Dell EMC un superordenador destinado a usos académicos: Frontera. Varios meses después de este anuncio, Frontera ya está listo y en funcionamiento desde el pasado mes de junio, en el Centro de Computación Avanzada (TACC) de la Universidad de Texas en Austin. sustituye a otro superordenador, Stampede2, y es en la actualidad el quinto superordenador en funcionamiento más potente del mundo.

Construido gracias a una beca de 60 millones de dólares de la National Science Foundation, Frontera es capaz de alcanzar un rendimiento de 38,7 petaflops por segundo. Es, por tanto, el superordenador más rápido diseñado para tareas de modelado y simulación, Big Data y machine learning.

Este equipo cuenta con varios cientos de procesadores Intel Xeon Scalable (Cascade Lake) de 28 núcleos, integrados en servidores Dell EMC PowerEdge. Además, también cuenta con nodos para la computación de precisión simple de Nvidia. La arquitectura de sus chips está basada en las Extensiones Vectoriales Avanzadas 512 de Intel (AVX-512), un conjunto de instrucciones que permiten el doble de flops por reloj que la generación anterior.

La mayoría de los nodos de Frontera utilizan refrigeración líquida, gracias a la integración de los sistemas de refrigeración de agua y aceite de las compañías de integración de sistemas CoolIT y Green Revolution Coding. Por otro lado, incorpora interconexiones Mellanox HDR y HDR-100, lo que le permite transferir datos a velocidades de hasta 200 Gbps por enlace entre los switches, que se encargan de conectar sus 8.008 nodos. Se espera que cada uno de ellos consuma alrededor de 65 kilovatios de potencia, aproximadamente un tercio de lo que consigue el TACC de su producción de energía eólica, además de lo que consigue procedente de energía solar.

En cuanto a almacenamiento, Frontera cuenta con cuatro entornos dedicados distintos. Diseñados por DataDirect Networks, en total suman 50 Petabytes de capacidad, acompañados por otros 3 Petabytes de espacio NAND Flash. Esto es, cada uno de sus nodos cuenta aproximadamente con 480 GB de espacio SSD. Tres de estos entornos son de propósito general, mientras el cuarto cuenta con una conectividad capaz de alcanzar velocidades de 1,5 Terabytes por segundo.

La memoria del superordenador Frontera es Intel Optane PC. Es persistente, y cuenta con una tecnología de memoria no volátil desarrollada por Intel y Micron Technology compatible en cuanto a pines con la DDR4. Combina grandes cantidades de cachés con un pool de DRAM más pequeño, de 192 GB por nodo, para conseguir un rendimiento mejor. Trabajando de manera conjunta con la última generación de los procesadores Xeon Scalable, Intel asegura que el rendimiento de esta memoria puede llegar hasta las 287.000 operaciones por segundo, además de contar con un tiempo de reinicio de 17 segundos.

Este superordenador ya se está utilizando en diversos campos. Entre ellos, en el desarrollo de una simulación que pueda explicar el origen de las explosiones de energía que se emiten durante la fusión de una estrella de neutrones o en el de modelos biofísicos del desarrollo de un tumor cerebral para aumentar la eficacia y el tratamiento de gliomas. También para entrenar un modelo de Inteligencia Artificial que describe los campos de fuerza y la energía potencial de moléculas con base en su estructura 3D.

Se espera que hasta el 80% de las horas disponibles para utilizar Frontera sean accesibles a través del Programa NSF de Asignación de Recursos en Computación Petaescalar. Así, según el Director asistente de ciencias de computación e información e ingeniería del programa, «Frontera proporcionará a científicos de todo el país acceso a modelado, simulación y capacidad de analítica de datos sin precedentes. Frontera representa el siguiente paso en las más de tres décadas de apoyo a las capacidades de computación avanzada para asegurar que Estados Unidos retiene su liderazgo mundial en las fronteras de la investigación«.