Базирующийся в Барселоне разработчик чипов OpenChip, который некоторые эксперты называют каталонской NVIDIA, и компания NEC объявили о следующем этапе сотрудничества, направленного на совместную разработку векторного процессора (VPU) нового поколения. Ранее компании выполнили технико-экономическое обоснование разработки следующего поколения векторных суперкомпьютеров Aurora с использованием аппаратного и программного стека OpenChip на базе RISC-V.

Как сообщается в пресс-релизе, на начальном этапе основное внимание уделялось оценке совместимости архитектуры Aurora от NEC с ускорителями OpenChip, определению логической структуры и начальной разработке программных компонентов. В результате исследования компании пришли к выводу о технической осуществимость проекта, так что теперь компании займутся совместной разработкой следующего поколения высокопроизводительных ускорителей, а также оптимизированного программного стека. Обе компании планируют запуск пилотных развёртываний у отдельных клиентов.

По словам старшего вице-президента NEC Сухуна Юна (Suhun Yun), сотрудничество NEC с OpenChip является поворотным моментом в стратегическом развитии NEC в направлении вычислительных архитектур следующего поколения. В свою очередь, OpenChip отметила, что сотрудничество направлено на достижение ряда ключевых преимуществ, в числе которых повышенная производительность критически важных рабочих нагрузок, обеспечение нового уровня вычислительной мощности для HPC, ИИ и ML, а также для таких научных приложений, как геномика и моделирование климата.

Источник изображения: NEC

В 2021 году NEC анонсировала векторные ускорителя SX-Aurora TSUBASA Vector Engine 2.0 (VE20), а в 2022 — доработанные VE30. Однако в 2023 году NEC фактически прекратила разработку новых решений в серии SX-Aurora в связи с появлением ускорителей AMD и NVIDIA, значительно превосходящих её наработки, так что обещанные VE40 и VE50 так и не появились на свет. При этом у NEC и ранее были длительные перерывы в разработке векторных ускорителей, а её суперкомпьютеры на их основе по-прежнему пользуются спросом в некоторых областях, в частности, в метеорологии и климатологии.

OpenChip разрабатывает SoC, использующую несколько UCIe-чиплетов, референсные проекты для аппаратных платформ, базовые комплекты разработчиков ПО и прикладные сервисы. Как сообщает ресурс HPCwire, среди других европейских стартапов, разрабатывающих решения на базе RISV-V есть:

• Axelera AI — разрабатывает чип для ИИ-инференса;
• Vybium — создаёт чип, способный конкурировать с GPU для ИИ ЦОД;
• Codasip — создаёт чип общего назначения для больших данных, ИИ и суперкомпьютеров, но сейчас находится в не лучшем состоянии;
• Semidynamics — разрабатывает настраиваемый чип для рабочих нагрузок HPC и ИИ;
• Quintarious — разрабатывает чип для автомобильной индустрии и промышленности.

За последние годы было поставлено более 10 млрд ядер с архитектурой RISC-V благодаря широкому внедрению архитектуры в микроконтроллерах и встраиваемых устройствах. За последнее время RISC-V стала потенциальной альтернативой проприетарным архитектурам, включая Arm и x86, в разработке ускорителей и HPC-платформ.

Японская компания NEC была одной из немногих, отстаивавших собственный уникальный путь в сфере развития вычислительных технологий со своими векторными процессорами SX-Aurora. Хотя данное направление до недавних пор активно развивалось, компания, похоже, не выдержала давления со стороны NVIDIA и AMD и объявила о прекращении разработок новых решений в серии Aurora.

Работы над усовершенствованием векторной архитектуры NEC продолжались до конца прошлого года, когда компания объявила о подготовке новых вычислительных узлов SX-Aurora TSUBASA C401-8 на базе ускорителей с 16 блоками Vector Engine 3.0 и 96 Гбайт интегрированной памяти HBM2. И хотя в августе этого года в Научном центре Университета Тохоку будет запущен новый суперкомпьютер на их основе, новых разработок в этой сфере не будет.

Вычислительный модуль SX-Aurora TSUBASA C401-8. Источник изображений здесь и далее: NEC

Как отметил Сатоши Мацуока (Satoshi Matsuoka), глава крупнейшего в Японии суперкомпьютерного центра RIKEN, где был создан суперкомпьютер Fugaku, NEC неслучайно объявила об отказе от разработки нового поколения процессоров SX-Aurora. Хотя в целях компании значилось 10-кратное повышение энергоэффективности, теперь NEC считает, что эта цель может быть достигнута с использованием стандартных коммерческих ускорителей.

Главной причиной называется появление решений AMD и NVIDIA, на голову превосходящих все наработки NEC. В частности, упоминается AMD Instinct MI300. При этом отмечено, что это решение «похоронило» бы даже новое поколение SX-Aurora, когда речь заходит о ПСП. Целью NEC был показатель 2+ Тбайт/с, в то время как новинка AMD, располагая памятью HBM3 с 8192-бит шиной, может обеспечить 6,8 Тбайт/с.

Планы NEC по развитию VE-архитектуры. Похоже, им уже не суждено сбыться

Также «естественным врагом» SX-Aurora является NVIDIA Grace Hopper с его мощной процессорной частью и развитой инфраструктурой NVLink, демонстрирующий к тому же выдающуюся энергоэффективность. Примечательно, что оба продукта от AMD и NVIDIA являются APU, то есть гибридными чипами, объединяющими ускорители и CPU собственной разработки, а также быструю память.

Финансовый кризис 2009 года ударил по разработкам NEC в области процессоростроения сильно, но ситуацию тогда спасла общая незрелость рынка GPGPU и технологии HBM. Сейчас на это надеяться нельзя, да и ситуация с точки зрения программной экосистемы в мире HPC говорит не в пользу NEC. По всей видимости, прямо на наших глазах ещё одна уникальная вычислительная архитектура становится достоянием истории.

При этом в Японии пока что сохраняется ещё одна уникальная отечественная архитектура — PEZY-SC. Arm-процессоры Fujitsu A64FX, ставшие основой Fugaku, тоже достаточно уникальны, однако их наследники в лице MONAKA переориентированы на более массовый сегмент. Таким образом, собственные массовые HPC-решения сейчас есть только у Китая, которому новейшие американские и британские ускорители достанутся в кастрированном виде.

Компания NEC Corporation сообщила о подготовке нового узла в серии SX-Aurora TSUBASA — модели C401-8, рассчитанной на центры обработки данных, на базе которых осуществляется сложное моделирование, выполняются научные расчёты и другие ресурсоёмкие задачи. Основой новинки станут неназванные пока векторные ускорители — судя по всему, это обещанные ранее Vector Engine 3.0 (VE30).

Новинки получили 16 векторных блоков с частотой 1,7 ГГц, тогда как прошлое поколение имело до 10 блоков с частотой 1,6 ГГц. Также появился L3-кеш. Пропускная способность HBM-памяти увеличилась в 1,6 раза — с 1,53 до 2,45 Тбайт/с, а её объём вырос вдвое — с 48 до 96 Гбайт. Итоговая производительность в FP64-вычислениях, как утверждается, выросла приблизительно в 2,5 раза по сравнению с предшественниками и превысила 5 Пфлопс. При этом по энергоэффективности готовящийся ускоритель, по словам NEC, в два раза превосходит традиционные изделия.

Источник изображения: NEC

В августе 2023 года суперкомпьютер на базе SX-Aurora TSUBASA C401-8 начнёт использоваться в Научном центре Университета Тохоку в Японии. В общей сложности будут задействованы 4032 векторных ускорителя NEC, а быстродействие составит до 21 Пфлопс. Использовать комплекс планируется для масштабных научных исследований. Месяцем позже заработает ещё одна HPC-система на базе C401-8, которую получит метеослужба Германии.

Компания NEC сообщила о том, что с января следующего года заказчикам по всему миру станет доступен акселератор Vector Engine 2.0 серии SX-Aurora TSUBASA, анонсированный ещё летом.

Изделие Type 20B выполнено в виде двухслотовой карты расширения с интерфейсом PCIe. Оно содержит восемь векторных блоков с частотой 1,6 ГГц, обеспечивающих производительность на уровне 2,45 Тфлопс FP64, и 48 Гбайт памяти HBM2 с пропускной способностью приблизительно 1,53 Тбайт/с. При этом энергопотребление находится на уровне 200 Вт. Также есть версия ускорителя Type 20A, которая имеет 10 векторных блоков и производительность 3,07 Тфлопс FP64.

Благодаря векторной архитектуре крупные объёмы данных можно обрабатывать в пределах каждого цикла. Это открывает широкие возможности при решении задач в области искусственного интеллекта, машинного обучения, интенсивных научных вычислений и пр.

Векторный ускоритель Vector Engine 2.0 может использоваться в составе стандартных серверов и рабочих станций с архитектурой х86 от сторонних поставщиков оборудования. Таким образом, заказчики смогут сформировать вычислительную платформу в соответствии со своими требованиями и объёмом финансирования. Данное решение, по словам NEC, ориентировано на предприятия малого и среднего бизнеса, у которых есть потребность в формировании платформы высокопроизводительных вычислений (HPC).

В японском сегменте рынка супервычислений продолжает доминировать свой, уникальный подход к построению систем класса HPC. Fujitsu сделала ставку на гомогенную архитектуру A64FX с памятью HBM2 и заняла первое место в Top500, но и другая японская компания, NEC, не отказалась от своего видения суперкомпьютерной архитектуры.

На предыдущей конференции SC19 NEC пополнила свой арсенал новыми ускорителями SX-Aurora 10E, которые получили более быстрые сборки HBM2. О новых ускорителях «Type 20» речь заходила ещё до начала эпидемии COVID-19; к сожалению, она внесла свои коррективы и анонс новинок состоялся лишь сейчас, летом 2020 года.

Изначально процессор SX-Aurora, используемый во всей серии ускорителей «Type 10» имеет 8 векторных блоков, каждый из которых дополнен 2 Мбайт кеша и 6 сборок памяти HBM2 общим объёмом 24 или 48 Гбайт. Из-за сравнительно грубого 16-нм техпроцесса уровень тепловыделения достаточно высок и составляет примерно 225 Ватт. В отличие от Fujitsu A64FX, NEC SX-Aurora требует для своей работы управляющего хост-процессора, и обычно компания комбинирует его с Intel Xeon, но существуют варианты и с AMD EPYC второго поколения.

ISC 2018: HPC-модуль с восемью векторными ускорителями NEC SX-Aurora Type 10

Это роднит SX-Aurora с более широко распространёнными ускорителями на базе графических процессоров, однако позиционирование у них всё-таки выглядит иначе. ГП-ускорители, по мнению NEC, гораздо сложнее в программировании, хотя и обеспечивают высокую производительность.

Свою же разработку компания относит к решениям с похожим уровнем производительности, но гораздо более простым в программировании. Упор также делается на высокую пропускную способность памяти, составляющую у новинок «Type 20» 1,5 Тбайт/с.

Новая версия NEC Vector Engine, VE20, структурно, скорее всего, не изменилась. Вместо восьми ядер новый процессор получил 10, и, как уже было сказано, новые сборки HBM2, в результате чего ПСП удалось поднять с 1,35 до 1,5 Тбайт/с, а вычислительную мощность с 2,45 до 3,07 Тфлопс.

В серии пока представлено два новых ускорителя, Type 20A и 20B, последний аналогичен по конфигурации решениям Type 10 и использует усечённый вариант процессора с 8 ядрами. Говорится о неких архитектурных улучшениях, но деталей компания пока не раскрывает. Оба варианта процессора VE20 работают на частоте 1,6 ГГц, а прирост производительности в сравнении с VE10 достигается в основном за счёт повышения ПСП.

Похоже, VE20 лишь промежуточная ступень. В 2022 году планируется выпуск процессора VE30, который получит подсистему памяти с пропускной способностью свыше 2 Тбайт/с, в 2023 должен появиться его наследник VE40, но настоящий прорыв, судя по всему, откладывается до 2024 года, когда NEC планирует представить VE50, об архитектуре и возможностях которого пока ничего неизвестно.

Компания NEC не спешит отказываться от своего уникального пути на рынке супервычислений и продолжает развивать серию векторных процессоров SX-Aurora.

На конференции SC19 компания представила ряд новых решений, сочетающих в себе SX-Aurora и новейшие процессоры AMD «Rome» Intel Xeon 9200.

Типы ускорителей SX-Aurora

Как и два года назад, основой платформы NEC является плата расширения «Type 10»; впрочем, в настоящее время производитель заменяет его на усовершенствованный «Type 10E» с более быстрыми сборками HBM2 на борту. За счёт этого ПСП удалось поднять на 10%, и даже в самом доступном варианте «Type 10CE» данный параметр теперь составляет 1 Тбайт/с против ранних 750 Гбайт/с.

Системы NEC на базе SX-Aurora

Массовый выпуск плат NEC «Type 10E» намечен на январь 2020 года. Всего в семействе будет четыре модели, отличающиеся тактовыми частотами, объёмом HBM2 и системой охлаждения. Последняя будет представлена в воздушном активном и пассивном вариантах, также будет выпускаться и вариант с жидкостным охлаждением.

Сервер NEC A412-8 сочетает в себе SX-Aurora и AMD Rome

Компания не собирается останавливаться на достигнутом и чип текущего поколения VE10 будет заменён на VE20 уже в середине или конце 2020 года. Он получит ещё более быструю память, больше векторных ядер (возможно 10 против 8 сегодняшних) и неизвестные пока новые функции. Следующее за ним поколение, VE30, должно появиться в 2022 году. Об этом поколении данных пока нет — известно лишь, что эти процессоры будут иметь новую архитектуру.