Advanced Simulation and Computing Program sau ASC (până în 2005 - Accelerated Strategic Computing Initiative , sau ASCI ) este o inițiativă a guvernului SUA de a crea supercalculatoare care să permită Statelor Unite să monitorizeze starea arsenalului său nuclear după anunțul în octombrie 1992 a unui moratoriu asupra testelor de arme nucleare , o prelungire a moratoriului în iulie 1993 și conformarea voluntară din 1996 cu termenii Tratatului de interzicere completă a testelor nucleare (tratatul a fost semnat de președintele SUA, dar nu a fost încă ratificat de către Senat).
La program au participat trei laboratoare naționale din SUA implicate în dezvoltarea și inspecția arsenalului nuclear al țării : Laboratorul Național Livermore , Laboratorul Național Los Alamos și Laboratorul Național Sandia (componente nenucleare ale armelor nucleare).
Programul provine din Strategic Computing Initiative, inițiat în 1983 ca parte a Inițiativei de Apărare Strategică , al cărei scop a fost să creeze sisteme informatice de inteligență artificială până în 1993. Acest program a eșuat, finanțarea sa a fost tăiată, programului i s-a dat un nou nume, iar scopul programului a devenit mai puțin ambițios - crearea de supercomputere pentru a deservi arsenalul nuclear al SUA .
Programul a fost inițial numit „ Inițiativa de calcul strategic accelerat ” (ASCI), literal „Inițiativa de calcul strategic accelerat”. A fost „ accelerată ”, deoarece în 10 ani a fost necesar să se creeze hardware și software capabil să simuleze complet exploziile nucleare și termonucleare, folosind experiența inginerilor și oamenilor de știință existenți care au putut compara datele vechi din teste reale („date moștenite”) cu datele emise de modele computerizate și să confirme acuratețea simulărilor. Înainte de aceasta, programele care erau folosite în laboratoare erau destul de simple. Rezultatele pe care le-au produs aceste programe au fost ușor de verificat prin teste nucleare. De aceea, programele au simulat fizica proceselor de explozie în spațiul uni sau bidimensional. Simplificarile au fost cauzate si de puterea limitata a supercalculatoarelor din anii 80 si inceputul anilor 90. Pentru a simula pe deplin explozia, a fost necesar un model tridimensional. Potrivit experților de la Laboratorul Național Livermore, pentru a obține acuratețea necesară a rezultatelor, a fost necesar să se construiască supercalculatoare cu o putere de calcul de peste 100 Tflops (adică 100 de trilioane de operațiuni în virgulă mobilă pe secundă ). Acest lucru a însemnat un salt în performanță de 7.000 de ori, deoarece cel mai puternic computer disponibil pentru Laboratorul Livermore la acel moment avea o performanță de 13,7 Gflops (13,7 miliarde de operațiuni în virgulă mobilă pe secundă). Pentru a îndeplini obiectivele programului ASCI în 10 ani, a fost necesar să se depășească Legea lui Moore de câteva mii de ori , pentru a crea tehnologii de calcul de mare viteză care încă nu existau [1] .
Sa planificat atingerea jalonului de 100 Tflops în mai multe etape:
În fiecare etapă, puterea noului supercomputer trebuia să crească de aproximativ 2,5 ori față de cel precedent.
În ianuarie 1995, la o întâlnire a șefilor departamentelor de calcul din cele trei laboratoare, s-a decis ca toate calculatoarele din programul ASCI să folosească o arhitectură de memorie distribuită masiv paralel cu un minim de componente specializate. Alegerea unei arhitecturi masiv paralele bazată pe procesoare comerciale disponibile în mod obișnuit a fost foarte neobișnuită și riscantă pentru vremea respectivă. În ciuda faptului că laboratoarele experimentează de multă vreme această arhitectură - de peste 10 ani, cea mai promițătoare direcție a fost considerată a fi arhitecturile multiprocesoare bazate pe procesoare vectoriale specializate cu memorie partajată, direcția în care producatorii de top de supercalculatoare. mutat: NEC , Fujitsu , Hitachi , Cray .
La aceeași întâlnire, s-a decis ca primul computer de 1 Tflops să fie instalat la Laboratoarele Sandia din Albuquerque și să fie partajat de toate laboratoarele până la sosirea copiilor. Alegerea laboratoarelor Sandia a fost, de asemenea, neobișnuită, întrucât laboratoarele Sandia s-au ocupat de componente nenucleare ale armelor nucleare și, prin urmare, au suferit mai puțin de pe urma impunerii unei interdicții totale asupra testelor nucleare [2] .
În ianuarie 1995, construirea unui computer de 1 Tflops (la testul Linpack) arăta ca o ficțiune științifico-fantastică. Și mai fantastică a fost cerința de a construi un astfel de computer în mai puțin de doi ani. Cele mai puternice supercalculatoare din clasamentul MP-Linpack la acea vreme erau computerul Numerical Wind Tunnel al Laboratorului Național Aerospațial al Japoniei (maximum 170 Gflops - vârf 235,79 Gflops) și sistemul Intel Paragon instalat la Laboratoarele Sandia (3744 de procesoare în 1993: maxim 143 Gflops - vârf 184 Gflops; 6768 procesoare în 1994: 281 Gflops), adică mai puțin de 1/5 din puterea necesară. Majoritatea experților au fost de acord că „bariera teraflop” va fi depășită abia până la sfârșitul secolului al XX-lea, iar programul ASCI a cerut ca acest lucru să se facă cu patru ani înainte de această dată - până la sfârșitul anului 1996 [2] .
Înainte de aceasta, fiecare laborator a achiziționat singur computere. Acum computerele din programul ASCI trebuiau achiziționate pe baza cerințelor tuturor celor trei laboratoare. Achiziționarea primului computer ar fi trebuit să se facă în 1995, dar bugetul oficial pentru programul ASCI a început abia în 1996 și nu urma să fie adoptat decât în noiembrie 1995. Pentru primul supercomputer ASCI Red, s-a decis folosirea banilor din Fondul de Transfer Tehnologic, care au fost alocați Laboratoarelor pentru „conversie” după încheierea Războiului Rece [2] .
Laboratoarele au fost instruite să elaboreze termeni de referință pentru care companiile contractante să își prezinte propunerile. La o întâlnire a șefilor departamentelor de calcul ale celor trei Laboratoare, a izbucnit o discuție despre care dintre opțiunile de arhitectură paralelă este mai bine de utilizat. Specialistul de laborator Sandia a aderat la varianta cu sistem masiv paralel ( MPP ) cu memorie distribuită, iar reprezentanții laboratoarelor Livermore și Los Alamos au considerat cea mai acceptabilă variantă de clustere de noduri multiprocesor ( SMP ) cu memorie partajată. A doua opțiune a părut de preferat și pentru că antreprenorii ar fi mai dispuși să fie de acord cu ea: tehnologia mașinilor multiprocesor a fost ușor convertită într-un produs de piață pentru producția de masă, prin urmare, un potențial antreprenor nu ar trebui să-și petreacă timp și efort pentru dezvoltare și stăpânire. tehnologia pentru care există un singur cumpărător - guvernul SUA. Ambele opțiuni au fost descrise pe tabla albă: varianta Sandia Lab cu creion roșu, iar varianta Livermore și Los Alamos Lab în albastru. Alegerea a fost complicată de faptul că în 1995 încă nu se știa în ce direcție vor merge tehnologiile de procesoare, memorie și conexiuni la rețea și, prin urmare, pariul pe o singură soluție arhitecturală părea foarte riscant. Am decis să încercăm ambele variante, în ciuda constrângerilor bugetare strânse. Varianta de laborator Sandia (descrisă cu creion roșu) a fost implementată mai întâi în ASCI Red („roșu”) ca supercomputer al primei etape , iar varianta de laborator Livermore și Los Alamos (descrisă cu creion albastru) o un an mai târziu - în ASCI Blue ("albastru") ca supercomputer a doua etapă și în două exemplare: ASCI Blue Pacific (pentru Laboratorul Livermore) și ASCI Blue Mountain (pentru Laboratorul Los Alamos) [3] . Contractul pentru construirea ASCI Blue Pacific a fost atribuit IBM, iar contractul pentru construirea ASCI Blue Mountain a fost atribuit Silicon Graphics .
După instalarea sistemelor ASCI Blue și modernizarea ASCI Red până în noiembrie 1999, supercalculatoarele a trei laboratoare au ocupat primele trei linii ale listei TOP500 [4] : ASCI Red cu o performanță de 2,3 Tflops, ASCI Blue Pacific - 2,1 Tflops și ASCI Blue Mountain - 1, 6 Tflops. În doar patru ani, programul ASCI a crescut puterea supercalculatoarelor de 90 de ori [5] .
Alegerea unei arhitecturi masiv paralele pentru viitoarele mașini a însemnat, de asemenea, că programele de simulare pe computer existente au trebuit să fie rescrise și optimizate pentru a utiliza această arhitectură la întregul său potențial.
Pentru a crea software nou, Laboratorii au abandonat vechea metodă „cod erou”, când fiecare program a fost creat și „întreținut” de unul sau câțiva ingineri. De exemplu, programul DYNA3D , care a fost folosit la Laboratorul Livermore pentru a simula impactul unei unde de șoc de explozie asupra obiectelor din jur, a fost condus de un angajat al laboratorului, John O. Holquist, timp de 12 ani. În Laboratoare s-au format echipe de programatori de 20-30 de persoane, care de-a lungul mai multor ani au creat pachete software pentru viitoare computere în strânsă colaborare cu fizicienii care au verificat calitatea rezultatelor simulării [6] .
Prima simulare tridimensională cu drepturi depline a detonării primei etape a unei bombe termonucleare („fuzibilul nuclear”) a fost efectuată în decembrie 1999 la Laboratorul Livermore pe supercomputerul ASCI Blue Pacific . Simularea a durat 492 de ore pe 1000 de procesoare, a folosit 640.000 MB de memorie și a generat 6 terabytes de date sub forma a 50.000 de fișiere grafice [7] . O simulare tridimensională a celei de-a doua etape a exploziei („arderea combustibilului de fuziune”) a fost efectuată în aprilie 2000 la Laboratorul Los Alamos. În septembrie 2002, o simulare completă combinată a ambelor etape ale unei explozii termonucleare a fost efectuată la Laboratorul Livermore [8] .
Programul și-a atins obiectivele în 2005 odată cu punerea în funcțiune a supercomputerului ASC Purple . După aceea, programul a primit un nou nume actual „Advanced Simulation and Computing Program” (ASC).
Au fost instalate computere în trei laboratoare naționale care s-au ocupat de problemele armelor nucleare: Laboratorul Național Livermore , Laboratorul Național Los Alamos , Laboratoarele Naționale Sandia [9] . Unele dintre supercalculatoarele create în cadrul acestui program au fost incluse în lista TOP500 : ASCI Red , ASCI White , Blue Gene/L , Sequoia .
| An | Nume | Locul de instalare | Caracteristicile sistemului |
|---|---|---|---|
| 1997 | ASCI Roșu | Laboratoarele Naționale Sandia | Sistem de computer masiv paralel bazat pe procesoare Intel Pentium Pro. Primul supercomputer care a atins peste 1 trilion de flops (1 Tflops ) de performanță. După actualizarea din 1999, a fost atinsă o performanță de 3,2 Tflops . Dezafectat 29 iunie 2006 [10] . |
| 1998 | ASCI Blue Mountain | Laboratorul Național Los Alamos | un sistem de la Silicon Graphics / Cray Research bazat pe un cluster de servere multiprocesor SGI Origin 2000 cu procesoare MIPS R10000 . Performanță atinsă de 3,1 TFlops . Dezafectat la 8 noiembrie 2004. |
| 1999 | ASCI Blue Pacific | Laboratorul Național Livermore | cluster de computere pe serverele multiprocesor IBM RS/6000 SP . A fost atinsă o performanță de 3,8 Tflops . |
| 2000 | ASCI Alb | Laboratorul Național Livermore | cluster de computere pe serverele multiprocesor IBM RS/6000 SP . A fost atinsă o performanță de 12 Tflops . Dezafectat la 27 iulie 2006. |
| 2001 | CPlant | Laboratoarele Naționale Sandia | dezvoltare internă, cluster Linux bazat pe procesoare DEC Alpha EV6. A fost atinsă o performanță de 1,3 Tflops . |
| 2002 | ASCI Q | Laboratorul Național Los Alamos | cluster de calculatoare AlphaServer SC45 pe serverele DEC/Compaq/HP AlphaServer ES45 [11] . A fost atinsă o performanță de 20 Tflops . |
| 2003 | Cluster ASCI Linux | Laboratorul Național Livermore | |
| 2003 | Fulger | Laboratorul Național Los Alamos | |
| 2005 | A.S.C. Furtuna Roșie | Laboratoarele Naționale Sandia | mașină masiv paralelă de la Cray Inc. bazat pe procesoarele AMD Opteron și arhitectura Cray XT3 . Înlocuitor pentru ASCI Red învechit care a funcționat în laborator de aproape 10 ani . Dezafectat în mai 2012 [12] . |
| 2005 | A.S.C Violet | Laboratorul Național Livermore | sistem masiv paralel bazat pe procesoare IBM POWER5 . S-au atins 100 de teraflopi de performanță ASCI. Dezafectat la 9 noiembrie 2010 |
| 2005 | Gena albastră/L | Laboratorul Național Livermore | sistem masiv paralel bazat pe arhitectura IBM Blue Gene/L cu procesoare PowerPC 440 . A atins 360 de teraflopi de performanță, depășind cu mult obiectivele programului ASCI |
| 2012 | sequoia | Laboratorul Național Livermore | sistem masiv paralel bazat pe arhitectura IBM Blue Gene/Q cu procesoare PowerPC A2 |