В 2015 году президент США Барак Обама распорядился учредить Национальную стратегическую вычислительную инициативу, чтобы впредь страна оставалась в авангарде высокопроизводительных вычислений. Одной из главных задач данной инициативы стало создание эксафлопсного суперкомпьютера, возможность построения которого эксперты прогнозировали ещё в 2000-х годах. Спустя 7 лет специалисты Ок-Риджской национальной лаборатории наконец представили первый в мире суперкомпьютер с производительностью более одного эксафлопса – Frontier.

До сих пор самые мощные суперкомпьютеры работали в пределах петамасштаба. Другими словами, их производительность оценивается квадриллионами операций в секунду. Эксамасштаб выводит индустрию на новый уровень, позволяя достичь квинтиллиона – миллиарда миллиардов (10¹⁸) операций над числами с плавающей точкой в секунду. Построенный в Ок-Риджской национальной лаборатории Frontier стал первым в мире суперкомпьютером, скорость вычислений которого составила 1,102 эксафлопса (1,102 квинтиллиона операций в секунду). Данный результат подтвердил тест производительности High Performance Linpack, наиболее актуальную версию которого два раза в год используют для составления рейтинга 500 самых мощных вычислительных систем мира Top500.

К слову, сотрудники Ок-Риджской национальной лаборатории уверены, что данный показатель – вовсе не предел для Frontier. Эксперты оценивают его теоретическую пиковую производительность в 2 квинтиллиона операций в секунду, то есть в 2 эксафлопса. Впрочем, даже с вдвое меньшим результатом Frontier прочно обосновался на вершине рейтинга Top500. Кроме того, он завоевал звание первой в мире действительно эксафлопсной машины. Дело в том, что технически эксафлопсный рубеж был пройден ещё в 2020 году системой распределённых вычислений Folding@Home. Она состояла из 700+ тысяч индивидуальных домашних ПК, которые объединили свою вычислительную мощь в одно целое для решения сложнейшей медицинской проблемы – исследования S-белков на поверхности вируса SARS-CoV-2. В какой-то момент пиковая производительность данной системы достигла 2,4 эксафлопса.

 Специалисты много лет работали над повышением вычислительной скорости суперкомпьютеров и выходом на эксамасштаб, поскольку вся эта мощь необходима для реализации крупных проектов, полагающихся на анализ огромных объёмов данных. Примерами таких задач являются: моделирование климатических систем Земли и других космических объектов, сложнейшие физические симуляции, разработка новых материалов, лекарственных средств и т. д. Прогресс этой отрасли столь же стремителен, как и сами суперкомпьютеры. В последние годы лидером индустрии был японский суперкомпьютер Fugaku, который ворвался на мировую арену вычислительных мощностей в 2020 году с 415,5 петафлопса. Тогда он втрое обошёл прежнего фаворита рейтинга Top500 – IBM Summit, также разработанного сотрудниками Ок-Риджской национальной лаборатории. В рейтинге Top500 2022 года IBM Summit с новым рекордом в 148,8 петафлопса опустился на 4 позицию. За лидером Frontier следует японский Fugaku (442 петафлопса) и новичок LUMI из Финляндии (151,9 петафлопса).

Frontier представляет собой комплекс из 9408 7-нм 64-ядерных CPU AMD Epyc (Milan/3-е поколение) и 37632 GPU Radeon Instinct MI250X (14080 потоковых процессоров и 220 вычислительных блоков на базе 6-нм FinFET техпроцесса), объединённых коммутатором HPE Slingshot-11 Interconnect общей протяжённостью около 145 км. Суперкомпьютер обслуживает система хранения данных Cray ClusterStor E1000 ёмкостью 700 петабайт и совершенная система жидкостного охлаждения. Стоимость суперкомпьютера оценивают в 600 миллионов долларов. Этот эксафлопсный гигант также является лидером рейтинга Green500, который выстраивается по энергетической эффективности суперкомпьютеров. В частности, электрическая эффективность вычислений Frontier составляет 62,68 гигафлопса/Вт. При этом общее потребление суперкомпьютера достигает 21 МВт.