Çin’deki bilgisayar araştırmacıları yerli üretim grafik işlemcileri kullanarak, Nvidia’nın son teknoloji donanımına dayanan güçlü ABD süper bilgisayarlarına kıyasla neredeyse on kat performans artışı elde etti.
Hakemli bir araştırma ile elde edilen sonuçlar, South China Morning Post tarafından haberleştirildi. Nanjing’deki Hohai Üniversitesi Hidroloji-Su Kaynakları ve Hidrolik Mühendisliği Devlet Anahtar Laboratuvarı’ndan Profesör Nan Tongchao, bir atılım arayışı içinde, yerli CPU’lara ve GPU’lara dayalı bir “çok düğümlü, çok GPU’lu” paralel hesaplama yaklaşımını araştırmaya başladı. Araştırmalarının sonuçları 3 Ocak’ta Chinese Journal of Hydraulic Engineering dergisinde yayınlandı.
Bu başarı, Washington’un artan teknoloji yaptırımlarının olası istenmeyen sonuçlarına işaret ederken, ileri bilimsel araştırmalar için uzun süredir hayati önem taşıyan Amerikan yapımı çiplerin hakimiyetine meydan okuyor.
Araştırmacılar, yenilikçi yazılım optimizasyon tekniklerinin, Çin tasarımı grafik işlem birimleriyle (GPU’lar) çalışan bilgisayarlardaki verimlilik kazanımlarını, belirli bilimsel hesaplamalarda ABD süper bilgisayarlarından daha iyi performans gösterecek şekilde geliştirmelerini sağladığını söyledi.
Uzmanlar yazılım değişikliklerinin tek başına donanım açıklarını sonsuza kadar kapatamayacağı konusunda uyarırken, bu gelişme Pekin’in kritik teknolojilerdeki “tıkanma noktası” risklerini azaltmaya yönelik daha geniş stratejisinin altını çiziyor.
Bilim insanları, sel veya kentsel su baskınlarına karşı savunma tasarımları gibi gerçek dünya koşullarını modellemek için genellikle simülasyonlara güvenirler. Ancak bu tür yeniden üretimler, özellikle de büyük ölçekli, yüksek çözünürlüklü simülasyonlar, önemli ölçüde zaman ve hesaplama kaynağı gerektirmekte, bu da böyle bir yaklaşımın daha geniş çapta uygulanmasını sınırlamaktadır.
Çinli bilim insanları için bu zorluk daha da fazla. Donanım açısından, A100 ve H100 gibi gelişmiş GPU’ların üretimi yabancı üreticilerin hakimiyetinde. Yazılım tarafında ise ABD merkezli Nvidia, CUDA yazılım ekosisteminin üçüncü parti donanımlar üzerinde çalışmasını kısıtlayarak bağımsız algoritmaların geliştirilmesini engelliyor.
Başarılı paralel hesaplamanın anahtarı, birden fazla düğüm arasında verimli veri aktarımı ve görev koordinasyonudur, böylece performans kaybı en aza indirilir.
2021 yılında Mario Morales-Hernandez ve ABD’deki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’ndaki araştırma ekibi, Summit süper bilgisayarını kullanarak TRITON olarak bilinen “çok düğümlü, çok GPU’lu” bir sel tahmin modelini tanıttı. Ancak 64 düğüm kullanılmasına rağmen “hızlanma” – ya da artan işlem hızı – sadece altı kat civarındaydı.
Nan, yerel CPU’ların ve GPU’ların performans sınırlamalarını telafi etmek için birden fazla GPU’yu tek bir düğümde birleştiren yeni bir mimari önerdi. Aynı zamanda, aralarındaki iletişim yükünü azaltmak için yazılım düzeyinde düğümler arasındaki veri alışverişini geliştirdi.
Makaleye göre, model yerli bir genel amaçlı x86 bilgi işlem platformu üzerinde kurulmuştur. Kullanılan CPU’lar 32 çekirdekli, 64 iş parçacıklı ve 2,5 GHz saat hızına sahip 7185 model numaralı yerli Hygon işlemcilerdi. GPU’lar da yerli olup 128 GB bellek ve 200 Gb/s ağ bant genişliği ile desteklenmiştir.
Yeni model, TRITON tarafından kullanılan sayıdan yaklaşık yüzde 89 daha az olan yalnızca yedi düğümle altı hız artışına ulaştı.
Nan’ın ekibi, modelin etkinliğini doğrulamak ve hesaplama verimliliğini değerlendirmek için simülasyon konusu olarak Çin’in doğusundaki Shandong eyaletinde bulunan Zaozhuang’daki Zhuangli Rezervuarını seçti.
Model, 200 hesaplama düğümü ve 800 GPU kullanarak taşkın gelişim sürecini sadece üç dakikada simüle etti ve 160 katın üzerinde bir hızlanma elde ederek TRITON modelinin çok ötesine geçti.
Makalede, “Bir nehir havzası ölçeğinde sellerin sadece birkaç dakika içinde simüle edilmesi, sel evriminin ve çeşitli yağış-akış senaryolarının gerçek zamanlı simülasyonlarının artık daha hızlı ve daha ayrıntılı bir şekilde yapılabileceği anlamına geliyor. Bu da taşkın kontrolü ve afet önleme çabalarını geliştirebilir, gerçek zamanlı rezervuar yönetimini iyileştirebilir ve nihayetinde can ve mal kaybını azaltabilir” denildi.
Araştırmanın kodu açık kaynaklı bir web sitesinde yayınlandı. Nan, bulguların sadece sel modellemesine değil, aynı zamanda hidrometeoroloji, sedimantasyon ve yüzey suyu-yeraltı suyu etkileşimleri gibi alanlardaki karmaşık sistemler için simülasyonlara da uygulanabileceğini sözlerine ekledi.
“Gelecekteki çalışmalar, uygulamalarını genişletecek ve mühendislik uygulamalarındaki kararlılığını daha fazla test edecek” diye ekledi.