Advanced Simulation and Computing Program eller ASC (fram till 2005 - Accelerated Strategic Computing Initiative , eller ASCI ) är ett amerikanskt regeringsinitiativ för att skapa superdatorer som skulle göra det möjligt för USA att övervaka tillståndet i dess kärnvapenarsenal efter tillkännagivandet i oktober 1992 av en moratorium för kärnvapenprov , en förlängning av moratoriet i juli 1993 och frivillig efterlevnad sedan 1996 av villkoren i det omfattande kärnvapenförbudsavtalet (fördraget undertecknades av USA:s president men har ännu inte ratificerats av Senat).
Tre amerikanska nationella laboratorier involverade i utvecklingen och inspektionen av landets kärnvapenarsenal deltog i programmet : Livermore National Laboratory , Los Alamos National Laboratory och Sandia National Laboratory (icke-nukleära komponenter i kärnvapen).
Programmet kommer från Strategic Computing Initiative, som initierades 1983 som en del av Strategic Defense Initiative , vars mål var att skapa datorsystem med artificiell intelligens senast 1993. Detta program misslyckades, dess finansiering skars ned, programmet fick ett nytt namn, och programmets mål blev mindre ambitiöst - skapandet av superdatorer för att betjäna USA:s kärnvapenarsenal .
Programmet kallades ursprungligen " Accelerated Strategic Computing Initiative " (ASCI), bokstavligen "Accelerated Strategic Computing Initiative". Det " accelerades " eftersom det på 10 år krävdes att skapa hårdvara och mjukvara som kunde simulera kärn- och termonukleära explosioner fullt ut, med hjälp av erfarenheten från befintliga ingenjörer och forskare som kunde jämföra gamla data från verkliga tester ("legacy data"). med data som utfärdats av datormodeller och bekräftar simuleringarnas riktighet. Dessförinnan var programmen som användes i laboratorier ganska enkla. Resultaten som dessa program producerade var lätta att verifiera med hjälp av kärnvapenprov. Det är därför som programmen simulerade fysiken i explosionsprocesser i en- eller tvådimensionell rymd. Förenklingar orsakades också av den begränsade kraften hos superdatorer på 80-talet och början av 90-talet. För att helt simulera explosionen krävdes en tredimensionell modell. Enligt experter vid Livermore National Laboratory var det nödvändigt att bygga superdatorer med en beräkningskraft på över 100 Tflops (det vill säga 100 biljoner flyttalsoperationer per sekund för att uppnå den erforderliga noggrannheten i resultaten ). Detta innebar ett hopp i prestanda med 7 000 gånger, eftersom den kraftfullaste datorn som fanns tillgänglig för Livermore Lab vid den tiden hade en prestanda på 13,7 Gflops (13,7 miljarder flyttalsoperationer per sekund). För att uppfylla målen för ASCI-programmet på 10 år, krävdes det att gå om Moores lag flera tusen gånger för att skapa höghastighetsdatorteknologier som ännu inte existerade [1] .
Det var planerat att uppnå milstolpen på 100 Tflops i flera steg:
I varje steg var det meningen att kraften hos den nya superdatorn skulle öka med cirka 2,5 gånger jämfört med den tidigare.
I januari 1995, vid ett möte med cheferna för datoravdelningarna för de tre laboratorierna, beslutades att alla datorer i ASCI-programmet skulle använda en massivt parallellt distribuerad minnesarkitektur med ett minimum av specialiserade komponenter. Valet av en massivt parallell arkitektur baserad på allmänt tillgängliga kommersiella processorer var mycket ovanligt och riskabelt för den tiden. Trots det faktum att laboratorierna har experimenterat med denna arkitektur under en lång tid - mer än 10 år, ansågs den mest lovande riktningen vara multiprocessorarkitekturer baserade på specialiserade vektorprocessorer med delat minne, den riktning i vilken de ledande tillverkarna av superdatorer flyttade: NEC , Fujitsu , Hitachi , Cray .
Vid samma möte beslutades att den första 1 Tflops-datorn skulle installeras på Sandia Laboratories i Albuquerque, och delas av alla Laboratories tills kopiorna anlände. Valet av Sandia Laboratories var också ovanligt, eftersom Sandia Laboratories handlade om icke-nukleära komponenter i kärnvapen och därför led mindre av införandet av ett totalförbud mot kärnvapenprov [2] .
I januari 1995 såg det ut som science fiction att bygga en 1 Tflops-dator (på Linpack-testet). Ännu mer fantastiskt var kravet att bygga en sådan dator på mindre än två år. De mest kraftfulla superdatorerna i MP-Linpack-klassificeringen vid den tiden var den numeriska vindtunneldatorn från Japan National Aerospace Laboratory (max 170 Gflops - topp 235,79 Gflops) och Intel Paragon-systemet installerat på Sandia Laboratories (3744 processorer i 1993: maximalt 143 Gflops - topp 184 Gflops; 6768 processorer 1994: 281 Gflops), dvs mindre än 1/5 av den erforderliga effekten. De flesta experter var överens om att "teraflop-barriären" skulle övervinnas först i slutet av 1900-talet, och ASCI-programmet krävde att detta skulle göras fyra år före detta datum - i slutet av 1996 [2] .
Innan dess gjorde varje laboratorium inköp av datorer själv. Nu måste datorer under ASCI-programmet köpas in utifrån kraven från alla tre laboratorierna. Köpet av den första datorn skulle ha gjorts 1995, men den officiella budgeten för ASCI-programmet började först 1996 och skulle inte antas förrän i november 1995. För den första ASCI Red superdatorn beslutades att använda pengar från Technology Transfer Fund, som tilldelades Laboratories för "konvertering" efter det kalla krigets slut [2] .
Laboratorierna fick i uppdrag att ta fram mandat för vilka entreprenadföretag skulle lägga fram sina förslag. Vid ett möte med cheferna för de tre laboratoriernas datoravdelningar bröt en diskussion ut om vilket av de parallella arkitekturalternativen som är bättre att använda. Sandia-laboratoriespecialisten höll fast vid varianten med ett massivt parallellt ( MPP )-system med distribuerat minne, och representanter för laboratorierna i Livermore och Los Alamos ansåg den mest acceptabla varianten av kluster av multiprocessornoder ( SMP ) med delat minne. Det andra alternativet såg ut att föredra också eftersom entreprenörer skulle vara mer villiga att gå med på det: tekniken för multiprocessormaskiner omvandlades lätt till en marknadsprodukt för massproduktion, därför skulle en potentiell entreprenör inte behöva lägga tid och ansträngning på att utveckla och bemästra tekniken för vilken det bara finns en köpare - den amerikanska regeringen. Båda alternativen beskrevs på whiteboarden: Sandia Lab-varianten i röd tuschpenna och Livermore och Los Alamos Lab-varianten i blått. Valet komplicerades av att det 1995 fortfarande var okänt vilken väg teknikerna för processorer, minne och nätverksanslutningar skulle gå, och därför såg satsningen på en arkitektonisk lösning mycket riskabel ut. Vi bestämde oss för att prova båda alternativen, trots de snäva budgetbegränsningarna. Sandia labbvariant (beskriven i röd tuschpenna) implementerades först i ASCI Red ("röd") som en superdator i det första steget , och Livermore och Los Alamos labbvariant (beskriven med blå tuschpenna) en år senare - i ASCI Blue ("blått") som en superdator andra steg , och i två exemplar: ASCI Blue Pacific (för Livermore Laboratory) och ASCI Blue Mountain (för Los Alamos Laboratory) [3] . Kontraktet att bygga ASCI Blue Pacific tilldelades IBM och kontraktet att bygga ASCI Blue Mountain tilldelades Silicon Graphics .
Efter att ha installerat ASCI Blue-system och uppgraderat ASCI Red i november 1999 tog superdatorerna i tre laboratorier de tre första raderna på TOP500-listan [4] : ASCI Red med en prestanda på 2,3 Tflops, ASCI Blue Pacific - 2,1 Tflops och ASCI Blue Mountain - 1, 6 Tflops. På bara fyra år har ASCI-programmet ökat kraften hos superdatorer med 90 gånger [5] .
Valet av en massivt parallell arkitektur för framtida maskiner innebar också att befintliga datorsimuleringsprogram måste skrivas om och optimeras för att kunna använda denna arkitektur till sin fulla potential.
För att skapa ny programvara övergav Laboratories den gamla "hjältekodsmetoden", när varje program skapades och "underhölls" av en eller ett par ingenjörer. Till exempel, programmet DYNA3D , som användes vid Livermore Laboratory för att simulera inverkan av en explosionschockvåg på omgivande föremål, drevs av en laboratorieanställd, John O. Holquist, i 12 år. Team av programmerare på 20-30 personer bildades i laboratorierna, som under flera år skapade mjukvarupaket för framtida datorer i nära samarbete med fysiker som kontrollerade kvaliteten på simuleringsresultaten [6] .
Den första fullfjädrade 3-dimensionella simuleringen av detonationen av det första steget av en termonukleär bomb ("kärnsäkringen") utfördes i december 1999 på Livermore Laboratory på ASCI Blue Pacific superdator . Simuleringen tog 492 timmar på 1000 processorer, använde 640 000 MB minne och genererade 6 terabyte data i form av 50 000 grafikfiler [7] . En 3-dimensionell simulering av det andra steget av explosionen ("fusionsbränsleförbränning") utfördes i april 2000 vid Los Alamos-laboratoriet. I september 2002 genomfördes en fullständig kombinerad simulering av båda stadierna av en termonukleär explosion vid Livermore Laboratory [8] .
Programmet uppnådde sina mål 2005 med driftsättningen av ASC Purple superdator . Därefter fick programmet ett nytt nuvarande namn "Advanced Simulation and Computing Program" (ASC).
Datorer installerades i tre nationella laboratorier som handlade om kärnvapenfrågor: Livermore National Laboratory , Los Alamos National Laboratory , Sandia National Laboratories [9] . Några av superdatorerna som skapats under detta program inkluderades i TOP500-listan : ASCI Red , ASCI White , Blue Gene/L , Sequoia .
| År | namn | Installationsplats | Systemegenskaper |
|---|---|---|---|
| 1997 | ASCI Röd | Sandia National Laboratories | Massivt parallellt datorsystem baserat på Intel Pentium Pro-processorer. Den första superdatorn någonsin att nå över 1 biljon floppar (1 Tflops ) prestanda. Efter uppdateringen 1999 uppnåddes en prestanda på 3,2 Tflops . Avvecklad 29 juni 2006 [10] . |
| 1998 | ASCI Blue Mountain | Los Alamos National Laboratory | ett system från Silicon Graphics / Cray Research baserat på ett kluster av multiprocessorservrar SGI Origin 2000 med MIPS R10000-processorer . Uppnådde prestanda på 3,1 TFlops . Avvecklad 8 november 2004. |
| 1999 | ASCI Blue Pacific | Livermore National Laboratory | datorkluster på IBM RS/6000 SP multiprocessorservrar . En prestanda på 3,8 Tflops har uppnåtts . |
| 2000 | ASCI Vit | Livermore National Laboratory | datorkluster på IBM RS/6000 SP multiprocessorservrar . En prestation på 12 Tflops har uppnåtts . Avvecklad 27 juli 2006. |
| 2001 | CPlant | Sandia National Laboratories | intern utveckling, Linux-kluster baserat på DEC Alpha EV6-processorer. En prestanda på 1,3 Tflops har uppnåtts . |
| 2002 | ASCI Q | Los Alamos National Laboratory | datorkluster AlphaServer SC45 på DEC/Compaq/HP AlphaServer ES45-servrar [11] . En prestation på 20 Tflops har uppnåtts . |
| 2003 | ASCI Linux-kluster | Livermore National Laboratory | |
| 2003 | Blixt | Los Alamos National Laboratory | |
| 2005 | A.S.C. Red Storm | Sandia National Laboratories | massivt parallell maskin från Cray Inc. baserad på AMD Opteron-processorer och Cray XT3- . Ersättare för den föråldrade ASCI Red som har arbetat i laboratoriet i nästan 10 år . Avvecklades i maj 2012 [12] . |
| 2005 | A.S.C Lila | Livermore National Laboratory | massivt parallellt system baserat på IBM POWER5- processorer . Uppnådde 100 teraflops av ASCI prestationsmål. Avvecklad 9 november 2010 |
| 2005 | Blå gen/L | Livermore National Laboratory | massivt parallellt system baserat på IBM Blue Gene/L- arkitektur med PowerPC 440-processorer . Uppnådde 360 teraflops prestanda, vilket vida överträffade ASCI-programmets mål |
| 2012 | sequoia | Livermore National Laboratory | massivt parallellt system baserat på IBM Blue Gene/Q- arkitektur med PowerPC A2-processorer |