Il progetto europeo ExaNoDe ha costruito un rivoluzionario prototipo di unità di calcolo che apre la strada ai supercomputer exascale di domani, quelli in grado di eseguire miliardi di miliardi di calcoli al secondo, o dieci volte più veloce dei computer più potenti di oggi.

Il prototipo ExaNoDe consente di combinare e interconnettere diversi tipi di processori sullo stesso chip, dalle unità di elaborazione centrale (CPU) a bassa potenza ai processori complementari riprogrammabili che possono essere riconfigurati al volo. Consentendo interconnessioni su chip, il prototipo aiuta a superare uno dei principali ostacoli verso computer più potenti:il costo energetico e prestazionale del trasferimento dei dati tra i processori principali e i processori complementari. Tutto questo in un rivoluzionario pacchetto tridimensionale.

"Il consumo energetico e l'accessibilità sono i principali ostacoli nel modo in cui un'unità di calcolo in grado di fornire prestazioni exascale, "dice Denis Dutoit, ingegnere ricercatore presso CEA-Leti e coordinatore di ExaNoDe. "La combinazione di integrazione 3-D e unità eterogenee sul chip risolve questi ostacoli. Se si utilizzassero tecnologie standard, come utilizzato nei PC di fascia alta utilizzati dai giocatori, quindi raggiungere l'esascala richiederebbe un computer con requisiti di alimentazione equivalenti a una città con un milione di abitanti."

Prendendo come base un interposer innovativo sviluppato da CEA, ExaNoDe consente la combinazione di più chiplet system-on-chips (SoC), formando un circuito integrato tridimensionale (3DIC). Questo offre molteplici vantaggi, come:

• rese di fabbricazione del chip più elevate, quindi costi inferiori, grazie alla dimensione del chip più piccola
• ridotti costi di personalizzazione, poiché il design modulare consente la combinazione della tecnologia più all'avanguardia con costi inferiori, tecnologia più consolidata come richiesto
• la flessibilità di inserire elementi di calcolo, come CPU e acceleratori, su un singolo chip per diverse applicazioni, con conseguente maggiori prestazioni per una gamma più ampia di applicazioni a costi di progettazione inferiori
• distanze di comunicazione inter-chip ridotte, con conseguente miglioramento dell'efficienza energetica

"Il prototipo ExaNoDe integra molteplici tecnologie di base:un interposer attivo 3-D con chiplet, Arm core con accelerazione FPGA, uno spazio di indirizzi globale, ambiente di programmazione ad alte prestazioni e produttivo, che consentirà alla tecnologia europea di soddisfare i requisiti del calcolo a esascala, "aggiunge Denis.

ExaNoDe si basa su precedenti ricerche finanziate dall'UE utilizzando il sistema di memoria UNIMEM, che è stato creato nel progetto EUROSERVER e viene portato su scala nel progetto EuroEXA. Ciò consente la creazione di memoria condivisa tra più nodi di calcolo e quindi aiuta a ridurre la distanza che i dati devono percorrere.

Per consentire ai programmatori di sfruttare appieno queste diverse risorse hardware, sono stati fatti progressi nei modelli di programmazione OmpSs-2@Cluster e OpenStream per il calcolo parallelo. Applicazioni reali, in campi come la scienza dei materiali e l'apprendimento automatico, sono stati sviluppati e testati sull'architettura ExaNoDe utilizzando questi modelli di programmazione e interfacce di programmazione delle applicazioni di comunicazione (API).