A kisebb áramfelvétel melletti hatékony számítástechnikai működésnek köszönhetően a Fugaku prototípusa 2019-ben első helyen végzett a világ Green500 energiahatékonysági rangsorában. A Fugaku indulását eredetileg 2021-re időzítették, de végül korábban üzembe állították a rendszert, mivel funkcionalitása hasznosnak bizonyult a Covid19-világjárvány elleni harcban.
Ez a cikk a Fugaku gyártásával foglalkozik, és bepillantást nyújt a Fugaku gyártóüzemének működésébe.
A Fugaku páratlan számítási teljesítménye
A Fugaku következő generációs szuperszámítógép,* a K-komputer utódja, amely 2019 augusztusában fejezte be működését. A Fugaku úgy van finomhangolva, hogy a K-komputer alkalmazásvégrehajtási teljesítményének százszorosára legyen képes. 2020 júniusában a Fugaku első helyen végzett a világ szuperszámítógépeinek TOP500-as listáján - közel háromszor akkora teljesítménnyel, mint a második helyezett rendszer.
A Fugaku gyártása 2019 áprilisában indult Japán Ishikawa prefektúrájában, a Fujitsu IT Products (FJIT) üzemben. 2019 decemberében kezdődött el a több mint 400 számítógépes rack szállítása az FJIT-től a kobéi RIKEN-hez. A gyártás és az összes egység szállítása 2020 május közepén fejeződött be.
A Fugaku gyártásának alapfolyamatai ugyanazok, mint a normál számítógépekének. A Fugakuban telepített komponensek (pl. processzorok) számánál azonban jelentős a különbség. Míg egy normál számítógépben csak egy processzor működik, a K-komputerben 80 ezer volt, a Fugakuban pedig ennek majdnem duplája, 150 ezer a CPU-k száma.
Több mint 150 ezer összekapcsolt számítógép
A Fugakunak alaplaponként két processzora van, és minden egyes számítógépes racken 192 alaplap foglal helyet. Ez azt jelenti, hogy 384 CPU található egyetlen racken. Tekintve, hogy a rackek száma megközelíti a 400-at, Fugaku több mint 150 ezer processzort használ, ami 150 ezer összekapcsolat számítógépnek felel meg.
A számtani feldolgozást végző processzormagok száma is 48-ra nőtt a Fugakunban, szemben a K-komputerrel jellemző nyolccal. Ahhoz, hogy ilyen nagy számú CPU-t tudjanak együtt működtetni, a processzoroknak megfelelő képességekkel kell rendelkezniük, és kellő hálózati csatlakozási kapacitásnak is rendelkezésre kell állnia a CPU-k összekapcsolásához. A rackek egymáshoz csatlakoztatásához nagy kábelmennyiségre van szükség. A Fugakuban működő alkatrészek teljes száma 1,9-szerese a K-komputerének.
Ez több munkát jelentett az összeszerelés során. Így az FJIT-nek nagyobb számú alkatrészt kellett készleteznie, és több helyet kellett biztosítania a Fugaku összeállításhoz.
Ugyanakkor, míg a K-komputer elkészítése 10 hónapig tartott, a Fugaku esetében ehhez csak hét hónapra volt szükség.
Csúcssebességű gyártás
A Fugaku a Fujitsu számítógéprendszerek gyártására szakosodott központi üzemében, az FJIT-nél készült. Az FJIT mainframe számítógépeket, UNIX szervereket, szuperszámítógépeket, egyéb közepes méretű vagy nagyobb szervereket és tárolórendszereket gyárt. A Fujitsu Production System (FJPS) bevezetésével az FJIT lett a Fujitsu egyik legnagyobb gyártóbázisa.
Az FJPS a Fujitsu Csoport saját fejlesztésű gyártási rendszere, amely a Toyota Production Systemre (TPS) épül, és a folyamatos fejlődés japán koncepciójával, a kaizen szemlélettel ötvözi az infokommunikációs technológia (IKT) képességeit. A rendszerrel a Fujitsu vizuálisan megjeleníti a gyártási folyamatok üzemállapotát, és automatizálja őket, javítva ezzel a termékminőséget és a produktivitást.
Annak érdekében, hogy a Fugakut sikerüljön terv szerint hét hónap alatt megépíteni, az FJIT végrehajtott egy olyan módosítást az FJPS rendszeren, amely lehetővé tette, hogy először egy prototípus készüljön el, és ezt követően gyártósor épüljön ki a tömeggyártás támogatására. Ez a folyamat mintegy két évig tartott. Ennek köszönhetően a Fugakut sikerült kezdettől fogva gyorsan gyártani anélkül, hogy ez hátrányosan érintette volna más Fujitsu termékek előállítását.
A Fugaku zsenialitása
A hagyományos számítógépekkel és szerverekkel összehasonlítva a Fugaku soha nem látott léptékű és gyorsaságú munkavégzést követelt az FJIT-től. De nem ez volt az egyetlen probléma, amit a szervezetnek meg kellett oldania a szuperszámítógép gyártásakor.
Mivel a Fugaku sokkal több alkatrészt és helyet igényelt a gyártáshoz, mint a normál rendszerek, az FJIT többféle módon is továbbfejlesztette a Fugaku gyártósorait, például a készleten lévő alkatrészek szállításának optimalizálása érdekében. Abban a gyártási környezetben, ahol sok alkatrészt mozgatnak egyik helyről a másikra, folyamatosan módosul a legjobb szállítási útvonal olyan tényezőktől függően, mint a gépkezelők mozgása és a gyártási helyzet hirtelen változásai.
Ilyenkor fontos, hogy azonnal ki tudják számítani az egyes alkatrészek szállításának legjobb útvonalát. Az FJIT a Fujitsu kvantumszámítástechnika által inspirált számítási technológiáját, a Digital Annealert használta erre a feladatra.
A Digital Annealer technológia a napjaink hagyományos számítógépei számára leküzdhetetlen nehézséget jelentő kombinatorikai optimalizációs problémák gyors megoldására készült. Az FJIT korábban a dolgozók tapasztalataira bízta az alkatrészek hatékony összegyűjtését. Ám a gyakorlatlanabb munkatársak nem mindig tudták, melyik alkatrészt melyik polcra kell tenni, ami meghosszabbította a folyamatot.
A Digital Annealer segítségével az FJIT térképként egy táblagépet használva meg tudta jeleníteni a szükséges alkatrészek összegyűjtésének legjobb útvonalát. A gépkezelők ennek alapján szállították az alkatrészeket, ami csökkentette a feladat elvégzéséhez szükséges időt.
Hetven rack gyártása havonta
Az FJIT az összeszerelő gépsorok jelentős részét automatizálta, néhány manuális műveleteket végző sor kivételével. Manuális folyamat volt például a processzorok és az elektronikai komponensek forrasztása, valamint a polcok és a rackek összeszerelése. Ezzel szemben automatizáltan történt egyebek mellett a logikai alaplap hátsó panelhez csavarozása.
Egyes műveleteket pontosabban lehetett végrehajtani az adatokat vizuális érzékelők segítségével, valós időben gyűjtő karos robotokkal.
Példa a robot segítségévelt végzett összeszerelésre (fénykép: Fujitsu IT Products)
Az FJIT emellett az alkatrészek minőségellenőrzését is szigorította az egyes folyamatoknál. A megszokott vizuális ellenőrzés mellett képfelismerő technológiára épülő megjelenésvizsgálati eszközöket is használt.
A forrasztott nyomtatott áramköri lapkáknál (NYÁK) például vizuális vizsgálati eszközzel ellenőrizték azokat a területeket, amelyek megjelenésük alapján gyengébb minőségűnek tűntek. A megjelenésvizsgálati eszközt IKT-megoldással a vizuális vizsgálati eszközhöz csatlakoztatva tesztelték a sorozatszámmal ellátott lapkákat.
A minőség magas szinten tartása mellett az FJIT az újramegmunkálás szükségességét is igyekezett visszaszorítani. Ennek eredményeként jelentősen javult a napi gyártási volumen a K-komputerhez képest: a Fugakuhoz 70 számítógépes rack készült el havonta. Ez tette lehetővé, hogy a Fugaku gyártásakor tartsák az eredeti ütemezést.
A Fugaku tesztüzeme
A számítógépes rackeket nem lehetett a gyártás után azonnal szállítani. A közel 400 számítógépes rackből álló Fugakunál rengeteg időt és munkát igényelt volna, ha a helyi összeszerelés után fedeztek volna fel elhárítandó hibákat. Ezért kiemelten fontos volt a számítógépes rackek szállítás előtti tesztelése. Ennek során az FJIT minden egyes processzort megvizsgált, majd 70 órát töltött az alkatrészek működésének tesztelésével. A napi minőségellenőrzési folyamatok által termelt nagy adatmennyiségre tekintettel, az FJIT automatizált mechanizmusokat vezetett be a hibaelemzés, a javítási munka és más folyamatok támogatására.
A számítógépes rackek működési vizsgálatára ugyanolyan környezetben került sor, mint a RIKEN számítógépterme, ahol a Fugaku végül üzembe állt.
A Fujitsu Csoport fejlett IKT-infrastruktúrákkal kapcsolatos tapasztalatait és szakértelmét hasznosítva, az FJIT ilyen ötletes megoldásokkal érte el, hogy a Fugaku rövid időn belül elkészüljön.
Bár az FJIT mindent előkészített a Fugaku gyártására, nem várt körülmények merültek fel. A Covid19 terjedésével fennállt a gyártási folyamatok felfüggesztésének kockázata.
Cikkünk II. részében beszámolunk róla, hogy oldotta meg az FJIT a nehézségeket, és miként szállította le végül időben a Fugakut a RIKEN-nek.