Лекции 3 - 4. СЭВМ.

Назван новый список мощнейших суперкомпьютеров-список TОР-500 публикуется организацией ISC два раза в год(июнь, ноябрь).

Из 100: США в этом перечне представляют 46 систем, а Великобританию и Китай по пять, Россия -три СЭВМ.

По результатам выполнения теста LINPACK, первое место – СЭВМ Tianhe-1A (Китай) - показала производительность в операциях с плавающей запятой – 2,57 петафлопс (в пиковые моменты до 4,701 петафлопс).В основу Tianhe-1A легла современная парадигма гетерогенных вычислений – суперкомпьютер включает 7168 параллельно работающих графических процессоров NVIDIA Tesla M2050 и 14366 центральных процессоров. Если бы Tianhe-1A использовал только CPU без GPU, то ему понадобилось для достижения такой же производительности более 50 тыс. процессоров, при этом площадь занимаемого компьютером пространства увеличилась бы вдвое.Более того, без GPU 2,5-петафлопсный компьютер характеризовался бы огромной потребляемой мощностью – не менее 12 МВт. Благодаря использованию гетерогенной архитектуры, разработчикам удалось снизить энергопотребление втрое – до 4,04 МВт. Сэкономленной энергии достаточно для обеспечения электропитанием более пяти тысяч домов.Tianhe-1A разработан Национальным университетом оборонных технологий Китая (NUDT, National University of Defense Technology). Система расположена на базе Национального центра супервычислений в Тянзине и будет использоваться в качестве открытого ресурса для масштабных научных вычислений.( Суперкомпьютер построен с использованием как многоядерных компьютерных процессоров, так и графических процессоров (видеокарт) Nvidia. Подобное сочетание позволяет добиться большей производительности системы при использовании меньшего количества компонентов.
Так, при сборке Тянхэ-1А было использовано 7168 видеокарт Nvidia Tesla M2050, каждая из которых оснащается 448 ядрами CUDA. Также в системе-рекордсмене находятся 14336 шестиядерных компьютерных процессоров Intel Xeon. Представители Nvidia отмечают, что его вычислительная мощность сопоставима
с работой 175 тысяч ноутбуков.)

Второе место-Cray XT5 Jaguar, установленный в Окриджской национальной лаборатории (Oak Ridge National Laboratory) Министерства энергетики США, с производительностью 1,759 петафлопс (пиковая производительность – 2,331 петафлопс). 45000 МП- это 4-х ядерные АМD Opteron. ОЗУ-362 ТБ(Т=10¹² ). НЖМД-10ПБ(П=10¹⁵ ).Хар-ки:1)Прямое подключение ОЗУ к МП – Hyper Transport 2.0. 2)Узел-25.6 ГБс –ДДR2-800 с ЕСС кодом-пропускная способность памяти от 8 до 32 ГБс. 3)МП в узле 4 –это 6-и ядерные (Istambul). Сумма ядер 8-12. От 70 до 124 Гфлопс. 4)Узлы объединены в лезвия (по 4 узла). Это до 500 ГФлопс. 5)Стойка-решетка узлов 1х4х24 (24 лезвия по 4 узла) – до 12 Тфлопс. 1.54ТБ ОЗУ(16ГБузел). Площадь-0.6х1.4 м.Высота 2м. 700кг. 43 квт 6)ХТ5-решетка 25х32х24. 2 Пфлопс. ОЗУ -300ТБ

Замыкает тройку лидеров, еще один представитель Китая – суперкомпьютер Nebulae, - 1,271 квадриллиона операций с плавающей запятой в секунду (петафлопс), в моменты пиковой нагрузки до 2,984 петафлопс.

Как отметил президент и генеральный директор NVIDIA Джен-Сан Юань, два из трёх самых быстрых суперкомпьютеров в мире используют GPU.GPGPU – General-Purpose computing on GPU (вычисления общего назначения на графических процессорах).Это так называемые гетерогенные вычисления. Гетерогенный — разнородный.

Интересно, что самыми быстрыми суперкомпьютерами, согласно предпоследней редакции списка TOP500 (июнь 2010г), являлись Jaguar с максимальной производительностью 1,759 петафлопс. За ним следуют Nebulae (1,271 петафлопс) и Roadrunner (1,042 петафлопс. 6500 2-х ядерных МП AMD Opteron + 13000 МП IBM Cell 8i. OS – LINUX.1100 м². 226 тонн. 3.9 МВТ. $ 113 млн.).

В современном понимании суперкомпьютер - это мощнейшая электронная вычислительная машина с производительностью свыше одного триллиона операций с плавающей точкой в секунду или терафлопса. Флопс (от англ. Floating point Operations Per Second) - это величина для измерения производительности компьютеров, показывающая, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет та или иная вычислительная система. Как правило, современный суперкомпьютер представляет собой многопроцессорный или многомашинный комплекс (а в ряде случаев и совмещенный вариант), работающий на общую память и общее поле внешних устройств.
Традиционно основной областью применения суперкомпьютеров являются научные изыскания. Физика плазмы и статистическая механика, физика конденсированных сред, молекулярная и атомная физика, теория элементарных частиц, газовая динамика и теория турбулентности, астрофизика - это лишь часть направлений, где задействованы огромные компьютерные мощности.
Сегодня сверхмощные компьютерные вычислительные системы применяются и для решения технических проблем. Это, в первую очередь, задачи аэрокосмической и автомобильной промышленности, ядерной энергетики, предсказания и разработки месторождений полезных ископаемых, нефтедобывающей и газовой промышленности, а также конструирование непосредственносуперЭВМ.
Суперкомпьютеры также традиционно применяются для военных целей. Помимо разработки разнообразного оружия, они моделируют его использование. Например, в США вычислительные мощности суперЭВМ Министерства энергетики потребуются для моделирования применения ядерного оружия, что позволит в будущем полностью отказаться от реальных ядерных испытаний.
В настоящее время большинство суперкомпьютеров из рейтинга TOP-500 занимаются научными разработками. В этой сфере задействовано 72 мощнейших информационно-вычислительных машин. Финансовую отрасль обслуживают 46 суперкомпьютеров, 43 машины работают на благо геофизики, 33 трудятся в сфере информационного сервиса, 31 управляют логистикой, 29 занимаются разработкой полупроводников, 20 производят программное обеспечение, 18 используются в службах обработки информации, а 12 систем управляют интернетом.
Работа с огромными массивами вычислений отличает суперкомпьютеры от серверов и мэйнфреймов (англ. mainframe) - компьютерных систем с высокой общей производительностью, призванных решать типовые задачи, например, обслуживание больших баз данных или одновременная работа с множеством пользователей.
Рост производительности вычислительных систем происходит, прежде всего, за счет повышения быстродействия физико-технологической базы (электронных компонентов, устройств памяти, средств коммуникаций, ввода-вывода и отображения информации) и развития параллельности в процессе обработки информации на всех системно-структурных уровнях, что связано с увеличением количества задействованных компонентов (обрабатывающих элементов, объемов памяти, внешних устройств).
Самой популярной архитектурой суперкомпьютеров (72% в списке TOP-500) сегодня являются так называемые кластеры. Для построения кластерной архитектуры суперЭВМ используются вычислительные узлы, которые представляют собой порой самые обычные компьютеры. В таком узле обычно несколько процессоров - от 2 до 8. Для этого используются вполне обыкновенные комплектующие, широко доступные на рынке - материнские (SMP-мультипроцессорные) платы, процессоры Intel, AMD или IBM, а также обычные модули оперативной памяти и винчестеры.
За свою сравнительно небольшую историю суперкомпьютеры эволюционировали от маломощных по современным меркам систем до машин с фантастическойпроизводительностью.
Упоминание термина "суперкомпьютер" по отношению к мощной электронной вычислительной системе приписывается Джорджу Мишелю (George A. Michael) и Сиднею Фернбачу (Sidney Fernbach) - сотрудникам Ливерморской национальной лаборатории (США, Калифорния) и компании Control Data Corporation. Они в конце 60-х годов занимались созданием мощных ЭВМ для нужд министерства обороны и энергетической отрасли США. Именно в Ливерморской лаборатории было разработано большинство суперкомпьютеров, включая самый быстрый c 2004 по 2008 год суперкомпьютер в мире - Blue Gene/L.

Термин "суперкомпьютер" вошел благодаря американскому разработчику вычислительной техники Сеймуру Крею (Seymour Cray), еще в 1957 году создавшему компанию Control Data Corporation, которая занялась проектированием и постройкой электронных вычислительных комплексов, ставших родоначальниками современных суперкомпьютеров. В 1958 году под его руководством был разработан первый в мире мощный компьютер на транзисторах CDC 1604. В 1976 году Cray Research выпустила вычислительную систему CRAY-1 с быстродействием около 100 мегафлопс. А через девять лет, в1985 году, суперкомпьютер CRAY-2 преодолевает скорость вычисления в 2 гигафлопса.
В 1989 году Сеймур Крей открывает Cray Computer Corporation с явным ориентированием на рыночные перспективы суперЭВМ. Здесь он создает суперкомпьютер CRAY-3, быстродействие которого доходило уже до пяти гигафлопс (стоимость часа работы суперкомпьютера составляла 1 тыс. долларов в час).

Сегодня суперкомпьютеры являются уникальными системами, создаваемыми "традиционными" игроками компьютерного рынка, такими как IBM, Hewlett-Packard, Intel, NEC и другими. Именно эти компьютерные гиганты теперь диктуют правила игры в сфере высокопроизводительных электронных вычислительных систем.
Специально для учета суперкомпьютеров был учрежден проект TOP-500, основной задачей которого является составление рейтинга и описаний самых мощных ЭВМ мира. Данный проект был открыт в 1993 году и публикует дважды в год (в июне и ноябре) обновленный список суперкомпьютеров.
Самым быстрым в Европе является модель суперкомпьютерной линейки IBM Blue Gene/P, которая установлена в исследовательском центре города Юлих в Германии. Вычислительный комплекс JUGENE, который был запущен летом этого года, насчитывает 72 стойки, в которых размещается 294912 процессора PowerPC 450 core 850 МГц, а его мощность составляет 825,5 терафлопс. Объем памяти немецкого суперЭВМ составляет 144 ТБ. Кроме того, данный суперкомпьютер является одним из самых экономичных устройств среди аналогичных решений - его энергопотребление составляет порядка 2,2 МВт.
Россия занимает 11-14 место по числу установленных систем наряду с Австрией, Новой Зеландией и Испанией. Лидируют по этому показателю США, где находятся порядка 300 суперкомпьютеров из рейтинга. Однако по мощности самый производительный российский суперкомпьютер МВС-100K, который выполняет задачи в Межведомственном суперкомпьютерном центре Академии наук РФ, находится лишь на 54 месте. Несмотря на этот факт, МВС-100K с пиковой производительностью 95,04 терафлопс в настоящий момент является самым мощным суперкомпьютером, установленным в странах СНГ. В его состав входят 990 вычислительных модулей, каждый из которых оснащен двумя четырехъядерными процессорами Intel Xeon, работающими на частоте 3 ГГц.

По данным IDC, мировой рынок суперкомпьютеров ежегодно растет на 9,2%. Выручка производителей суперкомпьютеров во втором квартале 2008 года составила 2,5 млрд. долларов, что на 4% больше аналогичного периода прошлого года и на 10% больше, чем в первом квартале 2008 года.
Как отмечают аналитики IDC, первое место по объему выручки заняла компания HP с долей рынка в 37%, за ней следует IBM (27%) и замыкает "тройку" лидеров Dell (16%). По прогнозу аналитиков IDC, рынок суперкомпьютеров к 2012 году достигнет отметки в 15,6 млрд. долларов.
Из представленных в TOP-500 систем 209 (41,8%) изготовлены специалистами HP. Компания IBM находится на втором месте со 186 вычислительными машинами, а компания Cray занимает третье место - в ее активе 22 суперЭВМ.
Россия- ежегодный рост на рынке суперкомпьютеров составляет порядка 40%.

ПРИЛОЖЕНИЯ.ГЕТЕРОГЕННЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ.Гетерогенный — разнородный.

Стоит одна большая проблема — обработка информации и данных в установленные сроки. Бывает, что даже самых современных серверных залов с самыми современными процессорами будет недостаточно и очень экономически невыгодно использовать для решений поставленных задач.

· Здесь вступает в игру не так давно получившее массовое признание, направление GPGPU — параллельные вычисления на графических процессорах.