Характеристика супер-электронной вычислительной машины

Курсовая работа

Характеристика супер-электронной вычислительной машины

Глава 1. Основные понятия

1.1 Понятие суперкомпьютера

1.2 Производительность. Программное обеспечение суперкомпьютеров

1.3 Сферы применения суперкомпьютеров

Глава 2. Принципы работы и основные характеристики

2.1 Принципы работы суперкомпьютера SuperMUC

2.2 Основные характеристики суперкомпьютера SuperMUC

2.3 Фотоэкскурсия по самому быстрому суперкомпьютеру SuperMUC

Заключение

Используемая литература

Диалектическая спираль развития компьютерных технологий совершила свой очередной виток — опять, как и десять лет назад, в соответствии с требованиями жизни, в моду входят суперкомпьютерные архитектуры. Безусловно, это уже не те монстры, которые помнят ветераны — новые технологии и требовательный рынок коммерческих применений существенно изменили облик современного суперкомпьютера, Теперь это не огромные шкафы с уникальной аппаратурой, вокруг которой колдуют шаманы от информатики, а вполне эргономичные системы с унифицированным программным обеспечением, совместимые со своими младшими собратьями. Рассмотрим основные области применения суперЭВМ и проанализируем особенности различных типов архитектур, характерных для современных суперкомпьютеров.

Что такое суперЭВМ? Оксфордский толковый словарь по вычислительной технике, изданный почти 10 лет назад, в 1986 году, сообщает, что суперкомпьютер — это очень мощная ЭВМ с производительностью свыше 10 MFLOPS (миллионов операций с плавающей запятой в секунду). Сегодня этот результат перекрывают уже не только рабочие станции, но даже, по крайней мере, по пиковой производительности, и ПК. В начале 90-х годов границу проводили уже около отметки в 300 MFLOPS. архитектура параметр применение суперкомпьютер

Однако такой подход к определению суперЭВМ не совсем корректен. Очевидно, что, современный двухпроцессорный компьютер Cray C90 любой здравомыслящий человек назовет суперЭВМ. А тем не менее, его пиковая производительность меньше 2 GFLOPS. С этим вопросом тесно связаны и ограничения (ранее — КОКОМ, теперь — Госдепартамента США) на поставку высокопроизводительных средств вычислительной техники другим странам. Компьютеры с производительностью свыше 10 000 млн. теоретических операций в сек. (MTOPS), согласно определению Госдепартамента США, считаются суперкомпьютерами.

Более корректно перечислить основные признаки, характеризующие суперЭВМ, среди которых кроме высокой производительности следует отметить:

— самый современный технологический уровень (например, GaAs-технология);

— специфические архитектурные решения, направленные на повышение быстродействия (например, наличие операций над векторами);

— цена, обычно свыше 1−2 млн долл.

В телеконференции USENET по суперкомпьютерам в связи с быстрым прогрессом в технологии RISC-микропроцессоров и соответствующим ростом их производительности был как-то задан вопрос: когда рабочая станция превратится в суперЭВМ? На что последовал ответ: «Когда она будет стоить свыше 1 млн. долларов». Для иллюстрации можно отметить, что компьютер Cray-1 в свое время стоил около 8 млн. долларов, а анонсированные в этом году суперкомпьютеры Сгау Т90, имеющие намного более высокую производительность, — от 2.5 до 35 млн долл. Стоимость создания суперкомпьютерной MPP-системы в проекте лаборатории Sandia Министерства энергетики США составляет около 46 млн. долларов.

С точки зрения архитектуры мини суперкомпьютеры не представляют собой некоторое особенное направление, поэтому в дальнейшем они отдельно не рассматриваются.

Глава 1. Основные понятия

1.1 Понятие суперкомпьютера Суперкомпьютер — вычислительная установка, ЭВМ мелкосерийного или штучного выпуска, многократно превосходящая по вычислительной мощности массово выпускаемые компьютеры, когда быстродействие измеряется в миллионах/триллионах операций в секунду. Суперкомпьютер — машина, нацеленная прежде всего на масштабные вычисления больших объемов разнородных или однородных данных, а значит на снижение времени выполнения сложных, как правило, инженерных или научных расчетов. Нужна для различных сложных задач — от предсказания прогноза погоды до моделирования ядерных взрывов или нефтескважин.

Мир суперкомпьютеров становится весьма профессиональным и технологичным. За минувшие несколько лет оказалась полностью исчерпана возможность установить рекорды путем незамысловатого объединения стандартным межсоединением немыслимого количества процессоров, в том числе графических, с затратой столь же огромного количества энергии. Об этом свидетельствуют успехи корпорации IBM, ее компьютеры BlueGene/Q заняли в 2012 году четыре почетных места в первой десятке новой версии суперкомпьютерного рейтинга Top500, в том числе и первое (а в общей сложности в Top500 попали 20 систем с этой архитектурой). Тираж — вот в чем качественное отличие Sequoia и его младших братьев от прежнего лидера, Fujitsu K Computer.

Наблюдается явный спад интереса к графическим процессорам. В компьютерной отрасли они способны обеспечить более высокую скорость решения отдельных задач, но не могут лечь в основу магистрального пути развития из-за очевидных проблем с распараллеливанием. На данный момент ускорители стоят всего в 58 машинах из Top500, из них в 53 — Nvidia Fermi, по два — IBM Cell и ATI Radeon и пока всего один — Intel MIC.

Повышенный интерес к межсоединениям на базе высокоскоростных коммутаторов. Теперь эта технология доступна не только таким крупным компаниям, как IBM, SGI и Cray, но и менее известным, среди них европейские Eurotech и Extoll, есть свои разработки в Японии, Индии и России. Подобные решения имеют стратегическое значение, а потому они не попадают в категорию «продуктов с полки», их можно либо приобрести в составе компьютера, либо разрабатывать самостоятельно. В 2010 году первые машины на коммутаторах вошли в Top 500, а сегодня их более 50, причем они занимают верхнюю часть списка.

1.2 Производительность. Программное обеспечение суперкомпьютеров Производительность Производительность суперкомпьютеров чаще всего оценивается и выражается в количестве операций с плавающей точкой в секунду (FLOPS). Это связано с тем, что задачи численного моделирования, под которые и создаются суперкомпьютеры, чаще всего требуют вычислений, связанных с вещественными числами с высокой степенью точности, а не целыми числами. Поэтому для суперкомпьютеров неприменима мера быстродействия обычных компьютерных систем — количество миллионов операций в секунду (MIPS). При всей своей неоднозначности и приблизительности, оценка в флопсах позволяет легко сравнивать суперкомпьютерные системы друг с другом, опираясь на объективный критерий.

Первые суперкомпьютеры имели производительность порядка 1 кфлопс, т. е. 1000 операций с плавающей точкой в секунду. Компьютер CDC 6600, имевший производительность в 1 миллион флопсов (1 Мфлопс) был создан в 1964 году. Планка в 1 миллиард флопс (1 Гигафлопс) была преодолена суперкомпьютером NEC SX-2 в 1983 с результатом 1.3 Гфлопс. Граница в 1 триллион флопс (1 Тфлопс) была достигнута в 1996 году суперкомпьютером ASCI Red. Рубеж 1 квадриллион флопс (1 Петафлопс) был взят в 2008 году суперкомпьютером IBM Roadrunner. Сейчас ведутся работы по созданию к 2016 году экзафлопсных компьютеров, способных выполнять 1 квинтиллион операций с плавающей точкой в секунду.

Программное обеспечение суперкомпьютеров Наиболее распространёнными программными средствами суперкомпьютеров, также как и параллельных или распределённых компьютерных систем являютсяинтерфейсы программирования приложений (API) на основе MPI и PVM, и решения на базе открытого программного обеспечения, наподобие Beowulf и openMosix, позволяющего создавать виртуальные суперкомпьютеры даже на базе обыкновенных рабочих станций и персональных компьютеров. Для быстрого подключения новых вычислительных узлов в состав узкоспециализированных кластеров применяются технологии наподобие ZeroConf. Примером может служить реализация рендеринга в программном обеспечении Shake, распространяемом компанией Apple.

Для объединения ресурсов компьютеров, выполняющих программу Shake, достаточно разместить их в общем сегменте локальной вычислительной сети.

В настоящее время границы между суперкомпьютерным и общеупотребимым программным обеспечением сильно размыты и продолжают размываться ещё более вместе с проникновением технологий параллелизации и многоядерности в процессорные устройства персональных компьютеров и рабочих станций.

Исключительно суперкомпьютерным программным обеспечением сегодня можно назвать лишь специализированные программные средства для управления и мониторинга конкретных типов компьютеров, а также уникальные программные среды, создаваемые в вычислительных центрах под «собственные», уникальные конфигурации суперкомпьютерных систем.

1.3 Сферы применения суперкомпьютеров Для каких применений нужна столь дорогостоящая техника? Может показаться, что с ростом производительности настольных ПК и рабочих станций, а также серверов, сама потребность в суперЭВМ будет снижаться. Это не так. С одной стороны, целый ряд приложений может теперь успешно выполняться на рабочих станциях, но с другой стороны, время показало, что устойчивой тенденцией является появление все новых приложений, для которых необходимо использовать суперЭВМ.

Прежде всего следует указать на процесс проникновения суперЭВМ в совершенно недоступную для них ранее коммерческую сферу. Речь идет не только скажем, о графических приложениях для кино и телевидения, где требуется все та же высокая производительность на операциях с плавающей запятой, а прежде всего о задачах, предполагающих интенсивную (в том числе, и оперативную) обработку транзакций для сверхбольших БД. В этот класс задач можно отнести также системы поддержки принятия решений и организация информационных складов. Конечно, можно сказать, что для работы с подобными приложениями в первую очередь необходимы высокая производительность ввода-вывода и быстродействие при выполнении целочисленных операций, а компьютерные системы, наиболее оптимальные для таких приложений, например, MPP-системы Himalaya компании Tandem, SMP-компьютеры SGI CHAL ENGE, AlphaServer 8400 от DEC — это не совсем суперЭВМ. Но следует вспомнить, что такие требования возникают, в частности, со стороны ряда приложений ядерной физики, например, при обработке результатов экспериментов на ускорителях элементарных частиц. А ведь ядерная физика — классическая область применения суперЭВМ со дня их возникновения.

Как бы то ни было, наметилась явная тенденция к сближению понятий «мэйнфрейм», «многопроцессорный сервер» и «суперЭВМ». Нелишне заметить, что это происходит на фоне начавшегося во многих областях массированного перехода к централизации и укрупнению в противоположность процессу разукрупнениями децентрализации.

Традиционной сферой применения суперкомпьютеров всегда были научные исследования: физика плазмы и статистическая механика, физика конденсированных сред, молекулярная и атомная физика, теория элементарных частиц, газовая динамика и теория турбулентности, астрофизика. В химии — различные области вычислительной химии: квантовая химия (включая расчеты электронной структуры для целей конструирования новых материалов, например, катализаторов и сверхпроводников), молекулярная динамика, химическая кинетика, теория поверхностных явлений и химия твердого тела, конструирование лекарств. Естественно, что ряд областей применения находится на стыках соответствующих наук, например, химии и биологии, и перекрывается с техническими приложениями. Так, задачи метеорологии, изучение атмосферных явлений и, в первую очередь, задача долгосрочного прогноза погоды, для решения которой постоянно не хватает мощностей современных суперЭВМ, тесно связаны с решением ряда перечисленных выше проблем физики. Среди технических проблем, для решения которых используются суперкомпьютеры, задачи аэрокосмической и автомобильной промышленности, ядерной энергетики, предсказания и разработки месторождений полезных ископаемых, нефтедобывающей и газовой промышленности (в том числе проблемы эффективной эксплуатации месторождений, особенно трехмерные задачи их исследования), и, наконец, конструирование новых микропроцессоров и компьютеров, в первую очередь самих суперЭВМ.

Суперкомпьютеры традиционно применяются для военных целей. Кроме очевидных задач разработки оружия массового уничтожения и конструирования самолетов и ракет, можно упомянуть, например, конструирование бесшумных подводных лодок и др. Самый знаменитый пример — это американская программа СОИ. Уже упоминавшийся MPP-компьютер Министерства энергетики США будет применяться для моделирования ядерного оружия, что позволит вообще отменить ядерные испытания в этой стране.

Анализируя потенциальные потребности в суперЭВМ существующих сегодня приложений, можно условно разбить их на два класса. К первому можно отнести приложения, в которых известно, какой уровень производительности надо достигнуть в каждом конкретном случае, например, долгосрочный прогноз погоды. Ко второму можно отнести задачи, для которых характерен быстрый рост вычислительных затрат с увеличением размера исследуемого объекта. Например, в квантовой химии неэмпирические расчеты электронной структуры молекул требуют затрат вычислительных ресурсов, пропорциональных N⁴ или N⁵, где N условно характеризует размер молекулы. Сейчас многие молекулярные системы вынужденно исследуются в упрощенном модельном представлении. Имея в резерве еще более крупные молекулярные образования (биологические системы, кластеры и т. д.), квантовая химия дает пример приложения, являющегося «потенциально бесконечным» пользователем суперкомпьютерных ресурсов.

Есть еще одна проблема применения суперЭВМ, о которой необходимо сказать — это визуализация данных, полученных в результате выполнения расчетов. Часто, например, при решении дифференциальных уравнений методом сеток, приходится сталкиваться с гигантскими объемами результатов, которые в числовой форме человек просто не в состоянии обработать. Здесь во многих случаях необходимо обратиться к графической форме представления информации. В любом случае возникает задача транспортировки информации по компьютерной сети. Решению этого комплекса проблем в последнее время уделяется все большее внимание. В частности, знаменитый Национальный центр суперкомпьютерных приложений США (NCSA) совместно с компанией Silicon Graphics ведет работы по программе «суперкомпьютерного окружения будущего». В этом проекте предполагается интегрировать возможности суперкомпьютеров POWER CHALLENGE и средств визуализации компании SGI со средствами информационной супермагистрали.

Глава 2. Принципы работы и основные характеристики

2.1 Принципы работы суперкомпьютера SuperMUC

SuperMUC находится на шестой позиции в рейтинге Top 500 мощнейших суперкомпьютерных систем в мире по данным на ноябрь 2012 г. Производительность системы составляет 2,8 петафлопс. SuperMUC был разработан компанией IBM и установлен в Суперкомпьютерном Центре им. Лейбница, который служит главным компьютерным центром для Мюнхенских университетов и Баварской Академии Наук.

Суперкомпьютер создан на базе IBM iDataPlex и использует 155 000 процессорных ядер. В системе установлено 18 432 процессора Intel Xeon E5−2680 и 820 процессоров Intel Xeon E7−4870. Объем оперативной памяти составляет 340ТБ. Для хранения данных доступно более 10ТБ дискового пространства под управлением файловой системы IBM GPFS. Интересной особенностью суперкомпьютера является разработанная IBM система охлаждения Aquasar, которая охлаждает процессоры горячей водой с температурой до 40 °C, что позволяет сократить общее энергопотребление на 40%.

SuperMUC состоит из большого числа «тонких» вычислительных узлов средней мощности, каждый из которых обладает пиковой производительностью в несколько сотен гигафлопс, и нескольких десятков мощных «толстых» вычислительных узлов, оснащенных большим объемом разделяемой памяти. Сетевое соединение узлов позволяет добиться идеального линейного масштабирования приложений вплоть до уровня в 10 000 задач.

В составе SuperMUC находится 18 блоков с «тонкими» узлами и один блок с «толстыми» узлами, который также применяется для поддержки системы миграции SuperMIG. Каждый блок содержит более 8192 ядер. Все вычислительные узлы в рамках одного блока соединяются посредством технологии Infiniband с полностью неблокируемой архитектурой (FDR10 в случае тонких узлов / QDR для толстых узлов). SuperMUC работает под управлением ОС SUSE Linux Enterprise Server, позволяющей выполнять частотное масштабирование.

" SuperMUC работает во много раз эффективнее своего предшественника. Мы используем частотное масштабирование, являющееся функцией ядра Linux в системе SUSE Linux Enterprise там, где это возможно. Это позволяет нам запускать приложения в наиболее оптимальном режиме. Мы стараемся задействовать новые средства обеспечения энергоэффективности, встраиваемые в Linux" , — сообщил Герберт Губер, глава подразделения высокопроизводительных систем Суперкомпьютерного Центра им. Лейбница.

SuperMUC использует революционную схему водяного охлаждения, разработанную IBM. Активные компоненты, такие, как процессор и память, напрямую охлаждаются водой с рабочей температурой вплоть до 40 °C. «Система высокотемпературного жидкостного охлаждения» в сочетании с инновационным программным обеспечением позволяет существенно снизить энергопотребление системы. Более того, отработанное тепло используется для отопления зданий Суперкомпьютерного Центра.

Энергопотребление суперкомпьютера гораздо ниже в сравнении с системами, обладающими аналогичным уровнем производительности. Как сообщил проф. Боде, «Уникальная схема прямого водяного охлаждения делает SuperMUC крайне энергоэффективным. Процессоры и оперативная память напрямую охлаждаются теплой водой, и отсутствует необходимость в создании дополнительной охлаждающей инфраструктуры. Данная схема была разработана IBM специально для SuperMUC. Использование процессоров Intel и новейшего программного обеспечения позволяет еще больше сократить энергопотребление» .

Для питания суперкомпьютера требуется всего лишь 3,52 МВт электроэнергии, что значительно снижает затраты на содержание системы. Среднее энергопотребление SuperMUC составляет 217,2 кВт в день и 155,7кВт в месяц.

Руководитель Суперкомпьютерного Центра им. Лейбница, Профессор Арндт Боде, особо отметил удобство работы с системой: «Процессоры SuperMUC оснащены стандартным набором инструкций, таким же, как на ноутбуках, персональных компьютерах и серверах. Это значительно упрощает программирование SuperMUC в сравнении со многими другими суперкомпьютерами, требующими более сложной процедуры адаптации программного кода» .

Суперкомпьютер будет использоваться для широкого спектра исследовательских работ, в том числе для моделирования кровотока в области искусственного сердечного клапана, разработки малошумных самолетов и проведения исследований в области геофизики, в том числе, изучения землетрясений. SuperMUC, помимо всего прочего, оснащен мощными системами визуализации: огромным стереоскопическим экраном с разрешением QuadHD и пятисторонней системой погружения в виртуальную реальность под названием CAVE (пещера), которые предназначены для визуализации трехмерных наборов данных в таких областях, как наука о Земле, астрономия и медицина.

Во время празднования 50-летней годовщины Компьютерного центра имени Лейбница — Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) Академии Наук Баварии в Гархинге, Германия летом 2012 года — компания IBM официально представила самый мощный и скоростной суперкомпьютер в Европе, решающий сложные научные задачи в области физики и динамике жидкостей и работающий на платформе SUSE Linux Enterprise Server. SuperMUC в июне 2012 г. занял 4 место в списке 500 самых скоростных в мире суперкомпьютеров. SuperMUC на платформе System X iDataPlex компании IBM оснащен более чем 155 000 ядрами процессоров, которые обеспечивают совокупно максимальную производительность более 3 петафлопов (единиц компьютерной производительности).

Особенностью SuperMUC является инновационная технология охлаждения системы теплой водой, разработанная компанией IBM, в основу которой положена система циркуляции крови в организме человека. В результате SuperMUC затрачивает на 40% меньше энергии на охлаждение систем, чем «классические» вычислительные центры, а так же позволяет аккумулировать и использовать сэкономленную энергию для отопления зданий Компьютерного Центра Лейбница.

" SuperMUC в несколько раз эффективнее своего предшественника. По необходимости мы пользуемся частотным масштабированием, — функцией платформы Linux на базе SUSE Linux Enterprise Server. Это позволяет максимально эффективно и оптимально работать с приложениями и означает, что мы везде, где возможно, используем недавно разработанные механизмы энегосбережения на платформах Linux" , — говорит Др. Герберт Губер (Dr. Herbert Huber) Глава отдела Высокопроизводительных систем в Компьютерном Центре Лейбница.

Компьютер SuperMUC весом 100 тонн занимает 500 квадратных метров в Расчётном центре имени Лейбница (LRZ) в Гархинге. Учёные из 24 европейских стран, а также из Израиля и Турции смогут использовать его для своих расчётов в самых разных областях — от геофизики и астрономии до биологии и генной инженерии. Уже в ближайшее время на SuperMUC специалисты смоделируют Большой взрыв, давший начало Вселенной, исследуют движения земной коры, что позволит с большей вероятностью предсказывать землетрясения, и создадут объёмную модель человеческого мозга, гигантскую проекцию которой в формате 3D потом покажут в отдельной лаборатории.

Главной гордостью создателей компьютера является система охлаждения. Для поддержания оптимальной температуры процессоров впервые в таком масштабе применяются не вентиляторы (кулеры), а вода. Обычно в помещение, где стоят компьютеры, близкие по размеру к SuperMUC, невозможно войти без затычек для ушей, поскольку из-за многочисленных кулеров, работающих на полную мощность, шум стоит, как на аэродроме. Но новый SuperMUC практически бесшумен. Всё лишнее тепло от разогретых процессоров забирает вода, которую в зимнее время будут подавать в радиаторы и отапливать все остальные помещения вычислительного центра. Предполагается, что такая система охлаждения позволит сэкономить в год один миллион евро на электричестве и отоплении.

Но даже несмотря на такую экономию, SuperMUC будет потреблять примерно столько же электроэнергии, сколько весь город Гархинг, в котором и находится вычислительный центр. Сообщается, что чувствительные счета за электричество будут оплачиваться совместно из федерального бюджета и из земельного бюджета Баварии.

По мощности SuperMUC оказался четвёртым компьютером в мире, обойдя китайский Tianhe-1A. Два других самых мощных компьютера находятся в США и один в Японии. Американский суперкомпьютер Sequoia специализируется на симуляции испытаний ядерного оружия, Mira — на расчётах из области биоинформатики (математическое моделирование биологических процессов). Японский суперкомпьютер «K computer» лишён специализации, учёные используют его для самых разных химических и физических расчётов.

На торжественной церемонии открытия немецкого SuperMUC министр образования и научных исследований Аннетте Шаван (Annette Schavan) высказала надежду, что новый компьютер позволит Германии играть ведущую роль в решении глобальных проблем, связанных с климатом, источниками энергии, мобильностью, коммуникацией и безопасностью, поскольку, по словам Шван, «суперкомпьютеры — это ключ к ответам на самые насущные вопросы XXI века» .

Немецкий суперкомпьютерный центр им Лейбница при Академии наук Баварии отметил свое 50-летие и презентовал новый суперкомпьютер SuperMUC, являющийся четвертым самым мощным компьютером в мире и самым мощным компьютером на базе процессоров x86. Создан суперкомпьютер был компанией IBM, а работает он под управлением операционной системы SUSE Linux Enterprise Server. Также SuperMUC стал самым быстрым суперкомпьютером в Европе, где очень популярны натяжные потолки. В заявлении разработчиков SUSE говорится, что машина имеет уникальную систему охлаждения, похожую на кровеносную систему в организме человека. Благодаря этой системе компьютер имеет пониженное энергопотребление. Второй изюминкой машины является система сбора тепла, которое потом используется для подогрева воды в университетском кампусе. Также в заявлении говорится, что машина имеет 155 000 процессорных ядер, способных доставить производительность в 3 петафлоп/сек.

Объем оперативной памяти компьютера составляет 324 терабайта. Напомним, что сейчас SUSE принадлежит инвестиционному фонду Attachmate, но раньше он входил в компанию Novell, а до этого он был создан группой немецких программистов, сохранивших свою связь с данной ОС.

Именно поэтому в Германии к SUSE Linux особенное отношение и здесь позиции этой системы довольно сильны.

По статистике, SUSE работает примерно на трети из 25 мощнейших суперкомпьютеров.

2.2 Основные характеристики суперкомпьютера SuperMUC

Суперкомпьютерный центр в Европе в сотрудничестве с IBM собрал первый в мире суперкомпьютер, охлаждаемый горячей водой.

Машина, получившая название SuperMUC, была создана с системой охлаждения сервера IBM x iDataPlex dx360 M4. Свыше 150 тысяч ядер производят до 3х петафлопс вычислительной мощности в датацентре Лейбниц в г. Гархинг, Германия, обслуживающем университеты Мюнхена и Баварскую академию наук.

Профессор Арндт Боден, председатель комитета в датацентре Лейбниц, заявил, что финансируемые государством учреждения в Германии были вынуждены платить за 100% электричества, которое они потребляют в 2012 году из возобновляемых источников.

" SuperMUC поможет нам следовать нашему обязательству, давая научному сообществу лучшую в своем роде систему проверки теорий, проведения экспериментов и прогноза результатов" , — добавил г-н Боде.

Система охлаждения работает на горячей воде — с температурой до 40 °C, так что активные компоненты охлаждаются прямо в системе. SuperMUC более компактен и гораздо производительнее, поскольку вода в 4 тысячи раз более эффективно охлаждает чем воздух, по словам IBM.

SuperMUC, в конфигурацию которого входит более 18 000 процессоров Intel Xeon, является самым производительным компьютером в Европе согласно списку 500 самых высокоскоростных суперкомпьютеров, опубликованному в июне на Международной Суперкомпьютерной Конференции в Гамбурге.

Горячая вода редко используется для охлаждения, поскольку хоть и считается энергосберегающей, но довольно сложна в применении. Пример другого широко известного использования данной технологии — датацентр в Фениксе, штат Аризона, под кодовым названием «Проект Меркурий» .

2.3 Фотоэкскурсия по самому быстрому суперкомпьютеру SuperMUC

SuperMUC — самый быстрый суперкомпьютер в Европе, работа над которым стартовала в 2010 году, в конце июня 2012 года был запущен. В этой фотоэкскурсии мы расскажем о этом суперкомпьютере, который был создан специалистами IBM, использовавшими процессоры Xeon. Одной из главных особенностей суперкомпьютера SuperMUC является уникальная энергоэффективная системы охлаждения на базе горячей воды.

Суперкомпьютер установлен в вычислительном центре имени Лейбница (Leibniz-Rechenzentrum; LRZ) при Академии наук Баварии. Его производительность превышает 3 петафлопс. SuperMUC — это самый быстрый суперкомпьютер в Европе. Кроме того, он занимает четвертую позицию в списке 500 самых мощных суперкомпьютеров в мире.

SuperMUC создан на базе серверов с архитектурой System X iDataPlex от IBM. В общей сложности машина имеет 155 000 процессорных ядер, а также более 330 терабайт оперативной памяти. Для организации межпроцессорного обмена данными задействована неблокирующая системная сеть (позволяет выполнять последующие операции, даже если выполнение предшествующей операции не может быть полностью завершено) с высокоскоростной коммутируемой последовательной шиной InfiniBand и топологией типа «fat tree» (утолщенное дерево).

Суперкомпьютер может буферизировать до 10 петабайт информации в рамках системы хранения данных на базе высокопроизводительной параллельной кластерной файловой системы GPFS от IBM. В качестве операционной системы используется Suse Linux Enterprise Server.

Для постоянного хранения пользовательских данных, таких как исходные программы (программы ЭВМ на языке программирования, которые еще не переведены в машинный код) или наборы входных данных в SuperMUC используется сетевая система хранения данных от NetApp с общей емкостью в 4 петабайт. Тут также присутствует ленточная библиотека с емкостью в 16,5 петабайт для долгосрочного архивирования данных.

Суперкомпьютер охлаждается горячей водой Если учесть стремительное развитие суперкомпьютеров, немецкая машина, вероятно, лишиться своего место в числе лидеров Топ 500 совсем скоро, но технические характеристики являются лишь одним из аспектов, которые заставили нас заинтересоваться SuperMUC.

На самом деле пара других факторов намного важнее: новый дизайн и инновации в системе охлаждения вычислительного монстра.

" SuperMUC состоит из процессоров со стандартным набором инструкций, которые среди прочего используются в ноутбуках, настольных ПК и серверах", сказал Арндт Боде, руководитель LRZ. «Этот факт существенно упрощает создание программ для данной машины, если сравнивать с большинством других суперкомпьютеров, чьи специализированные ускорители (устройство, ускоряющее выполнение операционной части машинных команд центральным процессором) требуют огромных усилий по адаптации программ» .

Система охлаждения работает не только на уровне стойки: она непосредственно охлаждает отдельные процессоры и модули оперативной памяти при помощи теплой воды при температуре до 55? C. Эта «система охлаждения при помощи горячей воды» была разработана IBM. SuperMUC является первым суперкомпьютером, где разработка «голубого гиганта» используется в промышленных масштабах.

" SuperMUC является важной вехой в области развития экологически чистых суперкомпьютеров с малым энергопотреблением. Он появился в результате нескольких лет исследований и опытно-конструкторских работ в IBM", отметила Мартина Кодериц, председатель и главный исполнительный директор филиала IBM в Германии.

Корпорация IBM уже давно является сторонником систем водяного охлаждения, которые отводят тепло более эффективно, а также проектируются с учетом возможности применения отводимого тепла на других объектах. Например, созданный IBM суперкомпьютер Aquasar, который пользуются исследователями из Федерального технологического института Швейцарии в Цюрихе, служит источником тепла для окружающих строений — все благодаря уникальной системе охлаждения.

После передачи машины под контроль немецких ученых IBM продолжит развивать технологию охлаждения при помощи горячей воды: «Наш план заключается в установке охлаждающих агентов непосредственно на процессоре для охлаждения 3D-чипов (трехмерные чипы, в которых процессоры сгруппированы в вертикальную стопку)», сказал Бруно Мишель, руководитель программы исследований Advanced Thermal Packaging, проводимой в рамках филиала IBM Research в Цюрихе. Мишель является одним из авторов концепции системы охлаждения SuperMUC. «Наша работа может подготовить почву для существенного снижения габаритов систем и улучшения производительности: в конечном счете, SuperMUC может уменьшиться до размеров ПК» .

Сумма инвестиций в развитие SuperMUC, а также затраты на эксплуатацию машины на следующие пяти-шести лет оцениваются примерно в € 83 млн. Создатели суперкомпьютера среди прочего получили субсидии от местного правительства за развитие инновационных технологий. Суперкомпьютер SuperMUC будет использоваться для моделирования исследовательских проектов ученых из разных стран Европы. Речь, в том числе, идет и об изысканиях в сфере биологии: моделирование потока крови в теле или движения воздуха в легких. SuperMUC также будет применяться и физиками для изучения роли темной материи во Вселенной.

SuperMUC, который установлен в Гархинге под Мюнхеном, является самым быстрым суперкомпьютером в Европе, а также занимает четвертое место в списке 500 мощнейших суперкомпьютеров в мире. На днях машина была официально передана главой немецкого филиала IBM в лице Мартины Кодериц профессору Арндту Боде, который возглавляет вычислительный центр имени Лейбница.

Лотки вид сверху

Данное решение позволяет упорядочить практически все кабели Один из блейд-серверов SuperMUC с установленной на нем медной циркуляционной трубой, по которой движется вода. В системе охлаждения используется в общей сложности 8000 литров воды.

суперкомпьютер программный информационный машина

Специальным образом обработанная вода в нормальном режиме нагревается до температуры в 55 °C, но обычно температуры составляет около 40 градусов по Цельсию. Удерживать жидкость в подобных температурных границах проще, чем работа в рамках прежних норм (18°С до 21°С). Кроме того, это позволяет применять «естественное охлаждение» с помощью наружного воздуха

В техническом крыле LRZ спокойно сосуществуют каналы подачи воды и элементы воздушного охлаждения.

CyberSecurity.ru — Немецкий суперкомпьютерный центр им Лейбница при Академии наук Баварии сегодня отметил свое 50-летие и презентовал новый суперкомпьютер SuperMUC, являющийся четвертым самым мощным компьютером в мире и самым мощным компьютером на базе процессоров x86. Создан суперкомпьютер был компанией IBM, а работает он под управлением операционной системы SUSE Linux Enterprise Server. Также SuperMUC стал самым быстрым суперкомпьютером в Европе.

В заявлении разработчиков SUSE говорится, что машина имеет уникальную систему охлаждения, похожую на кровеносную систему в организме человека. Благодаря этой системе компьютер имеет пониженное энергопотребление. Второй изюминкой машины является система сбора тепла, которое потом используется для подогрева воды в университетском кампусе.

Также в заявлении говорится, что машина имеет 155 000 процессорных ядер, способных доставить производительность в 3 петафлоп/сек. Объем оперативной памяти компьютера составляет 324 терабайта.

Напомним, что сейчас SUSE принадлежит инвестиционному фонду Attachmate, но раньше он входил в компанию Novell, а до этого он был создан группой немецких программистов, сохранивших свою связь с данной ОС. Именно поэтому в Германии к SUSE Linux особенное отношение и здесь позиции этой системы довольно сильны.

По статистике, SUSE работает примерно на трети из 25 мощнейших суперкомпьютеров.

Заключение

Сегодня в суперкомпьютерном мире наблюдается новая волна, вызванная как успехами в области микропроцессорных технологий, так и появлением нового круга задач, выходящих за рамки традиционных научно-исследовательских лабораторий. Налицо быстрый прогресс в производительности микропроцессоров RISC-архитектуры, которая растет заметно быстрее, чем производительность векторных процессоров. Например, микропроцессор HP РА-8000 отстает от Cray T90 всего примерно в два раза. В результате в ближайшее время вероятно дальнейшее вытеснение векторных суперЭВМ компьютерами, использующими RISC-микропроцессоры, такими, как, например, IBM SP2, Convex/HP SPP, DEC AlphaServer 8400, SGI POWER CHALENGE. Подтверждением этого стали результаты рейтинга ТОР500, где лидерами по числу инсталляций стали системы POWER CHALLENGE и SP2, опережающие модели ведущего производителя суперкомпьютеров — компании Cray Research.

Тем не менее, очевидна, будет продолжаться развитие векторных суперЭВМ, по крайней мере от Cray Research. Возможно, оно начинает сдерживаться из-за требований совместимости со старыми моделями. Так, не нашла потребителя система Cray-4 компании Cray Computer, имеющая характеристики конфигурации и производительность, близкие к новейшей системе Cray T90 от Cray Research при в 2 раза более низкой цене, но несовместимая с компьютерами Cray Research. В результате Cray Computer разорилась.

Успешно развиваются системы на базе MPP-архитектур, в том числе с распределенной памятью.

Появление новых высокопроизводительных микропроцессоров, использующих дешевую КМОП-технологию, существенно повышает конкурентоспособность данных систем.

Относительно новых решений со стороны VLIW-архитектур можно уверенно предположить, что, по крайней мере в ближайшие два года, RISC-процессорам бояться нечего.

Используемая литература

1. https://www.google.kz/webhp?sourceid=chrome-instant&ion=1&espv=

2&ie=UTF-8#q=supermuc

2. https://ru.wikipedia.org/wiki/TOP500

3. https://www.google.kz/webhp?sourceid=chrome-instant&ion=1&espv=

2&ie=UTF-8#q=supermuc+

4. http://www.tadviser.ru/index.php/SuperMUC

5. http://www.cybersecurity.ru/hard/156 383.html

6. http://telecombloger.ru/13 211

7. http://telecombloger.ru/14 237

8. http://autograph.com.ru/published/V-Germanii-zapuschen-moschneyshiy-v

9. http://www.delcontech.kz/ru/news/fotoekskursija_po_samomu_bystromu_superkompjuteru_v_jevrope_supermuc_postavshhik_sistem_kondicionirovanija_ventilacii_postrojenija_datacentre__cod_v_kazahstane/