Platformă de e-learning și curriculă e-content pentru învățământul superior tehnic
Arhitectura Sistemelor de Calcul
25. Descrierea celor mai rapide 10 sisteme de calcul din lume la momentul actual, din TOP500
2
10 – Cielo Cray XE6 • Site: DOE/National Nuclear SA/Los Alamos/Sandia • Familia de sisteme: Cray XE • Model: Cray XE6 • Procesor: AMD Opteron 8-core 2.4 GHz 9.6GFlops • OS: Linux • Arhitectura: MPP • Aplicatii: Cercetare • Anul instalarii: 2010 • Numar de core-uri: 107.152 • Rmax(TFlops): 816.660 • Rpeak(TFlops): 1.028.660 • Consum: 2.950 KW • Interconectare: Custom
3
9 – Jugene BlueGene/P • Site: Forschungszentrum Juelich (FZJ) • Familia de sisteme: IBM BlueGene/P • Model: eServer Blue Gene/P Solution • Procesor: PowerPC 450 850MHz • OS: CNK/SLES 9 • Arhitectura: MPP • Aplicatii: Cercetare • Anul instalarii: 2009 • Numar de core-uri: 294.912 • Rmax(TFlops): 825.500 • Rpeak(TFlops): 1.002.701 • Consum: 2.268 KW • Interconectare: Proprietary
4
Arhitectura IBM BlueGene • Program initiat de IBM in 1999 pentru a construi “a petaflop
scale machine” • BlueGene/L – primul pas, bazat pe procesoare PowerPC
– Spatiu de adresare mare – Compilatoare standard – Bazat pe middleware de “message passing” deja existent – A necesitat adaugiri semnificative fata de sistemul PowerPC standard
• Un nod computational = computer-on-a-chip – ASIC: – Procesoare CMOS (IBM PowerPC 440 700 MHz ): 2 CPU/Chip – Memorie DRAM embedded – L1-3 cache embedded – Multiple module de interconectare folosind retele de comutare de
mare viteza
5
Arhitectura IBM BlueGene (2) • Cache pe procesor: 32k/32k L1 cache, 2k L2 cache – comunica printr-un
modul SRAM rapid cu celalalt cache – 4MB L3 cache comun pentru cele 2 procesoare – L2 si L3 sunt coerente intre cele doua procesoare
• Memorie: 512 MB DDR RAM pe card cu bandwidth de 5.5 GB/s → 32768 GB – Controler de memorie externa de tip DDR integrat on-chip
• Interconectare: – Tor 3D cu un router pe nod (32 x 32 x 64) – Procesor I/O dedicat - un proces/nod, 2 thread-uri/proces
• I/O extern: – Noduri dedicate pentru I/O extern – Reteaua este de tip arborescent – Se foloseste gigabit Ethernet & un adaptor pentru reteaua JTAG
• OS – “Unix-like environment” functionalitatile OS distribuite intre nod-ul de calcul si nodul
de I/O – CNK (Compute Node Kernel) – Linux
• Software – MPI – Co-arrays – UPC
6
Arhitectura IBM BlueGene (3)
7
Retele de Comunicatie IBM BlueGene
• Nodurile sunt atasate la 5 retele de comunicatie: – Retea toroidala 3D pentru
comunicatii intre noduri (175MB/s) – Retea colectiva de
comunicatii (350MB/s) – Retea globala de intreruperi si
bariere – Pentru I/O – Gigabit Ethernet – Joint Test Access GroupGigabit
Ethernet – pentru control si monitorizare
8
• Favorizeaza aplicatii care utilizeaza comunicarea cu vecinii imediati • BlueGene e dezvoltat pentru aplicatii cu volum mare de date
– Analiza proteinelor • Interactiunea intre medicamente si proteine • Catalizarea enzimelor • Rafinarea structurilor moleculare • Identificarea parametrilor unor structuri folosite in recunoasterea
“impaturirii” unor proteine • Identificarea parametrilor in structuri din bazele de date de chimie
– Modelare si simulare – Data Mining – Fizica atomica: similar cu ASC Purple – Dinamica moleculara (inclusiv ab-initio) – Hidrodinamica steady state si turbulenta – Astrofizica
• Daca cercetarile vor avea succes se vor putea vindeca boli precum – Alzheimer – Fibroza cistica – Boala vacii nebune
Aplicatii IBM BlueGene
9
8 – Kraken Cray XT5 • Site: National Institute for Computational Sciences – University of
Tennessee • Familia de sisteme: Cray XT5-HE • Model: Cray XT5 QuadCore • Procesoare: AMD Opteron SixCore 2.6 GHz • OS: Linux • Arhitectura: MPP • Aplicatii: Cercetare • Anul instalarii: 2009 • Numar de procesoare: 98.928 • Rmax(GFlops): 831.700 • Rpeak(GFlops): 1.028.851 • Consum: 3090 KW • Interconectarea: Cray XT5 Internal Interconnect
10
Arhitectura Cray XT5
11
Arhitectura Cray XT5
12
7 – RoadRunner • Site: DOE/NNSA/Los Alamos NL • Familia de sisteme: • Model: BladeCenter QS22 Cluster • Procesoare: PowerXCell 8i 3.2 GHz • OS: Linux • Arhitectura: Cluster • Memorie: 104TB • Aplicatii: Cercetare • Anul instalarii: 2008 • Numar de procesoare: 122.400 • Rmax(PFlops): 1,042 (NMax 2,25M) • Rpeak(PFlops): 1,376 • Consum: 2345 KW • Interconectarea: Voltaire Infiniband
13
Arhitectura RoadRunner
14
De ce RoadRunner?
15
RoadRunner HW/SW
16
Programare RoadRunner
17
Programare Hibrida pe RoadRunner
18
Aplicatii RoadRunner
19
6 – Terra 100 Bull • Site: Commissariat a l'Energie Atomique (CEA) • Familia de sisteme: Bull SA • Model: Bull Bullx super-node S6010/S6030 • Procesoare: Intel EM64T Xeon 75xx (Nehalem-EX) 2.26GHz • OS: Linux • Arhitectura: Cluster • Aplicatii: Cercetari militare • Anul instalarii: 2010 • Numar de core-uri: 138.368 • Rmax(PFlops): 1,05 (NMax 4,93M) • Rpeak(PFlops): 1,255 • Consum: 4590 KW • Interconectare: Infiniband QDR • Memorie principala: 29904GB
20
Tera-100 – Aplicatii • Destinat in principal simularilor de arme nucleare • Investigarea momentelor premergatoare unei detonari
nucleare • Simularile informatice sunt realizate pe baza modelelor fizice
si matematice dezvoltate de catre CEA • Datele initiale utilizate sunt
– Cele ale experimentelor din Oceanul Pacific din 1995 si 1996 – Cele obtinute cu detectorul Airix & Laser Megajoule in locatiile din
Moronvillers – Laserul Megajoule permite de asemenea crearea de date, mai ales legate de
fuziunea nucleara, utilizata in bombele cu Hidrogen
• Arhitectura Tera-100: – 4,300 de Servere Bullx S Series – Memorie Principala 300TB – Capacitate de stocare de peste 20PB – Bandwidth la sistemul global de fisiere 500GB/sec – cel mai rapid din lume la
ora actuala (utilizand LustreFS) – Dezvoltat in totalitate in Uniunea Europeana (in afara de procesoarele Intel)
21
5 – Hopper Cray XE6 • Site: National Energy Research Scientific Computing Center • Familia de sisteme: Cray XE • Model: Cray XE6 • Procesor: AMD Opteron 2.1 GHz • OS: Linux • Arhitectura: MPP • Aplicatii: Cercetare • Anul instalarii: 2010 • Numar de core-uri: 153.408 • Rmax(TFlops): 1.054.000 (NMax 4.58M) • Rpeak(TFlops): 1.288.630 • Consum: 2910 KW • Nmax (HPL): 2.504.421 • Interconectare: Custom
22
Hopper – Interconnect
23
Hopper – Diagrama Sistemului I/O
24
Hopper – Aplicatii • Explicarea LED-Efficiency-Droop
Electron + Electron hole Electron + hole + carrier = light = no light + vibrations • Detectie de particule “grele”
25
Hopper – Aplicatii (2) • Simularea “accelerarii” acceleratoarelor de particule (LHC)
Laser plasma wakefiled • “Calare” pe o raza de lumina… timpul se opreste si spatiul
se contracta
26
Hopper – Aplicatii (3) • Detectarea unor galexii satelit formate din “materie neagra”
27
4 – Tsubame 2.0 NEC/HP • Site: GSIC Center, Tokyo Institute of Technology • Familia de sisteme: HP Cluster Platform 3000SL • Model: Cluster Platform SL390s G7 • Procesoare: Intel EM64T Xeon X56xx 2.93GHz / Nvidia GPU • OS: Linux • Arhitectura: Cluster • Aplicatii: Cercetare / Academic • Anul instalarii: 2010 • Numar de procesoare: 73.278 • Rmax(PFlops): 1,192 (NMax 2.49M) • Rpeak(PFlops): 2,287 • Consum: 1399 KW • Interconectarea: Infiniband QDR
28
Tsubame 2.0 – Arhitectura
29
3 – Nebulae • Site: National Supercomputing Centre in Shenzhen (NSCS) • Familia de sisteme: Dawning Cluster • Model: Dawning TC3600 Blade System • Procesoare: Intel X5650 2.66GHz, NVidia Tesla C2050 GPU • OS: Linux • Arhitectura: Cluster • Aplicatii: Cercetare • Anul instalarii: 2010 • Numar de core-uri: 120.640 • Rmax(PFlops): 1.271 (NMax 2.36M) • Rpeak(PFlops): 2.984 • Consum: 2580 KW • Interconectarea: Infiniband QDR
30
Nebulae – Aplicatii
31
2 – Jaguar Cray XT5 • Site: Oak Ridge National Laboratory • Familia de sisteme: Cray XT5-HE • Model: Cray XT5 QuadCore • Procesoare: AMD Opteron SixCore 2.6 GHz • OS: Linux • Arhitectura: MPP • Aplicatii: Cercetare • Anul instalarii: 2009 • Numar de core-uri: 224.162 • Rmax(PFlops): 1.76 (NMax 5.47M) • Rpeak(PFlops): 2.331 • Consum: 6950 KW • Interconectarea: Cray XT4 Internal Interconnect (SeaStar2)
32
Jaguar – Aplicatii (1)
Prima simulare a schimbarii abrupte de clima
Topirea Groenlandei
33
Jaguar – Aplicatii (2)
Studiul Supernovelor – evolutie asimetrica in functie de masa
34
Jaguar – Aplicatii (3)
Simularea perioadei de injumatatire de la Carbon-14 la Azot-14 (+ electron/neutrino)
35
Jaguar – Aplicatii (4)
De la fotosinteza la combustibil biologic (Etanol): Celuloza (albastru) & Molecule de Lignina
36
Jaguar – Aplicatii (5)
Simulare 3D al microturbulentei in plasma in reactoare cu fuziune – foarte intensive I/O
37
1 – Tianhe-1A TH MPP • Site: National SuperComputer Center in Tianjin/NUDT • Familia de sisteme: NUDT Cluster • Model: NUDT YH MPP • Procesor: Intel Xeon 5670 2.93Ghz 6C, NVIDIA GPU • OS: Linux • Arhitectura: MPP • Aplicatii: Cercetare • Anul instalarii: 2010 • Numar de core-uri: 186.368 • Rmax(PFlops): 2,566 (NMax 3,6M) • Rpeak(PFlops): 4,701 • Consum: 4040 KW • Interconectare: Infiniband DDR 4x
