Цифровой журнал «Компьютерра» № 81

Компьютерра 08.08.2011 - 14.08.2011

Статьи

Blue Waters: петафлопсовая матрёшка Евгений Лебеденко, Mobi.ru

Опубликовано 09 августа 2011 года

Суперкомпьютеры в мире вычислительных систем сродни олигархам в человеческом обществе. Вот вроде бы такие же люди, та же анатомия и физиология, ан нет — попасть в их тусовку, периодически обновляемую журналом Forbes, простому обывателю нереально. Так же и у компьютеров: докажи, что ты крут в плане вычислительных способностей — и пожалуй в рейтинг Top 500 Supercomputers, своеобразный компьютерный Forbes.

Разработать приличный суперкомпьютер с замашками вычислительного олигарха непросто технически и недёшево экономически. А уж заполучить его мощь в своё распоряжение для решения высоконаучных и вполне насущных задач и того сложнее.

Владельцы супервычислителей не для того их создавали, чтобы заниматься благотворительностью. Будь любезен, ознакомься с прайсом (оплата почасовая), прокалькулируй свой бюджет, сформулируй получше задачу и пользуйся на здоровье, пока деньги есть. Хорошо, если задачи твои актуальны и правительство твоей страны заинтересовано в их решении. К примеру, правительство Японии после могучего землетрясения 11 марта не поскупится на бюджетные отчисления для моделирования последствий подобных (тьфу-тьфу) катастроф в будущем.

А как же быть вузам, начинающим учёным и исследователям интересных, но не злободневных задач, бюджет которых если и позволяет арендовать суперкомпьютер, то не самый мощный и ненадолго? Придётся решать свои задачи, как дядюшка Тыква в известной сказке Джанни Родари строил свой дом: по кирпичику и очень медленно? Не обязательно.

Благодаря дружбе, которая, как известно, позволяет делать настоящие чудеса, в распоряжении студентов и аспирантов (пока что, правда, только американских) появился могучий вычислитель мощностью более одного петафлопса (10¹⁵ FLOPS). Руку дружбы будущему поколению учёных и инженеров протянули: Университет штата Иллинойс Urbana-Champaign, Национальный центр суперкомпьютерных вычислений США (NCSA — National Center for Supercomputing Applications), компания IBM и консорциум Great Lakes for Petascale Computation. Объединив свои усилия, возможности, финансы и инженерную мощь, эти организации разработали проект Blue Waters — масштабируемую суперкомпьютерную систему, выдающую петафлопсовую производительность.

Уникальность проекта Blue Waters — в его открытости для начинающих свой путь исследователей, которая отражается в программе выделения вычислительных ресурсов PRAC (Petascale Computing Resource Allocations). А ещё — в совершенно особенной архитектуре-матрёшке, которую разработала для проекта компания IBM.

Внутри Blue Waters. Слоёный великан

Как же устроена система, способная «разогнаться» свыше одного петафлопса и готовая увеличить эту далеко не маленькую мощь?

Таблица ниже демонстрирует возможности Blue Waters в сравнении с возможностями типового кластера NCSA Abe на базе шестидесятичетырёхразрядных процессоров Intel Xeon и высокопроизводительной компьютерной системы TACC из техасского центра суперкомпьютерных вычислений, построенной на процессорах AMD.

Кластер NCSA Abe

TACC

Blue Waters

Внушительно, не правда ли? И в плане производительности, и в плане «железной» составляющей Blue Waters. А ведь именно эта, базирующаяся на процессорной системе IBM Power 7, составляющая и даёт петафлопсовую мощь.

Разрабатывая архитектуру Blue Waters, компания IBM не просто масштабно применила свою новую разработку — процессор Power 7. Она создала вложенную модульную структуру, все элементы которой связаны между собой высокоскоростными шинами данных. Каждый из модулей этой структуры может использоваться независимо (если большая вычислительная мощность не требуется) или практически неограниченно масштабироваться, создавая системы с необходимыми характеристиками.

_{Процессорное ядро Power 7 Core по сути является полноценным вычислителем}

Мельчайший кирпичик в пирамиде Blue Waters — ядро процессора Power 7 (Power 7 Core), коих у процессора IBM целых восемь. Само по себе ядро Power 7 является самостоятельным вычислителем с двумя модулями вычислений с фиксированной запятой, четырьмя модулями вычислений двойной точности с плавающей запятой, модулями векторной и десятичной математики, 64 килобайтами кэш-памяти первого уровня и 256 килобайтами кэш-памяти второго уровня.