Posúvanie hornej hranice výpočtovej sily

Superpočítače – hon na výkon

Strana 3/5

Ar­chi­tek­tú­ra mo­der­ných su­per­po­čí­ta­čov

Po­čas 50-roč­nej his­tó­rie su­per­po­čí­ta­če preš­li rôz­ny­mi po­do­ba­mi a pou­ží­va­li nie­koľ­ko konštruk­čných prin­cí­pov. Az­da naj­dô­le­ži­tej­šiu zme­nu v sché­me pred­sta­vo­val pre­chod od jed­nop­ro­ce­so­ro­vých či nie­koľ­kop­ro­ce­so­ro­vých sys­té­mov k ma­sív­ne­mu pa­ra­le­liz­mu so stá­ti­síc­mi vý­poč­to­vých ja­dier. S roz­ši­ru­jú­cim sa poč­tom pro­ce­so­rov už ne­bo­lo mož­né na­ďa­lej pou­ží­vať jed­nu zdie­ľa­nú pa­mäť, ale bo­lo tre­ba prejsť k dis­tri­buo­va­né­mu rie­še­niu. Mo­der­né su­per­po­čí­ta­če fun­gu­jú na bá­ze klas­tra, pri­čom po­zos­tá­va­jú z množ­stva vý­poč­to­vých uz­lov, vzá­jom­ne pre­po­je­ných rých­lou pri­vát­nou sie­ťou. Jed­not­li­vé uz­ly sú sof­tvé­ro­vou vrstvou ozna­čo­va­nou ako mid­dleware pre­po­je­né me­dzi se­bou, vy­tvá­ra­júc tak jed­nu spo­loč­nú jed­not­ku. Su­per­po­čí­tač sa na­vo­nok sprá­va ako jed­no­lia­ty ce­lok. Su­perrých­le pre­po­je­nie me­dzi jed­not­li­vý­mi uz­la­mi je te­da mi­mo­riad­ne dô­le­ži­tá časť ar­chi­tek­tú­ry, pri­čom k je­ho rie­še­niu rôz­ni zos­ta­vo­va­te­lia pris­tu­pu­jú inak. Jed­na z mož­nos­tí je nap­rík­lad pou­ží­va­nie sie­ťo­vej to­po­ló­gie fab­ric, kto­rá na roz­diel od bež­ných ar­chi­tek­túr (nap­rík­lad eter­net) nie je hie­rar­chic­ká. Na spo­je­nie sa pou­ží­va roz­hra­nie In­fi­ni­Band s la­ten­ciou men­šou ako 100 na­no­se­kúnd a pre­no­so­vou rých­los­ťou 100 Gbit/s a viac. Pre­po­je­nie pros­tred­níc­tvom In­fi­ni­Band sa ob­ja­vu­je v mno­hých su­per­po­čí­ta­čoch, ide nap­rík­lad o ame­ric­ký IBM Road­run­ner ale­bo čín­sky Tian­he-1. Ďal­šia po­pu­lár­na sie­ťo­vá to­po­ló­gia na spo­je­nie uz­lov je to­rus, pri kto­rom je kaž­dý uzol su­per­po­čí­ta­ča pre­po­je­ný so šies­ti­mi naj­bliž­ší­mi uz­la­mi oko­lo ne­ho. Tú­to to­po­ló­giu pou­ží­va­jú nap­rík­lad su­per­po­čí­ta­če IBM Blue Ge­ne a aj z nich vy­chá­dza­jú­ci IBM Sequoia či mo­der­né su­per­po­čí­ta­če od Cray Re­search.

Sequoia.jpg

Su­pe­po­čí­tač IBM Sequoia bez ochran­ných kry­tov ka­bi­ne­tov – dob­re vi­dieť zá­suv­ky s jed­not­li­vým har­dvé­rom a pre­po­jo­va­cie káb­le

Z hľa­dis­ka von­kaj­šie­ho di­zaj­nu sa mo­der­né su­per­po­čí­ta­če veľ­mi ne­lí­šia od vý­kon­ných server­ovn­í. Na ob­ráz­koch si mô­že­te všim­núť, že po­zos­tá­va­jú zo sku­pi­ny sa­mos­tat­ných ka­bi­ne­tov, te­da akých­si skríň, v kto­rých náj­de­me nie­koľ­ko zá­su­viek umies­tne­ných nad se­bou. Ide o mo­du­lár­ny di­zajn, ozna­čo­va­ný ako Bla­de (ži­let­ka), kto­rý sa pou­ží­va aj na rôz­nych server­och. Jed­not­li­vé čas­ti su­per­po­čí­ta­ča sa umiestnia na po­zí­cie vo vy­be­ra­teľ­ných zá­suv­kách a nás­led­ne sa vzá­jom­ne pre­po­ja. V zá­suv­ke zvy­čaj­ne náj­de­me zá­klad­nú dos­ku, na kto­rej je umies­tne­ných nie­koľ­ko pro­ce­sov a mo­du­lov ope­rač­nej pa­mä­te, k čo­mu sa pod­rob­nej­šie dos­ta­ne­me už o chvíľ­ku v har­dvé­ro­vej čas­ti člán­ku. Z hľa­dis­ka roz­me­rov mo­der­né su­per­po­čí­ta­če za­be­ra­jú plo­chu prib­liž­ne vo veľ­kos­ti bas­ket­ba­lo­vé­ho ih­ris­ka. V prí­pa­de IBM Sequoia, kto­rý sa na­chá­dza v ka­li­for­nskom Ná­rod­nom la­bo­ra­tó­riu Lawren­cea Li­ver­mo­ra, ide o 280 m2, za­tiaľ čo v prí­pa­de Cray Ti­tan, na­chá­dza­jú­ce­ho sa v Ná­rod­ných la­bo­ra­tó­rách Oak Rid­ge (Ten­nes­see, USA), je to 404 m2.

Har­dvér, chla­de­nie a na­pá­ja­nie

Dob­rú pred­sta­vu o tom, ako mo­der­né su­per­po­čí­ta­če vy­ze­ra­jú, si mô­že­me vy­tvo­riť na zá­kla­de poh­ľa­du na dva mo­men­tál­ne naj­vý­kon­nej­šie mo­de­ly - IBM Sequoia a Cray Ti­tan. Su­per­po­čí­tač Sequoia po­zos­tá­va z 96 sa­mos­tat­ných ka­bi­ne­tov, pri­čom v kaž­dom z nich náj­de­me 1024 vý­poč­to­vých uz­lov (do­ved­na 98 304 uz­lov). V prí­pa­de po­čí­ta­ča Sequoia je uz­lom 16-jad­ro­vý pro­ce­sor IBM PowerPC A2 (64-bi­to­vé CPU s frek­ven­ciou 1,4 GHz a 32 MB eD­RAM L2 ca­che), kto­rý je osa­de­ný spo­loč­ne s vlas­tnou ope­rač­nou pa­mä­ťou s ka­pa­ci­tou 16 GB (DDR3). Su­per­po­čí­tač tak spo­lu dis­po­nu­je je­den a pol mi­lió­nom pro­ce­so­ro­vých ja­dier (1 572 864) a 1,6 pe­ta­baj­ta­mi ope­rač­nej pa­mä­te. Su­per­po­čí­tač Cray Ti­tan nap­ro­ti to­mu po­zos­tá­va z 200 ka­bi­ne­tov Cray XK7. V kaž­dom z nich je 24 zá­su­viek, pri­čom šesť z nich vy­tvá­ra je­den vý­poč­to­vý uzol. Uzol Ti­ta­nu je tak ar­chi­tek­to­nic­ky od­liš­ný od uz­la IBM Sequoia. Vzhľa­dom na 24 zá­su­viek ale­bo „ži­le­tiek" (bla­des) tak dos­ta­ne­me šty­ri uz­ly na je­den ka­bi­net. Tú­to sché­mu su­per­po­čí­tač „zde­dil" po svo­jom pred­chod­co­vi, kto­rým jej Cray Ja­guar. Vo vý­sled­ku je Cray Ti­tan kom­plet­nou mo­der­ni­zá­ciou su­per­po­čí­ta­ča Ja­guar, pri­čom bo­la vy­uži­tá je­ho kom­plet­ná štruk­tú­ra. Na ob­ráz­ku mô­že­te vi­dieť, ako jed­na z 24 zá­su­viek ka­bi­ne­tu vy­ze­rá. Ide o zá­klad­nú dos­ku Cray XK7, na kto­rej sa na­chá­dza­jú šty­ri 16-jad­ro­vé pro­ce­so­ry AMD Op­te­ron 6274 (2,2 GHz) umies­tne­né v pä­ti­ciach AMD G34 (Cray Ja­guar pô­vod­ne dis­po­no­val šes­ťjad­ro­vý­mi CPU AMD Op­te­ron 2435). Ok­rem to­ho na dos­ke náj­de­me eš­te šty­ri gra­fic­ké kar­ty NVI­DIA Tes­la K20X (Kep­ler GK110) v slo­toch PCIE. Slo­ty PCI Express Ti­ta­nu ma­jú inú po­do­bu ako na kla­sic­kých po­čí­ta­čoch, pri­čom na ob­ráz­ku mô­že­te vi­dieť, že kar­ty sú umies­tne­né na­le­ža­to. Ide o form fac­tor SXM veľ­mi po­dob­ný sché­me, aká sa pou­ží­va na gra­fic­kých kar­tách no­te­boo­kov (kde sa z dô­vo­du níz­ke­ho te­la pre­nos­ných po­čí­ta­čov pou­ží­va ta­kis­to sú­mer­né ulo­že­nie so zá­klad­nou dos­kou). GPU je na su­per­po­čí­ta­čoch ur­če­né, sa­moz­rej­me, čis­to na vý­poč­to­vé ope­rá­cie, a te­da bu­de­te már­ne hľa­dať na kar­tách zby­toč­né pr­vky, ako sú nap­rík­lad ob­ra­zo­vé vý­stu­py. Do­ved­na náj­de­me v su­per­po­čí­ta­či Ti­tan 18 688 pro­ce­so­rov a rov­na­ký po­čet gra­fic­kých či­pov. Pri hyb­rid­ných sys­té­moch je po­čí­ta­nie ja­dier tro­chu prob­le­ma­tic­ké, pre­to­že sú pou­ži­té dva po­mer­ne od­liš­né prin­cí­py vý­poč­to­vých jed­no­tiek (CPU op­ro­ti GPU). V prí­pa­de 16-jad­ro­vých CPU ide spo­lu o 299 008 pro­ce­so­ro­vých ja­dier, za­tiaľ čo pri GPU (kaž­dý čip NVI­DIA K20X ob­sa­hu­je 2688 ja­dier CU­DA) je to 50 233 344 gra­fic­kých ja­dier CU­DA FP32. Na kaž­dej zá­klad­nej dos­ke náj­de­me 128 GB pa­mä­te DDR3 (32 GB pre kaž­dé CPU) a zá­ro­veň 24 GB pa­mä­te GDDR5, umies­tne­nej na sa­mot­ných gra­fic­kých kar­tách (6 GB na kaž­dej). Do­ved­na te­da Ti­tan ob­sa­hu­je viac ako 700 TB ope­rač­nej pa­mä­te. Su­per­po­čí­ta­če, sa­moz­rej­me, dis­po­nu­jú aj kla­sic­kým dá­to­vým úlož­ným pries­to­rom, ale v tom­to prí­pa­de nej­de zvy­čaj­ne o nič „špe­ciál­ne". Cray Ti­tan nap­rík­lad pou­ží­va 10 000 štan­dar­dných 2,5-pal­co­vých pev­ných dis­kov s ka­pa­ci­tou 1 TB (7200 ot./min). Spo­lu te­da mô­že niesť 10 pe­ta­baj­tov dát, pri­čom vstup­no-vý­stup­né sub­sys­té­my umož­ňu­jú uk­la­da­nie rých­los­ťou prib­liž­ne 240 GB za se­kun­du.

Titan-MB.jpg

Jed­na zo 4800 zá­klad­ných do­siek su­per­po­čí­ta­ča Cray Ti­tan – pod me­de­ný­mi chla­dič­mi v stre­de náj­de­me šty­ri 16-jad­ro­vé pro­ce­so­ry Op­te­ron, vľa­vo na­le­ža­to šty­ri gra­fic­ké kar­ty NVI­DA Tes­la a nap­ra­vo ra­di­če dos­ky a do­ved­na 128 GB ope­rač­nej pa­mä­te


« prvá strana « predchádzajúca strana ďalšia strana » posledná strana »  

 
 

24 hodín

týždeň

mesiac

Najnovšie články

Prís­lu­šen­stvo k ultra­boo­kom a no­te­boo­kom
Ultrabooky predstavujú zaujímavý segment prenosných počítačov. Disponujú ultratenkým telom, sú ľahké, a teda ide o vhodného spoločníka na cesty. čítať »
 
Mi­ni PC s An­droi­dom
Android sa majoritne udomácnil v smartfónoch a tabletoch, má však aj ďalšie využitie. Objavil sa napr. v minipočítačoch určených do funkcie multimediálneho centra. čítať »
 
Autor PMD-85: Vy­me­nil som pieš­ťan­skú ga­ráž za Si­li­con Valley
Viete o tom, že tento rok to je už viac ako 30 rokov, čo svetlo svetla uzreli počítače PMD-85? Starší členovia našej redakcie na nich vyrastali a dali im solídny hardvérový i softvérový základ. čítať »
 
Aty­pic­ký po­rov­ná­vač cien
Vo februárovom vydaní PC REVUE sme vám predstavili, ako fungujú porovnávače cien. Pricemania alebo Heureka sú obľúbené zdroje informácii, pokiaľ chcete niečo kúpiť. čítať »
 
Všet­ko v jed­nom
So seriálom Banka v mobile sme už navštívili niekoľko virtuálnych pobočiek našich bánk. Začali sme Tatra bankou, pokračovali sme Slovenskou sporiteľňou a v tejto časti sa z klasických značiek kamenných bánk presunieme do inovatívnej direct banky. čítať »
 
Naj­lep­šie tab­le­ty pre An­droid i Win­dows
Po pokojnejšom minulom mesiaci sa nám na testovacom stole objavilo opäť väčšie množstvo tabletov. Testované kúsky potešili rôznorodosťou a niektorými zaujímavými funkciami, pričom medzi recenzovanými zariadeniami nechýbali ani horúce novinky, ako je Samsung Galaxy Note 8.0 alebo ASUS Fonepad.  čítať »
 
Vie­te, ako spoz­ná­te bez­peč­ný web? Ze­le­ná sa...
Bežné certifikáty SSL sú drahé a môžu si ich dovoliť iba veľké firmy. A pritom je zabezpečenie dát a dôveryhodnosť prevádzkovateľa dnes na internete prioritou, ktorej sa dostáva čoraz viac pozornosti. čítať »
 
Goog­le: Vy­skú­šaj­te na­vi­gá­ciu za­dar­mo
Spoločnosť Google predstavila konečne aj na slovenskom trhu navigáciu určenú pre zariadenia s operačným systémom Google Android (2.2+) a Apple iOS (5.1+). Dá sa tak použiť na väčšine tabletov a smartfónov, a to zadarmo, pokiaľ neberieme do úvahy poplatky za internet. čítať »
 
 
 
  Zdieľaj cez Facebook Zdieľaj cez Google+ Zdieľaj cez Twitter Zdieľaj cez LinkedIn Správy z RSS Správy na smartfóne Správy cez newsletter