Posúvanie hornej hranice výpočtovej sily

Superpočítače – hon na výkon

Strana 4/5

Z hľa­dis­ka chla­de­nia su­per­po­čí­ta­če v prie­be­hu his­tó­rie ne­raz ba­lan­so­va­li na hra­ne, obzvlášť pred nás­tu­pom ma­sív­ne­ho pa­ra­le­liz­mu (nap­rík­lad už spo­me­nu­tý Cray 2 s út­ro­ba­mi po­no­re­ný­mi do fluórouh­lí­ko­vej kva­pa­li­ny). Vý­kon­ný har­dvér pro­du­ku­je ob­rov­ské množ­stvo tep­la, kto­ré tre­ba rých­lo a efek­tív­ne od­vá­dzať. S nás­tu­pom viac­ná­sob­ných ka­bi­ne­to­vých rie­še­ní si su­per­po­čí­ta­če vo väč­ši­ne prí­pa­dov vy­sta­čia s vý­kon­ným vzdu­cho­vých chla­de­ním. Nap­rík­lad na dos­ke su­per­po­čí­ta­ča Ti­tan si mô­že­te všim­núť, že kom­po­nen­ty v po­do­be pro­ce­so­rov a gra­fic­kých ka­riet sú osa­de­né iba roz­mer­ný­mi pa­sív­ny­mi chla­dič­mi. Ak­tív­ne sa to­tiž chla­dí ce­lý ka­bi­net, do kto­ré­ho sa rých­lo vhá­ňa chlad­ný vzduch po­mo­cou sús­ta­vy tru­bíc, kto­ré mô­že­te vi­dieť na ob­ráz­ku vr­chnej čas­ti su­per­po­čí­ta­ča. Z ka­bi­ne­tu je nás­led­ne ohria­ty vzduch pum­po­va­ný na­zad do chla­dia­cej čas­ti, kde sa ochla­dzu­je cir­ku­lá­ciou vo­dy na tep­lo­tu prib­liž­ne 5 °C a po­sie­la na­zad do obe­hu. Chla­dia­ce sys­té­my Ti­ta­nu do­ká­žu od­viesť te­pel­nú ener­giu schop­nú roz­to­piť 6600 ton ľa­du za 24 ho­dín. Niek­to­ré su­per­po­čí­ta­če, ako nap­rík­lad IBM Su­per­Muc (3 pe­taF­LOPS) či ja­pon­ský K com­pu­ter (10 pe­taF­LOPS), pou­ží­va­jú vod­né chla­de­nie v pl­nom roz­sa­hu, keď je vo­da pum­po­va­ná pot­rub­ný­mi sys­té­ma­mi do pa­sív­nych chla­di­čov na pro­ce­so­roch. Ohria­ta vo­da sa pri­tom ne­zried­ka­vo pou­ží­va nap­rík­lad na vy­ku­ro­va­nie prid­ru­že­ných bu­dov kom­plexu, čím sa čias­toč­ne re­du­ku­jú pre­vádz­ko­vé nák­la­dy su­per­po­čí­ta­ča.

Titan-Cooling.jpg

Roz­vá­dzanie schla­de­né­ho vzdu­chu pot­ru­bím pria­mo do út­rob Ti­ta­nu

Po­kiaľ si zhr­nie­me vý­kon su­per­po­čí­ta­ča, po­čet je­ho vý­poč­to­vých ja­dier a tep­lo, kto­ré je pri je­ho prá­ci ge­ne­ro­va­né, zrej­me je vám jas­né, že ob­jem ener­gie vy­ža­do­va­nej na je­ho prá­cu je enorm­ný. Pri su­per­po­čí­ta­čoch sa na za­há­ľa­nie skrát­ka neh­rá a oča­ká­va sa, že pôj­du po­čas svo­jej ži­vot­nos­ti prak­tic­ky neus­tá­le na pl­ný vý­kon. Ne­zried­ka­vo tak spot­re­bú­va­jú elek­tric­kú ener­giu po­rov­na­teľ­nú s ener­ge­tic­ký­mi po­žia­dav­ka­mi ma­lé­ho mes­ta. Sú­čas­ná sve­to­vá su­per­po­čí­ta­čo­vá jed­not­ka Cray Ti­tan spot­re­bú­va pri svo­jej prá­ci nep­retr­ži­te prib­liž­ne 8,2 me­gawat­tu. Ob­dob­ne je na tom sve­to­vá dvoj­ka IBM Sequoia (7,2 MW), za­tiaľ čo troj­ka v po­do­be ja­pon­ské­ho K com­pu­te­ra vy­ža­du­je už do­dáv­ku 12,6 MW. Na vnú­tor­né na­pá­ja­nie jed­not­li­vých čas­tí su­per­po­čí­ta­ča sa pou­ží­va­jú rôz­ne pos­tu­py, pri­čom nap­rík­lad Cray Ti­tan na­pá­ja jed­not­li­vé ka­bi­ne­ty na­pä­tím 480 vol­tov. Pre prí­pad vý­pad­ku do­dáv­ky elek­tric­ké­ho prú­du z hlav­nej roz­vod­nej sie­te bý­va­jú su­per­po­čí­ta­če vy­ba­ve­né sys­té­ma­mi zá­lož­né­ho na­pá­ja­nia. Pr­vú lí­niu tvo­ria ob­vyk­le veľ­ké me­cha­nic­ké zotr­vač­ní­ky, kto­ré sa pri prá­ci su­per­po­čí­ta­ča roz­to­čia na 52 000 otá­čok za mi­nú­tu. Pri vý­pad­ku elek­tri­ny sú vďa­ka zotr­vač­né­mu mo­men­tu a na­ku­mu­lo­va­nej ki­ne­tic­kej ener­gii schop­né po do­bu 16 se­kúnd (v prí­pa­de Cray Ti­tan) pro­du­ko­vať dos­ta­tok ener­gie na udr­ža­nie pre­vádz­ky sie­ťo­vej a úlo­žis­ko­vej čas­ti su­per­po­čí­ta­ča. Po­kiaľ je ener­ge­tic­ký vý­pa­dok dl­hší ako dve se­kun­dy, štar­tu­jú sa di­ese­lo­vé mo­to­ry. Ná­beh di­ese­lo­vých elek­tric­kých ge­ne­rá­to­rov tr­vá prib­liž­ne 7 se­kúnd, pri­čom pre­be­ra­jú úlo­hu do­dá­va­te­ľa elek­tric­kej ener­gie skôr, ako sa zotr­vač­ní­ky za­sta­via. Aj v tom­to prí­pa­de však ide len o na­pá­ja­nie sie­ťo­vej a úlož­nej čas­ti su­per­po­čí­ta­ča, pre­to­že prak­tic­ky neexis­tu­je mož­nosť, ako lo­kál­ny­mi ge­ne­rá­tor­mi pro­du­ko­vať oko­lo 10 MW pot­reb­ných na udr­ža­nie pre­vádz­ky vý­poč­to­vej čas­ti.

Kcomputer-MB.jpg

Vod­né chla­de­nie vnút­ri su­per­po­čí­ta­ča K Com­pu­ter

Sof­tvér a ko­nek­ti­vi­ta

V po­čiat­koch éry su­per­po­čí­ta­čov sa ope­rač­ný sys­tém bu­do­val pre kaž­dý mo­del zvlášť. To umož­ňo­va­lo pre­cíz­ny sof­tvé­ro­vý návrh, kto­rý bol vždy ši­tý na mie­ru a pre kon­krét­ne har­dvé­ro­vé pot­re­by kaž­dé­ho stro­ja. S pos­tup­ným ná­ras­tom har­dvé­ro­vej zlo­ži­tos­ti sa však vý­voj ope­rač­né­ho sys­té­mu stá­val ča­so­vo čo­raz ná­roč­nej­ším, tech­nic­ky zlo­ži­tej­ším a hlav­ne drah­ším. V 80. ro­koch mi­nu­lé­ho sto­ro­čia sa už ce­na na je­ho vý­voj za­ča­la rov­nať su­me, kto­rá bo­la in­ves­to­va­ná do har­dvé­ru. To ma­lo za nás­le­dok ra­di­kál­ny od­klon od vlas­tných sof­tvé­ro­vých rie­še­ní, pri­čom vý­rob­co­via za­ča­li dá­vať pred­nosť kla­sic­kým a os­ved­če­ným ope­rač­ným sys­té­mom. Ten­to trend naš­tar­to­val v ro­ku 1985 su­per­po­čí­tač Cray-2, kto­rý bol vy­ba­ve­ný sys­té­mom UNI­COS, za­lo­že­ným na Unixe. V prie­be­hu nas­le­du­jú­cich ro­kov za­ča­lo ope­rač­né sys­té­my UNIX pou­ží­vať čo­raz viac su­per­po­čí­ta­čov a v 90. ro­koch už bo­li tie­to rie­še­nia prak­tic­ky štan­dar­dom. Nik­dy však neš­lo o kon­krét­ny a špe­ciál­ny druh sys­té­mu, na kto­rom sa všet­ci vý­rob­co­via su­per­po­čí­ta­čov spo­loč­ne po­die­ľa­li, ale o kla­sic­ký unixový zá­klad, kto­rý jed­not­li­ví vý­rob­co­via up­ra­vo­va­li pre vlas­tné pot­re­by (naj­mä z to­ho dô­vo­du, že jed­not­li­vé su­per­po­čí­ta­če sa v rám­ci ar­chi­tek­tú­ry čas­to znač­ne lí­ši­li). Ako však vý­voj kla­sic­kých ope­rač­ných sys­té­mov pok­ra­čo­val, za­čal byť ich stá­le sa zväč­šu­jú­ci zdro­jo­vý kód prob­lé­mom. Kým pre do­má­ce po­čí­ta­če bo­la zvy­šu­jú­ca sa kom­plexnosť a fun­kčnosť sys­té­mov ví­ta­ná, pri su­per­po­čí­ta­čoch, kde bo­lo tre­ba nad kó­dom dr­žať pl­nú kon­tro­lu a up­ra­vo­vať ho na maximál­nu rých­losť, iš­lo o znač­né skom­pli­ko­va­nie si­tuácie. V ča­se, keď zdro­jo­vý kód sys­té­mov pre­sa­ho­val už pol mi­lió­na riad­kov, bo­lo prak­tic­ky jas­né, že je ne­vyh­nut­né prís­tup zme­niť. V od­vet­ví su­per­po­čí­ta­čov sa tak za­ča­li pou­ží­vať tzv. mik­ro­ker­ne­ly, te­da mik­ro­jad­rá, kto­ré si za­cho­vá­va­li len tie naj­dô­le­ži­tej­šie fun­kcie ope­rač­né­ho sys­té­mu a pos­ky­to­va­li vy­so­kú rých­losť a up­ra­vi­teľ­nosť. Me­dzi pr­vé las­to­vič­ky v tom­to sme­re pat­ri­li mik­ro­sys­té­my MACH a Cho­rus. Na pre­lo­me sto­ro­čí, keď nas­tal v su­per­po­čí­ta­čoch pre­chod k ma­sív­ne­mu pa­ra­le­liz­mu, sa za­ča­li pre jed­not­li­vé uz­ly pou­ží­vať rôz­ne dru­hy li­nuxových sys­té­mov. Za­tiaľ čo na vý­poč­to­vých uz­loch sa zvy­čaj­ne na­sa­dzo­val ne­ja­ký typ li­nuxové­ho mik­ro­jad­ra, na vstup­no-vý­stup­ných uz­loch a ria­dia­cich čas­tiach su­per­po­čí­ta­ča zas ne­ja­ký štan­dard­ný, a te­da „veľ­ký" li­nuxový ope­rač­ný sys­tém.

Mo­der­né su­per­po­čí­ta­če od IBM pou­ží­va­jú na vý­poč­to­vých uz­loch mik­ro­sys­tém CNK (Com­pu­te No­de Ker­nel). Ide o od­ľah­če­ný li­nuxový ker­nel, ob­sa­hu­jú­ci prib­liž­ne 5000 riad­kov zdro­jo­vé­ho kó­du v C++, špe­ciál­ne up­ra­ve­ný pre pot­re­by su­per­po­čí­ta­čov. Nao­pak, Cray Re­search pou­ží­va od­vo­de­ni­nu li­nuxové­ho mik­ro­jad­ra naz­va­nú CNL (Com­pu­te No­de Li­nux), kto­rá vy­chá­dza zo sys­té­mu SU­SE Li­nux En­terpri­se Server. Ako sme už spo­me­nu­li, na ria­dia­cej čas­ti a vstup­no-vý­stup­ných uz­loch sa zvy­čaj­ne pou­ží­va kla­sic­ký, a te­da neod­ľah­če­ný ope­rač­ný sys­tém, pri­čom nap­rík­lad IBM pou­ží­va sys­tém INK za­lo­že­ný na Li­nuxe. V sú­čas­nos­ti sú li­nuxové ope­rač­né sys­té­my na su­per­po­čí­ta­čoch do­mi­nan­tné, ich po­diel si mô­že­te po­zrieť na fa­reb­nom gra­fic­kom zná­zor­ne­ní. Pre su­per­po­čí­ta­če pou­ží­va­jú­ce ma­sív­nu pa­ra­lel­nú ar­chi­tek­tú­ru je z hľa­dis­ka sof­tvé­ru mi­mo­riad­ne dô­le­ži­té správ­ne a včas­né roz­de­ľo­va­nie úloh. Úlo­hy tre­ba plá­no­vať nie­len z vý­poč­to­vé­ho, ale aj ko­mu­ni­kač­né­ho hľa­dis­ka. Oby­čaj­ne sa pou­ží­va ne­ja­ký druh hlav­né­ho plá­no­va­ča, kto­rý inštruu­je zá­stup po­dria­de­ných plá­no­va­čov ob­slu­hu­jú­cich spúš­ťa­nie, kon­tro­lo­va­nie a mo­ni­to­ro­va­nie jed­not­li­vých pro­ce­sov. Tie­to po­dria­de­né plá­no­va­če sle­du­jú vždy vlas­tné čas­ti su­per­po­čí­ta­ča a pra­vi­del­ne hlav­né­mu plá­no­va­ču od­osie­la­jú re­por­ty o pok­ro­ku jed­not­li­vých úloh. Su­per­po­čí­ta­če IBM nap­rík­lad pou­ží­va­jú open sour­ce sof­tvér SLURM (Simp­le Li­nux Uti­li­ty for Re­sour­ce Ma­na­ge­ment). Iné su­per­po­čí­ta­če, ako nap­rík­lad niek­to­ré mo­de­ly Cray, pris­tu­pu­jú k prob­lé­mu tro­chu inak a jed­not­li­vé úlo­hy dis­tri­buu­jú po­mo­cou sof­tvé­ro­vé­ho plá­no­va­ča PBS (Por­tab­le Batch Sys­tem) vždy na pr­vý dos­tup­ný pro­ce­sor, res­pek­tí­ve uzol. Ok­rem rých­le­ho sof­tvé­ru a plá­no­va­ča sa su­per­po­čí­ta­če, sa­moz­rej­me, ne­zao­bí­du ani bez veľ­mi rých­le­ho sie­ťo­vé­ho pri­po­je­nia. Úlo­hy sú v dr­vi­vej väč­ši­ne prí­pa­dov za­dá­va­né na di­aľ­ku. K su­per­po­čí­ta­ču Cray Ti­tan nap­rík­lad ve­die nie­koľ­ko de­sia­tok lo­kál­nych 10 Gbit li­niek, pri­čom ce­lý sys­tém je zá­ro­veň pri­po­je­ný na 100-gi­ga­bi­to­vú chr­bti­co­vú sieť ES­NET (Ener­gy Scien­ces Network - Ener­ge­tic­ká ve­dec­ká sieť), kto­rú pou­ží­va­jú rôz­ne ná­rod­né la­bo­ra­tó­riá, vý­skum­né ús­ta­vy a uni­ver­zi­ty.

OS.png

Per­cen­tuál­ne za­stú­pe­nie ope­rač­ných sys­té­mov na su­per­po­čí­ta­čoch za dve pos­led­né de­ká­dy


« 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