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