SUPERCOMPUTACIÓN. Javier López Cacheiro / CESGA GRID y e-ciencia IFIC, Valencia

Transcripción

1 SUPERCOMPUTACIÓN Javier López Cacheiro / CESGA GRID y e-ciencia IFIC, Valencia

2 Índice Introducción Qué es un superordenador? Arquitectura Memoria CPU Red Clasificación sistemas Benchmarks Top500: Linpack Modelos de programación Ejemplos de superordenadores

3 Qué es un Superordenador? Un sistema grande y muy rápido, usado especialmente en cálculos científicos (1968). Los sistemas más veloces y poderosos utilizables para resolver los problemas más difíciles, hoy.(atribuida a S. Fernbach, G. Michael, J. Worlton y otros) La computadora que sólo está una generación atrás de lo que realmente se necesita. (Neil Lincoln) Es sólo un término publicitario (Enrico Clementi, IBM, 1986)

4 Dos nociones de Rendimiento 1/2 High-Performance Computing (HPC) High-Throughput Computing (HTC)

5 Dos nociones de Rendimiento 2/2 Avión Paris/DC Velocidad Pasajeros Throughput (pas.km/h) Boeing747 Jumbo 6.5horas 913Km/h Concorde 3horas 2179Km/h

6 Arquitectura Conceptos básicos Arquitectura de von Neumann Taxonomía de Flynn Memoria CPU Red Clasificación sistemas

7 Arquitectura de Von Neumann Desde1946todoslosordenadoreshantenidoestos componentes: Procesador Entrada Sección decontrol Memoria Víade datos Salida

8 Placa Base PC E/S disco Memoria Procesador Entrada/ Salida Entrada/Salida

9 Taxonomía de Flynn SISD SIMD MISD MIMD

10 Taxonomía de Fynn: Ejemplos

11 Memoria Memoria compartida Uniform Memory Access (UMA) Non-Uniform Memory Access (NUMA) Cache Coherent Non-Uniform Memory Access (ccnuma) Cache-Only Memory Architecture (COMA) Simple Cache-Only Memory Architecture (S-COMA) Memoria distribuida

12 Memoria Compartida vs Memoria Distribuida CARTAGENA, SPAIN, 2007

13 Diferencias

14 CPU RISC: más registros CISC: más instrucciones EPIC: VLIW+RISC

15 CPU AMD Opteron Intel Xeon Intel Itanium 2 IBM POWER IBM Cell

16 Redes de interconexión 1/2 Latencia Tiempo transcurrido entre el momento en que se solicita un dato y el momento que el dato llega Ancho de banda Velocidad con la que se pueden mover datos de un lugar a otro

17 Redes de Interconexión 2/2 Anchodebanda(GB/s) 1/2 Infiniband4XDDR Myrinet10 G 1.2/2.4 QuadricsQSNetII 0.9 Latencia(µs) Nota:Infiniband12xyaestádisponible InfinibandQDRestarádisponibleduranteel2008

18 Clasificación de sistemas paralelos De memoria compartida SMP (UMA) ccnuma De memoria distribuida Con interconexión interna (MPP) Con interconexión externa (Cúmulos)

19 SMP CorreunasolainstanciadelSO

20 MPP Massively Parallel Processor (MPP) Compuesto de muchos nodos Cada nodo corre su propia instancia del SO

21 MPP

22 ccnuma EsunhíbridoentreunsistemaSMPyunoMPP

23 Benchmarks Linpack Estadísticas del Top500

24 Qué es un Flop? Cálculo científico operaciones matemáticas con números reales FLOP = Floating point operation Operación en punto flotante: Suma o Multiplicación FLOPS = FLOP por segundo 1 GigaFlop/s = 109 operaciones en punto flotante por segundo Mega/Giga/Tera/Peta Flops

25 El Benchmark Linpack Tiempo empleado en resolver un sistema denso de ecuaciones lineales (el tamaño del problema se puede elegir, con lo que varían el número de operaciones. Nmax es aproximadamente 1 millón para los sistemas nº1 del top500), utilizando factorización LU Problema muy regular y el resultado suele aproximarse al rendimiento pico Lista Top500 (

26 TOP500

27 TOP500 Junio 2008

28 Distribución de sistemas según su arquitectura TOP500:Junio2008

29 Número de sistemas según la familia del procesador TOP500:Junio2008

30 Redes de Interconexión TOP500:Junio2008

31 Distribución de sistemas por país TOP500:Junio2008

32 Distribución de sistemas por fabricante TOP500:Junio2008

33 Top 500: Evolución

34 La Ley de Moore 2X transistors/chip every 2 years Moore s Law Gordon Moore (Intel co-founder) predicted in 1965 that the number of transistors on a chip doubles about every two years

35 The Real Moore's Law Fuente: oracle.com/oracle_tips_hardware_oracle_performance.htm

36 Ley de Amdahl 1 SN= 1 s s N 1 S = s

37 Ley de Amdahl

38 Modelos de programación RDTP = speedup/relative effort RDTP = Relative Development Time Productivity

39 Ejemplos: Superordenadores y Centros de Supercomputación

40 07/17/08 Tochange:View >HeaderandFooter 40

41 Size/Activity Domains RESEARCH ADVANCED SERVICES (CESGA Computational ScienceResearchCentre) Startingdate:2008 Staff:140Researchers (recruiting) ProvideHPCand communicationsresourcesand servicestothescientific communityofgaliciaandcsic Startingdate:1.993 Staff:60 BUDGET ( ) : 75 M Tochange:View >HeaderandFooter 41

42 HISTORICAL SUPERCOMPUTERS AT CESGA 1993: VP : SUPERDOME 2,5 GFLOPS 768 GFLOPS 0,5 GB memory 384 GB memory Nº 1 in Spain Nº 1 in Spain Nº 145 in the World (Top 500) Nº 227 in the World (Top 500)

43 TECHNOLOGY CESGA S TECHNOLOGICAL EVOLUTION: INSTALLED SERVERS 1993 VP GFLOPS 1998 VPP GFLOPS AP GFLOPS 1999 HPC SVG 9.6 GFLOPS 9.9 GFLOPS 2002 HPC 320 BEOWULF 2003 SUPERDOME 2004, 2005, 2006 SVG 64 GFLOPS 16 GFLOPS 768 GFLOPS 3,142 GFLOPS ,000 GFLOPS

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45 FINIS TERRAE (2007) New HPC Supercomputer 2007 More than: 16,000 GFLOPS 2,580 CPUs 19,000 GB Memory OPEN SOURCE

46 Finis Terrae 07/17/08 Tochange:View >HeaderandFooter 46

47 Finis Terrae 07/17/08 Tochange:View >HeaderandFooter 47

48 FINIS TERRAE (2007) COMPUTING NODES SUPERCOMPUTING NODES: 147 cc-numa Nodes with Itanium CPUs connected through a high efficiency INFINIBAND network 1 node: 128 cores, 1,024 GB memory 2 nodes: 64 CPUs, GB memory 142 nodes: 16 cores, 128 GB memory 2 nodes: 4 cores, 4 GB memory for testing

49 FINIS TERRAE (2007) DATA STORAGE RESOURCES DATA STORAGE: 22 nodes with 44 cores for storage management. 390 TB on disk. 1 PB Robot Tape Library.

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51 Earth Simulator Sistema más potente del mundo de Junio 2002 a Junio 2004 Basado en la arquitectura vectorial NEC SX, 640 nodos, cada nodo con 8 procesadores vectoriales (8Gflops pico por proceador), ciclo de reloj de 2 ns, y 16GB de memoria compartida por nodo. Total de 5104 procesadores, 40 TFlop/s pico, y 10 TB memoria. Tiene un crossbar single stage (1800 millas de cable) 83,000 cables de cobre, 16 GB/s de ancho de banda cross section. 700 TB espacio en disco 1.6 PB almacenamiento masivo Area del ordenador= 4 canchas de tennis, 3 pisos

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53 PanoramicviewoftheEarthSimulatorSystemJanuary,2002 EarthSimulatorResearchandDevelopmentCenter

54 Wiringofinterconnectionnetworkcables EarthSimulatorResearchandDevelopmentCenter

55 Wiringofinterconnectionnetworkcables EarthSimulatorResearchandDevelopmentCenter

56 IBM Blue Gene Light BG/Lcomputecard

57 IBM Blue Gene Procesadores sencillos: PowerPC 440 modificados Aplicación específica: protein folding

58 Roadrunner 1 PetaFlop/s!! 133 millones de dólares Situada en Los Alamos National Laboratory: to solve classified military problems to ensure that the nation's stockpile of nuclear weapons will continue to work correctly as they age

59 Roadrunner Sistemahíbrido:ProcesadoresAMDOpteron+ChipsCell

60 Roadrunner

61 Futuro Mejora de la eficiencia energética: Green500

62 Dudas?