Современные суперкомпьютеры

Ранее занимавший первое место суперкомпьютер K Computer отодвинут на третье место. Его производительность составляет 11,28 Пфлопс (напомним, что флопс (FLOPS, FLoating-point Operations Per Second) – это единица измерения производительности компьютеров, которая показывает, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет данная вычислительная система).

Суперкомпьютер K Computer

K computer является совместной разработкой RIKEN (Институт физико-химических исследований Рикагаку Кенкийо) и Fujitsu. Он создавался в рамках инициативы High-Performance Computing Infrastructure (Инфраструктура высокопроизводительных компьютерных вычислений), возглавляемой японским министерством образования, культуры, спорта, науки и технологий (MEXT). Суперкомпьютер установлен на территории Передового Института Вычислительных Наук в г. Кобе, Япония.

В основе суперкомпьютера лежит архитектура распределенной памяти. Система состоит из более чем 80000 вычислительных узлов. Компьютер размещается в 864 стойках, каждая стойка содержит 96 вычислительных узлов и 6 узлов ввода/вывода. Каждый узел включает в себя процессор и 16ГБ оперативной памяти. Узлы соединяются между собой на основе топологии «шестимерная петля/тор». В общей сложности, в системе используется 88128 8-ядерных процессоров SPARC64 VIIIfx (705024 ядра), произведенных Fujitsu по 45нм технологии.

K computer является суперкомпьютером общего назначения, обеспечивающим высокий уровень производительности и поддержку широкого ряда приложений. Доступ к компьютеру имеют исследователи и инженеры со всего мира. Система используется для проведения исследований в области климатических изменений, предотвращения стихийных бедствий и медицины.

Уникальная система водяного охлаждения позволяет снизить вероятность отказа оборудования и сократить общее энергопотребление. Кроме того, экономия энергии в системе достигается за счет использования высокоэффективного оборудования, системы когенерации тепло- и электроэнергии и массива солнечных батарей. Также реализован механизм повторного использования отработанной воды из охладителя, что позволяет снизить негативное влияние на окружающую среду.

Здание, в котором расположен K computer, является сейсмоустойчивым и способно выдерживать землетрясения магнитудой 6 и более баллов по японской шкале (0-7). Фундамент здания укреплен на случай разжижения почвы. Для более эффективного размещения стоек и кабелей, третий этаж здания размером 50м x 60м полностью освобожден от несущих колонн. С одной стороны, это позволило добиться гибкости при размещении оборудования, но в то же время необходимо было обеспечить допустимый уровень нагрузки до 1т/м² для установки стоек, вес которых может достигать 1,5т. Современные технологии строительства позволили достичь поставленной цели.

Суперкомпьютер Sequoia

Суперкомпьютер Sequoia , установленный в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса , обладает производительностью в 16,32 Пфлопс и занимает вторую строчку рейтинга.

Суперкомпьютер IBM Sequoia является петафлопсным суперкомпьютером, созданным компанией IBM на базе Blue Gene/Q для Национальной Администрации по Ядерной Безопасности США (NNSA) в рамках реализации программы Advanced Simulation and Computing (Высокотехнологичное моделирование и компьютерные вычисления).

Система состоит из 96 стоек и 98304 вычислительных узлов (1024 узла на стойку). Каждый узел включает в себя 16-ядерный процессор PowerPC A2 и 16Гб оперативной памяти DDR3. В общей сложности, система использует 1572864 процессорных ядра и 1,6 петабайт памяти. Узлы соединяются между собой с помощью топологии «пятимерный тор». Занимаемая системой площадь равна 280 кв. м. Общее энергопотребление составляет 7,9МВт.

На суперкомпьютере Sequoia впервые в мире были проведены научные вычисления, требующие более 10 петафлопс вычислительной мощности. Так, например, система космологического моделирования HACC потребовала около 14 петафлопс при запуске в режиме 3,6 триллионов частиц. А во время запуска кода проекта Cardiod, посвященного моделированию электрофизиологии человеческого сердца, удалось достигнуть производительности почти 12 петафлопс. Кроме того, по словам специалистов, участвовавших в реализации суперкомпьютера, Sequoia позволит ученым получить более полное представление о поведении ядерного оружия.

Суперкомпьютер Titan

Самым быстрым в мире суперкомпьютером был признан суперкомпьютер Titan, который установлен в Окриджской Национальной Лаборатории (ORNL) в США. В тестовых испытаниях Linpack суперкомпьютер показал производительность в 17,59 петафлопс.

Titan реализует гибридную архитектуру CPU-GPU. Система состоит из 18688 узлов, каждый из которых оснащен 16-ядерным процессором AMD Opteron и графическим ускорителем NVIDIA Tesla K20X. В общей сложности в системе используется 560640 процессоров. Titan является обновлением суперкомпьютера Jaguar, ранее использовавшегося в ORNL и занимает те же серверные шкафы (общей площадью 404 кв. м).

Возможность использования уже существующих систем питания и охлаждения позволила сэкономить в ходе строительства порядка $20 млн. Энергопотребление суперкомпьютера составляет 8,2МВт, что на 1,2МВт больше показателей Jaguar, при этом его производительность при выполнении операций с плавающей точкой выше почти в 10 раз.

Titan в первую очередь будет использоваться для проведения исследований в области науки о материалах, ядерной энергетики, а также исследований, касающихся повышения эффективности работы двигателей внутреннего сгорания. Система также будет использоваться для моделирования климатических изменений и анализа потенциальных стратегий по устранению их негативных последствий. Другие возможные области применения включают в себя анализ переноса излучения, что может быть полезно для астрофизиков и для развития технологий медицинской визуализации.

Самый «зелёный» суперкомпьютер согласно рейтингу Green500

Помимо рейтинга Top500, целью которого является определение наиболее высокопроизводительной системы, существует также рейтинг Green500 наиболее «зелёных» суперкомпьютеров, где за основу принят показатель энегроэффективности (мегафлопс/ватт). Лидером Green500 на данный момент (последний выпуск рейтинга – ноябрь 2012 года) является суперкомпьютер Beacon (253-е место в Top500). Показатель его энергоэффективности составляет 2499 мегафлопс/Ватт.

Beacon работает на базе сопроцессоров Intel Xeon Phi 5110P и процессоров Intel Xeon E5-2670, что позволяет ему достигать пиковой производительности в 112200 Гигафлопс при общем энергопотреблении в 44,9кВ. Сопроцессоры Xeon Phi 5110P обеспечивают высокую производительность при низком энергопотреблении. Каждый сопроцессор обладает мощностью в 1 Терафлопс (при выполнении операций с двойной точностью) и поддерживает до 8Гб памяти типа GDDR5 с пропускной способностью в 320Гбит/с.

Система охлаждения Xeon Phi 5110P является пассивной и рассчитана на TDP 225Вт, что является идеальным показателем для серверов высокой плотности.

Суперкомпьютер Eurora

Однако в феврале 2013 года появились сообщения о том, что суперкомпьютер Eurora, расположенный в г.Болонья (Италия), по энергоэффективности превзошел Beacon (3150 мегафлопс/Ватт против 2499 мегафлопс/Ватт).

Eurora построен компанией Eurotech и состоит из 64 узлов, каждый из которых включет в себя 2 процессора Intel Xeon E5-2687W, два ускорителя Nvidia Tesla K20 GPU и другое оборудование. Габариты подобного узла не превышают габаритов ноутбука, однако, их производительность выше в 30 раз, а энергопотребление ниже в 15 раз.

Высокая эффективность использования электроэнергии в Eurora достигнута путем использования нескольких технологий. Наибольший вклад в повышение энергоэффективности вносит использование водяного охлаждения. Так, каждый узел суперкомпьютера построен как бутерброд: центральное оборудование снизу, водяной теплообменник в середине и ещё один блок электроники сверху.

Система водяного охлаждения в суперкомпьютере Eurora

Эффективность водяного охлаждения объясняется использованием материалов с хорошей теплопроводностью, а также разветвленной сетью охлаждающих каналов. При этом стоит отметить, что каналы спроектированы так, что при установке нового вычислительного модуля каналы этого модуля совмещаются с каналами системы охлаждения. Это позволяет изменять конфигурацию суперкомпьютера под конкретные нужды. По заверению производителей риск протечек исключен.

Для электропитания элементов суперкомпьютера Eurora использованы 48-вольтовые источники постоянного тока, внедрение которых позволило сократить число преобразований энергии. Наконец, отводимая от вычислительного оборудования вода, может быть преобразована в энергию для использования в других целях.

Заключение

Отрасль суперкомпьютеров активно развивается и ставит всё новые и новые рекорды производительности и энергоэффективности. Следует отметить, что именно в этой отрасли, как нигде более, сегодня очень актуальны технологии жидкостного охлаждения и 3D-моделирования, так как перед специалистами стоит задача скомпоновать сверхмощную вычислительную в ограниченном объёме с минимальными потерями.

Статью подготовил Юрий Хомутский, главный инженер проектов компании ЗАО «Ай-Теко».

С ним можно связаться по адресу homutsky@i-teco.ru.

В статье использованы материалы интернет-портала о дата-центрах

«www.AboutDC.ru – Решения для ЦОД»

Источник