СУПЕРКОМПЬЮТЕР K COMPUTER

Ранее занимавший первое место суперкомпьютер K Computer отодвинут на третье место. Его производительность составляет 11,28 Пфлопс (см. Рисунок 1). Напомним, что флопс (FLoating-point Operations Per Second, FLOPS) — это единица измерения производительности компьютеров, которая показывает, сколько операций с плавающей запятой в секунду способна выполнить данная вычислительная система.

 

Рисунок 1. В основу суперкомпьютера K Computer с производительностью 11,28 Тфлопс положена архитектура распределенной памяти.
Рисунок 1. В основу суперкомпьютера K Computer с производительностью 11,28 Тфлопс положена архитектура распределенной памяти.

 

K Computer является совместной разработкой Института физико-химических исследований Рикагаку Кенкийо (RIKEN) 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 Института передовых вычислительных наук в японском городе Кобе.

В основу суперкомпьютера положена архитектура распределенной памяти. Система состоит из более чем 80 000 вычислительных узлов и размещается в 864 стойках, каждая из которых вмещает 96 вычислительных узлов и 6 узлов ввода/вывода. Узлы, содержащие по одному процессору и по 16 Гбайт оперативной памяти, соединяются между собой в соответствии с топологией «шестимерная петля / тор». В общей сложности в системе используется 88 128 восьмиядерных процессоров SPARC64 VIIIfx (705 024 ядра), произведенных Fujitsu по технологии 45 нм.

Этот суперкомпьютер общего назначения обеспечивает высокий уровень производительности и поддержку широкого ряда приложений. 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. Экономия энергии достигается за счет применения высокоэффективного оборудования, системы когенерации тепло- и электроэнергии и массива солнечных батарей. Кроме того, механизм повторного использования отработанной воды из охладителя 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). Для более эффективного размещения стоек с оборудованием и кабелей третий этаж размером 50 × 60 м полностью освобожден от несущих колонн. Современные технологии строительства позволили обеспечить допустимый уровень нагрузки (до 1 т/м2) для установки стоек, вес которых может достигать 1,5 т.

СУПЕРКОМПЬЮТЕР SEQUOIA

Суперкомпьютер Sequoia, установленный в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса, обладает производительностью 16,32 Пфлопс и занимает вторую строчку рейтинга (см. Рисунок 2).

 

Рисунок 2. Система Sequoia с производительностью 16,32 Пфлопс состоит из 96 стоек и 98 304 вычислительных узлов (1024 узла на стойку).
Рисунок 2. Система Sequoia с производительностью 16,32 Пфлопс состоит из 96 стоек и 98 304 вычислительных узлов (1024 узла на стойку).

 

Этот петафлопсный суперкомпьютер, разработанный компанией IBM на базе Blue Gene/Q, создан 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 98 304 вычислительных узлов (1024 узла на стойку). Каждый узел включает в себя 16-ядерный процессор PowerPC A2 и 16 Гбайт оперативной памяти DDR3. В целом используется 1 572 864 процессорных ядра и 1,6 Пбайт памяти. Узлы соединяются между собой в соответствии с топологией «пятимерный тор». Занимаемая системой площадь равна 280 м2. Общее энергопотребление составляет 7,9 МВт.

На суперкомпьютере Sequoia впервые в мире были проведены научные вычисления, для которых требовалась вычислительная мощность более 10 Пфлопс. Так, системе космологического моделирования HACC потребовалось около 14 Пфлопс при запуске в режиме 3,6 трлн частиц, а во время запуска кода проекта Cardiod для моделирования электрофизиологии человеческого сердца производительность достигла почти 12 Пфлопс.

СУПЕРКОМПЬЮТЕР TITAN

Самым быстрым в мире суперкомпьютером был признан суперкомпьютер Titan, установленный в Окриджской национальной лаборатории (ORNL) в США. В тестовых испытаниях Linpack его производительность составила 17,59 Пфлопс.

В Titan реализована гибридная архитектура CPU-GPU (см. Рисунок 3). Система состоит из 18 688 узлов, каждый из которых оснащен 16-ядерным процессором AMD Opteron и графическим ускорителем Nvidia Tesla K20X. В общей сложности используется 560 640 процессоров. Titan представляет собой обновление ранее эксплуатировавшегося в ORNL суперкомпьютера Jaguar и занимает те же серверные шкафы (общей площадью 404 м2).

 

Рисунок 3. В самом быстром в мире суперкомпьютере Titan с производительностью 17,59 Пфлопс реализована гибридная архитектура CPU-GPU.
Рисунок 3. В самом быстром в мире суперкомпьютере Titan с производительностью 17,59 Пфлопс  реализована гибридная архитектура CPU-GPU.

 

Возможность использования уже существующих систем питания и охлаждения позволила сэкономить в ходе строительства около 20 млн долларов. Энергопотребление суперкомпьютера составляет 8,2 МВт, что на 1,2 МВт 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 и ядерной энергетики, а также исследований, касающихся повышения эффективности работы двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, с его помощью будут выполняться моделирование климатических изменений и анализ потенциальных стратегий по устранению связанных с ними негативных последствий.

САМЫЙ «ЗЕЛЕНЫЙ» СУПЕРКОМПЬЮТЕР

Помимо рейтинга Top500, нацеленного на определение наиболее высокопроизводительной системы, существует рейтинг Green500, где отмечены самые «зеленые» суперкомпьютеры. Здесь за основу принят показатель энергоэффективности (Мфлопс/Вт). На данный момент (последний выпуск рейтинга — ноябрь 2012 года) лидером Green500 является суперкомпьютер Beacon (253-е место в Top500). Показатель его энергоэффективности составляет 2499 Мфлопс/Вт.

Beacon работает на базе сопроцессоров Intel Xeon Phi 5110P и процессоров Intel Xeon E5-2670, поэтому пиковая производительность может достигать 112 200 Гфлопс при общем энергопотреблении в 44,9 кВт. Сопроцессоры Xeon Phi 5110P обеспечивают высокую производительность при низком энергопотреблении. Каждый сопроцессор обладает мощностью в 1 Тфлопс (при выполнении операций с двойной точностью) и поддерживает до 8 Гбайт памяти класса GDDR5 с пропускной способностью в 320 Гбит/с.

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

СУПЕРКОМПЬЮТЕР EURORA

Однако в феврале 2013 года появились сообщения о том, что суперкомпьютер Eurora, расположенный в городе Болонья (Италия), по энергоэффективности превзошел Beacon (3150 Мфлопс/ватт против 2499 Мфлопс/Вт).

Eurora построен компанией Eurotech и состоит из 64 узлов, каждый из которых включает в себя два 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 энергопотребления в Eurora достигнута путем использования нескольких технологий. Наибольший вклад вносит водяное охлаждение. Так, каждый узел суперкомпьютера представляет собой своеобразный бутерброд: центральное оборудование снизу, водяной теплообменник в середине и еще один блок электроники сверху (см. Рисунок 4).

 

Рисунок 4. Система водяного охлаждения в суперкомпьютере Eurora.
Рисунок 4. Система водяного охлаждения в суперкомпьютере Eurora.

 

Столь высокие результаты обеспечиваются благодаря применению материалов с хорошей теплопроводностью, а также разветвленной сетью охлаждающих каналов. При установке нового вычислительного модуля его каналы совмещаются с каналами системы охлаждения, что позволяет менять конфигурацию суперкомпьютера в зависимости от конкретных потребностей. По заверению производителей, риск протечек исключен.

Электропитание элементов суперкомпьютера Eurora осуществляется посредством 48-вольтовых источников постоянного тока, внедрение которых позволило сократить число преобразований энергии. Наконец, отводимая от вычислительного оборудования теплая вода может использоваться и в других целях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Отрасль суперкомпьютеров активно развивается и ставит все новые и новые рекорды производительности и энергоэффективности. Следует отметить, что именно в этой отрасли, как нигде более, сегодня широко применяются технологии жидкостного охлаждения и 3D-моделирования, так как перед специалистами стоит задача скомпоновать сверхмощную вычислительную систему, которая была бы способна функционировать в ограниченном объеме при минимальных потерях энергии.

Юрий Хомутский — главный инженер проектов компании «Ай-Теко». С ним можно связаться по адресу: homutsky@i-teco.ru. В статье использованы материалы интернет-портала о центрах обработки данных «www.AboutDC.ru — Решения для ЦОД».