Super Computadors

Estat de l’art delsEstat de l’art dels

Xavier Vallejo LópezXavier Vallejo LópezArtur Juvé VidalArtur Juvé Vidal

SuperComputadorsSuperComputadors

Estat de l’art dels supercomputadors 2

Què és un SuperComputador?Què és un SuperComputador?

És un del sistemes més avançats i potents de computació que es pot trobar avui en dia.

Normalment no és un sol ordinador, sinó una sèrie d'ordinadors interconnectats.

S’utilitza per a realitzar càlculs que no es podrien realitzar en els nostres ordinadors corrents.

Ocupen molt d’espai físic (habitacions plenes de màquines, ben acondicionades...).

És un producte que costa molts diners.


Història dels SuperComputadorsHistòria dels SuperComputadors

Hewlett-Packard als anys 50 fabrica UNIVAC format per 100 vàlvules de buit…

El 1952 apareix MANIAC I, un analitzador matemàtic, integrador numèric i computador.

Als anys 70 hi ha diversos intents que s’acostaven als supercomputadors. Per exemple ILLIAC IV que fou creat als 60 per Orion Multisystems però no va ser operatiu fins a mitjans dels 70.



Els primers supercomputadors es van desenvolupar als anys 70. Seymour Cray va inventar i construir Cray I al 1976 a Los Almos National Laboratory (LANL). Aquest és considerat per a molts l’orígen del supercompuador. Crazy I estava fet de circuits integrats en no existir els microprocessadors. Crazy I operava a una velocitat de 100 Megaflops (Un Pentium II 266 Mhz va a 66 Megaflops/s, i un P4 3Ghz a 660 Megaflops/s).

Aparèixen nous competidors: IBM, NEC, Texas Instrument. Llavors la casa Cray evoluciona el seu model: Cray-II (1985). Cray-II arribava a 1-2 Gigaflops.



Lamentablement, a causa d'esdeveniments com la reducció de la indústria de defensa al final de la Guerra Freda, o l'auge de les empreses japoneses (Fujitsu Ltd., Hitachi Ltd., i NEC Corp), va disminuir la indústria americana de la supercomputació, i de rebot va portar l'empresa creadora dels Crey a la bancarrota.

Actualment la velocitat dels supercomputadors es mesura en FLOPS (Floating Point Operations per second), encara que fins fa poc es mesurava en MIPS (Million instructions per second).



GF

LO

Ps


BenchmarksBenchmarks

Benchmarking és la tècnica per mesurar el rendiment d’un sistema o d’alguna part d’aquest, generalment en comparació amb algun paràmetre de referència.

Els Benchmarks programes informàtics que s’utilitzen per mesurar i comparar el rendiment de computadors, xarxes, etc.

Permeten mesurar l’eficiència completa d’una màquina o bé parts específiques, per exemple memòria cau, unitats de coma flotant, etc.


Benchmarks: TipusBenchmarks: Tipus

Programes Reals– Compiladors, tractament de text, gràfics…– Exemple: SPECs.

Nuclis– Fragments de codi importants d’aplicacions reals,

com poden ser kernels (nuclis) de sistemes operatius.

– Per avaluar situacions de programes en temps real.

– Exemple: Livermore loops, LINPACKs...


Benchmarks: TipusBenchmarks: Tipus

Toys

– Programes petits (10~100 linies).

– Normalment es controla la sortida.

– Exemple: fibbonacci, 8 quens, quick sort... Programes sintètics

– Especialment dissenyats per fer benchmarking.

– Exemple: Whetstone, Drystone...


Benchmarks: Benchmarks: LINPACKLINPACK

Desenvolupat per Jack Dongarra al 1976. Un dels més usats per arquitectures d’alt rendiment

(supercomputadors). Uitilitza càlcul matricial es fan fent servir matrius Per fer les comparacions de Benchmarks de la llista

del Top 500, es fan servir els del tipus LINPACKs (nuclis).


TOP500TOP500

TOP500 és un projecte que analitza els ordinadors més potents del moment i en publica una llista cada 6 mesos.

També s’hi poden consultar estudis, característiques de supercomputadors, estadístiques, gràfiques, notícies, etc.

http://www.top500.org/


TOP500: Els 10 primers (11/2007)TOP500: Els 10 primers (11/2007)


TOP500: El més properTOP500: El més proper

MareNostrum


TOP500: Fabricants (11/2007)TOP500: Fabricants (11/2007)


TOP500: Països (11/2007)TOP500: Països (11/2007)


TOP500: Arquitectures TOP500: Arquitectures (11/2007)(11/2007)


TOP500: Altres (11/2007)TOP500: Altres (11/2007)

Families de Sistemes Operatius

Nombre de processadors


TOP500: Distribució (11/2007)TOP500: Distribució (11/2007)

Localització geogràfica dels Top 100 supercomputadors


TOP500: Rendiment (11/2007)TOP500: Rendiment (11/2007)


TOP500: Aplicacions (11/2007)TOP500: Aplicacions (11/2007)


AplicacionsAplicacions

S’utilitzen per a realitzar calculs complexes.– Simulacions científiques– Gràfics animats– Anàlisi de dades geològiques Anàlisi d'estructures– Dinàmica de fluids computacionals– Físiques– Química– Dissenys electrònics– Recerca en camps d'energia nuclear– Meteorologia (previsions del temps)


ArquitecturesArquitectures

SISD SIMD MISD MIMD

Memòria compartida/MultiprocessadorUMANUMACOMA

Memòria privada/Multicomputador(comunicació per pas de missatges)

MPP (Blue Gene)LANCluster (MareNostrum)Grid


Arquitectures: ClusterArquitectures: Cluster

Conjunt de computadors complets connectats per una xarxa comercial.

Programació complexa. Molt escalables. Cluster Beowulf: Cluster de sistema operatiu lliure i

componentes comercials ordinaris.– Classe 1: Basats en tecnologies estàndard del

mercat. Ex: Ethernet...– Classe 2: Basats en tecnologies dissenyades

especificament.


Arquitectures: MPPArquitectures: MPP

Massive Parallel Processor Programació complexa Tipus d’arquitectura amb moltes unitats aritmètiques

independents o microprocessadors que funcionen en paral·lel.

S’anomena massiu perquè hi ha centenars o milers d’unitats.

A diferència de l’arquitectura cluster, MPP és més integrat.

Alguns exemples són el Blue Gene i Earth Simulator.


Arquitectures: Arquitectures: Xarxes Xarxes d’interconnexiód’interconnexió Array Lineal Estrella Anell Totalment connectada Arbre binari Malla bidimensional Torus Hipercub Butterfly etc.


BlueGene/LBlueGene/L

Desenvolupat per IBM, actualment és el primer supercomputador de la sèrie Blue Gene.

Situat al Laboratori Nacional Lawrence Livermore (LLNL) a California.

Arquitectura MPP Processadors PowerPC 440 700 MHz (2.8 GFlops) Memoria: 73,7 Terabytes Capacitat de procés: 478,2 Teraflops Pot variar la velocitat dels processadors per a reduir el

consum.


BlueGene/LBlueGene/L


MarenostrumMarenostrum

Arquitectura Cluster Sistema Operatiu Linux Supercomputador basat en processadors duals IBM

PowerPC 970fx de 64 bits a 2,2 GHz. Xarxa d’interconnexió Myrinet (doble fibra òptica,

permet connexions de xarxa de Gigabits, …) Utilitza GPFS (Global Parallel File System) per

permetre l’accés paral·lel al mateix temps. Disposa de fonts d’alimentació redundants.



MareNostrum prové del nom “mar nuestro” que en llatí s’utilitzava per anomenar al mar Mediterráneo.

Es construeix l’any 2004 en el Centre Tècnic de IBM situat a San Fernando de Henares a Madrid

Instalat a l’interior d’una antiga capella construïda a principis del segle XX al costat del campus de la UPC (capella Torre Girona).

Utilitzat en la investigació del genòma humà, sistemes biològics, estructura de les proteïnes i en el diseny de nous medicaments.



Altres característiques– Capacitat de procés: 62,83 Teraflops– Memòria: 20 Terabytes– Potència de consum: 600 KW– Emmagatzematge: 280 Terabytes– Pes: 40 Tones


Marenostrum (la visita…)Marenostrum (la visita…)

Torre GironaCapella al costat de la UPC. El Marenostrum ocupa més de 120 m2.

Sota del supercomputador hi ha un metre d’alçada per al cablejat elèctric, cables de xarxa (Myrinet), aire condicionat, etc.



Entrada principal al supercomputador està restringida amb un sistema biomètric (empremta dactilar, iris, etc…).



Estructura de la salaDes de sota es transmet aire fred per a refrigerar els racks. La diferència de temperatures entre passadissos pot ser d’uns 12 ºC.


FIFI

Super Computadors

Technology

Transcript of Super Computadors