Опубликован: 15.09.2004 | Доступ: свободный | Студентов: 3816 / 1391 | Оценка: 4.31 / 4.05 | Длительность: 09:26:00
ISBN: 978-5-9556-0018-5
Специальности: Разработчик аппаратуры

Лекция 15: Кластеры и массивно-параллельные системы различных производителей. Семейство массивно-параллельных машин ВС МВС-100 и МВС-1000. ВС с распределенной памятью производства Sequent и DATA GENERAL. Кластеры DIGITAL

< Лекция 14 || Лекция 15: 123 || Лекция 16 >
Аннотация: В данной лекции приводится описание массивно-параллельных систем МВС-100 и МВС-1000. Рассматриваются возможности серверов с распределенной памятью (NUMA Q), которые выпускались не существующими ныне фирмами Sequent и Data General, и Alpha-серверы компании Digital.

Семейство массивно-параллельных машин ВС МВС-100 и МВС-1000

Массивно-параллельные масштабируемые системы МВС предназначены для решения прикладных задач, требующих большого объема вычислений и обработки данных. Суперкомпьютерная установка системы МВС представляет собой мультипроцессорный массив, объединенный с внешней дисковой памятью и устройствами ввода-вывода информации под общим управлением персонального компьютера или рабочей станции.

Основные области фактического применения суперкомпьютеров МВС-100 /1000:

  1. решение задач расчета аэродинамики летательных аппаратов, в том числе явления интерференции при групповом движении;
  2. расчет трехмерных нестационарных течений вязкого сжимаемого газа;
  3. расчеты течений с локальными тепловыми неоднородностями в потоке;
  4. разработка квантовой статистики моделей поведения вещества при экстремальных условиях;
  5. расчеты структурообразования биологических макромолекул;
  6. моделирование динамики молекулярных и биомолекулярных систем;
  7. решение задач линейных дифференциальных игр. Динамические задачи конфликтов управления;
  8. решение задач механики деформируемых твердых тел, в том числе с учетом процессов разрушения.

Программное обеспечение, установленное на вычислительных системах, по сути, минимально по своему объему: трансляторы с языков FORTRAN и С (С++); дополнительные средства описания параллельных процессов; программные средства PVM и MPI; средства реализации многопользовательских режимов и удаленного доступа.

Межведомственный суперкомпьютерный центр (МСЦ) был открыт 5 ноября 1999 г. В нем в качестве основной машины была установлена 16-процессорная система фирмы HP V2250 производительностью 15 Гопер/с. Параллельно с этой системой в МСЦ работал также 96-процессорный вариант отечественной системы МВС-1000. Суммарная производительность всех систем центра достигала 230 Гопер/с (2,3х1011).

МВС-100

Подход, который используется при создании отечественных суперкомпьютеров, состоит в закупке новейших комплектующих изделий, создания на этой основе суперкомпьютерных систем, их интеграции в информационно-вычислительные сети и необходимых усилий в области применения, т.е. в разработке прикладных программ и методов математического моделирования. Такая концепция реализована в мультипроцессорной вычислительной системе МВС-100.

МВС-100 - это отечественная мультипроцессорная система второго поколения. В настоящее время она заменяется на МВС-1000. Система поставляется в виде типовых конструктивных модулей по 32, 64 и 128 процессоров. Число процессоров в модулях и число модулей может варьироваться. Для основной обработки применяются микропроцессоры Intel 860 с производительностью до 100 МФлоп (64 разряда при двойной точности) и присоединенной оперативной памятью, изменяемой от 8 до 32 Мбайт. Для межпроцессорного обмена в каждом узле используется транспьютер, работающий с той же оперативной памятью, а также памятью внешнего обмена объемом 2-8 Мбайт. Общая пропускная способность 4 транспьютерных каналов для внешнего обмена - 20 Мбайт/с. Система МВС-100 эксплуатируется в ряде институтов РАН и промышленности. Установки МВС-100 с суммарной производительностью более 50 Гопер/с эксплуатируются в вычислительных центрах РАН (в Москве, Екатеринбурге, Новосибирске, Владивостоке) и в отраслевых ВЦ. Показана возможность эффективного распараллеливания вычислений и обработки данных.

МВС-1000

МВС-1000 - система третьего поколения, основанная на использовании микропроцессоров Alpha 21164 (разработка компании DEC-Compaq; выпускается также заводами фирм Intel и Samsung) с производительностью до 1-2 Тфлоп и присоединенной оперативной памятью объемом 0,1-2 Гбайт. Система МВС-1000 с производительностью до 1 Tфлоп состоит из 8 стоек (512 узлов).

В основном исполнении системы межпроцессорный обмен структурно аналогичен используемому в системе МВС-100 и реализуется в двух модификациях: на базе <транспьютероподобного> связного микропроцессора TMS320C44 (фирма Texas Instruments), имеющего 4 канала с пропускной способностью каждого в 20 Мбайт/с, либо на базе связного микропроцессора SHARC ADSP 21060 (фирма Analog Devices), имеющего 6 внешних каналов с пропускной способностью каждого 40 Мбайт/с.

Исполнение МВС-1000К отличается использованием для межпроцессорного обмена коммутационной сети MYRINET (фирма Myricom, США) с пропускной способностью канала в дуплексном режиме 2x160 Мбайт/с. Кроме того, предусмотрено подключение к каждому процессору памяти на жестком диске с объемом 2-9 Гбайт. В стандартной стойке располагается до 64 процессоров системы МВС-1000 или 24 процессора системы МВС-1000К. Предусмотрены средства системного объединения стоек для установок с большим числом процессоров.

Процессорные узлы связаны между собой по схеме, сходной с топологией двухмерного тора (для 4-линковых узлов). Конструктивным образованием МВС-1000 является базовый вычислительный блок, содержащий 32 вычислительных модуля.

Для управления массивом процессоров и внешними устройствами, а также для доступа к системе извне используется так называемый хост-компьютер (управляющая машина). Обычно это рабочая станция AlphaStation с процессором Alpha и операционной системой Digital Unix (Tru64 Unix) или ПК на базе Intel с операционной системой Linux.

Начиная с 1999 г., все вновь выпускаемые МВС-1000 строятся как кластеры выделенных рабочих станций. Это означает, что, в отличие от ранних версий МВС-1000, в качестве вычислительного модуля используются не специализированные ЭВМ, предназначенные только для применения в качестве деталей суперкомпьютерной установки, а обычные персональные компьютеры. В качестве коммуникационной аппаратуры используются обычные сетевые платы и коммутаторы, применяемые для построения офисных локальных сетей.

В качестве базовой ОС узла используется Linux, что фактически является общепринятым мировым стандартом для построения систем такого класса. Это позволило многократно расширить и упростить, по сравнению с ранними версиями МВС-1000, адаптацию разнообразного программного обеспечения, как свободно распространяемого, так и коммерческого.

Разработчики МВС-1000 предлагают пользователям набор единых архитектурных решений, охватывающий три класса параллельных вычислительных систем:

  • большие и сверхбольшие системы, состоящие из сотен узлов. Примером такой системы может служить МВС-1000М, эксплуатирующаяся в настоящее время в Межведомственном суперкомпьютерном центре РФ;
  • средние и малые системы, поставляемые по заказу. В настоящее время серийно выпускаются МВС-1000/16 и МВС-1000/32, из 16 и 32 процессоров, соответственно. В ИПМ РАН в настоящее время в регулярной эксплуатации находится одна установка МВС-1000/16. Кроме того, аналогичные системы успешно эксплуатируются в целом ряде научных центров страны;
  • виртуальные параллельные системы на базе офисной локальной сети. Для освоения и изучения параллельных технологий, а также для постоянной эксплуатации в условиях острого дефицита финансовых средств предлагается программное обеспечение, позволяющее организовать полноценную параллельную систему на базе оборудования вузовского компьютерного класса, или аналогичной офисной локальной сети. При этом с точки зрения пользователя система не только не отличается от <настоящей> по способу работы, но и позволяет получать очевидный выигрыш в скорости при выполнении реальных программ. В отличие от реализованных аппаратно суперкомпьютеров МВС-1000, такой полностью виртуальный суперкомпьютер называется МВС-900.
< Лекция 14 || Лекция 15: 123 || Лекция 16 >