Лекция 16: Кластеры и массивно-параллельные системы различных производителей. Современные суперкомпьютеры: Hitachi SR8000, Серия Fujitsu VPP5000, Cray T3E-1200, ASCI White

ASCI White

Проект ASCI (Accelerated Strategic Computing Initiative - ускоренная стратегическая вычислительная инициатива) инициирован оборонными программами Министерства энергетики США в сотрудничестве с лабораториями Lawrence Livermore и Los Alamos (США) для перехода от ядерных испытаний к методам, основанным на численном моделировании создания ядерного оружия, оценки его производительности и т.п. Инициатива ASCI является ключевым элементом программы обслуживания арсеналов Stockpile Stewardship, направленной на обеспечение безопасности и надежности ядерных арсеналов страны при отсутствии испытаний ядерного оружия.

В конце июня 2000 г. компания IBM сообщила, что она построила самый быстрый суперкомпьютер в мире (на тот момент), выполняющий до 12 триллионов вычислений в секунду, что в тысячу раз быстрее, чем производительность <Deep Blue>. Суперкомпьютер RS/6000 SP, известный как ASCI White, занимающий площадь размером в два баскетбольных поля, используется Министерством энергетики США в программе по обеспечению безопасности и надежности запасов ядерного оружия без проведения натурных испытаний.

Система ASCI White является третьим шагом в плане Министерства энергетики США, согласно которому производительность суперкомпьютерной системы в 2004 г. должна составлять 100 Топер/с. В рамках ASCI-проекта в течение нескольких лет предполагается создать серию суперкомпьютеров производительностью в 1, 3, 10, 30 и 100 Тфлоп.

При проверке возможностей суперкомпьютера ASCI White показал вычислительную производительность в 12,28 Тфлоп, превысив требования контракта в этом пункте на 23%. Система инсталлирована в калифорнийской национальной Ливерморской лаборатории.

Система состоит из 8 192 микропроцессоров, имеет оперативную память объемом в 6 Тбайт и дисковую память в 160 Тбайт, что достаточно для шестикратного хранения всех книг библиотеки Конгресса США.

Аппаратное окружение ASCI White включает в себя систему IBM RS/6000 SP с 512 симметричными мультипроцессорными машинами (SMP-узлами). Каждый узел имеет 16 процессоров, а для системы в целом - 8192 процессора, обеспечиваемая пиковая производительность составляет не менее 12 Топер/с. Система имеет общую память 4 Тбайт и дисковую память 150 Тбайт.

Дополнительно система IBM SP оснащена внешней дисковой памятью, параллельной файловой системой GPFS, архивной памятью и средствами визуализации. Специализированная высокоскоростная сеть образует магистраль и соединяет все компоненты системы ASCI White.

Система IBM SP, которая формирует ядро ASCI White, образована из многих пакетов, в большинстве своем содержащих четыре узла. Все узлы являются симметричными мультипроцессорами IBM RS/6000 POWER3 с 64-разрядной архитектурой. Каждый узел является автономной машиной, обладающей собственной памятью, операционной системой, локальным диском и 16 процессорами. IBM производит несколько разновидностей узлов POWER3. Узлы ASCI White известны как узлы Nighthawk-2 (NH-2).

Процессоры POWER3 являются суперскалярными (одновременное выполнение многих команд) 64-разрядными чипами конвейерной организации с двумя устройствами по обработке команд с плавающей запятой и тремя устройствами по обработке целочисленных команд. Они способны выполнять до восьми команд за тактовый цикл и до четырех операций с плавающей запятой за такт. Все узлы соединены внутренней коммутационной сетью SP.

Общая параллельная файловая система IBM GPFS (General Parallel File System) обеспечивает обслуживание файловой системы для параллельных и последовательных приложений, запускаемых в окружении RS/6000 SP. GPFS разработана аналогично файловой системе UNIX: почти все приложения запускаются под GPFS так же, как они запускаются в других файловых системах. Это означает, что пользователи могут продолжать применять обычные команды UNIX для простых операций над файлами.

GPFS предоставляет совместный доступ к файлам, который может охватывать много дисководов на многих узлах SP. Отдельные файлы хранятся как ряд <блоков>, распределенных через диски на различных узлах памяти. Также поддерживается одновременное чтение и запись различных файлов.

Для защиты вычислительных средств (Secure Computing Facility - SCF) используется архивная система хранения данных HPSS (High Performance Storage System).

Система ASCI White построена таким образом, чтобы поддерживать смешанные моды программирования кластерной распределенной памяти с SMP общей памяти. MPI обычно используется для соединения распределенной памяти от узла к узлу.

Операционная система, как и на машине ASCI Blue-Pacific, представляет собой версию UNIX IBM AIX. AIX поддерживает как 32-разрядные, так и 64-разрядные системы RS/6000. Номер текущей версии - AIX 4.3.

Поддержка параллельного кода на ASCI White включает параллельные библиотеки, отладчики, профилировщики, утилиты IBM и сервисные программы, которые производят анализ эффективности выполнения. Поддерживаются MPI, OpenMP, потоки POSIX и транслятор директив IBM. Доступны: параллельный отладчик IBM, средства профилирования и TotalView.