Журнал Компьютерра - Журнал Компьютерра N741-742

Пета, экза, зетта, йотта…Автор: Киви Берд

Опубликовано в журнале "Компьютерра" N25-26 от 08 июля 2008 года В июне германский город Дрезден принимал ISC-2008, Международную суперкомпьютерную конференцию, с 1993 года устраиваемую дважды в год по разные стороны Атлантики. Нынешний, 31-й по счету форум, как обычно, сопровождался публикацией Top500 — престижного рейтинга полутысячи самых быстрых суперкомпьютеров планеты. Этот список уже давно принято считать своеобразным зеркалом, отражающим самые заметные достижения и текущие тенденции в мире высокопроизводительных вычислений. Главным же на сегодняшний день рекордом, бесспорно, стала новая система IBM под названием Roadrunner. Эта машина впервые в истории суперкомпьютинга официально (слово "официально" здесь означает производительность, достигнутую при прогоне стандартного рейтингового теста Linpack) преодолела рубеж в 1 петафлопс, то есть тысячу триллионов (или миллион миллиардов, короче — 1015) операций с плавающей запятой в секунду.

Столь впечатляющий результат уда лось достичь "с опережением графика". Всего двумя годами ранее на конференции ISC-2006, проходившей здесь же в Дрездене, ведущие эксперты по суперкомпьютингу в один голос заявляли, что до конца 2009 года петафлопсных систем на горизонте не ожидается. Доминировавшие тенденции того периода многих ввели в заблуждение и подтолкнули к неверным прогнозам. Например, к лету 2006 года страны Азии (Япония, Китай, Индия и др.) впервые и довольно убедительно обошли Европу по количеству топовых систем, и тогда казалось, что это надолго. Ныне, однако, доля Европы в Top500 превышает азиатскую почти вчетверо. Аналогичным образом стремительно набиравшие популярность процессоры AMD Opteron два года назад сулили острую конкуренцию с лидером Intel и далеко неочевидный итог этой схватки. А то, что уже к 2008 году превосходство процессоров Intel в суперкомпьютерах окажется бесспорным и сильным как никогда, предвидеть не мог никто.

Об интересной статистике, сопровождающей каждый новый релиз Top500, подробно рассказывается во врезках. Нам же пора познакомиться с нынешним абсолютным чемпионом суперкомпьютинга.

Верхнюю половину первой десятки оккупировали системы, развернутые в США. Причем четыре из них принадлежат американскому Министерству энергетики и предназначены для сугубо военных задач.

Помимо чемпиона-петафлопсника Roadrunner в Лос-Аламосе, это прошлый многолетний лидер — система IBM BlueGene/L в Ливерморской лаборатории им. Лоуренса, отступившая ныне на второе место с производительностью 478,2 Тфлопс; IBM BlueGene/P с производительностью 450,3 Тфлопс в Аргоннской национальной лаборатории (3-е место) и обновленный суперкомпьютер Cray XT4 "Jaguar" (205 Тфлопс, 5-е место) в национальной лаборатории Оук-Ридж. Четвертое место заняла новейшая система Sun "Ranger" на основе SunBlade x6420 (326 Тфлопс) в Техасском компьютерном центре при университете Техас-Остин.

Далее, на позиции N6, разместилась еще одна система IBM BlueGene/P (180 Тфлопс), но развернутая уже в Европе и принадлежащая германскому научному центру FZJ (Forschungszentrum Juelich). На 7-м месте — американская система, собранная корпорацией SGI на основе ее модели Altix ICE 8200 для Компьютерного центра Нью-Мексико (133,2 Тфлопс).

Ступенькой ниже — индийская кластерная система на основе машин HP BL460c, собранная в Вычислительном центре города Пуне компанией Tata по собственной технологии (132,8 Тфлопс, причем это уже второе вхождение Индии в престижный Top10). На 9-м и 10-м местах — две французские системы: BlueGene/P научно-исследовательского ИТ-института IDRIS (112,5 Тфлопс) и SGI Altix ICE 8200 нефтяной компании Total Exploration Production (106,1 Тфлопс, лучший на сегодня результат для задействованных в бизнесе суперкомпьютеров).

Бегущий по дороге

Самое, пожалуй, необычное свойство системы Roadrunner, побившей заветный петафлопсный рекорд скорости, заключается в следующем. Этот сугубо военный американский суперкомпьютер собран из компонентов, первоначально разработанных для японских игровых приставок.

Точнее говоря, конструктивно Roadrunner является гибридной машиной, с единственной в своем роде архитектурой, одновременно использующей существенно разные процессоры — более традиционные чипы AMD Opteron и куда менее распространенные чипы Cell Broadband Engine. Архитектура Cell, как известно, создавалась американо-японским консорциумом STI (Sony, Toshiba, IBM) под современные игровые видеоприставки вроде Sony PlayStation 3.

Разработанная и собранная компанией IBM для Лос-Аламосской национальной лаборатории, новая вычислительная система получила название Roadrunner по имени распространенной в Нью-Мексико кукушки-подорожника, являющейся символом этого штата (где находится ЛосАламос). Кое-кто, правда, усматривает в этом названии — на русский переводящемся в лоб как "бегущий по дороге" — и другой символ, с претензией на глубокомысленность. Символ того, что нынешние тенденции в продвинутых компьютерных технологиях в некотором смысле противоположны тем, что были четверть века назад. Если в ту пору передовые военные разработки время от времени просачивались в бытовую электронику и получали широкое коммерческое распространение, то теперь все с точностью до наоборот: новейшие технологии потребительского рынка с успехом внедряются в военные проекты.

Новый суперкомпьютер IBM — это вторая инкарнация архитектуры Roadrunner.

Первый Roadrunner, кластерная машина производительностью около 70 Тфлопс, уже эксплуатируется в Лос-Аламосской лаборатории. Обе машины построены на основе чипов AMD Opteron и управляются операционной системой Linux. Главная особенность второй версии — это радикальное наращивание вычислительной мощи за счет добавления к Opteron-базе многоядерных процессоров Cell. Официально объявленная стоимость нового суперкомпьютера — 133 млн. долларов. В настоящее время Roadrunner состоит из 6948 двухъядерных "Оптеронов" на базе серверов IBM LS21 Blade и 12960 процессоров Cell на базе IBM QS22 Blade, подкрепленных 80 Тбайт памяти. На межмодульные соединения ушло около 90 км оптоволоконных кабелей. Все это хозяйство, размещенное в 296 стойках IBM BladeCenter H, занимает 600 кв. м и весит 250 т.

Аппетиту "Кукушонка", потребляющего при работе 3,9 МВт, может позавидовать большущий торговый центр вроде тех, что строят в пригородах мегаполисов.

Тем не менее коэффициент экономичности, применяемый для сравнения систем, у Roadrunner один из лучших в мире — 376 млн. операций на 1 Вт потребленной энергии.

Со временем производительность системы Roadrunner планируется довести до 1,7 петафлопса. Эта мощь будет использоваться, главным образом, для моделирования поведения ядерных боеприпасов. Во-первых, дабы иметь гарантию, что накопленные арсеналы ядерных вооружений будут продолжать работать надлежащим образом по мере их неизбежного старения. Во-вторых (об этом, правда, упоминается гораздо реже), для виртуальных испытаний нового оружия, что позволяет сохранять действующий мораторий на реальные ядерные взрывы.