Экзафлопсное будущее

Сентябрь 2, 2022

Главная
Алгебра
Экзафлопсное будущее

Содержание

2. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Содержание Понятие параллельных вычислений и суперкомпьютинга Необходимость параллельных вычислений Примеры приложений Сдерживающие
3. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Современное состояние вопроса Параллельные вычисления являются перспективной областью применения вычислительной техники и
4. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Методы и технологии программирования «Появление многоядерных процессоров изменило компьютерный мир – он
5. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Понятие параллельных вычислений Под параллельными вычислениями (parallel or concurrent computations) можно понимать
6. Если Вы собираетесь вспахать и обработать поле, что Вы предпочтете? Двух сильных быков (высказывание Seymour Cray)
7. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Понятие параллельных вычислений Параллельные вычисления не сводятся к использованию только к многопроцессорных
8. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Суперкомпьютинг Или суперкомпьютерные технологии это: Производство СуперЭВМ Разработка программного обеспечения для СуперЭВМ
9. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Суперкомпьютер Оксфордский толковый словарь по вычислительной технике (1986 год): Суперкомпьютер – это
10. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Суперкомпьютер Суперкомпьютер – это вычислительная система, цена которой выше 1-2 млн долларов.
11. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Необходимость параллельных вычислений 1. Опережение потребности вычислений быстродействия существующих компьютерных систем (Problems
12. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Необходимость параллельных вычислений 2. Теоретическая ограниченность роста производительности последовательных компьютеров Традиционная фон
13. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Необходимость параллельных вычислений Световым барьером в вычислительной технике называется соотношение: d Скорость
14. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Теоретическая ограниченность роста производительности последовательных ЭВМ Рис.1. Световой и тепловой барьеры (1
15. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Необходимость параллельных вычислений 3. Резкое снижение стоимости многопроцессорных (параллельных) вычислительных систем. Напр.,
16. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Необходимость параллельных вычислений 4. Смена парадигмы построения высокопроизводительных процессоров - многоядерность
17. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова из 24 Примеры приложений: науки о Земле Анализ изменений климата Прогнозирование погоды
18. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Примеры приложений: науки о жизни Новые лекарства и методы лечения Геномика Поиск
19. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Примеры приложений: инженерные расчёты Виртуальное проектирование Оптимизация
20. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Значимость параллельных вычислений Принятие обоснованных решений практически в любой сфере человеческой деятельности
21. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Области приложений, в которых суперкомпьютерные вычисления имеют особую значимость: Невозможность (недопустимость) натурных
22. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Доклад PITAC (The President’s Information Technology Advisory Committee) Вычислительные науки: обеспечение превосходства
23. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Конкурентоспособность страны в современных условиях во многом определяется уровнем развития суперкомпьютерных вычислительных
24. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Характеристика необходимых знаний и умений Архитектура параллельных вычислительных систем Модели вычислений и
25. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова А зачем? Московский государственный университет (Ломоносов) – 414.42 TFLOPS Суперкомпьютерный центр– 140
26. 7 лет до экзафлопса. Что делать? Вице-президент корпорации Intel Кирк Скауген: Предполагается, что мощность суперкомпьютера преодолеет
27. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова 1 Экзафлопс = 14 АЭС Производительность современных суперкомпьютеров нередко превышает один петафлопс,
28. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова 1 Экзафлопс = 14 АЭС Однако для покорения нового рубежа производительности суперкомпьютерам
29. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова 1 Экзафлопс = 14 АЭС Даже крупнейшие суперкомпьютеры, действующие сегодня, потребляют в
30. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Сдерживающие факторы… Высокая стоимость параллельных систем – в соответствии с «законом» Гроша
31. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Сдерживающие факторы… Постоянное совершенствование последовательных компьютеров – в соответствии с «законом» Мура
32. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Сдерживающие факторы… Существование последовательных вычислений – в соответствии с законом Амдаля (Amdahl)
33. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Сдерживающие факторы… Зависимость эффективности параллелизма от учета характерных свойств параллельных систем (отсутствие
34. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Литература Гергель В.П., Стронгин Р.Г. Основы параллельных вычислений для многопроцессорных вычислительных систем.
35. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Литература Богачев К.Ю. Основы параллельного программирования: Монография. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний,
36. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Дополнительные источники http://www.parallel.ru - Сайт параллельных технологий http://www.mcs.anl.gov/mpi/index.html - Introduction to Parallel
37. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Заключение За время существование вычислительной техники Скорость срабатывания элементов возросла в 103
38. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова РаСТ-2003
39. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Первые подходы к параллелизму ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator) проект 1943-46
40. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова ASCI White 29 июня 2000 года корпорация IBM сообщила об успешном завершении
41. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова ASCI White 8192 процессора 12.3 TFLOPS 8 TB ОП, распр. по 16-проц.
42. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова ASCI White Все узлы системы работают под управлением ОС AIX - варианта
43. 19.02.12 САФУ им. М.В.Ломоносова Earth Simulator Два года (2002-2004) первенство по производительности удерживал японский суперкомпьютер фирмы
44. K computer Японский суперкомпьютер производства компании Fujitsu, запущенный в 2011 году в Институте физико-химических исследований в
45. K computer По состоянию на июнь 2011 года система имела 68 544 8-ядерных процессора SPARC64 VIIIfx,
46. Суперкомпьютерный консорциум университетов России На заседании Союза ректоров России 23-го декабря 2008 года было подписано соглашение
47. Суперкомпьютерный консорциум университетов России Целью Консорциума является разработка и обеспечение выполнения комплекса мероприятий, направленных на эффективное
48. Интернет-Университет Суперкомпьютерных Технологий Отличительные особенности проекта - привлечение ведущих специалистов страны для проведения занятий, реализация классической
49. Учебная программа «Суперкомпьютерные технологии и высокопроизводительные вычисления 2011» Программа посвящена вопросам, необходимым для начала успешной деятельности
50. Реализация проекта в ИМИКТ В институте математики, информационных и космических технологий САФУ уже шесть семестров проводятся
51. Реализация проекта в ИМИКТ В осеннем семестре будут читаться он-лайн лекции по дисциплинам: «Параллельное программирование с
52. Реализация проекта в ИМИКТ Организованы практические занятия для выполнения интернет-тестов на сайте intuit.ru, лабораторные работы по
54. Скачать презентацию

Слайд 2

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Содержание
Понятие параллельных вычислений и суперкомпьютинга
Необходимость параллельных вычислений
Примеры приложений
Сдерживающие факторы
Характеристика

необходимых знаний и умений
Литература и источники

Слайд 3

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Современное состояние вопроса
Параллельные вычисления являются перспективной областью применения вычислительной

техники и представляют собой сложную научно-техническую проблему.
Знание современных тенденций развития ЭВМ и аппаратных средств для достижения параллелизма, умение разрабатывать модели, методы и программы параллельного решения задач обработки данных следует отнести к числу важных квалификационных характеристик современного специалиста по прикладной математике, информатике и вычислительной технике.

Слайд 4

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Методы и технологии программирования
«Появление многоядерных процессоров изменило компьютерный мир

– он стал параллельным и обратного пути нет!
Нужно учиться жить в новых условиях, нужно привыкать к технологиям параллельного

программирования, нужно осваивать параллельные вычислительные системы от уровня обычного сервера до суперкомпьютеров.
Через несколько лет отсутствие навыков работы с параллельными компьютерами будет равносильно компьютерной безграмотности!»

Чл.-корр. Вл.В.Воеводин

Слайд 5

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Понятие параллельных вычислений
Под параллельными вычислениями (parallel or concurrent computations)

можно понимать процессы решения задач, в которых в один и тот же момент времени могут выполняться одновременно несколько вычислительных операций.
Параллельные вычисления составляют основу суперкомпьютерных технологий и высокопроизводительных вычислений.

Слайд 6

Если Вы собираетесь вспахать и обработать поле, что Вы предпочтете?
Двух сильных

быков

(высказывание Seymour Cray)

Slide courtesy Dr. Gerhard Wellein, RRZE

…или 10’240’560 муравьев?

...или 1’024 курицы

Слайд 7

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Понятие параллельных вычислений
Параллельные вычисления не сводятся к использованию только

к многопроцессорных вычислительных систем
Одновременные выполняемые операции должны быть направлены на решение общей задачи
Параллельные вычисления следует отличать от многозадачных (многопрограммных) режимов работы последовательных ЭВМ.

Слайд 8

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Суперкомпьютинг
Или суперкомпьютерные технологии это:
Производство СуперЭВМ
Разработка программного обеспечения для СуперЭВМ
Совокупность

знаний и технологий для предметного использования СуперЭВМ

Слайд 9

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Суперкомпьютер
Оксфордский толковый словарь по вычислительной технике (1986 год):
Суперкомпьютер –

это очень мощная ЭВМ с производительностью 10 MFLOPS (миллион операций с плавающей точкой в секунду)
Начало 90-х годов – 300 MFLOPS
1996 год – 5 GFLOPS
Если каждые 5 лет приходится вносить изменения в определение, то может что-то не в порядке с определением?

Слайд 10

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Суперкомпьютер
Суперкомпьютер – это вычислительная система, цена которой выше 1-2

млн долларов.
Суперкомпьютер – это компьютер, мощность которого всего на порядок меньше необходимой для решения современных задач.
Суперкомпьютер – это устройство, сводящее проблемы вычислений к проблемам ввода/вывода (Кен Батчер, 2001).

Слайд 11

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Необходимость параллельных вычислений
1. Опережение потребности вычислений быстродействия существующих компьютерных

систем (Problems of Grand Challenge)
моделирование климата,
генная инженерия,
проектирование интегральных схем,
анализ загрязнения окружающей среды,
создание лекарственных препаратов и др.
Оценка необходимой производительности более 1012 операций с плавающей запятой в секунду
(1 Tflops)

Слайд 12

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Необходимость параллельных вычислений
2. Теоретическая ограниченность роста производительности последовательных компьютеров

Традиционная фон Неймановская архитектура ЭВМ близка к своим физическим пределам, в то время как потребность решать всё более сложные задачи в реальном времени нарастает. Несмотря на кажущееся благополучие в мире традиционных ЭВМ на подходе кризис технологий. Дальнейшее серьезное увеличение быстродействия только за счет совершенствования элементной базы становится принципиально невозможным, так как время срабатывания элементов оказывается сравнимым со временем прохождения сигналов по проводникам: t = l/C , где l – длина проводника, C – скорость света. А уменьшение длин проводников приводит к перегреву ЭВМ.

Слайд 13

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Необходимость параллельных вычислений
Световым барьером в вычислительной технике называется соотношение:

d < Сτ или dν < С, где: d − линейный размер ЭВМ, C − скорость света, τ − длительность такта, ν − тактовая частота ЭВМ.
Скорость переключения современных электронных элементов настолько высока, что тактовое время τ современных супер-ЭВМ ограничивается, в основном, соотношением dν < С. Т.о., световой барьер стал основным препятствием для повышения тактовой частоты, и дальнейшее наращивание быстродействия ЭВМ в этих условиях встречает серьёзные трудности. В силу dν < С, увеличение тактовой частоты ЭВМ связано с уменьшением линейного размера d, а последнее, в свою очередь, ограничено предельными возможностями макроскопической технологии, например, теплоотводом (Рис.1).

Слайд 14

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Теоретическая ограниченность роста производительности последовательных ЭВМ
Рис.1. Световой и тепловой

барьеры
(1 – параллельные ЭВМ; 2 – релятивистские ЭВМ; 3 – последовательные ЭВМ).

Слайд 15

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Необходимость параллельных вычислений
3. Резкое снижение стоимости многопроцессорных (параллельных) вычислительных

систем.
Напр., в 24 редакции списка Top500 (осень 2004) седьмое место занимал компьютер Х c достигнутой производительностью 12250 Gflops (макс. 20240 Gflops). Кластерная система ручной сборки на базе процессоров Apple, собранная студентами Виргинского технического университета.
ПК на базе четырехядерного процессора Intel Core 2 Quad – 20 GFlops ($1500).
Персональный мини-кластер T-Edge Mini на базе четырехядерных процессоров Intel Xeon – 240 GFlops ($20000)

Слайд 16

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Необходимость параллельных вычислений
4. Смена парадигмы построения высокопроизводительных процессоров -

многоядерность

Слайд 17

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
из 24
Примеры приложений: науки о Земле
Анализ изменений климата
Прогнозирование

погоды

Состояние атмосферы

Суперкомпьютерный центр в Барселоне

Слайд 18

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Примеры приложений: науки о жизни
Новые лекарства и методы лечения
Геномика
Поиск

в базах данных

Национальный Институт Здоровья США

Слайд 19

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Примеры приложений: инженерные расчёты
Виртуальное проектирование
Оптимизация

Слайд 20

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Значимость параллельных вычислений
Принятие обоснованных решений практически в любой сфере

человеческой деятельности предполагает проведение расширенного математического моделирования с тщательным исследованием возможных вариантов деятельности с помощью вычислительных экспериментов.
При этом, появление столь радикально возросших возможностей суперкомпьютерных технологий позволяет разрабатывать углубленные математические модели, максимально точно описывающих объекты реального мира, и требующие для своего анализа проведения масштабных вычислений.

Слайд 21

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Области приложений, в которых суперкомпьютерные вычисления имеют особую значимость:
Невозможность

(недопустимость) натурных экспериментов: изучение процессов при ядерном взрыве или серьезных воздействий на природу
Изучение влияния экстремальных условий (температур, магнитных полей, радиации и др.) — старение материалов, безопасность конструкций, боевое применение
Моделирование наноустройств и наноматериалов
Науки о жизни — изучение генома человека, разработка новых лекарственных препаратов и т.п.
Науки о Земле — обработка геоинформации: полезные ископаемые; селевая, сейсмическая и т.п. безопасность, прогнозы погоды, модели изменения климата, экология...
Моделирование при разработке новых технических устройств — инженерные расчеты

Значимость параллельных вычислений

Слайд 22

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Доклад PITAC (The President’s Information Technology Advisory Committee) Вычислительные

науки: обеспечение превосходства (конкурентоспособности) Америки
«With technology, talent and capital now available globally, the U.S. is facing unprecedented economic competition from abroad. Тhe country that wants to out compete must out-compute»

Значимость параллельных вычислений

"Страна, которая хочет достичь превосходства в конкурентной борьбе, должна превосходить конкурентов в области вычислений"

Слайд 23

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Конкурентоспособность страны в современных условиях во многом определяется уровнем

развития суперкомпьютерных вычислительных технологий.
Суперкомпьютерные технологии становятся одним из решающих факторов научно-технического прогресса и могут служить точно таким стимулом развития страны, как ранее были авиация, атом, ракетная техника и космос.

Значимость параллельных вычислений

Слайд 24

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Характеристика необходимых знаний и умений
Архитектура параллельных вычислительных систем
Модели вычислений

и методы анализа сложности
Параллельные методы вычислений
Параллельное программирование (языки, среды разработки, библиотеки)

Слайд 25

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
А зачем?
Московский государственный университет (Ломоносов) – 414.42 TFLOPS
Суперкомпьютерный центр–

140 TFLOPS
Московский государственный университет (Чебышев) – 60 TFLOPS
РНЦ «Курчатовский институт» – 34 TFLOPS
МФТИ – 6 TFLOPS
DoE – Oak Ridge National Laboratory – 2,3 PFLOPS

Слайд 26

7 лет до экзафлопса. Что делать?
Вице-президент корпорации Intel Кирк Скауген: Предполагается,

что мощность суперкомпьютера преодолеет отметку в 1 экзафлопс в 2018 г.

Слайд 27

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
1 Экзафлопс = 14 АЭС
Производительность современных суперкомпьютеров нередко превышает

один петафлопс, то есть один квадриллион операций с плавающей точкой в секунду. Но это еще не предел: эксперты в области интенсивных вычислений предрекают появление компьютеров с быстродействием в масштабе одного экзафлопса, что на три десятичных порядка больше. Запуск первых таких машин ожидается в 2019 году.

Слайд 28

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
1 Экзафлопс = 14 АЭС
Однако для покорения нового рубежа

производительности суперкомпьютерам нужно будет претерпеть существенные изменения как в аппаратной части, так и в отношении программного обеспечения.
Основным препятствием на пути к экзафлопсу является энергопотребление – проблема, актуальная и для дата-центров сегодняшнего дня. Уилфрид Верахтерт (Wilfried Verachtert), менеджер суперкомпьютерного проекта бельгийского исследовательского центра IMEC, высказал предположение о том, какие объемы энергии потребуются для питания экзафлопс-системы: при использовании существующих технологий показатель электрической мощности достигнет 7 ГВатт. По словам Верахтерта, этого достаточно для того, чтобы полностью загрузить 14 атомных реакторов.

Слайд 29

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
1 Экзафлопс = 14 АЭС
Даже крупнейшие суперкомпьютеры, действующие сегодня,

потребляют в сотни раз меньше энергии. К примеру, мощность кластера Microsoft в Чикаго, занимающего площадь в 700 тыс. квадратных футов, составляет 60 МВатт. Цель исследований Верахтерта и его коллег – удержать ЦОД с быстродействием в один экзафлопс в рамках энергетического пакета 50 МВатт

Слайд 30

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Сдерживающие факторы…
Высокая стоимость параллельных систем – в соответствии с

«законом» Гроша (Grosch), производительность компьютера возрастает пропорционально квадрату его стоимости.
Потери производительности для организации параллелизма – согласно гипотезе Минского (Minsky), ускорение, достигаемое при использовании параллельной системы, пропорционально двоичному логарифму от числа процессоров.

Слайд 31

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Сдерживающие факторы…
Постоянное совершенствование
последовательных компьютеров –
в соответствии с «законом»

Мура (Moore)
мощность последовательных процессоров
возрастает практически в два раза каждые 18 месяцев.
Каждые 18 месяцев число транзисторов, размещаемых в интегральной схеме прежнего размера, увеличивается вдвое!
У процесса миниатюризации транзисторов есть физические пределы — квантовый порог, ниже которого они не смогут функционировать, так как электроны в таком случае преодолеют барьер, ныне вынуждающий их двигаться в соответствии с определенной энергией по определенным траекториям.

Слайд 32

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Сдерживающие факторы…
Существование последовательных вычислений – в соответствии с законом

Амдаля (Amdahl) ускорение процесса вычислений при использовании p процессоров ограничивается величиной S ≤ 1/(f+(1–f)/p) где f есть доля последовательных вычислений в применяемом алгоритме обработки данных

Слайд 33

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Сдерживающие факторы…
Зависимость эффективности параллелизма от учета характерных свойств параллельных

систем (отсутствие мобильности для параллельных программ).
Существующее программное обеспечение ориентировано в основном на последовательные ЭВМ.

Слайд 34

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Литература
Гергель В.П., Стронгин Р.Г. Основы параллельных вычислений для многопроцессорных

вычислительных систем. – Н.Новгород, ННГУ, 2001.
Воеводин В.В., Воеводин Вл.В. Параллельные вычисления. – СПб.: БХВ-Петербург, 2002.
Эндрюс Г.Р. Основы многопоточного, параллельного и распределенного программирования. – М.: Изд.дом «Вильямс», 2003.
Корнеев В.Д. Параллельное программирование в MPI. – Новосибирск: Изд-во ИВМ и МГ СО РАН, 2002.
Корнеев В.В. Параллельные вычислительные системы. – М.: «Нолидж», 1999.
Немнюгин С.А., Стесик О.Л. Параллельное программирование для многопроцессорных вычислительных систем. – СПб.: БХВ-Петербург, 2002.

Слайд 35

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Литература
Богачев К.Ю. Основы параллельного программирования: Монография. – М.: БИНОМ.

Лаборатория знаний, 2003.
Гришагин В.А., Свистунов А.Н. Параллельное программирование на основе MPI. Уч. пособие. - Н.Новгород, ННГУ, 2005.
Демьянович Ю.К., Евдокимова Т.О. Теория распараллеливания и синхронизация. Уч. Пособие. – СПб.: Изд-во СПбГУ, 2005.
Демьянович Ю.К., Иванцова О.Н. Технология программирования для распределенных параллельных систем. Курс лекций. – СПб.: Изд-во СПбГУ, 2005.
Демьянович Ю.К., Лебединский Д.М. Операционная система UNIX (LINUX) и распараллеливание. Курс лекций. – СПб.: Изд-во СПбГУ, 2005.
Лацис А.О. Как построить и использовать суперкомпьютер. -М.: Бестселлер, 2003.

Слайд 36

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Дополнительные источники
http://www.parallel.ru
- Сайт параллельных технологий
http://www.mcs.anl.gov/mpi/index.html
- Introduction to

Parallel Computing (Teaching Course)
Воеводин В.В. Модели и методы в параллельных процессах. - М.: Наука, 1986.
Р.Хокни, К.Джессхоуп. Параллельные ЭВМ. Архитектура, программирование и алгоритмы. - М.: Радио и связь, 1986.
Шоу А. Логическое проектирование операционных систем. - М.: Мир, 1981.

Слайд 37

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Заключение
За время существование вычислительной техники Скорость срабатывания элементов возросла

в 103 раз Быстродействие вычислений увеличилось в 105 раз.
Развитие вычислительной техники – это история совершенствования архитектуры и практическое использование параллелизма.

Слайд 38

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
РаСТ-2003

Слайд 39

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Первые подходы к параллелизму
ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator)

проект 1943-46 гг. под руководством Дж. Моучли и Дж. Эккера (Пенсильванский университет). Группа разработчиков – 200 чел. Цель – автоматизация расчетов для составления баллистических таблиц различных видов оружия (заказ баллистической исследовательской лаборатории Армии США). Вес 30 тон 18 тыс. радиоламп, 10 тыс. конденсаторов, 6 тыс. Переключателей, 500 тыс. паяных соединений Мощность 150 киловатт (~1000 TV) Площадь 150 м2 Скорость 5000 операций В среднем 1 лампа заменялась через 20 часов

Слайд 40

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
ASCI White
29 июня 2000 года корпорация IBM сообщила об

успешном завершении проекта построения градиозной системы ASCI White для Ливерморской Национальной Лаборатории (LLNL): «Данный суперкомпьютер, занимающий площадь размером в две баскетбольных площадки, станет самым мощным суперкомпьютером мира».
В 2006 он был на 90 месте!?

Слайд 41

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
ASCI White
8192 процессора
12.3 TFLOPS
8 TB ОП, распр. по

16-проц. SMP-узлам,
160 TB дисковой памяти

Доставка системы из лабораторий IBM в Poughkeepsie (шт.Нью-Йорк) в Ливермор (шт. Калифорния) потребовала 28 грузовиков-трейлеров.

Слайд 42

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
ASCI White
Все узлы системы работают под управлением ОС AIX

- варианта UNIX от IBM (в настоящее время установлена версия AIX 4.3). Среда программирования для ASCI White включает реализации интерфейсов MPI и OpenMP. Система использовалась учеными министерства Энергетики США для расчета сложных трехмерных моделей с целью поддержания ядерного оружия в безопасном состоянии.

Слайд 43

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Earth Simulator
Два года (2002-2004) первенство по производительности удерживал

японский суперкомпьютер фирмы NEC
(сейчас на 30 месте)
Earth Simulator:
5120 процессоров
40 TFLOPS / дост. 35 TFLOPS
10 TB ОП
4 теннисных корта, 3 этажа
Software: for the most part Fortran using MPI

Слайд 44

K computer
Японский суперкомпьютер производства компании Fujitsu, запущенный в 2011 году в

Институте физико-химических исследований в городе Кобе[1]. Название происходит от японской приставки «кэй» (яп. 京), означающей 10 квадриллионов[2][3] и одновременно обозначающей столицу, то есть намек на «главный компьютер».
В июне 2011 года комитет проекта TOP500 огласил, что K computer возглавил список самых производительных суперкомпьютеров мира с результатом в тесте LINPACK в 8,162 петафлопс или 8,162 квадриллиона операций с плавающей точкой в секунду. Вычислительная эффективность (отношение средней производительности к пиковой производительности) составила 93 %.

Слайд 45

K computer
По состоянию на июнь 2011 года система имела 68 544

8-ядерных процессора SPARC64 VIIIfx, что составляло 548 352 вычислительных ядра, произведенных компанией Fujitsu по 45-нанометровому техпроцессу. Суперкомпьютер использует водяное охлаждение, что позволило снизить потребление энергии и увеличить плотность компоновки.
В ноябре 2011 года стало известно, что K Computer был достроен, количество процессоров достигло 88 128, а производительность системы на тесте Linpack достигла рекордных 10,51 Пфлопс. Таким образом, K Computer стал первым в истории суперкомпьютером, преодолевшим рубеж в 10 Пфлопс. Пиковое быстродействие комплекса достигает 11,28 квадриллиона операций с плавающей запятой в секунду.

Слайд 46

Суперкомпьютерный консорциум университетов России
На заседании Союза ректоров России 23-го декабря 2008

года было подписано соглашение о создании общественной некоммерческой организации:
Состав:
Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова
Нижегородский государственный университет имени Н.И.Лобачевского
Томский государственный университет
Южно-Уральский государственный университет
Президент Консорциума - ректор МГУ В.А.Садовничий.

Слайд 47

Суперкомпьютерный консорциум университетов России
Целью Консорциума является разработка и обеспечение выполнения комплекса

мероприятий, направленных на эффективное использование имеющегося потенциала высшей школы для развития и внедрения суперкомпьютерных технологий в российском образовании, науке и промышленности.

Слайд 48

Интернет-Университет Суперкомпьютерных Технологий
Отличительные особенности проекта - привлечение ведущих специалистов страны для

проведения занятий, реализация классической формы обучения на новой технологической основе, доступность обучения за счет использования сети Интернет.
Это позволит обеспечить массовую и оперативную подготовку специалистов в области суперкомпьютерных технологий.
(hpcu.ru)

Слайд 49

Учебная программа «Суперкомпьютерные технологии и высокопроизводительные вычисления 2011»
Программа посвящена вопросам, необходимым

для начала успешной деятельности в области суперкомпьютерных вычислительных технологий.
Программа ориентирована на широкую аудиторию и обеспечивает подготовку по многим разделам суперкомпьютерной тематики.
Основные курсы:
Основы параллельных вычислений
Основы параллельного программирования с использованием MPI
Введение в параллельные алгоритмы
Параллельное программирование с OpenMP

Слайд 50

Реализация проекта в ИМИКТ
В институте математики, информационных и космических технологий САФУ

уже шесть семестров проводятся он-лайн лекции в режиме видеоконференций по вышеперечисленным дисциплинам с поддержкой суперкомпьютерного консорциума университетов России.

Слайд 51

Реализация проекта в ИМИКТ
В осеннем семестре будут читаться он-лайн лекции по

дисциплинам:
«Параллельное программирование с OpenMP»
Бахтин Владимир Александрович, к.ф.-м.н., зав.сектором ИПМ им. М.В. Келдыша РАН
«Введение в параллельные алгоритмы»
Якобовский Михаил Владимирович, д.ф.-м.н. зав. отделом высокопроизводительной вычислительной техники Института математического моделирования РАН

Слайд 52

Реализация проекта в ИМИКТ
Организованы практические занятия для выполнения интернет-тестов на сайте

intuit.ru, лабораторные работы по технологиям Multi-Threading, MPI, OpenMP, семинары для обсуждения материала.
Возможно получение линков на суперкомпьютерные мощности ВЦ МГУ.
Для прослушивания лекций в режиме онлайн используется MS Live Meeting.
В течении года около 30 студентов получили сертификаты об успешном окончании курсов.

Экзафлопсное будущее

Содержание

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваСовременное состояние вопросаПараллельные вычисления являются перспективной областью применения вычислительной

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваМетоды и технологии программирования«Появление многоядерных процессоров изменило компьютерный мир

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваПонятие параллельных вычисленийПод параллельными вычислениями (parallel or concurrent computations)

Если Вы собираетесь вспахать и обработать поле, что Вы предпочтете?Двух сильных

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваПонятие параллельных вычисленийПараллельные вычисления не сводятся к использованию только

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваСуперкомпьютерОксфордский толковый словарь по вычислительной технике (1986 год):Суперкомпьютер –

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваСуперкомпьютерСуперкомпьютер – это вычислительная система, цена которой выше 1-2

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваНеобходимость параллельных вычислений1. Опережение потребности вычислений быстродействия существующих компьютерных

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваНеобходимость параллельных вычислений2. Теоретическая ограниченность роста производительности последовательных компьютеров

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваНеобходимость параллельных вычисленийСветовым барьером в вычислительной технике называется соотношение:

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваТеоретическая ограниченность роста производительности последовательных ЭВМРис.1. Световой и тепловой

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваНеобходимость параллельных вычислений3. Резкое снижение стоимости многопроцессорных (параллельных) вычислительных

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваНеобходимость параллельных вычислений4. Смена парадигмы построения высокопроизводительных процессоров -

19.02.12САФУ им. М.В.Ломоносова из 24Примеры приложений: науки о ЗемлеАнализ изменений климатаПрогнозирование

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваПримеры приложений: науки о жизниНовые лекарства и методы леченияГеномикаПоиск

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваПримеры приложений: инженерные расчётыВиртуальное проектированиеОптимизация

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваЗначимость параллельных вычисленийПринятие обоснованных решений практически в любой сфере

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваОбласти приложений, в которых суперкомпьютерные вычисления имеют особую значимость:Невозможность

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваДоклад PITAC (The President’s Information Technology Advisory Committee) Вычислительные

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваКонкурентоспособность страны в современных условиях во многом определяется уровнем

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваХарактеристика необходимых знаний и уменийАрхитектура параллельных вычислительных системМодели вычислений

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваА зачем?Московский государственный университет (Ломоносов) – 414.42 TFLOPSСуперкомпьютерный центр–

7 лет до экзафлопса. Что делать?Вице-президент корпорации Intel Кирк Скауген: Предполагается,

19.02.12САФУ им. М.В.Ломоносова1 Экзафлопс = 14 АЭСПроизводительность современных суперкомпьютеров нередко превышает

19.02.12САФУ им. М.В.Ломоносова1 Экзафлопс = 14 АЭСОднако для покорения нового рубежа

19.02.12САФУ им. М.В.Ломоносова1 Экзафлопс = 14 АЭСДаже крупнейшие суперкомпьютеры, действующие сегодня,

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваСдерживающие факторы…Высокая стоимость параллельных систем – в соответствии с

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваСдерживающие факторы…Постоянное совершенствование последовательных компьютеров –в соответствии с «законом»

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваСдерживающие факторы…Существование последовательных вычислений – в соответствии с законом

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваСдерживающие факторы…Зависимость эффективности параллелизма от учета характерных свойств параллельных

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваЛитератураГергель В.П., Стронгин Р.Г. Основы параллельных вычислений для многопроцессорных

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваЛитератураБогачев К.Ю. Основы параллельного программирования: Монография. – М.: БИНОМ.

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваДополнительные источникиhttp://www.parallel.ru - Сайт параллельных технологийhttp://www.mcs.anl.gov/mpi/index.html - Introduction to

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваЗаключениеЗа время существование вычислительной техники Скорость срабатывания элементов возросла

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваРаСТ-2003

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваПервые подходы к параллелизмуENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator)

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваASCI White29 июня 2000 года корпорация IBM сообщила об

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваASCI White8192 процессора12.3 TFLOPS 8 TB ОП, распр. по

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваASCI WhiteВсе узлы системы работают под управлением ОС AIX

19.02.12САФУ им. М.В.ЛомоносоваEarth Simulator Два года (2002-2004) первенство по производительности удерживал

K computerЯпонский суперкомпьютер производства компании Fujitsu, запущенный в 2011 году в

K computerПо состоянию на июнь 2011 года система имела 68 544

Суперкомпьютерный консорциум университетов РоссииНа заседании Союза ректоров России 23-го декабря 2008

Суперкомпьютерный консорциум университетов РоссииЦелью Консорциума является разработка и обеспечение выполнения комплекса

Интернет-Университет Суперкомпьютерных ТехнологийОтличительные особенности проекта - привлечение ведущих специалистов страны для

Учебная программа «Суперкомпьютерные технологии и высокопроизводительные вычисления 2011»Программа посвящена вопросам, необходимым

Реализация проекта в ИМИКТВ институте математики, информационных и космических технологий САФУ

Реализация проекта в ИМИКТВ осеннем семестре будут читаться он-лайн лекции по

Реализация проекта в ИМИКТОрганизованы практические занятия для выполнения интернет-тестов на сайте

Похожие презентации

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Современное состояние вопроса
Параллельные вычисления являются перспективной областью применения вычислительной

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Методы и технологии программирования
«Появление многоядерных процессоров изменило компьютерный мир

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Понятие параллельных вычислений
Под параллельными вычислениями (parallel or concurrent computations)

Если Вы собираетесь вспахать и обработать поле, что Вы предпочтете?
Двух сильных

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Понятие параллельных вычислений
Параллельные вычисления не сводятся к использованию только

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Суперкомпьютер
Оксфордский толковый словарь по вычислительной технике (1986 год):
Суперкомпьютер –

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Суперкомпьютер
Суперкомпьютер – это вычислительная система, цена которой выше 1-2

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Необходимость параллельных вычислений
1. Опережение потребности вычислений быстродействия существующих компьютерных

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Необходимость параллельных вычислений
2. Теоретическая ограниченность роста производительности последовательных компьютеров

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Необходимость параллельных вычислений
Световым барьером в вычислительной технике называется соотношение:

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Теоретическая ограниченность роста производительности последовательных ЭВМ
Рис.1. Световой и тепловой

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Необходимость параллельных вычислений
3. Резкое снижение стоимости многопроцессорных (параллельных) вычислительных

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Необходимость параллельных вычислений
4. Смена парадигмы построения высокопроизводительных процессоров -

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
из 24
Примеры приложений: науки о Земле
Анализ изменений климата
Прогнозирование

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Примеры приложений: науки о жизни
Новые лекарства и методы лечения
Геномика
Поиск

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Примеры приложений: инженерные расчёты
Виртуальное проектирование
Оптимизация

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Значимость параллельных вычислений
Принятие обоснованных решений практически в любой сфере

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Области приложений, в которых суперкомпьютерные вычисления имеют особую значимость:
Невозможность

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Доклад PITAC (The President’s Information Technology Advisory Committee) Вычислительные

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Конкурентоспособность страны в современных условиях во многом определяется уровнем

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Характеристика необходимых знаний и умений
Архитектура параллельных вычислительных систем
Модели вычислений

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
А зачем?
Московский государственный университет (Ломоносов) – 414.42 TFLOPS
Суперкомпьютерный центр–

7 лет до экзафлопса. Что делать?
Вице-президент корпорации Intel Кирк Скауген: Предполагается,

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
1 Экзафлопс = 14 АЭС
Производительность современных суперкомпьютеров нередко превышает

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
1 Экзафлопс = 14 АЭС
Однако для покорения нового рубежа

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
1 Экзафлопс = 14 АЭС
Даже крупнейшие суперкомпьютеры, действующие сегодня,

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Сдерживающие факторы…
Высокая стоимость параллельных систем – в соответствии с

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Сдерживающие факторы…
Постоянное совершенствование
последовательных компьютеров –
в соответствии с «законом»

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Сдерживающие факторы…
Существование последовательных вычислений – в соответствии с законом

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Сдерживающие факторы…
Зависимость эффективности параллелизма от учета характерных свойств параллельных

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Литература
Гергель В.П., Стронгин Р.Г. Основы параллельных вычислений для многопроцессорных

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Литература
Богачев К.Ю. Основы параллельного программирования: Монография. – М.: БИНОМ.

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Дополнительные источники
http://www.parallel.ru
- Сайт параллельных технологий
http://www.mcs.anl.gov/mpi/index.html
- Introduction to

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Заключение
За время существование вычислительной техники Скорость срабатывания элементов возросла

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
РаСТ-2003

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Первые подходы к параллелизму
ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator)

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
ASCI White
29 июня 2000 года корпорация IBM сообщила об

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
ASCI White
8192 процессора
12.3 TFLOPS
8 TB ОП, распр. по

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
ASCI White
Все узлы системы работают под управлением ОС AIX

19.02.12
САФУ им. М.В.Ломоносова
Earth Simulator
Два года (2002-2004) первенство по производительности удерживал

K computer
Японский суперкомпьютер производства компании Fujitsu, запущенный в 2011 году в

K computer
По состоянию на июнь 2011 года система имела 68 544

Суперкомпьютерный консорциум университетов России
На заседании Союза ректоров России 23-го декабря 2008

Суперкомпьютерный консорциум университетов России
Целью Консорциума является разработка и обеспечение выполнения комплекса

Интернет-Университет Суперкомпьютерных Технологий
Отличительные особенности проекта - привлечение ведущих специалистов страны для

Учебная программа «Суперкомпьютерные технологии и высокопроизводительные вычисления 2011»
Программа посвящена вопросам, необходимым

Реализация проекта в ИМИКТ
В институте математики, информационных и космических технологий САФУ

Реализация проекта в ИМИКТ
В осеннем семестре будут читаться он-лайн лекции по

Реализация проекта в ИМИКТ
Организованы практические занятия для выполнения интернет-тестов на сайте