Суперкомпьютерные системы

План

История
Типы суперкомпьютерных систем
Векторно-конвейерные
Массивно-параллельные
NUMA – с неоднородным доступом к памяти
Высокопроизводительные кластеры
Метакомпьютеры

Литература

Суперкомпьютерные системы http://www.top500.org/ORSC/2004/
Транспьютеры http://maven.smith.edu/~thiebaut/transputer/descript.html
Метакомпьютеры http://setiathome.ssl.berkeley.edu/
GRID системы
http://www.grid.org

Исторические сведения

Первые векторные, конвейерные и суперскалярные процессоры CDC 1960-года
CRAY - CDC

Типы суперкомпьютерных систем

Векторные (PVP, array, matrix, векторно-конвейерные vector-pipeline) компьютеры
Массивно-параллельные суперкомпьютеры
NUMA системы

Векторно-конвейерные суперкомпьютеры Сray Y-MP C90

Конец 1980-х
До 16 процессоров с тактовой частотой

Структура

Векторно-конвейерные процессоры подключены к общей памяти как SMP
Отсутствует кэш
Каждый процессор может

Память

До 1024 банков
К разным банкам можно обращаться одновременно
При обращении к одном

Секция ввода-вывода

Для связи с внешними устройствами и обмена информацией
Low-speed (LOSP) channels

Блок взаимодействия между процессорами

Для быстрой передачи данных между процессорами (задержка 1

Векторно-конвейерный процессор

Команды считываются блоками
Все операции являются конвейерными
Все функциональные устройства могут работать

Особенности использования PVP

Эффективны для выполнения большого количества однотипных (векторных, матричных) вычислений
Не

Транспьютеры

Микропроцессоры, специально разработанные для параллельных вычислений
1980-е года компания INMOS
Основная идея

Особенности

Транспьютер:
Процессор
Память
Соединения
До 4-х соединений с соседними процессорами

Массивно-параллельные компьютеры

Набор блоков с общей памятью (UP, SMP, PVP) соединенных с

Особенности систем

Масштабируемость
Легко расширяются установкой новых блоков
Может быть большое количество процессоров

Особенности использования

Передача данных между блоками требует значительно большего времени, чем внутри

Реализации

CRAY T3E
IBM SP2
Классические большие суперкомпьютеры

IBM SP2

Процессоры Power 2
Узел Узлы IBM RS/6000
До 16 CPU
До 16 узлов

CRAY T3D

топология 3D тор
До 512 векторно-конвейерных процессорных блоков

NUMA системы

NUMA – неоднородный доступ к памяти
Набор SMP плат, связанных коммутатором
Доступ

Особенности

Те же, что у SMP
Когерентность кэшей
ccNUMA –аппаратное обеспечение когерентности
Программное обеспечение

SGI Altix 3000

Несколько блоков
Связь NUMALink 3 – 3.2 Гбайт/с
В сумме до

Кластеры

Кластер – набор вычислительных систем, которые могут работать независимо, связаны между

Особенности кластеров

Все узлы кластера являются вычислительными системами, которые выполняют свою копию

Использование кластеров

High Performance Clusters, HPC
high availability cluster, HAC
load balancing cluster, virtual server
Storage cluster, storage

Вопросы стоимости

Закон Гроша (Grosch)
стоимость суперкомпьютера пропорциональна квадрату его производительности
Для микропроцессорных

Другие классификации кластеров

Гомогенный
Все машины кластера одинаковы (в определенном контексте)
Гетерогенный
Машины кластера

Исторические сведения

Мультикомпьютерные системы
Конец 1970-х годов
Первый промышленный кластер
1983 г VAX кластер,

Метакомпьютеры

Метакомпьютеры – использование существующих (простаивающих) компьютерных ресурсов для решения задач
Компьютерный класс
Компьютеры

Использование мощности существующих компьютеров

В ночное время компьютеры часто простаивают
Потенциальная мощность простаивающих

Существующие проекты

Обработка данных с радиотелескопов по поиску внеземных цивилизаций
http://setiathome.ssl.berkeley.edu/
Взломы алгоритмов шифрования
http://www.distributed.net/

GRID системы

GRID – сеть
Метакомпьютеры промышленного уровня
Объединение компьютерных ресурсов в одну систему

Lagre Hadron Colider - ускоритель

Франция

Швейцария

4.5 км

LHC

Объемы вычислений

Объём LHC данных соответствует
примерно 20 миллионам CD ежегодно!
требует компьютерной мощности

Структурная схема

Информационная система (LDAP)

Брокер ресурсов

Вычислительный элемент

Вычислительный элемент

Элемент хранения

Вычислительный элемент

Элемент хранения

Вычислительный элемент

Элемент

Реализации

Инструментарий
Globus
Condor
Грид системы
EDG
ALIEN
LCG

Средства коммуникации для кластерных систем

Кластер в основном управляется программно
Средства коммуникации –

Технологии коммуникации

Ethernet
Fast Ethernet
Gigabit Ethernet
10Gigabit Ethernet
Myrinet
SCI
Infiniband
QSNet
cLan
GigaNet

Характеристики средств коммуникации

Скорость передачи данных
Сколько времени занимает передача единицы информации
Латентность (начальная

Ethernet

Среда
Медь
оптика
Скорость передачи
Fast 100 Mbit/c (125 Mбайт/с)
Gigabit 1000 Мбит/с
Латентность
Fast 125 мкс
Gigabit 33

Myrinet (www.myri.com)

Среда
Медь
Оптика
Скорость передачи
до 10 Gbit/c
Латентность
От 5 мкс
Топология
Звезда
Гипердерево
Тип коммутации
Передача пакетов

SCI (dolphinics.com)

Среда
Медь (шлейф)
Скорость передачи
До 8008 Мбайт/с
Задержка
1.2 мкс !
Топология
Линейка
Тор
Звезда
Тип коммутации
Передача пакетов
Общая

QSNet (quadrix.com)

Среда
Медь (параллельная шина)
Скорость
До 1064 MBytes/sec в одном направлении
Латентность
около 3 мкс
Топология
Гипердерево
Тип