|
Blue Gene Blue Gene — проєкт комп'ютерної архітектури, розроблений для створення декількох суперкомп'ютерів і спрямований на досягнення швидкості обробки даних, що перевищує 1 петафлопс. Вже успішно досягнута швидкість майже в 20 петафлопс. Є спільним проєктом фірми IBM (Підрозділ Rochester MN і Дослідницький центр Томаса Ватсона[en]), Ліверморської національної лабораторії, Міністерства енергетики США (яке частково фінансує проєкт) та академічних кіл. Передбачено чотири етапи проєкту: Blue Gene/C, Blue Gene/L, Blue Gene/P і Blue Gene/Q. Проєкт був нагороджений Національною Медаллю США в області технологій та інновацій 18 вересня 2009. Президент Барак Обама вручив нагороду 7 жовтня 2009. ІсторіяУ грудні 1999 року IBM оголосила про дослідницьку ініціативу вартістю у 100 млн доларів для створення впродовж 5-ти років високо паралельних комп'ютерів, які повинні застосовуватися для вивчення бімолекулярних явищ, таких як згортання білків. Проєкт мав дві основні мети: щоб розширити наше розуміння механізмів які відповідають за згортання білків з допомогою великомасштабного моделювання, а також відкрити нові методи побудови високопаралельних суперкомп'ютерних архітектур та відповідного програмного забезпечення. Початковий дизайн Blue Gene був побудований на ранній версії архітектури Cyclops64[en], яку розробив Монті Денеу[en]. На початковому етапі дослідження і розробка, здійснювалися у Дослідницькому центрі імені Томаса Ватсона. У IBM Алан Кара почав працювати над розширенням QCDOC[en] архітектури для розширення спектру виконуваних задач на суперкомп'ютері. У листопаді 2004 року система яка мала 16 стійок, у кожній з яких 1024 обчислювальних вузлів, зайняла перше місце в рейтингу ТОП500, з продуктивністю у тесті Linpack в 70,72 TFLOPS. Тим самим вона обігнала NEC, Earth Simulator, який носив титул найшвидшого комп'ютера в світі з 2002 року. З 2004 по 2007 Blue Gene / L установлений в Ліверморській національній лабораторії поступово розширився до 104 стійок, і досягнув 478 TFLOPS в Linpack і 596 TFLOPS пікової продуктивності, та займав першу позицію в списку TOP500 протягом 3,5 років, поки в червні 2008 року його не змістив суперкомп'ютер IBM Roadrunner який був першою системою, продуктивність якої перейшла за 1 петафлопс. Blue Gene/L Blue Gene / L — це перший комп'ютер серії IBM Blue Gene, розроблений спільно з Ліверморської національної лабораторією. Його теоретична пікова продуктивність становить 360 терафлопс, а реальна продуктивність, отримана на тесті Linpack, близько 280 терафлопс. Після апгрейда в 2007 році реальна продуктивність збільшилася до 478 терафлопс при піковому продуктивності в 596 терафлопс. У листопаді 2006 року 27 комп'ютерів зі списку TOP500 мали архітектуру Blue Gene/L. Основні характеристикиThe Blue Gene/L був унікальним у таких аспектах :
Blue Gene/P 26 червня 2007 IBM представила Blue Gene/P, друге покоління суперкомп'ютерів Blue Gene. Розроблений для роботи з піковою продуктивністю в 1 петафлопс. Blue Gene/P може бути налаштований для досягнення пікової продуктивності більш, ніж 3 петафлопса. Крім того, він у сім разів більш енергетично ефективний ніж будь-які інші суперкомп'ютери. Blue Gene/P виконаний з використанням великої кількості невеликих, малопотужних чипів, що зв'язуються через п'ять спеціалізованих мереж. АрхітектураКожен чип Blue Gene/P складається з чотирьох процесорних ядер PowerPC 450 з тактовою частотою 850 МГц. Чип, 2 або 4 ГБ оперативної пам'яті і мережеві інтерфейси утворюють обчислювальний вузол суперкомп'ютера. 32 обчислювальних вузла об'єднуються в карту (Compute Node card), до якої можна під'єднати від 0 до 2 вузлів вводу-виводу. Системна стійка вміщує в себе 32 таких карти. Конфігурація Blue Gene/P з піковою продуктивністю 1 петафлопс являє собою 72 системні стійки, містять 294,912 процесорних ядер, об'єднаних в високошвидкісну оптичну мережу. Конфігурація Blue Gene/P може бути розширена до 216 стійок із загальним числом процесорних ядер 884,736, щоб досягти пікову продуктивність в 3 петафлопса. У стандартній конфігурації системна стійка Blue Gene/P містить 4,096 процесорних ядер. Опис обчислювального комплексу
Мікропроцесорне ядро
Обчислювальні вузлиОбчислювальні вузли та I/O-карти в апаратній сенсі невиразні і є взаємозамінними, різниця між ними полягає лише в способі їх використання. У них немає локальної файлової системи, тому всі операції введення-виведення перенаправляються зовнішніх пристроїв. Обчислювальний вузол:
Вузол вводу-виводу
Комунікаційні мережі
Щоб розвантажити процесорний ядро від операцій, пов'язаних з передачею повідомлень по мережі тривимірного тора, використовується пристрій прямого доступу до пам'яті (direct memory access, DMA). Крім зменшення навантаження на ядро, цей механізм зменшує ймовірність взаємного блокування процесів, які обмінюються повідомленнями, яка може виникнути внаслідок помилок програміста. Оточення Blue Gene/P включає
Blue Gene/P у світі12 листопада 2007 в Німеччині почала працювати перша система під назвою JUGENE з 65536 процесорами, в Jülich Research Centre, з обчислювальною потужністю в 167 терафлопс. Він став найбільш швидким суперкомп'ютером в Європі і шостим у всьому світі. Перша лабораторія в Сполучених Штатах використовує Blue Gene/P — Argonne National Laboratory. Перші стійки Blue Gene/P використовувалися до 2007 року. Перша установка була системою в 111-teraflop, яка мала приблизно 32,000 процесорів, і призначалася для науково-дослідного товариства США навесні 2008. Повній системі була присвоєна третя сходинка в листі Червневого Топ 500 2008 року. З 2008 року на факультеті ВМК МГУ імені М. В. Ломоносова працює суперкомп'ютер IBM Blue Gene/P. Blue Gene/Q Blue Gene/Q — третє покоління архітектури. Метою розробників стало досягнення 20-петафлопсного рубежу в 2011 році. Blue Gene/Q є еволюційним продовженням архітектур Blue Gene/L і /P, працюючим на більш високій частоті і споживає менше енергії на один флопс продуктивності. АрхітектураBlueGene/Q — це мультиядерна, 64-бітна система на чипі, побудована за технологією PowerPC (якщо бути абсолютно конкретним, то це чотиритактних архітектура PowerPC A2). Кожен з чипів містить 18 ядер, разом набирають півтора мільярда (1,47) транзисторів. 16 ядер використовуються для, власне, обчислень, на одному працює операційна система, і, нарешті останнє ядро відповідає за надійність обчислень всієї системи. На частоті в 1,6 Ггц, кожен чип здатний видати 204,8 Гфлопс, споживаючи потужність в 55 Ватт. Природно, частиною чипа є і контролери пам'яті і операцій введення-виведення. Blue Gene/Q містить 4 блоки обчислень над числами з плаваючою комою, що дає 4 виконаних операції за один такт на кожному ядрі. 18 ядер, за твердженням співробітників IBM, потрібні для надійності. Якщо на одному з ядер процесора був зафіксований збій, воно може бути відключено і переведено на «лаву запасних». Власне, виявлення і зміна конфігурації «помилкового» ядра може бути проведено на будь-якому етапі виробництва або складання системи — не тільки коли чип вже тестується, а й на ранніх етапах, наприклад, інсталяції чипа в обчислювальний кластер. У випадку з Sequoia буде використовуватися близько 100 000 чипів, для того щоб досягти заповітних 20 петафлопс. Величезна кількість процесорів робить завдання перепризначення ядер дуже важливою: у компанії IBM підрахували, що при даному (100 тисяч) кількості чипів в суперкомп'ютері кожні 3 тижні в середньому буде виходити з ладу 1 процесорний блок. Також відомо, що в Blue Gene/Q реалізована підтримка транзакційної пам'яті не на програмному, а апаратному рівні. Технічні характеристики
Порівняльна характеристика архітектур Blue Gene/P та Blue Gene/Q
Першою системою, побудованої з архітектури Blue Gene/Q, стала система Sequoia, яку встановили у Ліверморської національної лабораторії в 2011 році. Ця система розраховувала наукові програми лабораторії. Вона складається з 98304 обчислювальних вузлів, що містять 1,6 млн процесорних ядер і 1,6 Пб пам'яті. Розташовується система в 96 стійках, споживана потужність за проєктом становить 6 МВт. Інша система архітектури Blue Gene/Q під назвою Mira буде встановлена в Аргонській національній лабораторії в 2012 році. Вона міститиме близько 50 тис. обчислювальних вузлів (16 ядер на вузол), 70 Пб дискового простору і мати рідинну систему охолодження. Див. такожПосилання
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
