Самый мощный компьютер titan
16 ноября 2012 года завершилась проходившая в Солт-Лейк-Сити двадцать пятая конференция по высокопроизводительным вычислениям Supercomputing 2012 (SC12). Обсуждаемые в отрасли изменения нашли отражение в обновлённом рейтинге суперкомпьютеров TOP500. Вновь изменилась расстановка сил, и укрепились наметившиеся в июне тенденции.
Пять мест в десятке лидеров (включая первые два) и 251 суперкомпьютер среди пятисот самых быстрых в мире установлены в США. Второе место по числу высокопроизводительных систем (72 из топовых 500) занял Китай, сместив Японию на третье место.
Основной вклад в вычислительную мощь Европы примерно в равных долях вносят Великобритания, Франция и Германия. На их территории расположены 65 из 500 лучших суперкомпьютеров.
Победители TOP500
За прошедшие пять месяцев список претерпел существенные изменения, что лишний раз демонстрирует скорость развития данной отрасли. Прежний лидер – система Sequoia Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса, покорившая в июне планку в 16,32 петафлопс, оказалась на втором месте.
Суперкомпьютер IBM Sequoia (BlueGene/Q) - второе место в ноябрьском рейтинге TOP500 2012 (фото: IBM)
На третьем месте с результатом 10.51 петафлопс в бенчмарке LINPACK находится созданный компанией Fujitsu японский суперкомпьютер K Computer, установленный в Институте физико-химических исследований RIKEN (г. Кобе).
Суперкомпьютер Fujitsu K Computer - третье место (фото: Fujitsu)
Пятое и шестое место принадлежат Германии. Разработанные в IBM суперкомпьютеры JUQUEEN (самый быстрый в Европе) и SuperMUC продемонстрировали производительность на уровне 4,14 и и 2.89 петафлопс соответственно.
Китайский суперкомпьютер Tianhe-1A, созданный в оборонном научно-техническом университете города Тяньцзинь, переместился на восьмое место рейтинга с результатом 2,57 петафлопс.
Суперкомпьютер Tianhe-1A (фото: National Supercomputing Center of Tianjin)
Девятое место занимает итальянский Fermi (1,73 петафлопс), а десятое – DARPA Trial Subset (1,52 петафлопс).
Самый быстрый российский суперкомпьютер «Ломоносов», принадлежащий МГУ, оказался на 26 месте с результатом 0,9 петафлопс.
Суперкомпьютер "Ломоносов" (фото: "Т-Платформы")
Возглавляющий список Titan (Cray XK7) расположен в Национальной Лаборатории Окриджа – ведущем вычислительном центре министерства энергетики США. Он стал не просто самым быстрым суперкомпьютером. Его архитектура и оригинальные технические решения заслуживают самого пристального внимания.
Titan
«Титан» состоит из 18 688 вычислительных узлов. Каждый узел включает в себя 16-ядерный процессор AMD Opteron 6274/6276 с четырёхканальным контроллером оперативной памяти, 32 ГБ ОЗУ DDR3 (registered ECC) и главный козырь – графический ускоритель NVIDIA Tesla K20X с 2688 ядрами CUDA и 6 ГБ собственной памяти GDDR5.
Суперкомпьютер Titan (Cray XK7) - лидер ноябрьского рейтинга TOP500 2012 (фото: Oak Ridge National Laboratory)
Вычислительные узлы «Титана» объединяются по 8 штук в блоки и далее соединяются в отдельно стоящие модули при помощи сетевого интерфейса Gemini с пропускной способностью 160 ГБ/с на чип.
Вычислительный блок суперкомпьютера Titan (фото: Oak Ridge National Laboratory)
Внешне модули напоминают стандартные 19” шкафы 42U, однако фактические размеры одного модуля составляют 236 x 144 x 57 см, а масса – около 725 кг без учёта системы водяного охлаждения. На момент составления рейтинга «Титан» состоял из 208 таких модулей. Пиковая потребляемая мощность одного модуля составляет немногим более 54 кВт.
В сумме 18688 узлов обеспечивают 299008 ядер архитектуры x86 с частотой 2,2 – 3,2 ГГц и 50 233 344 ядер CUDA в 261 632 SMX блоках. В качестве общего количества вычислительных ядер суперкомпьютера Titan указывается сумма всех ядер архитектуры x86 и SMX блоков – 560 640.
Используемые процессоры AMD серии Opteron 6200 (Interlagos) стали первым серверным решением на базе архитектуры Bulldozer с энергоэффективностью 4,375 Вт на ядро.
Последнее обстоятельство и применение графических ускорителей позволило «Титану» занять также третье место в рейтинге Green500. Помимо статуса самого быстрого он стал ещё и одним из самых энергоэффективных суперкомпьютеров с результатом 2142,77 мегафлопс на Ватт потребляемой энергии.
Динамика роста использования графических ускорителей (фото: Nvidia)
Сейчас «Титану» требуется для размещения 404 квадратных метра, а усреднённое значение его потребляемой мощности составляет 8,2 МВт.
Разработка «Титана» не велась с нуля. Он был создан в процессе обновления предыдущего суперкомпьютера – Jaguar (Cray XT5). В 2008 году «Ягуар» стал первым компьютером, преодолевшим рубеж в 1 петафлопс, а в 2009 году возглавил список TOP500.
Модернизация «Ягуара» и его превращение в «Титана» заняла около года. Помимо добавления графических ускорителей Nvidia Tesla K20 она включала установку оперативной памяти суммарным объёмом 710 144 ГБ.
По оценкам Cray, дальнейшая модернизация и масштабирование позволит ей наращивать производительность до 50 петафлопс, удерживая престиж лидера ценой минимально возможных вложений.
Работает «Титан» в программной среде Cray Linux Environment на основе SUSE Linux Enterprise Server 11. Примечательно, что он открыт для свободных научных исследований. С его помощью учёные надеются значительно ускорить процессы моделирования и визуализации в самых разных областях, включая астрономию, геологию, океанологию, квантовую химию, физику элементарных частиц, генетику и многие другие.
Последний лидер был преподнесен летом этого года, и его мощность составляет 16,32 петафлоп/сек. Настоящий же лидер располагает большей мощностью, до 17,59 петафлоп/сек. Она входит в число немногих, кто имеет гибридную архитектуру.
Система, используемая в самом мощном на сегодняшний день компьютере, построена на более новой версии Jaguar, которая использовалась в Национальной лаборатории Окридж. Сегодня доступ к Cray Titan имеют американские ученые, работники правительственных лабораторий, а так же представители некоторых коммерческих отраслей. Из всех желающих бесплатный доступ к Cray Titan и к его ресурсам получат члены научной программы INCITE.
В Nvidia заявили, что современный суперкомпьютер будет использоваться в разных областях. В первую же очередь, на нем будут изучать изменения климата, анатомию, ядерную энергетику. Такой выбор объясняется необходимостью постоянного выполнения сложнейших масштабных вычислений. Если же расчеты будут проводиться гораздо быстрее, то и многие исследования, проводимые специальными группами, смогут продвинуться в своей работе. В этом уверен руководитель по технологиям Nvidia, Стив Скотт.
С технической точки зрения Cray Titan – это совмещение двух новых систем. Здесь нашлось место для традиционных процессоров, а так же для графических чипов Nvidia. Для Cray Titan характерны новые, улучшенные показатели, по сравнению с Jaguar. Новый суперкомпьютер мощнее Jaguar в 10 раз, а его энергоэффективность превышает Jaguar в 5 раз. Потребление Jaguar составляет 9мегаватт, в то время как Titan потребляет всего 7 мегаватт. Номинальная мощность современного лидера составляет 20 000 триллионов действий в секунду (20 петафлоп/сек). Из общего количества суперкомпьютеров в США работают практически половина.
Среди самых мощных компьютеров есть так же следующие:
- - Supercomputer (10,5),
- - BlueGene Mira (8,16),
- -Forschungszentrum Juelich Juqueen
На самой низшей ступени по мощности находится компьютер с показателями в 241,3 терафлоп/сек.
реклама
Пиковая производительность Titan превышает 20 петафлопс (или 20 миллионов миллиардов операций с плавающей точкой в секунду), причем на 90% эта производительность обеспечена 18 688 графическими ускорителями NVIDIA Tesla K20. Они основаны на архитектуре NVIDIA Kepler, самой мощной и энергоэффективной вычислительной архитектуре из когда-либо созданных.
Исследователи применяют все более мощные суперкомпьютеры для ускорения научных открытий и создания инновационных решений в широком спектре научных областей – от разработки более эффективных двигателей и более емких и легких батарей до изучения изменения климата и поиска новых лекарств. Titan играет ключевую роль в переходе на экзафлопсный уровень вычислений, так как следующим этапом развития проекта является создание суперкомпьютера мощностью в 1000 петафлопс.
Titan расположен в лаборатории Oak Ridge National Laboratory, которая входит в сеть исследовательских лабораторий Министерства энергетики США и которая открыта для всех исследователей университетов, государственных лабораторий и других институтов, где ресурсы Titan могут использоваться для моделирования физических и биологических явлений и получения результатов значительно быстрее, чем путем живого эксперимента.
Благодаря малому энергопотреблению и низкой цене GPU Tesla K20, Titan в десять раз быстрее и в пять раз экономичнее своего предшественника, системы Jaguar (мощность - 2,3 петафлопс (2) при тех же самых размерах). Если бы в лаборатории Oak Ridge модернизировали Jaguar путем традиционного наращивания CPU, то система была бы в четыре раза больше и потребляла бы более 30 мегаватт. (3)
«Использование GPU Tesla в Titan позволило Oak Ridge запускать чрезвычайно сложные приложения и использовать ускоренные вычисления для решения самых актуальных научных задач, - отмечает Стив Скотт (Steve Scott), технический директор NVIDIA по GPU-ускоряемым вычислениям. - Традиционные архитектуры на базе CPU просто не способны обеспечить такое же соотношение производительности, мощности и стоимости. Ускоренные вычисления – это лучший и самый реалистичный способ получения производительности экзафлопсного уровня в ближайшем десятилетии».
Разработка Titan началась три года назад, когда в Oak Ridge решили обновить Jaguar, предыдущего лидера среди открытых систем для научных вычислений и самого мощного суперкомпьютера в мире. Обновление системы включает установку ускорителей Tesla K20 в качестве вычислительных модулей в 200 серверных стоек суперкомпьютера Cray XK7, а также установку 710 терабайт памяти.
«Наука и технологии всегда были нашей главной целью, и Titan – это революционный инструмент, который позволит исследователям во всем мире применять ускоренные на GPU вычисления для совершения новых открытий, - отмечает Джефф Николз (Jeff Nichols), помощник директора лаборатории Oak Ridge National Laboratory по вычислениям и вычислительным наукам. – Новые ускорители Tesla обеспечивают фантастическую производительность, но при этом позволяют избежать энергопотребления системы на уровне небольшого города».
Компания NVIDIA представила, как утверждается, самый высокопроизводительный в мире графический ускоритель для персональных компьютеров: флагманская карта получила имя Titan V.
Новинка полагается на архитектуру Volta. Применён графический процессор GV100, который ранее дебютировал в составе ускорителя Tesla V100 для дата-центров. Об этом чипе можно подробно узнать в нашем материале. Напомним, что изделие производится на предприятии TSMC с применением 12-нанометровой технологии FFN. Процессор насчитывает 21,1 млрд транзисторов.
«Volta — это самая мощная в мире архитектура GPU, призванная стать катализатором новой волны достижений в области искусственного интеллекта и высокопроизводительных вычислений», — отмечает разработчик.
В состав GV100 входят блоки Tensor, повышающие производительность в так называемых матричных вычислениях. Речь идёт о решении задач, связанных с искусственным интеллектом и машинным обучением. «Модели, обучение которых занимало недели на системах предыдущего поколения, теперь можно натренировать всего за несколько дней. Благодаря такому серьёзному сокращению времени, затрачиваемого на тренировку алгоритмов, искусственный интеллект поможет решить совершенно новые проблемы», — говорит NVIDIA.
Конфигурация графического ускорителя Titan V предусматривает использование 5120 ядер CUDA и 640 ядер Tensor. Заявленная производительность достигает 110 Тфлопс в глубоком обучении. Базовая частота равна 1200 МГц, форсированная частота — 1455 МГц.
Новый ускоритель наделён 12 Гбайт памяти HBM2, взаимодействующей с GPU по 3072-битной шине. Частота составляет 850 МГц, пропускная способность — 652,8 Гбайт/с.
Видеокарта имеет двухслотовое исполнение. Предусмотрены три интерфейса DisplayPort и один разъём HDMI. Заявленное энергопотребление — 250 Вт, для работы с ускорителем рекомендовано использование блока питания мощностью не менее 600 Вт.
Графический ускоритель NVIDIA Titan V уже доступен для заказа: его цена составляет 3000 долларов США.
Читайте также: