Суперкомпьютеры в России

УрФУ

Кафедра ПМиТФ

 

 

Курсовая  работа на тему:

“Суперкомпьютеры  в России”

 

 

 

 

Студент: Селянин  М.А.

Преподаватель: Шориков А.О.

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург 2012

Содержание работы:

1.Введение

1.1 Основные понятия

2.суперкомпьютеры в России

3.Крупнейшие производители суперкомпьютеров

4.о компании ”T-platforms”

5.Основные характеристики русских суперкомпьютеров

6.Заключение

7.список литературы

 

1.Введение

С какого момента  обычный компьютер или кластер  становится суперкомпьютером? Некоторые  специалисты считают, что с тех  пор, как он начинает весить больше 1 тонны, некоторые, что с потребляемой мощности в 1 МВт, а кто-то, что с  момента, когда он начинает стоить более 1 миллиона долларов. Компьютеры, объединённые в вычислительный кластер, но не дотягивающие до этих показателей можно отнести  к классу HPC (High Performance Computing) систем. В ноябре 2012 года обновился всемирно известный рейтинг суперкомпьютеров, TOP500.

 

Суперкомпью́тер (англ. supercomputer, СуперЭВМ) — вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам большинство существующих компьютеров. Как правило, современные суперкомпьютеры представляют собой большое число высокопроизводительных серверных компьютеров, соединённых друг с другом локальной высокоскоростной магистралью для достижения максимальной производительности в рамках подхода распараллеливания вычислительной задачи.

В настоящее время суперкомпьютерами  принято называть компьютеры с огромной вычислительной мощностью («числодробилки»  или «числогрызы»). Такие машины используются для работы с приложениями, требующими наиболее интенсивных вычислений (например, прогнозирование погодно-климатических условий, моделирование ядерных испытаний и т. п.), что в том числе отличает их от серверов и мэйнфреймов (англ. mainframe) — компьютеров с высокой общей производительностью, призванных решать типовые задачи (например, обслуживание больших баз данных или одновременная работа с множеством пользователей).

Иногда суперкомпьютеры  используются для работы с одним-единственным приложением, использующим всю память и все процессоры системы; в других случаях они обеспечивают выполнение большого числа разнообразных приложений.

 

 

 

 

 

4.О компании ”T-platforms”

 «Т-Платформы» - международный  разработчик суперкомпьютеров, а  также поставщик полного спектра  решений и услуг для высокопроизводительных  вычислений. Компания «Т-Платформы» создана в 2002 году и сегодня имеет центральный офис в Москве (Россия) и региональные штаб-квартиры в Ганновере (Германия), Киеве (Украина), Тайпее (Тайвань), Кэмпбелле (США) и Гонконге (Китай).

Компания «Т-Платформы» разрабатывает, производит и устанавливает комплексные  суперкомпьютерные системы и  программное обеспечение. За время  своей работы компания выполнила  более 300 проектов, представляющих собой  полностью интегрированные решения  «под ключ» с различным уровнем  сложности архитектуры суперкомпьютеров. Уникальный опыт специалистов «Т-Платформы» и наличие собственных разработок позволяют компании не просто предложить клиентам купить сервер или какой-либо типовой продукт, а создавать  высокопроизводительные решения, максимально  полно отвечающие потребностям каждого  заказчика. Пакет решений и услуг  компании включает в себя:

• Разработку и производство вычислительных комплексов любого уровня, включая системы петафлопс-уровня
• Разработку системного программного обеспечения для HPC-комплексов
• Внедрение систем хранения данных
• Создание высокопроизводительных комплексов «под ключ»
• Услуги по инженерному моделированию, ресурсоемким вычислениям и суперкомпьютерному моделированию для промышленных предприятий
• Аренду HPC-ресурсов
• Управление HPC-центрами
• Распараллеливание вычислений
• Рендеринг на суперкомпьютере

Суперкомпьютер «Ломоносов»  производительностью 1,7 Пфлопс, разработанный компанией «Т-Платформы» и установленный в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова, возглавляет рейтинг TOP50 самых мощных суперкомпьютеров России и занимает 18 строчку мирового рейтинга TOP500 (июнь 2011). Кроме того, суперкомпьютерный комплекс «Ломоносов» занял второе место по производительности в тестировании Graph500, ориентированном на оценку производительности систем при обработке больших массивов данных (июнь 2011).

Вычислительные кластеры холдинга «Т-Платформы» установлены  в Сингапурском суперкомпьютерном  центре, университете Манхайма и других организациях Европы. Компания «Т-Платформы» сотрудничает с институтом Макса Планка в Германии, оказывает содействие в реализации европейских стратегических инициатив (PROSPECT), поддерживает ведущие европейские суперкомпьютерные инициативы (PRACE, HOPSA).

Среди клиентов «Т-Платформы» компании из разных отраслей, в том  числе нефтегазовой, энергетической, аэрокосмической, промышленности и  др. Это коммерческие, научные, оборонные  и государственные организации, использующие в своей работе российские суперкомпьютеры.

Компания «Т-Платформы» разрабатывает, производит и устанавливает комплексные  суперкомпьютерные системы и  программное обеспечение, обеспечивая  полный спектр услуг. С 2002 года компания выполнила около 200 проектов, представляющих собой полностью интегрированные  решения «под ключ». Уникальный опыт специалистов «Т-Платформы» и наличие  собственных разработок позволяют  компании предлагать высокопроизводительные решения, максимально полно отвечающие потребностям каждого заказчика.

Основные особенности:

• Модульные системы V-Class, блейд-системы T-Blade 2 и миникластеры T-Mini P разработаны специально для высокопроизводительных вычислений
• В состав программного обеспечения Clustrx входит операционная система HPC нового поколения и средства управления, рассчитанные на системы петафлопс-уровня и будущие вычисления экзамасштаба
• В спектр систем хранения и резервного копирования данных входят системы, поставляемые как под брендом «Т-Платформы», так и под брендами OEM-производителей, такими как Panasas, NetApp и DDN

4.1 Проекты компании

Суперкомпьютер "Ломоносов", установленный в Московском государственном  Университете им. М.В. Ломоносова - самый  мощный вычислительный комплекс в Восточной  Европе с пиковой производительностью  в 1,7 Пфлопс. Сегодня он возглавляет рейтинг Top-50 самых мощных суперкомпьютеров России, а в ноябре 2011 года суперкомпьютер занял 18-е место в рейтинге Тop-500 мощнейших компьютеров мира. "Ломоносов" состоит из вычислительных модулей различных архитектур: систем на базе технологии x86 и систем с графическими ускорителями. В целом, суперкомпьютер использует 6 типов вычислительных узлов и  процессоры различных архитектур. В результате гибридная система обладает достаточной гибкостью для достижения оптимальной производительности для широкого круга задач. 
 
Более 94% производительности системы, построенной на базе архитектуры x86, обеспечивают решения TB2-XN. "Ломоносов" содержит также вычислительные модули TB 1.1, а также системы PeakCell S, построенные на базе процессора PowerXCell 8i. Графическая часть суперкомпьютеры построена на базе нового поколения решений "Т-Платформы" - TB2-TL. Создание данного комплекса разгрузило часть ресурсов суперкомпьютера «Чебышев», ранее построенного компанией «Т-Платформы» для МГУ. Обе системы используются для решения ресурсоемких вычислительных задач в рамках фундаментальных научных исследований в областях изменения климата, нанотехнологий и моделирования структур белка, а также для проведения научной работы в области разработки алгоритмов и программного обеспечения для мощных вычислительных систем.

В суперкомпьютере «Ломоносов»  используется 7 видов вычислительных узлов и процессоры с различной архитектурой, что позволяет получать высокую производительность максимально широкого спектра приложений. Основу вычислительного комплекса составляет решение TB2, полностью сконструированное инженерами «Т-Платформы». Шасси TB2 на сегодня обеспечивает максимальную плотность вычислительной мощности на квадратный метр площади дата- центра. Воздушное охлаждение упрощает обслуживание, а также улучшает ремонтопригодность системы. Дизайн шасси обеспечивает высокую компактность, небольшой вес, простоту инсталляции в стандартные шкафы 19” и возможность развертывания в ЦОД с традиционной инфраструктурой. Такое решение позволяет снизить капитальные затраты при реализации комплексных суперкомпьютерных центров на базе TB2.

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ОСНОВА СИСТЕМЫ

 

В качестве основных узлов  используются решения TB2-XN на базе четырехъядерных и шестиядерных процессоров Intel Xeon X5570 Nehalem и X5670 Westmere. В системе также используется платформа TB 1.1 с увеличенным объемом оперативной памяти и локальной дисковой памятью для выполнения специфических задач, требовательных к этим параметрам системы. Третий тип узлов – платформы на базе многоядерного процессора PowerXCell 8i, используется в качестве мощного ускорителя для ряда задач. Суперкомпьютерный комплекс также содержит гибридные узлы TB2-TL на базе процессоров Intel Xeon и NVIDIA Tesla. Все типы вычислительных узлов, использующихся в суперкомпьютерном комплексе, разработаны компанией «Т-Платформы». Все вычислительные узлы установки, а также систему хранения данных, связывает высокоскоростная коммуникационная сеть QDR In- finiBand с пропускной способностью до 40 Гб/сек. В качестве дополнительных сетей используются 10G Ethernet и Gigabit Ethernet, а также выделенные сети поддержки коллективных коммуникаций, разработанные компанией «Т-Платформы».

 

РОССИЙСКИЕ СУПЕРКОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Платформа TB2 была сконструирована  инженерами «Т-Платформы» «с нуля» - все платы и механические компоненты являются собственными разработками компании. TB2 выходит за рамки традиционных возможностей blade-систем. Новая платформа позволяет создавать суперкомпьютеры высшего уровня производительности, не уступающие специализированным нестандартным вычислителям с массивно-параллельной архитектурой (MPP). Такие системы обеспечивают лучшую масштабируемость приложений по сравнению с традиционными кластерами, и число процессоров в них может достигать десятков тысяч.

 Суперкомпьютеры на базе TB2 обеспечивают высокую эффективность реальных приложений за счет принципиально новых технологий, таких как выделенные сети барьерной синхронизации и глобальных прерываний. Они позволяют за минимальное время синхронизировать вычислительные процессы на отдельных узлах и ускорить обмен данными между процессорами.

СИСТЕМНАЯ ПЛАТА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО  МОДУЛЯ

Основой решения TB2 является вычислительный модуль на основе системной платы разработки «Т-Платформы». Уникальная вычислительная плотность решения достигается прежде всего за счет оригинального дизайна 14-слойной системной платы, на которой расположены четыре процессора Intel® Xeon® серии 55xx или 56xx, четыре трехканальных модуля памяти DDR3 разработки «Т-Платформы» и интегрированные контроллеры системной сети QDR InfiniBand.

 

КОММУТАТОР СИСТЕМНОЙ  СЕТИ QDR INFINIBAND

Дизайн коммутаторов системной  сети в решении ТB2 является оригинальной разработкой «Т-Платформы» на основе эталонного дизайна Mellanox InfiniScale IV. Два интегрированных коммутатора обеспечивают неблокируемую пропускную способность системной сети, достаточную для бесконфликтной передачи данных в инсталляциях из десятков тысяч узлов. Два коммутатора имеют 32 внутренних порта для подключения всех вычислительных узлов и 40 внешних портов.

РАДИАТОР СИСТЕМНОЙ ПЛАТЫ

Высокая степень интеграции компонентов на системной плате, выделяющей порядка 570 Вт тепла, требует эффективного охлаждения. Оптимальный вариант дизайна радиатора, отводящего это тепло, был найден благодаря моделированию на суперкомпьютере мощностью 10 Тфлопс. В ходе двухмесячного компьютерного анализа из 6 вариантов был выбран один с наилучшим соотношением веса и энергоэффективности. Это композитный алюминиевый радиатор с медными вставками, полностью закрывающий системную плату и обеспечивающий эффективное воздушное охлаждение блейд-системы.

ОБЪЕДИНИТЕЛЬНАЯ ПЛАТА

Эта плата объединяет все  подсистемы шасси: вычислительные модули, систему питания и охлаждения, сетевые интерфейсы и систему управления. Компактный дизайн объединительной платы оставляет в шасси достаточно пространства для эффективного воздушного охлаждения вычислительных модулей вентиляторами, расположенными в передней части шасси. 24-слойная плата обеспечивает горячую замену вычислительных модулей, а также подачу питания и информационных сигналов ко всем подсистемам.

 

МОДУЛЬ УПРАВЛЕНИЯ

Модуль управления включает 4 функциональных блока, обеспечивающих мониторинг и управление системы, интеграцию управляющей и вспомогательной сетей стандарта 10GbE/ GbE/ Ethernet, интеграцию специализированных сетей барьерной синхронизации и глобальных прерываний, а также сети внешней частотной синхронизации вычислительных узлов. Специализированные сети снижают задержки, возникающие при синхронизации выполнения параллельных операций на крупных инсталляциях. Управление этими сетями осуществляется специально запрограммированной микросхемой FPGA.

МОДУЛЬ ПАМЯТИ

В отличие от стандартных DIMM-модулей, оригинальные высокоинтегрированные модули памяти разработки «Т-Плафтормы» позволяют обеспечить очень плотное размещение вычислительных модулей в блейд-шасси. Каждая микросхема интегрирует функционал трех DIMM-модулей и горизонтально размещается на системной плате, позволяя экономить место. Модули памяти легко снять и заменить, что облегчает и удешевляет обслуживание по сравнению с другими компактными решениями, где память интегрирована на системную плату.