Программа ASCI

Суперкомпьютеры

Примеры параллельных вычислительных систем

Разнообразие параллельных вычислительных систем поистине огромно. В каком-то смысле каждая такая система уникальна. В них устанавливаются различные аппаратные составляющие: процессоры (Intel, Power, AMD, HP, Alpha, Nec, Cray, ѕ), сетевые карты (Ethernet, Myrinet, Infiniband, SCI, ѕ). Они функционируют под управлением различных операционных систем (версии Unix/Linux, версии Windows, ѕ) и используют различное прикладное программное обеспечение. Кажется, что найти между ними что-то общее практически невозможно. Конечно же, это не так, и ниже мы попытаемся с общих позиций сформулировать некоторые известные варианты классификаций параллельных вычислительных систем, но прежде рассмотрим несколько примеров.

Началом эры суперкомпьютеров с полным правом может считаться 1976 год – год появления первой векторной системы Cray 1. Результаты, показанные этой системой, пусть и на ограниченном в то время наборе приложений, были столь впечатляющи в сравнении с остальными, что система заслуженно получила название "суперкомпьютер" и в течение длительного времени определяла развитие всей индустрии высокопроизводительных вычислений. Однако в результате совместной эволюции архитектур и программного обеспечения на рынке стали появляться системы с весьма кардинально различающимися характеристиками, потому само понятие "суперкомпьютер" стало многозначным, и пересматривать его пришлось неоднократно.

Попытки дать определение термину суперкомпьютер, опираясь только на производительность, неизбежно приводят к необходимости постоянно поднимать планку, отделяющую его от рабочей станции или даже обычного настольного компьютера. Так, по определению Оксфордского словаря вычислительной техники 1986 года, для того чтобы получить это гордое название, нужно было иметь производительность в 10 MFlops 1¹⁾. Сегодня, как известно, производительность настольных систем на два порядка выше.

Из альтернативных определений наиболее интересны два: экономическое и философское. Первое из них гласит, что суперкомпьютер – это система, цена которой выше 1–2 млн. долларов. Второе – что суперкомпьютер – это компьютер, мощность которого всего на порядок меньше необходимой для решения современных задач.

Программа ASCI (https://www.llnl.gov/asci/) – Accelerated Strategic Computing Initiative, поддерживаемая Министерством энергетики США, в качестве одной из основных целей имеет создание суперкомпьютера с производительностью в 100 TFlops.

Первая система серии ASCI – ASCI Red, построенная в 1996 г. компанией Intel, стала и первым в мире компьютером с производительностью в 1 TFlops (в дальнейшем производительность системы была доведена до 3 TFlops).

Тремя годами позже появились ASCI Blue Pacific от IBM и ASCI Blue Mountain от SGI, ставшие первыми на тот момент суперкомпьютерами с быстродействием 3 TFlops.

Наконец, в июне 2000 г. была введена в действие система ASCI White (https://www.llnl.gov/asci/platforms/white/) с пиковой производительностью свыше 12 TFlops (реально показанная производительность на тесте LINPACK составила на тот момент 4938 GFlops, позднее данный показатель был доведен до 7304 GFlops).

Аппаратно ASCI White представляет собой систему IBM RS/6000 SP с 512 симметричными мультипроцессорными (SMP) узлами. Каждый узел имеет 16 процессоров, система в целом – 8192 процессора. Оперативная память системы – 4 TB, емкость дискового пространства 180 TB.

Все узлы системы являются симметричными мультипроцессорами IBM RS/6000 POWER3 с 64-разрядной архитектурой. Каждый узел автономен, обладает собственной памятью, операционной системой, локальным диском и 16 процессорами.

Процессоры POWER3 являются суперскалярными 64-разрядными чипами конвейерной организации с двумя устройствами по обработке команд с плавающей запятой и тремя устройствами по обработке целочисленных команд. Они способны выполнять до восьми команд за тактовый цикл и до четырех операций с плавающей запятой за такт. Тактовая частота каждого процессора 375 MHz.

Программное обеспечение ASCI White поддерживает смешанную модель программирования – передача сообщений между узлами и многопотоковость внутри SMP-узла.

Операционная система представляет собой версию UNIX – IBM AIX. AIX поддерживает как 32-, так и 64-разрядные системы RS/6000.

Поддержка параллельного кода на ASCI White включает параллельные библиотеки, отладчики (в частности, TotalView), профилировщики, утилиты IBM и сервисные программы по анализу эффективности выполнения. Поддерживаются библиотеки MPI, OpenMP, потоки POSIX и транслятор директив IBM. Имеется параллельный отладчик IBM.