Суперкомпютер Titan

Зміст

Від Jaguar-а  до Titan-у 3

Titan 3

Архітектура і побудова 5

Застосування 5

Список використаних джерел 8

Від Jaguar-а до Titan-у

Восени 2012 року розпочався останній етап модернізації Jaguar-а до більш потужного суперкомп'ютера, якому дано нову назву Titan. Titan буде в 10 разів могутніше за свого прабатька - суперкомп'ютера Jaguar. Після модернізації пікова обчислювальна потужність Titan-а складе більше 20 петафлопс, ​​тобто 20 тисяч трильйонів (20 квадрильйонів) операцій з плаваючою точкою в секунду. Розмір загальної системної пам'яті досягне 710 терабайт. Titan має гібридну архітектуру - крім більш потужних 16-ядерних процесорів AMD Opteron 6274 в кожен з 18.688 вузлів суперкомп'ютерної системи встановлений графічний процесор загального призначення NVIDIA Tesla K20 (архітектура Kepler). Таким чином загальна кількість ядер комп'ютера зросте до 299.008. Компілятор, спеціально розроблений для Titan-а, буде автоматично распараллелівать виконання коду між центральним і графічним процесорами.

Titan

Titan — суперкомп'ютер компанії Cray Inc. встановлений в національній лабораторії Оук-Рідж (скорочено ORNL, національна лабораторія Міністерства енергетики США, Теннессі) для використання в наукових проектах. Є модернізованим суперкомп'ютером Jaguar, якому збільшили кількість центральних процесорів і доповнили графічними процесорами Nvidia Tesla K20x. Модернізація почалася в жовтні 2011 і тривала цілий рік. Після чого Titan зайняв перший рядок в листопадовому рейтингу TOP500 суперкомп'ютерів світу за продуктивністю, вимірюваній тестом Linpack. Початкова вартість оновлення склала 60 млн дол. США, фінансована переважно за рахунок департаменту енергетики США.

«Титан» складається з 18 688 обчислювальних вузлів. Кожен вузол включає в себе 16-ядерний процесор AMD Opteron 6274/6276 з чотирьохканальним контролером оперативної пам'яті, 32 ГБ ОЗУ DDR3 (registered ECC) і головний козир - графічний прискорювач NVIDIA Tesla K20X з 2688 ядрами CUDA і 6 ГБ власної пам'яті GDDR5.

Обчислювальні вузли «Титану» об'єднуються по 8 штук у блоки і далі з'єднуються в окремо стоять модулі за допомогою мережевого інтерфейсу Gemini з пропускною здатністю 160 ГБ / с на чіп.

Зовні модулі нагадують стандартні 19 " шафи 42U , однак фактичні розміри одного модуля складають 236 x 144 x 57 см , а маса - близько 725 кг без урахування системи водяного охолодження. На момент складання рейтингу «Титан » складався з 208 таких модулів. Пікова споживана потужність одного модуля становить трохи більше 54 кВт .

У сумі 18688 вузлів забезпечують 299008 ядер архітектури x86 з частотою 2,2 - 3,2 ГГц і 50233344 ядер CUDA в 261632 SMX блоках. В якості загальної кількості обчислювальних ядер суперкомп'ютера Titan вказується сума всіх ядер архітектури x86 і SMX блоків - 560640 .

Використовувані процесори AMD серії Opteron 6200 (Interlagos) стали першим серверним рішенням на базі архітектури Bulldozer з енергоефективністю 4,375 Вт на ядро.

Остання обставина і застосування графічних прискорювачів дозволило «Титану» посісти також третє місце в рейтингу Green500. Крім статусу найшвидшого він став ще й одним з найбільш енергоефективних суперкомп'ютерів з результатом 2142,77 мегафлопс на Ватт споживаної енергії.

Зараз «Титану» потрібно для розміщення 404 квадратних метра, а усереднене значення його споживаної потужності становить 8,2 МВт.

У червні 2013 року поступився першим місцем у рейтингу TOP500 китайському суперкомп'ютеру Тяньхе-2. Який також посів перше місце ще і в рейтингу енергетичної ефективності.

Архітектура і побудова

 Titan — масово-паралельний суперкомп'ютер, побудований на платформі Cray XK7 з гібридною архітектурою: крім 16-ядерних процесорів AMD Opteron 6274 в кожен з 18.688 вузлів суперкомп'ютерної системи встановлений графічний процесор загального призначення NVIDIA Tesla K20x (архітектура Kepler). Таким чином загальна кількість ядер комп'ютера становить 299008. Компілятор, спеціально розроблений для Titan-а, автоматично розпараллелює виконання коду між центральним і графічним процесорами.

Застосування

Левова частка комп'ютерного часу Titan-а буде віддана під додатки державної програми Міністерства енергетики США під назвою «Innovative and Novel Computational Impact on Theory and Experiment program» (INCITE) . Незважаючи на те, що Titan можна використовувати для будь-якого проекту, кількість заявок перевищила наявне комп'ютерне час. Тому було вирішено провести ретельний відбір. У 2009 році Oak Ridge Computing Leadership Facility (OCLF) розглянув 50 заявок і звузив список до 6 проектів, які були вибрані не тільки через важливість дослідних тем, а й через здатність програмного забезпечення проектів якомога повніше використовувати можливості гібридної системи. Програмний код цих проектів довелося змінити так, щоб він міг виконуватися на графічних процесорах Titan-а, при цьому потрібно було залишити можливість виконання коду на звичайних процесорах, щоб він не був прив'язаний виключно до Titan-у. Протягом двох років дослідники і програмісти переписували свої програми, щоб почати його використання з перших же днів введення Titan-а в стрій. Першими проектами, які отримають доступ до Titan-у є:

• Процеси згорання палива: За допомогою програми S3D дослідники можуть змоделювати турбулентне згорання різних видів і складів палива. Результати досліджень дозволять створювати високоефективні, економічні, оптимальні рухові системи, майже не забруднюють навколишнє середовище.
• Наука про матеріали: За допомогою програми WL-LSMS дослідники зможуть знаходити і створювати нові матеріали, досліджуючи їх магнітні властивості при різних температурах на нано-рівні. Результати досліджень дозволять створювати нові електродвигуни та електрогенератори.
• Атомна енергія: За допомогою програми Denovo дослідники зможуть моделювати поведінку нейтронів в ядерному реакторі. Результати досліджень дозволять з'ясувати, як більш ефективно використовувати старіючі ядерні реактори США при збереженні їх безпеки. На Titan-е додаток Denovo змоделює за 13 годин один повний цикл служби стрижня ядерного палива, у той час як на Jaguar-е на це було потрібно 60 годин.
• Зміни клімату: Програма Community Atmosphere Model-Spectral Element (CAM-SE) симулює довгострокові глобальні зміни клімату. Результати обчислень дозволять дослідникам обчислити якість повітря в найближчому майбутньому, а також вплив його складу на клімат. Titan дозволяє за один день комп'ютерного часу зробити прогноз на 1-5 років вперед, в той час як на Jaguar за один день можна було вирахувати прогноз тільки на 3 місяці.

Список  використаних джерел

1. Суперкомпьютерные технологии в науке, образовании и промышленности. Садовничий В. А., Савин Г. И., Воеводин В. В. 2012
2. Офіційний веб-сайт нового суперкомпютера Titan    http://www.olcf.ornl.gov/titan/