 |
| Titan |
Δεν θα γνωρίζουμε την τελική θέση του Τιτάνα στη TOP-500 λίστα μέχρι το συνέδριο SC12 στα μέσα του Νοεμβρίου (η θέση καθορίζεται από την απόδοση του συστήματος σε Linpack). Σε αυτό το σημείο, η θέση του σχετικά με την TOP-500 λίστα εξαρτάται από την ρύθμιση του λογισμικού και το πόσο αξιόπιστο σύστημα έχει.
Το Hardware
Ένα υπερυπολογιστής χωροταξιακά και εμφανισιακά δεν διαφέρει ιδιαίτερα με ένα σύγχρονο datacenter.
Ιδιαίτερα του Τιτάνα είναι χτισμένο από 200 ειδικές 19-ιντσες καμπίνες. Αυτές οι καμπίνες μπορούν να μοιάζουν με τις πρότυπες 19-ιντσών καμπίνες των 42 RU ενός datacenter, αλλά το εσωτερικό τους είναι αρκετά εξειδικευμένο. Όλες οι καμπίνες που συνθέτουν τον Τιτάνα απαιτούν ένα δωμάτιο που είναι περίπου το μέγεθος ενός γηπέδου μπάσκετ.
Το υλικό προέρχεται από την Cray. Η εγκατάσταση του Τιτάν χρησιμοποιεί τις νέες πλακέτες XK7 της Cray.
[ Παρένθεση: Οι πραγματικοί υπερυπολογιστές έκαναν την εμφάνιση τους την δεκαετία του 1960 με βασικό σχεδιαστή τον Σέυμουρ Κρέι (Seymour Cray) που εργαζόταν στην Control Data Corporation (CDC). Κατά τη δεκαετία του 1970 ο Cray δημιούργησε τη δική του εταιρεία, την Cray Research, η οποία επικράτησε στον χώρο των υπερυπολογιστών, με δικές του δημιουργίες, για πέντε χρόνια (1985 - 1990). Στην δεκαετία του 1980 μεγάλος αριθμός μικρότερων εταιρειών μπήκαν σε αυτό τον τομέα παράλληλα με την δημιουργία του μικροϋπολογιστή μια δεκαετία νωρίτερα. Πολλές από αυτές τις εταιρείες έκλεισαν στα μέσα τις δεκαετίας του 1990 εξαιτίας αυτού που αποκαλούμε σήμερα κραχ αγοράς υπερυπολογιστών. Επί του παρόντος οι υπερυπολογιστές κατασκευάζονται από μεγάλες παραδοσιακές εταιρείες υπολογιστών, όπως η ΙΒΜ και HP που εξαγόρασαν τις μικρότερες. Οι υπερυπολογιστές είναι συνήθως ειδικές και μοναδικές μεγάλες κατασκευές. Η Cray Research εξακολουθεί να κατασκευάζει υπερυπολογιστές. Στους καινούριους υπερυπολογιστές Cray χρησιμοποιούνται, οι επεξεργαστές Opteron της εταιρείας AMD.]
Η ORNL (Oak Ridge National Laboratory) που έχει και διαχειρίζεται τον υπερυπολογιστή Τιτάν στην πραγματικότητα δεν διαφέρει από οποιαδήποτε άλλο καταναλωτή υπολογιστών: Οι υπερυπολογιστές της αναβαθμίζονται σε τακτική βάση για να τους κρατήσει τεχνολογικά ενεργούς και να μην είναι παρωχημένοι. Οι πιέσεις για τους υπερυπολογιστές να μείνουν αναβαθμισμένοι είναι ακόμη μεγαλύτερες, γιατί στην πραγματικότητα κοστίζει περισσότερο να λειτουργεί ένας παλαιός υπερυπολογιστής από το να αναβαθμιστεί το μηχάνημα.
Ο κύκλος αναβάθμισης για ένα σύγχρονο υπερυπολογιστή είναι περίπου 4 χρόνια. Ο προκάτοχος του Τιτάνα, ο Jaguar, εγκαταστάθηκε για πρώτη φορά το 2005, και συχνά αναβαθμιζόταν όλα αυτά τα χρόνια. Κάθε φορά που αναβαθμίζονται οι υπερυπολογιστές, το παλιό υλικό επαναδιαπραγματεύεται για να επιστρέψει στην Cray και να εκδοθεί πίστωση χρημάτων. Αν και ο Τιτάν επαναχρησιμοποιεί μεγάλο μέρος των ίδιων καμπίνων και διασυνδεόταν ο Jaguar, η αλλαγή του ονόματος κρίθηκε σκόπιμη, δεδομένης της σημαντικής αλλαγής στην αρχιτεκτονική. Ο υπερυπολογιστής Τιτάν κάνει χρήση και των δύο CPUs και GPUs για τον υπολογισμό. Η τελευταία έκδοση του Jaguar χαρακτηριζόταν από 18688 12-πύρηνους επεξεργαστές AMD Opteron, ο Τιτάν κρατά τον συνολικό αριθμό των υπολογιστικων κόμβων (18.688), αλλά κινείται σε 16-πύρηνους AMD Opteron 6274 επεξεργαστές. Αυτό που κάνει όμως την μετονομασία από Jaguar σε Τιτάν τόσο σημαντική είναι ότι κάθε 16-πύρηνος Opteron συνδυάζεται με μια NVIDIA Κ20 (Kepler GK110) GPU [Graphics Processing Unit].
Μια υπολογιστική Τιτάν πλακέτα: 4 AMD Opteron (16-core επεξεργαστές) + 4 NVIDIA Tesla GPUs K20
Και μόνο ο αριθμός των τρανζίστορ είναι συγκλονιστικός. Κάθε 16-πύρηνος Opteron αποτελείται από δύο 8-πύρηνους σε ένα chip, συνολικού ύψους 2.4 δισεκατομμύρια τρανζίστορς τα οποία κατασκευάστηκαν με την διαδικασία GlobalFoundries 32nm. Αυτό για ένα μόνο CPU, υπολογίστε ότι έχει 18.688 CPUs που λειτουργούν, άρα ο Τιτάνας φέρει 44,85 τρισεκατομμύρια τρανζίστορς.
Όσο αναφορά τα GPU, ο K20 της NVIDIA είναι ο διακομιστής / HPC έκδοση του GK110, ένα εξάρτημα που ποτέ δεν χρειάστηκε να μπει σε μάχη στη αγορά των καταναλωτών. ο K20 χαρακτηρίζεται από 2688 CUDA πυρήνες, συνολικού ύψους 7,1 δισεκατομμυρίων τρανζίστορς ανά GPU και κατασκευάζεται με τη χρήση της διαδικασίας 28nm της TSMC. Με μια αναλογία 1:1 των CPUs και GPUs, ο Τιτάν προσθέτει άλλα 132,68 τρισεκατομμύρια τρανζίστορς στον κάδο ανεβάζοντας το συνολικό νούμερο των τρανζίστορς στα 177 τρισεκατομμύρια τρανζίστορς.
Το νούμερο των τραντζίστορς είναι αρκετά εντυπωσιακό, αλλά όταν αρχίσετε τα μαθηματικά για τον αριθμό των πυρήνων το πράγμα είναι ακόμα πιο τρελό. Ο Τιτάν έχει συνολικά 299.008 AMD Opteron πυρήνες. Η ORNL δεν αναφέρει τον αριθμό των GPU πυρήνων, αλλά αν κάνουμε σωστά τα μαθηματικά μιλάμε για πάνω από 50 εκατομμύρια FP32 CUDA πυρήνες. Η συνολική υπολογιστική ισχύς του Τιτάν αναμένεται να είναι περισσότερο από 20 petaflops (10 εις την 15 δύναμη flops).
Κάθε υπολογιστικός κόμβος (CPU + GPU) διαθέτει 32GB DDR3 μνήμης για την CPU και ένα ειδικό 6GB GDDR5 του (ECC enabled) για το Κ20 GPU. Κάντε τα μαθηματικά και θα βρείτε συνολικά 710TB μνήμη.
Το σύστημα αποθήκευσης είναι εξίσου εντυπωσιακό: υπάρχει ένα σύνολο από 10 petabytes αποθήκευσης στον Τιτάνα (peta = 10 εις την 15, ή αλλιώς : κίλο-μέγα-γίγα-τέρα-πέτα-έξα-ζέτα-ιώτα). Το βασικό υλικό αποθήκευσης δεν είναι τόσο ενδιαφέρον – η ORNL χρησιμοποιεί 10.000 κανονικούς σκληρούς δίσκους 2,5” των 1TB στις 7200 στροφές. Το υποσύστημα IO είναι σε θέση να τροφοδοτεί γύρω στα 240GB/s δεδομένων. Η ORNL εξετάζει την κατάσταση για μελλοντικές αναβαθμίσεις στο θέμα αποθήκευση για τον Τιτάνα, αλλά για τις ανάγκες του παρόντος, δεν υπάρχει πιο αποδοτική λύση για IO από μια δέσμη σκληρών δίσκων. Ο επόμενος γύρος των αναβαθμίσεων θα φέρει τον Τιτάν σε περίπου 20 -30PB αποθήκευσης, σε μέγιστες ταχύτητες μεταφοράς 1TB/s.
Ο περισσότερος φόρτος εργασίας στον Τιτάνα θα διεξαχθεί εξ αποστάσεως, έτσι η συνδεσιμότητα του δικτύου είναι εξίσου σημαντική με την υπολογιστική. Υπάρχουν δεκάδες εισερχόμενες συνδέσεις 10GbE στο μηχάνημα. Ο Τιτάν είναι επίσης συνδεδεμένος με την ραχοκοκκαλιά (backbone) του δικτύου Ενεργειακών Επιστημών (ESNET) που είναι 100Gbps.
Φυσική Αρχιτεκτονική
Η φυσική αρχιτεκτονική του Τιτάνα είναι εξίσου ενδιαφέρουσα, όπως το υψηλό νούμερο των πυρήνων και των τρανζίστορς. Ανέφερα προηγουμένως ότι ο Τιτάνας είναι χτισμένος από 200 καμπίνες. Μέσα σε κάθε καμπίνα είναι οι Cray XK7 πλακέτες, καθέ μία από τα οποίες διαθέτει τέσσερις υποδοχές AMD G34 και τέσσερις υποδοχές PCIe. Αυτές δεν είναι στάνταρ υποδοχές PCIe για desktop, αλλά πολύ μικρότερες υποδοχές SXM. Η K20s NVIDIA πουλάει στην Cray μικρές κάρτες SXM χωρίς επιπόλαια χαρακτηριστικά, όπως έξοδος οθόνης. Η SXM μορφή είναι παρόμοια με το MXM μορφή που χρησιμοποιείται σε ορισμένους φορητούς υπολογιστές.
Οι τεχνικοί της ORNL έπρεπε να εγκαταστήσουν 18.688 CPUs και GPUs κατά τη διάρκεια των τελευταίων εβδομάδων, προκειμένου να συσταθεί και να λειτουργησει ο Τιτάν. Όπως με όλα τα στοιχεία του υπολογιστή, δεν υπάρχει καμία εγγύηση ότι κάθε τσιπ και κάρτα πρόκειται να λειτουργήσει. Όταν έχουμε να κάνουμε με πάνω από 18.000 υπολογιστές ως μέρος μιας ενιαίας οντότητας, είναι βέβαιο ότι θα υπάρξουν αποτυχίες. Όλοι οι υπολογιστικοί κόμβοι πέρασαν από έλεγχο, και τυχόν ελαττωματικό υλικό αντικαταστάθηκε.
OS & Software
Ο Τιτάν τρέχει το περιβάλλον Linux Cray, το οποίο βασίζεται στο SUSE 11. Το λειτουργικό σύστημα πρέπει να τροποποιηθεί για λειτουργία σε τόσο μεγάλη κλίμακα. Για να αποφευχθεί η serialization που προκαλείται από διακοπές, η Cray πήρε μερικούς από τις πυρήνες και τους χρησιμοποίησε για να τρέξει το OS, έτσι ώστε οι εφαρμογές που τρέχουν αλλού να μην διακόπτουν το λειτουργικό σύστημα.
CPUs της AMD και GPUs της NVIDIA
Εάν είστε περίεργοι σχετικά με το γιατί ο Τιτάν χρησιμοποιεί Opterons, η εξήγηση είναι πραγματικά αρκετά απλή. Ο Τιτάν είναι μία μεγάλη εγκατάσταση των πλακετών Cray XK7, έτσι η υποστήριξη των CPU είναι στην πραγματικότητα ευθύνη της Cray. Πίσω στο 2005, όταν ο Jaguar έκανε το ντεμπούτο του, οι Opterons της AMD ήταν ανώτεροι από την εναλλακτική λύση των Intel Xeon. Η εξέλιξη της Cray XT/XK γραμμή παραγωγής απλά προήλθε από εκείνο το σημείο, με τους Opteron να είναι η επιλογή τους στις CPU.
Η απόφαση για ποιά GPU ήταν εξίσου απλή. Η NVIDIA έχει εστιάσει το ενδιαφέρον για μη-gaming υπολογιστικές εφαρμογές για τους GPUs χρόνια τώρα. Η απόφαση να συνεργαστεί με την NVIDIA για το έργο του Τιτάν έγινε περίπου πριν 3 χρόνια. Εκείνη την εποχή, η AMD δεν είχε ένα ανταγωνιστικό GPU [Graphics Processing Unit] .
Ρεύμα & Ψύξη
Τα ντουλάπια του Τιτάνα απαιτούν 480V ρεύμα εισόδου, έτσι ώστε μειωθεί το συνολικό πάχος του καλωδίου σε σύγκριση με αντίστοιχο καλώδιο του πρότυπου των 280V. Η συνολική κατανάλωση ενέργειας για τον Τιτάνα θα πρέπει να είναι περίπου 9 μεγαβάτ υπό πλήρες φορτίο και περίπου 7 μεγαβάτ κατά τη διάρκεια της συνήθους χρήσης. Το κτίριο που στεγάζεται ο Τιτάν έχει πάνω από 25 μεγαβάτ.
Σε περίπτωση διακοπής του ηλεκτρικού ρεύματος δεν υπάρχει ανέξοδος αποτελεσματικός τρόπος για να κρατήσετε το υπολογιστικό τμήμα του Τιτάνα ζωντανό (θυμηθείτε, 9 μεγαβάτ), αλλά όμως θέλετε να λειτουργεί το IO και το δίκτυο. UPS (μονάδες αδειάληπτης ενέργειας) αναλαμβάνουν να τροφοδοτήσουν με ρεύμα, σε περίπτωση διακοπής το ΙΟ του Τιτάνα για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα έτσι ώστε να δώσουν στις γεννήτριες ντίζελ τον απαιτούμενο χρόνο να εκκινήσουν και να συνδεθούν.
Οι καμπίνες είναι αερόψυκτες, όμως ο αέρας ψύχεται με χρήση υγρού ψύξης πριν από την είσοδο του στην καμπίνα. Η ORNL χρησιμοποιεί 6600 τόνους ψυκτικής ικανότητας (79 εκατομμύρια btu/h) μόνο για να κρατήσει το ανακυκλωμένο αέρα που πηγαίνει σε αυτές τις καμπίνες δροσερό.
Εφαρμογές με την ώρα στον Τιτάνα
Ο λόγος ύπαρξης των υπερυπολογιστών, όπως Τιτάν είναι να δώσουν στους επιστήμονες και στους ερευνητές την πρόσβαση σε hardware που διαφορετικά δεν θα είχαν. Για να κάνετε κράτηση για χρονική απασχόληση στον Τιτάνα, θα πρέπει να υποβάλετε αίτηση.
Υπάρχει μια ετήσια πρόσκληση υποβολής προτάσεων, βασισμένες στο χρόνο που διαθέτει ο Τιτάν. Η μηχανή είναι διαθέσιμη σε όποιον θέλει να τη χρησιμοποιήσει, αν και το πρόβλημα που προσπαθείτε να λύσετε πρέπει να εγκριθεί από το Oak Ridge.
Αν θέλετε να έχετε χρόνο στον Τιτάνα τότε γράψτε μια πρόταση μέσω ενός προγράμματος που ονομάζεται Incite. Στην πρόταση θα σας ζητήθει να πείτε αν θα χρησιμοποιήσετε τον Τιτάνα ή τον υπερυπολογιστή στο Argonne National Lab (ή και τους δύο). Μπορείτε επίσης να περιγράψετε το πρόβλημα που προσπαθείτε να λύσετε και γιατί είναι σημαντικό. Οι ερευνητές πρέπει να περιγράψουν τη διαδικασία και τους αλγόριθμους καθώς και την ετοιμότητά τους να χρησιμοποιήσουν ένα τέτοιο μηχάνημα τέρας. Κάθε πρόγραμμα μπορεί να τρέξει σε έναν απλό υπολογιστή, αλλά για να χρειάζεται έναν υπερυπολογιστή με εκατοντάδες χιλιάδες πυρήνες οι απαιτήσεις είναι πολύ αυστηρές. Ως μέρος της διαδικασίας της πρότασης θα πρέπει να δείξετε ότι έχετε ήδη τρέξει τον κώδικα σας σε μηχανές που είναι μικρότερες, αλλά παρόμοιας φύσης (π.χ. 1/3 η κλίμακα του Τιτάνα).
Η πρόταση σας θα αξιολογηθεί δύο φορές. Μία για υπολογιστική ετοιμότητα (μπορεί να τρέξει στον Τιτάν) και μία από ομότιμους επιστήμονες.Τα διοικητικά συμβούλια κατατάσσουν όλοι τις προτάσεις που υποβλήθηκαν, και με βάση αυτές τις κατάταξεις απονέμεται ο χρόνος στους υπερυπολογιστές.
Ο αριθμός των αιτήσεων υπερβαίνει τον υπολογιστικό διαθέσιμο χρόνο κατά περίπου 3 φορές. Η διαδικασία της πρότασης είναι συνεπώς εξαιρετικά ανταγωνιστική. Η πρόσκληση υποβολής προτάσεων βγαίνει μια φορά το χρόνο, τον Απρίλιο μέχρι το τέλος του Ιουνίου. Η ώρα στους υπερυπολογιστές, απονέμεται στο τέλος του Οκτωβρίου και οι λογαριασμοί έρχονται την πρώτη του Ιανουαρίου. Οι προτάσεις μπορούν να είναι για 1 έως 3 έτη, αν και οι πολυετείς προτάσεις πρέπει να ανανεώνονται κάθε χρόνο (που αποδεικνύουν ότι η ώρα χρησιμοποίησης ήταν απαιραίτητη, κοινοποίηση των αποτελεσμάτων, κλπ. ..).
Τα προγράμματα που τρέχουν στον Τιτάνα συνήθως απαιτείται για να τρέξουν τουλάχιστον το 1/5 της μηχανής. Υπάρχουν μικρότεροι υπερυπολογιστές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για λιγότερο απαιτητικές εργασίες. Δεδομένου του πόσο ανταγωνιστική είναι η διαδικασία πρότασης , η ORNL θέλει να εξασφαλίσει ότι εκείνοι που χρησιμοποιούν τον Τιτάν έχουν πραγματικά ανάγκη για αυτό.
Μόλις ο χρόνος κρατηθεί, οι εργασίες κατατάσονται ημερολογιακά σε παρτίδες και οι ερευνητές παίρνουν τα αποτελέσματα όταν αυτές ξεκινήσουν.
Το κόστος του τελικού χρήστη για τη χρήση του Τιτάνα εξαρτηθεί από το τι πρόκειται να κάνει με τα δεδομένα. Αν είστε ένας επιστήμονας ερευνητής και θα δημοσιεύσετε τα πορίσματά σας, ο χρόνος απονέμεται δωρεάν. Το μόνο που ζητά η ORNL είναι να της παρέχετε τριμηνιαίες ενημερώσεις και να πιστώσει το εργαστήριο και το Υπουργείο Ενέργειας για την παροχή των πόρων.
Αν, από την άλλη πλευρά, είστε μια ιδιωτική εταιρεία που θέλει να κάνει ιδιόκτητο έργο θα πρέπει να πληρώσετε για το χρόνο σας στο μηχάνημα. Στο Jaguar το ποσοστό ήταν 0,05 δολάρια ανά ώρα πυρήνα, αν και με τον Τιτάνα η ORNL θα πρέπει να κινείται σε έναν ποσό χρέωσης ανά ώρα κόμβου αφού η προσθήκη των GPUs είναι το κλειδί για την χρέωση ώρα χρήσης ανα πυρήνα.
Εφαρμογές υπερυπολογιστών
O Anand Lal Shimpi που έκανε την δημοσιογραφική εξευρέυνηση στο Titan, αναφέρει: Ποτέ δεν είχα πραγματικά ιδέα του τι είδους έρευνας γίνεται σε υπερυπολογιστές. Ευτυχώς είχα την ευκαιρία να καθίσω με τον Δρ Bronson Messer, έναν αστροφυσικός που με ανυπομονησία περιμένει να αφιερώσει λίγο χρόνο στον Τιτάνα. Η εργασία του Δρ Messer επικεντρώνεται ειδικά στην αστρική φθορά, ή τι θα συμβεί αμέσως μετά από ένα σουπερνόβα. Το έργο του είναι ιδιαίτερα σημαντικό, καθώς πολλά από τα στοιχεία που εμείς θεωρούμε δεδομένα δεν υπήρχαν στο πρώιμο σύμπαν. Η κατανόηση των εκρήξεων μίας σουπερνόβα μας δίνει μοναδική διορατικότητα από πού ήρθαμε.
Πολλές από τις εφαρμογές που θα τρέχουν στον Τιτάνα είναι παρόμοιας φύσης με την εργασία του Δρ Messer. Στο ORNL αυτό που οι ερευνητές ενδιαφέρονται πραγματικά είναι ότι αφορά την Φύση και την Επιστήμη. Υπάρχουν ερευνητές που επικεντρώθηκαν στο πώς διαφορετικά είδη καυσίμων καίγονται σε μοριακό επίπεδο. Γνώρισα μια άλλη ομάδα που επικεντρώθηκε στην εξαγωγή μεγαλύτερης απόδοσης από πυρηνικούς αντιδραστήρες. Όλα αυτά είναι εξαιρετικά σύνθετα προβλήματα που δεν μπορούν εύκολα να πειραματιστουμε με (π.χ. hey δεν δοκιμάζεις να αντικαταστήσεις τους ράβδους ουρανίου με λίγο μεγαλύτερους και να δούμε τι θα συμβεί στο πυρηνικό αντιδραστήρα μας). Οι επιστήμονες στο ORNL και σε όλο τον κόσμο που εργάζονται στον Τιτάνα ουσιαστικά ψάχνουν στην πραγματικότητα ένα μοντέλο, όσο το δυνατόν ακριβέστερα, έτσι ώστε να μπορούν να πειραματιστούν με αυτό. Εάν σκέφτεστε για την προσομοίωση κάθε κουάρκ, άτομου, μόριου ή σε οποιοδήποτε σύστημα που προσπαθείτε να μοντελοποιήσετε (π.χ. καύσιμο σε κινητήρα εσωτερικής καύσης), υπάρχει ένας τεράστιος όγκος δεδομένων που πρέπει να παρακολουθείτε. Θα πρέπει να δούμε πώς κάθε ένα από αυτά τα στοιχειώδη συστατικά επηρεάζουν το ένα το άλλο όταν εκτίθενται σε ό, τι συμβαίνει στο σύστημα μας σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή. Αυτά είναι τα μεγάλα προβλήματα που οδηγουν ουσιαστικά τις επιδόσεις ενός υπερυπολογιστή προς τα εμπρός. Ακόμη και σε δύο τάξεις μεγέθους καλύτερη απόδοση από ό, τι μπορεί να προσφέρει ο Τιτάν με ~ 300K πυρήνες CPU και 50M πυρήνες GPU , δεν υπάρχει αρκετή υπολογιστική ισχύς για να προσομοιώσει τις περισσότερες από τις εφαρμογές που τρέχουν στον Τιτάνα στο σύνολό τους.
Αν έχετε άπειρο χρόνο θα είστε σε θέση να τρέξετε οτιδήποτε, ανεξάρτητα από το υλικό, αλλά και για τους ερευνητές (που τυχαίνει να είναι άνθρωποι) ο χρόνος δεν είναι άπειρος. Έχοντας ταχύτερο υλικό μπορούν να βοηθηθούν στην μείωση του χρόνου εκτέλεσης των εργασιών σε πιο διαχειρίσιμα ποσά. Για παράδειγμα, μια μείωση του χρόνου εκτέλεσης σε 6 μήνες (η οποία δεν είναι ανήκουστο για πολλά από αυτά τα έργα) για κάτι που μπορεί να εκτελέσει την εργασία σε ένα μήνα μπορεί να έχει δραματικές επιπτώσεις στην παραγωγικότητα. Ο Δρ Messer το έθεσε καλύτερα όταν μου είπε ότι η διατήρηση των ανθρώπων που ασχολούνται για ένα μήνα είναι μια πολύ διαφορετική πρόταση από τη διατήρηση ανθρώπων που ασχολούνται για ένα εξάμηνο.
Υπάρχουν και άλλα είδη εφαρμογών που θα τρέχουν στον Τιτάνα, χωρίς να απαιτουν τεράστιους χρόνους λειτουργίας ή αντί να χρειάζονται πολλές επαναλήψεις. Η προσομοίωση ενός τυφώνα είναι ένα από αυτά τα είδη των προβλημάτων. Η ORNL δώρισε υπολογιστικό χρόνο για να υπολογίσουν από το Εθνικό Κέντρο Τυφώνων στην Οκλαχόμα τη διάδικασία ενός τυφώνα. Κατά τη διάρκεια του χρόνου που είχαν πρόσβαση στο υπερυπολογιστή της ORNL, οι προβλέψεις τους βελτιώθηκαν δραματικά.
Η ORNL έχει επίσης ένα τακτοποιημένο δωμάτιο απεικόνισης όπου μπορείτε να σχεδιάσετε, σε 3D, τα αποτελέσματα από την εργασία που έχετε τρέξει στον Τιτάνα. Το πρόβλημα με τη λειτουργία σε έναν υπερυπολογιστή είναι ότι τα αποτελέσματα μπορεί να είναι terabytes δεδομένων – τα οποία τείνει να είναι δύσκολο να αναλυθούν σε ένα υπολογιστικό φύλλο. Μέσω της 3D απεικόνισης είστε σε θέση να πάρετε μια καλύτερη ιδέα των γενικών τάσεων. Είναι παρόμοιο με την ιδέα των αποτελεσμα των που μας δίνει ένα γράφημα με μπάρες (ή μία πιτα) έναντι ενός τεράστιου υπολογιστικού φύλλου, αλλά σε μια πολύ, πολύ, πολύ μεγαλύτερη κλίμακα.
Η παραπάνω εικόνα στην πραγματικότητα δείχνει κάποια στοιχεία που λειτουργούν στη προσομοίωση του Τιτάνα και αφορούν νερό υπό πίεση ενός πυρηνικού αντιδραστήρα. Το βίντεο που ακολουθεί εξηγεί λίγο περισσότερο σχετικά με τα δεδομένα και τι σημαίνει.
Τελικές λέξεις
Ο υπερυπολογιστής Τιτάν προσφέρει αύξηση απόδοσης σε σχέση με το απερχόμενο σύστημα Jaguar με περίπου την ίδια τιμή κατανάλωση ενέργειας. Με πάνω από 200.000 AMD Opteron πυρήνες, ο Jaguar θα μπορούσε να προσφέρει περίπου 2,3 petaflops απόδοσης με περίπου 7MW κατανάλωση ενέργειας. Ο Τιτάν προσεγγίζει με 300.000 AMD Opteron πυρήνες αλλά προσθέτει περίπου και 19.000 NVIDIA GPUs K20, προσφέροντας πάνω από 20 petaflops επιδόση σε “μόνο” 9 MW κατανάλωση.
Σε 4 χρόνια, ο Τιτάν θα είναι παρωχημένος και ένα άλλο σύνολο αναβαθμίσεων θα πρέπει να συμβεί για να αυξήσουν την απόδοση στην ίδια κατανάλωση. Έως το 2016 η ORNL ελπίζει να είναι σε θέση να χτίσει ένα υπερυπολογιστή δεκαπλάσιας ικανότητας του Τιτάνα, αλλά με την ίδια κατανάλωση. Μέσα στα επόμενα χρόνια θα δούμε περισσότερη υπολογιστική ταχύτητα μεταξύ της CPU και GPU μέσω ινών επικοινωνίας
Η αύξηση της απόδοσης σε 10x μέσα σε 4 χρόνια δεν φαίνεται τόσο τραβηγμένο, αλλά για να σπάσουμε το φράγμα του Exaflop από το 2020 έως το 2022 θα απαιτήθει κάτι πολύ πιο εξωτικό (exa= 10 εις την 18η δύναμη). Μια πιθανότητα είναι να περάσουμε από μεγάλο σωματώδης x86 πυρήνα CPU σε δισεκατομμύρια απλούστερους πυρήνες. Λόγω της στενής σχέσης της ORNL με την NVIDIA, είναι πιθανή η προσέγγιση ενος smartphone πυρήνα που θα υποστηρίζεται εσωτερικά. Όλοι όσοι εμπλέκονται,ο καθένας έχει διαφορετικούς ορισμούς για το τι είναι ένας απλός πυρήνας , αλλά είναι σαφές πως ό, τι έρχεται μετά την αντικατάσταση του Τιτάνα δεν θα μοιάζει μόνο με ένα μεγαλύτερο, πιο γρήγορο Τιτάν. Θα πρέπει να έχει πιο θεμελιώδεις αλλαγές, προκειμένου να αυξηθεί η απόδοση κατά 2 τάξεις επάνω κατά την επόμενη δεκαετία. Ευτυχώς, υπάρχουν πολλά ερευνητικά προγράμματα που δεν έχουν ακόμη αποδώσει καρπούς.
Είναι απίστευτο να σκεφτούμε ότι η πιο πρόσφατη αύξηση στις επιδόσεις υπερυπολογιστών έχει τις ρίζες της στο gaming PC. Η απαίτηση πολλών δισεκατομμυρίων τρανζίστορ GPUs έγινε για πρώτη φορά για να βελτιώσει τις επιδόσεις και την οπτική πιστότητα σε 3D παιχνίδια. Το πρώτο GPUs των καταναλωτών χτίστηκε για να προσομοιώσει καλύτερα την πραγματικότητα, έτσι θα μπορούσαμε να έχουμε πιο ρεαλιστικά παιχνίδια. Δεν είναι πολύ περίεργο τότε να σκεφτεί κανείς ότι στο χώρο της έρευνας ισχύουν οι ίδιες απαιτήσεις, αν και επιδιώκουμε ένα διαφορετικό στόχο: να δημιουργήσουν ρεαλιστικά μοντέλα ενός κόσμου και τού σύμπαντος γύρω μας.
