Только что вернулся с конференции ПАВТ 2011 и хотел бы познакомить уважаемое хабра-сообщество с текущим положением дел в сфере высокопроизводительных вычислений.
Постараюсь по возможности ссылаться на первоисточники - а именно на статьи из журнала " Суперкомпьютеры " И материалы конференции .
Зачем все это нужно?
Суперкомпьютеры традиционно использовались в военных и научных целях, но в последние годы в их использовании произошли революционные изменения в связи с тем, что их возможности выросли для моделирования реальных процессов и объектов по доступной для бизнеса стоимости.Все наверное знают, что в автомобилестроении расчеты на суперкомпьютерах используются для повышения безопасности, например, так я получил свой 5 звезд Форд Фокус .
В авиационной промышленности производство нового реактивного двигателя по традиционной технологии — дорогое удовольствие, например, создание АЛ-31 для Су-27 заняло 15 лет, потребовало создания и уничтожения 50 опытных образцов и стоило 3,5 миллиард долларов.
Двигатель для Сухого Суперджета , уже спроектированный при участии суперкомпьютеров, был изготовлен за 6 лет, построено 600 миллионов евро и построено 8 прототипов.
Следует также отметить, что фармацевтика – большинство современных лекарств разрабатываются с использованием виртуальный показ , что может радикально снизить затраты и повысить безопасность лекарств.
Сегодня в развитых странах Европы: 47,3% высокотехнологичной продукции производится с использованием имитационного моделирования фрагментов спроектированных сложных систем или изделий; 32,3% продукции производится с использованием имитационного моделирования мелкосерийных аналогов проектируемых систем и изделий; 15% продукции производится с использованием полномасштабного моделирования спроектированных систем и изделий; и только 5,4% проектируемых сложных систем и изделий производятся без моделирования.
Суперкомпьютерные технологии в современном мире стали стратегическим направлением, без которого невозможно дальнейшее развитие.
Мощность национальных суперкомпьютеров сейчас так же важна, как мощность электростанций или количество боеголовок.
И теперь мир начался
Гонка за эксафлопом
Почему эксафлоп? Дело в том, что произошел 11-летний цикл роста мощности.Гигафлоп, терафлоп, петафлоп.
Петафлопный рубеж был пройден в 2008 году, тогда же оборонные инженеры США поставили перед собой задачу достичь уровня 1 эксафлопс в 2019 году.
В связи с важностью задачи присоединяйтесь к гонке все ведущие страны , так что теперь оно занимает первое место Китайский суперкомпьютер .
Суперкомпьютерные вычисления оказались в авангарде экономической гонки по двум причинам - во-первых, они востребованы как никогда ранее, а во-вторых, предел экстенсивного развития за счет увеличения частот процессоров при снижении их энергопотребления исчерпан, и нет еще никто не знает, как создать этот эксафлоп.
Нерешённые проблемы на данный момент: 1) Эпотребление энергии.
Существующие суперкомпьютеры потребляют мегаватты энергии.
Зафлопы, использующие ту же технологию, будут потреблять гигаватты, что уже сопоставимо с энергопотреблением города.
На конференции полусерьёзно предложили использовать суперкомпьютеры для систем центрального отопления — чтобы не терялась электроэнергия.
2) Надежность.
Чем больше узлов, тем меньше надежность, экзафлопсные компьютеры будут постоянно выходить из строя и это необходимо постоянно учитывать при их работе, технологии программирования принципиально ненадежных систем находятся в зачаточном состоянии.
3) Ээффективность.
С увеличением количества ядер эффективность их совместной работы непрерывно снижается.
Никто даже приблизительно не знает, как программировать экзафлопсные системы с миллионами параллельных ядер; потребуются новые языки и смена парадигм программирования.
В 20 веке существовало две великие расы, во многом определившие дальнейшее развитие цивилизации – атомная и космическая.
Наше поколение находится в разгаре компьютерной гонки.
Россия и суперкомпьютеры
До последних лет ситуация с суперкомпьютерами в России была провальной.топ500 только один из них светился список российских автомобилей .
Сейчас ситуация меняется — в рейтинге уже 11 наших суперкомпьютеров, а лучший из них — «Ломоносов» от «Т-Платформы» — находится на 17-м месте в текущем рейтинге с мощностью 500 Тфлопс (на момент запуска он был 11-м).
В этом году планируется масштабная модернизация «Ломоносова» с помощью графических ускорителей, после которой он должен войти в десятку лучших.
Интересно, что на первой строчке рейтинга мы были лишь однажды, еще в 1984 году.
с компьютером системы ПРО М-13 .
Лидер российского рынка суперкомпьютеров «Т-Платформы» в настоящее время удерживает первое место по плотности планировки , что позволяет надеяться на хорошие результаты в нынешней суперкомпьютерной гонке.
Режиссер выступил на конференции Т-Платформы и это было блестящее выступление: молодое, компетентное, полное энтузиазма! О другом нашем игроке, компании» РСК-СКИФ «Ничего сказать не могу — ребята откровенно испортили пленарный доклад и отменили очередное выступление.
По пока неподтвержденным данным, в марте в Сарове, городе наших атомщиков, первый петафлопсный суперкомпьютер , но попасть в топ500 ему пока не удалось.
Теперь в сфере суперкомпьютеров от государства выделяются значительные средства , но одних денег недостаточно – нужны новые идеи и труд тысяч людей.
Есть две новости – хорошая и плохая.
Плохо то, что почти все серьезное программное обеспечение для суперкомпьютерного моделирования было разработано в США и американцы активно пользуются своей монополией, распространяя его, например, наши авиадвигатели используют для проектирования не специализированные самолеты, а доступное автомобильное программное обеспечение, которое, конечно, имеет гораздо меньшие возможности.
И хорошая новость в том, что в свете грядущего массового параллелизма все программное обеспечение все равно придется переписывать, а значит, у нас очень хорошие шансы выйти в лидеры.
Процессоры
т.к.рост частоты кремниевых процессоров прекратился; развитие суперкомпьютеров движется по пути повышения параллелизма и увеличения количества вычислительных ядер.
Однако это не единственный путь; поиск замены кремнию продолжается.
Довольно долгое время тот, что создан «нашими бывшими» учёными, позиционировался как «спаситель».
с помощью графеновой ленты , теперь появился новый претендент - молибденит .
Но это все дело будущего, пусть и не очень отдаленного, и хотя мы наблюдаем все более параллельную архитектуру процессоров, планы уже строятся.
Важна не только производительность, но и производительность на ватт потребляемой мощности.
В этом плане проект интересен.
АМД Бульдозер , в котором ядра имеют общие блоки для снижения энергопотребления.
Intel не отстает, развивая архитектуру Intel микрофон — многоядерный ускоритель на базе облегченных ядер Pentium. Даже процессор, предназначенный для мобильных устройств Atom теперь используется в суперкомпьютерах .
Графические ускорители
NVIDIA первой начала использовать технологии, разработанные при создании мощных игровых видеокарт для параллельных вычислений, не осталась в стороне и AMD со своим ускорителем.Использование графических ускорителей (GPGPU) позволяет получить значительную вычислительную мощность в в десятки раз дешевле по деньгам и энергопотреблению.
В топ500 три из пяти лучших суперкомпьютеров используют ускорители NVIDIA TESLA. GPGPU — единственная доступная возможность получить «персональный суперкомпьютер» с терафлопами мощности в обычный настольный чехол .
Однако не все так радужно в Датском королевстве; программирование для графических ускорителей, как я уже писал, не самое простое дело .
Также возникают вопросы, что выбрать – дорогое специализированная Tesla или первоклассная видеокарта, которая быстрее и дешевле? .
В любом случае, альтернативы нескольким «легким» ядрам пока нет, а значит, нам придется все больше и больше программировать параллельно.
Теперь у нас есть очень интересный шанс — освоить программирование суперкомпьютеров можно даже на нетбуке с NVIDIA ION, такого еще не было в истории.
Программирование
Современный компьютер представляет собой гетерогенную систему.Это кластер узлов, каждый из которых имеет несколько процессоров с общей памятью плюс несколько графических ускорителей; узлы соединены высокоскоростной шиной (сейчас это чаще всего InfiniBand; существует даже «бытовое» определение суперкомпьютера как «что-то с InfiniBand»).
Это чудо техники программируется с использованием комбинации MPI (распределение задачи по узлам), OpenMP (через процессоры) и CUDA/OpenCL (через графические ускорители).
Оптимизация кода в такой системе (например, разворачивание цикла) быстро приводит к его полной нечитабельности, а без оптимизации эффективность совершенно недостаточна.
Бороться с этим можно только путем создания новых сред и языков программирования.
Например, разрабатывается Mosix OpenCL, который позволяет работать с кластером как с одним большим персональным компьютером на OpenCL-совместимом языке.
Мне показалась интересной разработка, представленная на конференции.
НУДА , который высокоуровневая «обертка» над OpenCL на языке Nemerle и позволяющий автоматически генерировать оптимизированный код для графических ускорителей.
Участие
Итак, гонка началась, и у нас есть шанс творить историю здесь.Что ты можешь сделать сейчас? Изучать.
Доступен сейчас" Интернет-университет суперкомпьютерных технологий " Участвуйте в конкурсе на эффективное использование GPU-ускорителей при решении больших задач Что еще? Я еще не знаю.
Пишите, найдем вместе.
Теги: #Суперкомпьютеры #Параллельное программирование #openmp #opencl #cuda #mpi #Высокая производительность
-
Метод Движения
19 Oct, 24 -
Эмулятор Ритм-Студии Jdrum
19 Oct, 24 -
Как Делают Гаджеты?
19 Oct, 24
