ISC’12: репортаж с Международной суперкомпьютерной конференции

Во второй декаде июня в Гамбурге прошла Международная суперкомпьютерная конференция. Данное мероприятие проводится вот уже 27-й год подряд, а в этом году интерес к нему был особенно велик — количество посетителей достигло 2400 человек, а свои экспозиции на выставке представили 175 различных компаний и организаций. Конечно, на фоне крупнейших IT-выставок вроде Computex данные цифры кажутся незначительными, но стоит помнить, что ISC имеет более узкую специализацию и участие в ней принимают лишь представители данной отрасли и журналисты.

В этот раз одним из ключевых докладчиков на конференции стала компания Intel, в рамках ISC’12 представившая новую торговую марку — Intel Xeon Phi. Данный бренд будет использоваться для всей будущей продукции на базе архитектуры Intel Many Integrated Core (Intel MIC).

Первыми продуктами под брендом Phi станут сопроцессоры с кодовым именем Knights Corner — они официально будут представлены до конца нынешнего года и дополнят собой существующие семейства Intel Xeon E5-2600/4600. Использование сопроцессоров позволит существенно повысить уровень производительности при выполнении высокопараллельных задач. Кроме того, Intel планирует, что в дальнейшем Xeon Phi может использоваться как в корпоративных центрах обработки данных, так и в рабочих станциях.

Итак, что же представляет собой сопроцессор Intel Xeon Phi? Это плата с интерфейсом PCI-Express, на которой, собственно, и распаян сопроцессор. Он включает «более 50 вычислительных ядер», создан по 22-нм технологии трехмерных транзисторов Tri-Gate (как и современные настольные процессоры Ivy Bridge) и поддерживает не менее 8 Гбайт системной памяти GDDR5. Сопроцессоры к тому же поддерживают расширения SIMD 512 бит (single instruction, multiple data — одиночный поток команд, множественный поток данных), что, как утверждает Intel, дополнительно увеличивает скорость работы за счет обработки нескольких элементов данных с помощью одной инструкции. Один узел с Xeon Phi позволяет достичь производительности более 1 терафлопса, а первый кластер на базе данных сопроцессоров занял 149-е место в списке 500 самых мощных в мире систем, достигнув показателя в 118 терафлопс.

Разумеется, 149-е место — далеко не предел мечтаний Intel. Корпорация предполагает, что уже в начале следующего года будет представлен первый суперкомпьютер Stampede на базе сопроцессоров Xeon Phi, который превзойдет петафлопсный барьер. Причем, как прогнозирует Intel, стоит ожидать появления ряда подобных суперкомпьютерных систем, способных показать производительность выше 1 петафлопса.

В настоящее время Intel чувствует себя весьма уверенно на рынке суперкомпьютеров — достаточно сказать, что более 74% систем из списка TOP500 создано на базе процессоров Intel. Но почивать на лаврах корпорация явно не собирается, и анонс сопроцессоров Phi явное тому подтверждение. Ведь конкуренты в лице той же NVIDIA с GPU Tesla не дремлют. Развитию рынка высокопроизводительных вычислительных систем (HPC) была посвящена презентация Раджиба Хазра, вице-президента Intel Architecture Group.

Как видно из данного слайда, к 2016 году рынок HPC удвоится по объему и доходам. Существенный рост ожидается в сегментах облачных и сетевых технологий.

Если в 1997 году самый мощный суперкомпьютер выдавал производительность в 1 Тфлопс, то в нынешнем году лидеру рейтинга TOP500 удалось покорить отметку в 16 Тфлопс. Как ожидает Intel, еще через 6 лет мы станем свидетелями появления первой системы с экзафлопсной производительностью. Любопытно, что путь от 1 петафлопса к 10 занял у индустрии 4 года, тогда как скачок от 10 Пфлопс к 20 Пфлопс не займет больше года.

Динамику роста совокупной производительности 500 мощнейших систем отлично иллюстрирует данный слайд. Как видно, в последние годы произошел сильнейший качественный скачок — интересно, сохранится ли данная тенденция в дальнейшем?

Вместе с анонсом Xeon Phi Intel объявила о широчайшей поддержке своей технологии со стороны производителей суперкомпьютерных систем. «Мы рады объявить о том, что наш суперкомпьютер нового поколения под кодовым названием Cascade будет создан на базе сопроцессоров Intel Xeon Phi, что позволит его пользователям получить дополнительные вычислительные ресурсы для реализации их научных и исследовательских проектов, — заявила Пег Виллиамс, старший вице-президент по высокопроизводительным системам Cray. — В нашей системе Cascade будут использоваться одни из самых современных технологий, которые когда-либо применялись в разработках нашей компании».

Приятно, что среди партнеров компании Intel на рынке суперкомпьютерных систем есть и российские производители, в частности, группа компаний РСК — один из ведущих в России и СНГ разработчиков и интеграторов «полного цикла» суперкомпьютерных решений нового поколения на основе архитектур корпорации Intel и передового жидкостного охлаждения. РСК стала пионером в области разработки и внедрения жидкостного охлаждения для систем на базе серверных плат Intel. Об эффективности данного подхода можно судить по вполне реальным фактам: с момента начала эксплуатации в 2009 году первого вычислительного кластера в ЮУрГУ (Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск), а также еще нескольких ключевых суперкомпьютерных проектов, внедренных в Росгидромете (35 Тфлопс) и МФТИ (41,5 Тфлопс), суммарная экономия электроэнергии за счет использования жидкостного охлаждения составила 4,5 млн кВт*ч.

На стенде РСК демонстрировалась разработанная специалистами компании система гибкого управления энергопотреблением для территориально распределенного ЦОДа, которую можно использовать как дополнительный функционал для решений на базе архитектуры «РСК Торнадо». В основе данной системы лежит технология Intel Node Manager, а суть ее заключается в том, что можно легко оптимизировать энергопотребление распределенного ЦОДа, динамически устанавливая лимиты по энергопотреблению как отдельных вычислительных элементов ЦОДа от конкретного сервера, так и всего центра обработки данных включительно, в соответствии с выбранной политикой управления и существующими запросами на вычислительные ресурсы. По расчетам специалистов РСК, данное решение позволяет существенно экономить электроэнергию, перераспределяя нагрузку в часы пикового потребления.

Что касается поддержки сопроцессоров семейства Intel Xeon Phi, то и тут РСК собирается всецело сотрудничать с корпорацией Intel — в планах у производителя разработка и внедрение в будущих проектах архитектуры «РСК Торнадо» с поддержкой Xeon Phi.

На выставке присутствовали стенды не только коммерческих компаний, но и научных заведений, в том числе и российских. Например, в ISC’12 принял участие Южно-Уральский государственный университет, упомянутый выше. Нам удалось встретиться с руководителем Лаборатории суперкомпьютерного моделирования ЮУрГУ Леонидом Борисовичем Соколинским, который также является деканом факультета вычислительный математики и информатики. Леонид Борисович любезно согласился рассказать о суперкомпьютере, установленном в университете, а также о задачах, решаемых с его помощью.

Итак, главной вычислительной системой университета является суперкомпьютер «СКИФ-Аврора ЮУрГУ», разработанный компанией РСК. Система включает 736 узлов по 2 процессора Intel Xeon X5680 (Gulftown, 6 ядер, 3,33 ГГц) в каждом. Объем ОЗУ равен 8,89 Тбайт (DDR3-1333), а дисковая память представлена твердотельными накопителями Intel общей емкостью 108 Тбайт. Работает машина под управлением ОС SKIF ALT Linux, а ее пиковая производительность ее достигает 117,64 Тфлопс. Подробный репортаж о суперкомпьютере «СКИФ-Аврора ЮУрГУ» вы можете прочитать здесь. А пока поговорим о проектах, решаемых с его помощью.

Суперкомпьютер используется как для решения различных научных проектов, так и для более приземленных целей — коммерческие компании могут арендовать его мощности для своих задач. Например, Челябинский тракторный завод прибегал к услугам ЮУрГУ при разработке модели мини-экскаватора. С помощью «СКИФ-Авроры» были обсчитаны различные модели экскаватора с целью убедиться в достаточной прочности конструкционных элементов при эксплуатационной нагрузке.

«СКИФ-Аврора ЮУрГУ» позволила осуществить расчеты для самых различных научных проектов. Перечислим наиболее интересные из них:

• Интеллектуальный анализ биометрических данных человека в условиях экстремальных физических нагрузок. Проект посвящен разработке системы сбора и интеллектуального анализа биометрических данных человека в условиях экстремальных физических нагрузок.
• Разработка комплекса полезных моделей человеческого тела для предсказательного моделирования на суперкомпьютерных системах. Целью проекта является создание и классификация параметризованных компьютерных моделей человеческого тела и их представление в виде проблемно-ориентированных грид-сервисов, ориентированных на решение прикладных задач, требующих суперкомпьютерного моделирования человеческого тела.
• Симуляция падающего в океан астероида. Вычисление высоты волны образующегося в результате падения астероида цунами, а также расчет смещения грунта в месте падения астероида.

Это далеко не все научные проекты, решаемые в стенах Лаборатории суперкомпьютерного моделирования ЮУрГУ. Остается порадоваться за челябинских студентов, имеющих доступ к такому мощному суперкомпьютеру, и надеяться, что в скором времени и в других крупных университетах нашей страны появятся не менее мощные системы.

В заключение — пару слов о новом лидере рейтинга TOP500, монстре IBM BlueGene/Q с кодовым именем Sequoia. Данный суперкомпьютер, установленный в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory), показал производительность в 16,32 петафлопс, что позволило ему с легкостью обойти предыдущего лидера, Fujitsu K Computer, который набрал «лишь» 10 Пфлопс. IBM Sequoia включает 1572864 вычислительных ядра, 1572864 Гбайт памяти, потребляет 7890 кВт электроэнергии и работает под управлением Linux. Впрочем, вполне возможно, что уже в ноябрьском рейтинге TOP500 нас ожидают серьезные изменения в первой десятке, хотя догнать IBM будет очень непросто.