Презентация, доклад по информатике на тему Суперкомпьютеры

5.1 Архитектура
5.2 Применение
TEANHE – 2
6.2 Описание
TITAN
7.1 Таблица характеристик
7.2 Архитектура и устройство
7.3 Применение
IBM Sequoia
8.1 Описание
8.2 Архитектура
K computer
9.1 Таблица характеристик
9.2 Описание

MIRA
10.1 Таблица характеристик
10.2 Описание
Piz Daint
11.1 Таблица характеристик
11.2 Описание
Shaheen - 2
12.1 Таблица характеристик
12.2 Описание
Stampede
13.1 Описание
JUQUEEN
14.1 Описание
14.2 Финансирование
Рейтинг российских суперкомпьютеров

параметрам и скорости вычислений большинство существующих в мире компьютеров.
Суперкомпьютер – это компьютер, способный производить сотни миллиардов операций за 1 с. Такие большие объёмы вычислений нужны для решения задач в аэродинамике, метеорологии, физике высоких энергий, геофизике. Суперкомпьютеры так же нашли своё применение в финансовой сфере при обработке больших объёмов сделок на биржах. Сверхвысокое быстродействие суперкомпьютера обеспечивается параллельной работой множества микропроцессоров.

памяти. Нечто среднее представляют собой архитектуры, где память физически распределена, но логически общедоступна. С аппаратной точки зрения для реализации параллельных систем напрашиваются две основные схемы. Первая - несколько отдельных систем, с локальной памятью и процессорами, взаимодействующих в какой-либо среде посредством посылки сообщений. Вторая - системы, взаимодействующие через разделяемую память. Не вдаваясь пока в технические детали, скажем несколько слов о типах архитектур современных суперкомпьютеров.
Идея массивно-параллельных систем с распределенной памятью (Massively Parallel Processing, MPP) довольно проста. Для этой цели берутся обычные микропроцессоры, каждый из которых снабжают своей локальной памятью и соединяют посредством некоей коммутационной среды. Достоинств у такой архитектуры много. Если нужна высокая производительность, то можно добавить еще процессоров, а если ограничены финансы или заранее известна требуемая вычислительная мощность, то легко подобрать оптимальную конфигурацию. Однако у MPP есть и недостатки. Дело в том, что взаимодействие между процессорами идет намного медленнее, чем обработка данных самими процессорами.

между несколькими одинаковыми процессорами. Это снимает проблемы предыдущего класса, но добавляет новые. Дело в том, что число процессоров, имеющих доступ к общей памяти, по чисто техническим причинам нельзя сделать большим.
Основные особенности векторно-конвейерных компьютеров - это, конечно, конвейерные функциональные устройства и набор векторных команд. В отличие от традиционного подхода векторные команды оперируют целыми массивами независимых данных, что позволяет эффективно загружать доступные конвейеры.
Последнее направление, строго говоря, не является самостоятельным, а скорее представляет собой комбинации предыдущих трех. Из нескольких процессоров (традиционных или векторно-конвейерных) и общей для них памяти формируется вычислительный узел. Если полученной вычислительной мощности недостаточно, то объединяют несколько узлов высокоскоростными каналами. Как известно, подобную архитектуру называют кластерной.

метрик суперкомпьютеров. После рейтингов 1986—1992 годов с метриками, основанными на количестве векторных процессоров, в университете Мангейма у Erich Strohmaier и Hans Werner Meuer возникла идея начать ежегодно сравнивать суперкомпьютеры при помощи единой методики.
В начале 1993 года Джек Донгарра (англ.) принял участие в этом проекте со своим тестом Linpack. Первая версия списка была готова в мае 1993 года. Она частично была основана на данных, доступных в сети, включая данные источники:
Статистика по суперкомпьютерам Мангейма;
Список самых мощных мировых вычислительных узлов, обновляемый Гюнтером Арендтом;
Информация из этих источников использовалась для создания первых двух списков TOP500.

под управлением собственной операционной системы Sunway Raise OS 2.0.5 на базе Linux. Система также включает собственную реализацию OpenACC 2.0, предназначенной для распараллеливания кода.
В суперкомпьютере используются многоядерные 64-битные RISC-процессоры SW26010, базирующиеся на архитектуре ShenWei. Общее количество процессоров в системе — 40 960, каждый процессор содержит 256 вычислительных ядер общего назначения и 4 управляющих ядра, что в совокупности даёт 10 649 600 ядер.
Процессорные ядра содержат 64 КБ внутренней памяти для данных и ещё 16 КБ для инструкций и сообщаются с помощью сети на чипе вместо использования традиционной иерархии кэш-памяти.
В Sunway TaihuLight используются процессоры китайского производства.

добывающей промышленности, для прогнозирования погодных условий и анализа «больших данных». Он расположен в национальном суперкомпьютерном центре в Уси, провинция Цзянсу.

процессора Intel Xeon E5-2692 на архитектуре Ivy Bridge с 12 ядрами каждый (частота 2,2 ГГц) и 3 специализированных сопроцессора Intel Xeon Phi 31S1P (на архитектуре Intel MIC, по 57 ядер на ускоритель, частота 1,1 ГГц, пассивное охлаждение). На каждом узле установлено 64 ГБ (16 модулей) оперативной памяти типа DDR3 ECC и дополнительно по 8 ГБ GDDR5 в каждом Xeon Phi (всего 88 ГБ). В общей сложности, количество вычислительных ядер достигает 3,12 миллиона (384 тысячи Ivy Bridge и 2736 тыс. Xeon Phi), что является крупнейшей публичной инсталляцией таких процессоров.
Используется ОС Kylin Linux. Доступные языки и технологии: Fortran, C++, Java, OpenMP, MPI 3.0 (MPICH2 3.0.4, каналы GLEX).
Система хранения данных имеет объём 12,4 ПБ и использует гибридную файловую систему H2FS.
По оценкам, создание суперкомпьютера обошлось в сумму порядка 200-300 миллионов долларов.

лаборатории Оук-Ридж (сокращённо ORNL, национальная лаборатория Министерства энергетики США, Теннесси) для использования в научных проектах. Является обновлением суперкомпьютера Jaguar, при котором было увеличено количество центральных процессоров и добавлены GPU Nvidia Tesla K20x. Анонсирован в октябре 2011, введен в строй в октябре 2012. Занял 1 строку в ноябре 2012 в рейтинге TOP500 суперкомпьютеров мира по производительности на тесте Linpack. В июле 2013 был смещён на 2-ю позицию компьютером Tianhe-2
Построенный на платформе Cray XK7 с гибридной архитектурой: помимо 16-ядерных процессоров AMD Opteron 6274 в каждый из 18 688 узлов суперкомпьютерной системы установлен графический процессор общего назначения NVIDIA Tesla K20x (архитектура Kepler). Таким образом общее число ядер компьютера составляет 299 008. Компилятор, специально разработанный для Titan-а, автоматически распараллеливает исполнение кода между центральным и графическим процессорами.

Министерства энергетики США под названием «Innovative and Novel Computational Impact on Theory and Experiment program» (INCITE).
Первыми проектами, которые получат доступ к Titan-у являются:
Процессы сгорания топлива: С помощью приложения S3D исследователи могут смоделировать турбулентное сгорание различных видов и составов топлива.
Наука о материалах: С помощью приложения WL-LSMS исследователи смогут находить и создавать новые материалы, исследуя их магнитные свойства при разных температурах на нано-уровне.
Атомная энергия: С помощью приложения Denovo исследователи смогут моделировать поведение нейтронов в ядерном реакторе.
Изменения климата: Программа Community Atmosphere Model-Spectral Element (CAM-SE) симулирует долгосрочные глобальные изменения климата.

Gene/Q. Разработан компанией IBM для Национальной администрации по ядерной безопасности (англ. National Nuclear Security Administration) в рамках программы Advanced Simulation and Computing Program. Суперкомпьютер вступил в строй в июне 2012 г. в Ливерморской национальной лаборатории. Информация о нём была обнародована в феврале 2009 года: целью разработчиков стало достижение 20-петафлопсного рубежа в производительности, что в 20 раз превосходит лучшую систему 2009 года в списке лучших 500 суперкомьютеров, IBM Roadrunner.
14 июня 2012 года в рамках проекта TOP500 было объявлено, что суперкомпьютер Sequoia стал самым производительным в мире и сместил с первого места японский K computer. Производительность в тесте LINPACK составила 16,32 петафлопс на 1 572 864 ядрах.

взрывов, заменив суперкомьютеры ASC Purple и Blue Gene/L, работающие в Ливерморской национальной лаборатории. Также Sequoia сможет решать задачи для нужд астрономии, энергетики, изучения человеческого генома и изменения климата.

Sequoia построена по архитектуре Blue Gene/Q, являющейся последним поколением в линейке суперкомпьютерных архитектур Blue Gene. Суперкомпьютер состоит из 98 304 вычислительных узлов и имеет 1,6 Пб памяти в 96 стойках, расположенных на площади в 300 кв. м. Используются 16-ти или 8-ми ядерные центральные процессоры POWER, изготовленные по техпроцессу 45 нм.
При высокой энергоэффективности в расчёте на флопс производительности (3000 Мфлопс/ватт – это в 7 раз выше, чем для систем архитектуры Blue Gene/P), энергопотребление комплекса составляет около 6 мегаватт электрической энергии.

2011 году в Институте физико-химических исследований в городе Кобе. Название происходит от японской приставки «кэй», означающей 10 квадриллионов и одновременно обозначающей столицу, то есть намек на «главный компьютер».
По состоянию на июнь 2011 года система имела 68.5 8-ядерных процессора SPARC64 VIII fx, что составляло 548.4 вычислительных ядра, произведенных компанией Fujitsu по 45-нанометровому техпроцессу. Суперкомпьютер использует водяное охлаждение, что позволило снизить потребление энергии и увеличить плотность компоновки.
В ноябре 2011 года K Computer был достроен, количество процессоров достигло 88.2, таким образом, K Computer стал первым в истории суперкомпьютером, преодолевшим рубеж в 10 Пфлопс. Пиковое быстродействие комплекса достигает 11,3 квадриллиона операций с плавающей запятой в секунду.

Гб/с объединяет узлы, что позволяет значительно увеличить вычислительные возможности путем уменьшения среднего числа промежуточных узлов и задержек между вычислительными узлами. Система Blue Gene/Q также имеет систему из 4 модулей операций с плавающей запятой, которую можно использовать для выполнения скалярных вычислений с плавающей точкой, 4-мерных инструкций ОКМД (одиночный поток команд, множественный поток данных) или 2-мерных сложных арифметических вычислений ОКМД. Эти модули операций с плавающей запятой обеспечивают более высокую вычислительную производительность одного линейного потока для некоторых приложений.
Mira предоставляет доступ к файловой системе GPFS емкостью 24 ПБ и пропускной способностью 240 Гб/с. Пользователи также получат доступ к HPSS архивам данных и Tukey, новому кластеру анализа и визуализации. Все ресурсы доступны через быстродействующие сети, включая ESnet, недавно модернизированную до 100 Гб/с.

Cray Inc. В ноябре 2013 года в Швейцарском национальном суперкомпьютерном центре (CSCS), основанном еще в далеком 1991 году. Используется для большого числа различных проектов, в основном в сфере компьютерного моделирования. В данном научном учреждении помимо Piz Daint размещено еще 3 участника ТОР500.
Суперкомпьютер использует 5.272 видеокарт Tesla K20X и состоит из 28 стоек. Система может развивать вычислительную производительность до 6,27 петафлопов (Rmax). Возможна краткосрочная пиковая нагрузка до 7,8 петафлопов (Rpeak).

Science and Technology, KAUST), Саудовская Аравия
Shaheen II построен на платформе CRAY XC40. В системе используются 16-ядерные процессоры Intel Xeon E5-2698V3.
Суперкомпьютер применяется для решения сложных вычислительных задач в нуждах нефтегазовой, энергетической, геологоразведывательной и других отраслей. Также среди перспективных направлений для работы указывается биоинжиниринг.

с плавающей точкой в секунду. TACC является частью проекта XSEDE (Среда для создания передовых научных и инженерных открытий), целью которого является предоставление исследователям доступа к суперкомпьютерным ресурсам.
В основе Stampede лежит архитектура Dell, использующая 8-ядерные процессоры Intel Xeon E5-2680. А с 2013 года Stampede начал использовать новые сопроцессоры Intel Xeon Phi, предназначенные для выполнения параллельных вычислений, которые ответственны более чем за 7 Пфлопс производительности системы. Помимо Xeon Phi, суперкомпьютер использует 128 графических ускорителей от NVIDIA для обеспечения удаленной виртуализации. Еще одним поставщиком для Stampede является компания Mellanox, предоставляющая сетевое оборудование Infiniband с пропускной способностью 56 Гбит/с.
Система охлаждения суперкомпьютера построена по принципу изоляции горячих зон и предполагает использование встраиваемых модулей охлаждения, что позволяет размещать оборудование с высокой плотностью до 40 кВт на стойку. Система распределения питания подает напряжение 415 В на стойки и 240 В на сервера. Потребности в электроэнергии систем Stampede и Ranger обеспечиваются электроподстанцией мощностью в 10 МВт.

Национального Научного Фонда США (National Science Foundation, NSF). Система включает в себя 6400 узлов Dell C8220, каждый из них управляется двумя 8-ядерными процессорами Intel Xeon E5 и 61-ядерным сопроцессором Intel Xeon Phi Knights Corner. 128 компьютерных узлов оборудовано производительными графическими процессорами NVIDIA на архитектуре Kepler K20.
Stampede используется для таких задач, как моделирование изменений климата, предсказание землетрясений и ураганов, изучение ДНК вирусов, молекулярные исследования, космические исследования.

(393216 процессорных ядер) и 216 узлов ввода/вывода. Каждый узел включает в себя 16-ядерный процессор IBM PowerPC A2 и 16ГБ оперативной памяти. Емкость устройств хранения данных составляет 393ТБ. В основе JUQUEEN лежит архитектура IBM POWER, величина отношения производительность/энергопотребление для него составляет около 2 гигафлопс/Вт. JUQUEEN работает в пять раз эффективнее, чем его предшественник, JUGENE. Система прямого водяного охлаждения, предназначенная для охлаждения процессоров, является одним из способов снижения энергопотребления системы.
JUQUEEN является первым суперкомпьютером в Европе, достигшим пиковой производительности в 5 петафлопс (что примерно соответствует мощности 100000 ПК). После выполнения модернизации, увеличившей размер системы с 8 до 24 стоек, JUQUEEN смог подняться на три пункта в списке Top 500. Руководство Немецкого Суперкомпьютерного Центра им. Гаусса особо отмечает, что основными целями при разработке системы JUQUEEN были достижение максимальной энергоэффективности и стабильности работы, несмотря на то, что рейтинг суперкомпьютеров составляется на основе результатов, достигнутых в бенчмарке Linpack.

управляется Суперкомпьютерным Центром г. Юлих в рамках исследовательской программы Ассоциации Гельмгольца. Доступ к суперкомпьютеру имеют ученые и исследователи как из самой Германии, так и со всего мира. Распределение 65% рабочего времени осуществляется через две суперкомпьютерные сети: Суперкомпьютерный Центр и м. Гаусса, представляющий собой консорциум из трех национальных вычислительных центров, расположенных в г. Юлих, Гархиг и Штутгарт, и Европейскую Исследовательскую Инфраструктуру PRACE. Оставшаяся часть времени предоставляется пользователям Исследовательского Центра г. Юлих и Союза Исследователей Юлих-Ахен (JARA).

Ломоносов-2, установленный на факультете вычислительной математики и кибернетики (ВМК) МГУ занимает 41 место с производительностью 2102.0 TFlop/s, а полгода назад он занимал 35 место.

Всего в рейтинг TOP500 на июнь 2016 года вошли 7 суперкомпьютеров из России. Кроме упомянутого уже Ломоносова-2, в рейтинг входят первый Ломоносов, тоже установленный в МГУ (109 место), а также суперкомпьютеры, установленные в Санкт-Петербургском политехническом университете (159 место), Российской Академии наук в Москве (348 место), Курчатовском институте в Москве (351 место), в Нижегородском государственном университете имени Лобачевского (489 место) и Южно-уральском государственном университете в Челябинске (498 место).