Великолепная пятерка

9 июль, 2002 - 23:00Алексей Гвозденко

О рейтинге суперкомпьютеров TOP500, дважды в год публикуемом университетами Маннгейма (Германия) и Теннеси (США), знают если не все, то очень многие. В конце июня была обнародована очередная, уже 19-я по счету, его версия.

Данное событие является хорошим поводом, чтобы поговорить о самых мощных в мире вычислительных системах. Итак, на сегодняшний день их первая пятерка выглядит следующим образом.

1. Earth Simulator

Самый мощный в мире суперкомпьютер снаружи...

...и внутри

Наиболее производительной в мире вычислительной системой является Earth Simulator, построенная компанией NEC в рамках одноименного проекта, который был инициирован в 1997 г. Японским агентством по науке и технологии (ныне -- Министерство образования, культуры, спорта, науки и технологии). Работа по ее созданию завершилась совсем недавно, в марте нынешнего года. Суперкомпьютер установлен в специально организованном центре Earth Simulator Research and Development Center (ESRDC) в Иокогаме.

Earth Simulator состоит из 640 вычислительных узлов, связанных друг с другом высокоскоростными соединениями, пропускная способность которых достигает 16 GBps в одном направлении.

Каждый узел включает в себя 8 векторных процессоров с максимальной производительностью 8 GFLOPS, использующих разделяемую оперативную память объемом 16 GB. Таким образом, теоретическое пиковое быстродействие Earth Simulator равняется 40 TFLOPS (пока удалось достичь 35,86 TFLOPS). Стоимость же реализации данного проекта, на который ушло пять лет, оценивается в 350--400 млн. долл.

В отличие от многих других суперкомпьютеров, Earth Simulator, по утверждению создателей, предназначен для использования в мирных целях. Его основным назначением является имитация процессов в атмосфере и земной коре с разрешением в 1 км. В частности, с помощью Earth Simulator ученые планируют найти причину глобальных климатических изменений (например, эффекта глобального потепления), а также научиться изучать и предсказывать разнообразные метеорологические катаклизмы, в первую очередь -- явление El Nino, последний раз наблюдавшееся в 1997 г. и ставшее причиной сильнейших наводнений в одних регионах планеты и засух в других. Это особенно актуально, поскольку, по недавним прогнозам, новый El Nino ожидается уже к концу нынешнего года. Ну и, конечно же, большое внимание планируется уделять исследованию механизмов сейсмической активности.

Как отмечают специалисты, одновременно ученые рассчитывают на получение ряда ценных результатов в теории информатизации, в частности, на разработку новых методов в написании программного обеспечения для параллельных вычислений.

2. ASCI White

Ядерный арсенал США в "руках" этого компьютера

Занимающий в классификации Top500 второе место ASCI White, в противоположность Earth Simulator, нацелен на решение военных задач.

Программа ASCI -- Advanced Simulation and Computing -- является одним из ключевых элементов Stockpile Stewardship Program, цель которой -- поддержание боеспособности ядерного арсенала Соединенных Штатов без проведения испытаний и без разработки новых систем вооружений. Ее появление стало прямым следствием подписанного в октябре 1992 г. президентом Бушем и расширенного в июле 1993 г. президентом Клинтоном моратория на ядерные испытания.

Основная задача ASCI -- создание имитационных систем, необходимых для анализа и прогнозирования эффективности, безопасности и надежности имеющегося в распоряжении США ядерного оружия и его сертификации. В реализации программы на текущий момент принимают участие три исследовательских центра -- Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Los Alamos National Laboratory (LANL) и Sandia National Laboratories (SNL).

Первая система серии ASCI -- ASCI Red, построенная в 1996 г. компанией Intel и установленная в SNL, одновременно стала и первым в мире компьютером с производительностью в 1 TFLOPS (которая в дальнейшем была доведена до 3 TFLOPS, и сейчас ASCI Red в Top500 опережает двух из трех более "молодых" членов семейства ASCI). Тремя годами спустя появились ASCI Blue Pacific от IBM (находится в LLNL) и ASCI Blue Mountain от SGI (LANL), ставшие первыми на тот момент суперкомпьютерами с быстродействием 3 TFLOPS, и уже в декабре 1999 г. в рамках программы ASCI была осуществлена трехмерная имитация первичного ядерного взрыва с визуализацией, а в апреле 2000 г. -- вторичного. Наконец, в конце прошлого лета завершились работы по созданию ASCI White.

Данный суперкомпьютер состоит из 512 вычислительных блоков, каждый из которых содержит 16 процессоров IBM RS6000 SP Power3 375 MHz на базе медной технологии и оснащен 6 TB оперативной и 160 TB дисковой памяти. Пиковое быстродействие системы оценивается в 12,3 TFLOPS, но реально оно пока равняется 7,2 TFLOPS.

В феврале нынешнего года учеными LLNL и LANL была совместно проведена комплексная трехмерная имитация ядерного взрыва -- самая масштабная компьютерная имитация на сегодняшний день.

3. Terascale Computer System

Суперкомпьютер общего назначения

По словам специалистов, Terascale Computer System, принадлежащая Pittsburgh Supercomputing Center, является ярким примером суперкомпьютера, построенного на основе стандартных компонентов. Он включает в себя 750 четырехпроцессорных вычислительных узлов на базе чипов Compaq Alpha EV68, объединенных друг с другом с помощью высокоскоростной технологии от Quadrics Supercomputers World. Система использует 3 TB оперативной памяти и накопители на жестких дисках общей емкостью 40 TB. Максимальное быстродействие Terascale Computer System, окончательная конфигурация которой была собрана совсем недавно, оценивается в 6 TFLOPS (реальная -- около 4,5 TFLOPS). На реализацию проекта фонд National Science Foundation выделил 45 млн. долл.

Данная система, если можно так выразиться, представляет собой суперкомпьютер общего назначения: на ней предполагается решать очень широкий круг задач, включая моделирование молекулярных процессов при разработке новых лекарств, имитацию климатических явлений, сейсмических процессов и т. д.

4. Tera

Tera, принадлежащий Комитету по ядерной энергии Франции (CEA -- Commissariat a l'Energie Atomique), является самым мощным суперкомпьютером в Европе. Он был построен компанией Compaq на базе 2560 64-разрядных микропроцессоров Alpha. Вычислительные модули Tera взаимодействуют друг с другом посредством высокоскоростных соединений, а используемые им накопители (их общая емкость составляет 50 TB) объединены в сеть SAN на основе архитектуры StorageWorks EVA (Enterprise Virtual Array).

Максимальное быстродействие Tera на текущий момент оценивается примерно в 5 TFLOPS (реальное -- 4 TFLOPS). Сам проект является долгосрочным, и к 2005 г. производительность суперкомпьютера планируется довести до нескольких десятков, а к 2009 г. -- до нескольких сотен терафлопс.

Применяется данный суперкомпьютер для решения военных задач: он является одним из элементов реализуемой CEA Simulation Programme, цель которой аналогична цели программы ASCI -- оценка безопасности, надежности и эффективности ядерного оружия Франции без проведения испытаний.

5. NERSC IBM SP RS/6000

Суперкомпьютер для решения научных задач

Замыкающий первую пятерку NERSC IBM SP RS/6000, получивший имя seaborg.nersc.gov и установленный в исследовательском центре National Energy Research Scientific Computing Center, представляет собой параллельный суперкомпьютер с распределенной памятью. Он состоит из 208 16-процессорных узлов на базе чипов IBM POWER 3+ 375 MHz, снабженных от 16 до 64 GB оперативной памяти, каждый из которых работает под управлением отдельной копии операционной системы AIX. Из них 184 узла являются вычислительными, 16 обеспечивают функционирование файловой системы General Parallel Filesystem -- GPFS, 3 выполняют роль входных узлов, 1 -- сетевого и 4 -- служебных. Система использует 20 TB дискового пространства. Что касается быстродействия seaborg.nersc.gov, то максимальное оценивается в 5 TFLOPS, а реальное на текущий момент -- 3 TFLOPS. Назначение этого суперкомпьютера -- решение широкого круга научных задач в самых разнообразных областях.

Некоторые факты

Ну и в завершение -- несколько занимательных фактов, отмечаемых составителями TOP500.

Как уже несложно догадаться, на этот раз в мировом рейтинге суперкомпьютеров произошла смена лидера, однако гораздо интереснее другое -- по своей производительности Earth Simulator превосходит весь (!) список TOP500 3,5-годичной давности.

Планкой для попадания в первую десятку на текущий момент является быстродействие в 2 TFLOPS. Восемь компьютеров из первой десятки установлены в Соединенных Штатах, один в Японии и один во Франции, хотя "самая суперкомпьютерная" европейская держава -- Германия, представленная в TOP500 64 системами.

Наконец, по составу производителей первая десятка выглядит следующим образом: IBM -- 5 суперкомпьютеров, Hewlett-Packard -- 3 (правда, все они достались HP "по наследству" от Compaq), NEC -- 1 и Intel -- 1.