Журнал "Компьютерра" №761 - Журнал Компьютерра

Всем этим параметрам удовлетворяет, в частности, представленная на конференции в Остине разработка компании nVidia под названием Tesla Personal Su­per­computer. Ключевые характеристики топовой версии таковы: 960 процессорных ядер, совместно обеспечивающих производительность почти в 4 терафлопса при заявленной цене компьютера десять тысяч долларов. Достигаются эти показатели благодаря применению четырех графических акселераторов Tesla GPU, каждый из которых содержит 240 ядер. По свидетельству специалистов, получивших возможность ознакомиться с новинкой, эта конструкция без всяких натяжек представляет собой настольный суперкомпьютер. Подобные системы могут представлять собой обычный ПК (в слот расширения которого вставлены видеоускорители Tesla GPU) или стандартные модули для размещения в серверной стойке.

На этом примере видно, как быстро меняется представление о том, что считать суперкомпьютером. Всего лишь пять лет назад Tesla занял бы место среди двадцати самых быстрых систем планеты. Однако сейчас его производительности не хватает даже на то, чтобы попасть в Top500. Нижний порог для вхождения в эту элитную группу составляет ныне 12,6 терафлопса.

Впрочем, это не помешало графическим процессорам nVidia Tesla продемонстрировать свои выдающиеся вычислительные возможности и занять в рейтинге достойное 30-е место благодаря японским конструкторам. В Токийском технологическом институте уже известной вычислительной системе TSUBAME недавно всего за неделю был сделан большой апгрейд - добавлены в качестве математических сопроцессоров новые блоки Tesla S1070, что подняло пиковую производительность машины выше 160 терафлопс. По сути, речь идет о специализированных версиях того же самого GPU-процессора, который nVidia продает геймерам. Как и их игровые собратья, процессоры Tesla программируются с помощью языка CUDA, а когда объединяются с процессором общего назначения, то превращаются в мощнейшую машину для быстрых параллельных вычислений с плавающей запятой.

Хотя успех TSUBAME - пока единственный пример появления чипов nVidia в Top500, на конференции было множество свидетельств тому, что персональные суперкомпьютеры на основе мощных графических процессоров очень быстро завоевывают популярность. Такие системы работают во множестве академических институтов и университетов, вроде американского МТИ, германского Института Макса Планка, Кембриджского университета в Британии и др. Подсчитано, что уже по меньшей мере 28 производителей суперкомпьютеров и рабочих станций используют nVidia GPU, включая гигантов Dell, Lenovo и Asus.

Мы попросили прокомментировать ситуацию в суперкомпьютерной отрасли эксперта компании НР по данной теме, системного архитектора Евгения Лагунцова. По его мнению, для индустрии HPC сейчас актуальны прежде всего следующие тренды:

"Блейдизация" суперкомпьютеров. Блейд-платформы все чаще используются для построения и систем начального уровня (так называемых персональных суперкомпьютеров), и машин класса Top500, что объясняется высокой экономической эффективностью блейд-решений, их компактностью, низким энергопотреблением и тепловыделением, масштабируемостью и простотой в обслуживании. Эти факторы важны как для небольшого исследовательского отдела, покупающего "суперкомпьютер в коробке", так и для крупных лабораторий, использующих тысячи вычислительных узлов. Самая популярная аппаратная платформа в ноябрьском списке Top500 - HP BladeSystem, на ее долю приходится 201 из 500 мощнейших вычислительных систем мира.

"Персонализация" вычислительных систем. Производители все больше внимания уделяют низшему сегменту рынка - системам для персонального пользования, которые можно поставить под стол или в угол комнаты исследовательского отдела, небольшой лаборатории. Например, HP Cluster Platform Workgroup System представляет собой "суперкомпьютер в коробке", занимающий площадь менее 0,5 кв. м., подключающийся к обычным электрическим розеткам и работающий под управлением Windows HPC Server 2008 или различными вариантами Linux. При этом система может включать до 128 процессорных ядер Intel Xeon, обладать пиковой производительностью более 1,5 Тфлопс и содержать до терабайта оперативной памяти. Особенно важно, что здесь используются те же самые технологии, что и в мощнейших суперкомпьютерах, благодаря чему открываются фантастические возможности для роста при сохранении абсолютной совместимости.

"Диверсификация" областей использования высокопроизводительных вычислений. Активными пользователями суперкомпьютеров становятся не только исследовательские лаборатории, крупные университеты или нефтегазовые компании - технологии "супервычислений" все активнее проникают в новые сегменты, такие как индустрия игр и развлечений, производство видео, анализ и моделирование финансовых рисков. Также следует отметить изменение географии суперкомпьютинга - очень большие системы появляются в Китае, Индии, Новой Зеландии, России. Как примеры успешного применения технологий HP в новых сегментах и регионах можно назвать несколько суперкомпьютеров студии видеоэффектов Weta Digital в Новой Зеландии, ряд крупных систем провайдера игрового контента в Китае, систему Tata CRL в Индии, занимавшую в прошлом году 4-е место в рейтинге Top500. Отдельно хотелось бы остановиться на флагмане российского суперкомпьютинга - Межведомственном суперкомпьютерном центре РАН. Вычислительный комплекс МСЦ, построенный на базе HP BladeSystem, продолжает планомерно развиваться и достиг в этом году пиковой производительности 95 Тфлопс, что позволило ему занять 35-е место в рейтинге Top500 (абсолютный рекорд для нашей страны, 33-е место год назад, принадлежит этой же системе).

"Акселерация" вычислений. Стремительно развиваются технологии, позволяющие проводить вычислительные операции не на ядрах центральных процессоров, а на специализированных модулях и микросхемах - например, графических процессорах GPU или FPGA, которые теоретически позволяют получить фантастическую производительность. Увы, хорошие результаты они показывают только на специфических кодах, а вот программировать на них очень трудно. В связи с этим построить на их базе системы общего назначения пока практически невозможно. Тем не менее работа идет, появляются новые микросхемы, разрабатываются новые языки программирования, переосмысливаются алгоритмы. Думаю, будущее акселераторов - во все более частом применении в качестве составной части гибридных систем.

Среди факторов, заметно влияющих на впечатляющий прогресс суперкомпьютеров, оказывают, как ни удивительно, те миллиарды долларов, что интенсивно вкладываются в разработку железа и программного обеспечения для компьютерных видеоигр. Весомый вклад, который с некоторых пор "несерьезные" видеоигры стали делать в HPC, сегодня признается всеми.

Наиболее отчетливо эта тенденция проявилась летом текущего года, когда на вершине рейтингового списка оказалась система IBM Roadrunner, первой воспользовавшаяся вычислительной мощью процессоров Cell и благодаря им первой преодолевшая рубеж петафлопсной производительности. Roadrunner, можно сказать, объединила в себе две главные тенденции современного суперкомпьютинга, скомбинировав доступность и производительность серийных процессоров AMD Opteron с продвинутыми возможностями модифицированной версии процессора, используемого в игровой приставке PlayStation 3. Итоги же конференции в Остине показали, что Cell уже не единственный сопроцессор в высокопроизводительных вычислениях, уходящий корнями в компьютерные игры.

Как комментирует ситуацию Энди Кини (Andy Keane), главный менеджер подразделения nVidia Tesla Computing Products, "графика - это эталонное приложение параллельного компьютинга". Поэтому игровые по своей природе системы хорошо подходят и для поддержки многих других приложений, требующих высокой степени параллелизации, таких как задачи визуализации научных исследований, сейсмическая разведка, биомедицинские исследования, техническое конструирование сложных товаров и пр. Иными словами, суперкомпьютеры в наиболее типичных своих задачах работают с большими объемами параллельных вычислений, для чего требуются широкая пропускная полоса и быстрые операции с плавающей запятой. Те же самые характеристики свойственны и игровым приложениям. Что, конечно же, не случайно, поскольку и современные видеоигры, и передовой суперкомпьютинг - это по сути своей сложные задачи симуляции и моделирования.

Высокопроизводительные вычисления развиваются так стремительно, а потребность в суперкомпьютерах, становящихся все более доступными, так велика, что, по свидетельству участников конференции, признаки экономического спада в этой сфере практически отсутствуют. На этой оптимистической ноте и закончим краткий обзор интереснейше­го мероприятия.