Aušintuvai superkompiuteriai

Dėl superkompiuterių modeliavimo greičio pažangos tampa lengviau modeliuoti ir suprasti sudėtingus reiškinius, tokius kaip oro sistemos, baltymų lankstymas ir branduoliniai sprogimai. Tačiau tik nedidelę šio greičio dalį lemia greitesni procesoriai. Vietoj to, labiausiai paplitęs būdas pasiekti superkompiuterių pajėgumus yra surinkti šimtus ar tūkstančius atskirų mašinų į grupes. Sujungus, toks klasteris dalinsis viena atmintimi ir gali lygiagrečiai atlikti didžiulius modeliavimus, suskaidydamas darbą į daugybę mažų dalių.

Tačiau net ir šis metodas turi savo ribas. Viena vertus, kuo didesnė atmintis, tuo didesnė tikimybė, kad kai kurios jos dalys suges skaičiavimo metu. Be to, kuo daugiau mašinų surenkama į grupę, tuo daugiau šilumos jos gamina. Iš tiesų, kai kuriuose dideliuose skaičiavimo centruose vėdinimo ir oro kondicionavimo sistemos, ventiliatoriai ir aušinimo skysčiais sistemos yra sunkiai prispaudžiamos, kad mašinos neperkaistų.

„Mountain View“, Kalifornijoje įsikūrusi „Silicon Graphics“, taip pat žinoma kaip SGI, kuria vienus didžiausių pasaulyje superkompiuterių grupių. Pavyzdžiui, ketvirta greičiausia pasaulyje yra „Columbia“ – sistema, kurią SGI sukūrė NASA Ames tyrimų centrui 2004 m. „Columbia“ yra 20 „SGI Altix“ superklaserių, kurių kiekvienas turi 512 procesorių, iš viso 10 240 procesorių, kurie dalijasi 20 - terabaitų atmintis. Šio begemo (kurį NASA naudoja modeliuodama problemas, susijusias su dideliais duomenų kiekiais, pvz., klimato kaita, magnetinės audros ir hipergarsinių orlaivių dizainas) aušinimas šiuo metu yra labai žemų technologijų reikalas: tai daugiausia pasiekiama pučiant orą pro procesorius. greitis.

Eng Limas Gohas, kompiuterių mokslininkas ir SGI vyriausiasis technikos pareigūnas, sako, kad vienas NASA administratorius jam pasakė: „Išleidau milijonus dolerių jūsų superkompiuteriui vien tam, kad galėtume vykdyti modeliavimą, kuris pakeis mūsų vėjo tunelį – o jūs davėte mums naują vėjo tunelį. .'

Gohas dabar yra lyderis Projektas Ultravioletas , SGI pastangos sukurti naujos kartos superspiečius. Lustai, kuriuos SGI kuria ultravioletiniams spinduliams, veiks greičiau, tačiau sunaudos mažiau elektros energijos ir gamins mažiau šilumos. „Technology Review“ vasario 2 d. pakalbino Gohą apie projektą.

Technologijų apžvalga: Kokie yra projekto Ultraviolet tikslai?

Eng Lim Goh: Per pastaruosius trejus metus 80 procentų savo laiko praleidau ultravioletinėje šviesoje, siekdamas, kad iki šio dešimtmečio pabaigos sistema būtų pristatyta. Kuriame ASIC [konkrečių programų integrinius grandynus], kad paspartintume tam tikras atminties funkcijas ir kad programos veiktų vėsiau; ir jų vystymosi ciklas yra ilgas, paprastai dvejus su puse metų.

Pradėjome nuo to, ką turime – iš esmės sistemos, galinčios turėti didžiulę atmintį. Kuriame didžiules sistemas, valdome iki 512 procesorių, kurie dalijasi iki dešimčių terabaitų atminties. Tokių sistemų pranašumas yra tas, kad galite įkelti didžiules duomenų bazes į atmintį be dešimties kartų sulėtėjimo, kai turite gauti duomenis iš disko. Norite turėti galimybę laikyti visus duomenis atmintyje ir greitai supakuoti, o tai svarbu pažangiai verslo analizei ir žvalgybai.

Mūsų ASIC telpa po [Intel] Itanium procesoriumi, o po kiekvienu iš jų yra atmintis, ir jie bendrauja, kad vartotojui ir operacinei sistemai būtų virtualus, vienas visos atminties vaizdas. Būtinai naudojame šią nebrangią, jau paruoštą atmintį. Tačiau kartu su tuo atsirado ir originalus patikimumas. Taigi, ultravioletinėje sistemoje įdiegiame funkcijas, kad atmintis būtų patikimesnė. Pavyzdžiui, mūsų mikroschemų rinkinyje yra išmaniųjų agentų, kurie gali išeiti ir išvalyti nepanaudotą atmintį, kad priverstų dalis, kurioms nepavyks to padaryti valymo, o ne taikymo proceso metu. Agentai greitai išskiria tą atmintį, panašiai kaip blogą diską.

TR: Kai kas, ką darote, kai kalbate apie agentus, skamba taip, kaip IBM vadina autonominiu skaičiavimu.

BRIEDIS: Žmonės naudoja skirtingus pavadinimus, kad kompiuterija būtų lengviau išgydoma. Galvojome, ar turėtume naudoti autonominę atmintį, ar savigydos sistemas, tokias kaip IBM ir kiti pardavėjai. Tačiau šiek tiek susirūpinome, nes tai kelia tikrai didelius lūkesčius.

TR: O kaip su šilumos problema? Manau, kad sistemos, kurias žmonės sukurs naudodami jūsų naujos kartos sistemas, turės net daugiau nei 512 procesorių viename kambaryje ir išleis didžiulius šilumos kiekius.

BRIEDIS: Greitesniais ventiliatoriais galime priverstinai ištraukti šilumą iš stelažų, tačiau tuomet kompiuterių kambarį labai sunku vėsinti. Vienintelis būdas susidoroti su didesniu karščiu yra greičiau perkelti šilumą. Yra kompiuterių kabinetų, kur atidarius grindų lentą sako: „Nekišk ten kojos“, nes oras apačioje juda 100 kilometrų per valandą greičiu.

Taigi kita dalis to, ką norime ištirti naudodami Ultraviolet, yra tai, kaip sumažinti šį karštį ir kaip elgtis su programomis, kurių mastelis nesikeičia (ty neveikia taip greitai, kaip tikimasi, kai lygiagrečiai veikia daugiau procesorių). Šie du yra susiję. Tarkime, viename procesoriuje programa veikia 100 sekundžių. Ir tarkime, kad 100 procesorių jis veikia dešimt kartų greičiau – veikia 10 sekundžių. Tai puikus patobulinimas, tačiau tam pasiekti sunaudojate 100 kartų daugiau procesorių. Taigi jūs esate tik 10 procentų efektyvus; programa sunaudoja dešimt kartų daugiau energijos ir išleidžia dešimt kartų daugiau šilumos nei reikia.

TR: Taigi, kaip padaryti, kad programos veiktų vėsiau?

BRIEDIS: Viena didelė dalis yra tai, kaip problemas suskaidome į dalis ir kaip jas paskirstome procesoriams. Atlikome maždaug 50 klientų programų analizę, kad sužinotume, kas negerai su šiomis programomis, kai jos veikia lygiagrečiai. Mes nustatėme keturias ar penkias pagrindines sritis.

Vienas iš jų yra ryšių delsa [delsa]. Problema ta, kad daugumai programų reikalingas nuolatinis sinchronizavimas, siekiant įsitikinti, kad kiekvienas procesas yra paruoštas prieš kitą skaičiavimo veiksmą. Šis sinchronizavimas užima daug laiko. Tai panašu į tai, kad šeši žmonės bando stovėti tiesia linija – jie turi pasitikrinti vienas kitą. Su 60, 600 ar 6000 žmonių reikia eksponentiškai ilgiau patekti į tiesia linija.

Antra po delsos yra ryšio pralaidumo problema. Kartais norite perkelti daug duomenų, o ryšio tarp procesorių storis nulems, kiek laiko užtruks šis didžiulis duomenų fragmentas. Jei laukiate, neskaičiuojate. Tai dar viena sritis, kurioje efektyvumas mažėja.

Trečioji sritis – apkrovos disbalansas, kuris yra didžiulė problema. Tarkime, kad norite modeliuoti orus savo vietovėje. Darote prielaidą, kad oro tūris jūsų vietovėje yra didžiulis kubas, padalijate jį į aštuonis subkubus ir paskirstote tuos kubus skirtingiems procesoriams. Dieną, kai oras visame dideliame kube yra vienodas, šių procesorių apkrova gali būti subalansuota; bet jei viename iš subkubų yra vietinių neramumų, bus procesorių, kurie laukia, kol kiti procesoriai baigs.

Ketvirta sritis yra tada, kai programai reikia duomenų, o duomenų nėra paties procesoriaus talpykloje ir jie turi išeiti į atmintį. Kai jis išeina į atmintį, atsiranda didžiulis delsos poveikis.

Taigi tai būtų ultravioletinio dizaino principai [patikimesnė atmintis, mažesnis ryšio delsos, didesnis ryšio pralaidumas, geresnis apkrovos balansavimas ir mažesnis atminties vėlavimas]. Tarkime, kad turite programą, kurioje yra 128 procesoriai, nes ji trukdo ryšių delsai. Šis mūsų kuriamas lustas drastiškai sumažins delsą, todėl dabar ši programa galės veikti daugiau procesorių. Arba, jei vis dar naudojate tą pačią programą 128 procesoriuose, turėtumėte geriau veikti ir sukurti mažiau šilumos.

Pagrindinio puslapio vaizdo antraštė: vaizdas iš viršaus: tiltai jungia 20 mazgų SGI Altix superkompiuterio, esančio NASA pažangiojo superkompiuterio įrenginyje, mazgus.

Pagrindinio puslapio vaizdas suteiktas NASA Ames tyrimų centro/Tom Trower

paslėpti