Синие гены

Шкаф Blue-Gene / L

Blue Gene - это проект по разработке и созданию высокотехнологичных компьютерных технологий. По мнению IBM, это должно служить как для исследования пределов суперкомпьютеров в компьютерной архитектуре , так и для разработки программного обеспечения, необходимого для программирования и управления массивно-параллельными системами, и для использования вычислительной мощности для лучшего понимания биологических процессов, таких как сворачивание белков . Последний также отвечал за именование.

В декабре 1999 года IBM объявила о пятилетней программе создания компьютера с массовым параллелизмом, который поможет исследовать биомолекулярные явления, такие как сворачивание белков. Целью было достичь скорости в диапазоне Пета - ФЛОПС .

Это совместный проект Министерства энергетики США (которое также частично финансирует проект), промышленности (особенно IBM) и университетов. Пять проектов Blue Gene находятся в стадии разработки, в том числе Blue Gene / L, Blue Gene / P и Blue Gene / Q (см. Программу расширенного моделирования и вычислений ).

Blue Gene / L планировался как первая архитектура. Спецификации были для системы с максимальной производительностью 360 TFLOPS на 65 536 узлах и завершением в 2004/2005 году. Последующие машины должны достигать 1000 терафлопс (Blue Gene / P, 2006/2007) или 3000 терафлопс (Blue Gene / Q, 2007/2008). Непрерывная производительность этих систем-преемников от Blue Gene / L должна составлять 300 или 1000 терафлопс.

Главными архитекторами проекта в IBM были Монти Денно и Алан Гара .

Синий Джин / L

Схема строения системы на примере Blue Gene / L

Blue Gene / L - это семейство суперкомпьютеров, которые очень масштабируемы . Проект совместно финансируется IBM и Ливерморской национальной лабораторией Лоуренса .

Архитектура состоит из основного строительного блока (узел или вычислительный чип) , который может повторяться снова и снова , не создавая узкие места . Каждый узел BG / L состоит из ASIC с соответствующей памятью DDR - SDRAM . Каждая ASIC, в свою очередь, содержит два процессорных ядра PowerPC Embedded 440 с тактовой частотой 0,7 ГГц , два FPU «Double Hummer», подсистему кэш-памяти и подсистему связи.

Удвоенные скорости терафлопс (2,8 или 5,6 терафлопс) на разных чертежах в сети являются результатом того факта, что ASIC с двумя процессорами может работать в двух режимах, которые либо используют оба процессора для вычислительных задач, либо только один для арифметических задач, а другой как сопроцессор для коммуникационных задач. Для связи между процессорами доступны высокоскоростная сеть с топологией 3D- тор и иерархическая сеть для коллективных операций.

Доступ к сети Torus осуществляется через сетевые адаптеры с отображением памяти, что позволяет достичь очень низкого времени задержки , как в InfiniBand . Для связи была разработана модифицированная реализация MPI CH2. Специально запрограммированное очень маленькое ядро POSIX, которое не поддерживает многозадачность, запускается на вычислительном узле - выполняющаяся программа - единственный процесс в системе.

В выпуске списка TOP500 за ноябрь 2004 г. первое место заняла система Blue Gene / L, которая все еще строится в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса с 16 стойками (16 384 узла, что соответствует 32 768 процессорам). С тех пор он постепенно расширялся, и 27 октября 2005 года он достиг 65 536 узлов со скоростью более 280 TFLOPS, что принесло ему лидерство в TOP500 11/2005. Хотя эта стадия расширения изначально была объявлена ​​последней, в 2007 году она была расширена снова и с тех пор обеспечила более 478 терафлопс с 212 992 процессорами в 104 стойках. Это сделало ее четвертой по скорости системой в мире в середине 2008 года.

Архитектура также подходит для других установок, таких как Blue Gene Watson (BGW) в собственном исследовательском центре IBM Thomas J. Watson Research Center (98-е место в TOP500 6/2011), JUGENE (Jülich Blue Gene в Forschungszentrum Jülich , июнь 2011 г. с местом 12 даже раньше своего предшественника) и шесть других записей в Топ-100. Все они подпадают под название eServer Blue Gene Solution .

Синий Джин / P

Синий Джин / P
Узловая карта Blue Gene / P

Серия Blue Gene / P была впервые представлена ​​в июне 2007 года на выставке ISC в Дрездене. Изменения по сравнению с BG / L включают использование ядер PowerPC 450 с тактовой частотой 850 МГц, четыре из которых теперь находятся в одном узле. Каждая вычислительная карта теперь имеет только один, а не два таких узла, но карта узла в качестве следующего большего блока содержит 32 вместо 16 таких вычислительных карт.

В остальном компоненты остались прежними, и, таким образом, стойка содержит в два раза больше процессоров, чем BG / L. При увеличении производительности каждого процессора примерно на 21% (по крайней мере, с LINPACK ) параллельно с увеличением тактовой частоты каждая стойка теперь обеспечивает 14 терафлопс вместо 5,6 терафлопс (каждый пик R ). Пропускная способность памяти росла с той же скоростью, пропускная способность сети Torus увеличилась более чем вдвое с 2,1 ГБ / с до 5,1 ГБ / с, а время задержки сократилось вдвое. По заявлению производителя, потребность в энергии увеличилась всего на 35%. Для системы, состоящей из 72 стоек, которая должна достичь предела Пета-ФЛОПС, это около 2,3 мегаватт .

Одна из первых поставок была осуществлена ​​в Forschungszentrum Jülich , где он работает под названием JUGENE и с показателем 180 TFLOPS занял 11 место в списке TOP500 на конец 2008 года. В ноябре 2008 года семь систем Blue Gene / P вошли в число 100 самых быстрых систем в мире.

26 мая 2009 года была представлена ​​улучшенная версия JUGENE ( Jülich Blue Gene ), в которой количество процессоров было увеличено с 65 536 до 294 912, достигнув максимальной производительности в 1 петафлопс . Таким образом, этот компьютер был одним из самых быстрых компьютеров в Европе в 2012 году и занял 13-е место среди самых быстрых суперкомпьютеров в мире в списке TOP500 с ноября 2011 года.

Синий Джин / Q

Новейший суперкомпьютер в этой линейке, Blue Gene / Q, к 2011 году должен был достичь скорости 20 петафлопс в установленные сроки. Он разработан как дальнейшее улучшение и расширение архитектур Blue Gene / L и P с более высокой тактовой частотой и значительно улучшенной энергоэффективностью. Blue Gene / Q имеет сопоставимое количество узлов, но 16 вместо 4 ядер на узел (недавно разработанный POWER CPU A2).

Эталонная установка системы Blue Gene / Q под названием IBM Sequoia была проведена в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса в 2011 году в рамках «Программы расширенного моделирования и вычислений»; он используется для ядерного моделирования и других передовых научных исследований.

Система Blue Gene / Q под названием Mira была установлена ​​в Аргоннской национальной лаборатории в начале 2012 года. Он состоит из примерно 50 000 вычислительных узлов (16 вычислительных ядер на узел), дискового хранилища 70 Пбайт (с пропускной способностью ввода-вывода 470 Гбайт / с) и охлаждается водой.

Также в 2012 году компания FERMI ввела в эксплуатацию в центре обработки данных CINECA недалеко от Болоньи установку с 10240 розетками Power A2 по 16 ядер в каждой.

Дальнейшее развитие

Новые суперкомпьютеры IBM больше не носят названия Blue Gene. Они основаны на гораздо более совершенной процессорной платформе POWER, а последняя версия (2018 г.) находится в пробной эксплуатации, например, в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса и Окриджской национальной лаборатории .

Помимо классических суперкомпьютеров, IBM начала разрабатывать и строить нейронные суперкомпьютеры с чрезвычайно низким энергопотреблением.

веб ссылки

полномочия

  1. ↑ Ф. Аллен, Г. Алмаси, В. Андреони, Д. Бис, Б. Дж. Берн, А. Брайт, Дж. Брунерото, К. Каскаваль, Дж. Кастанос, П. Котеус и др.: Голубой ген: видение наука о белке с использованием суперкомпьютера в петафлопс . В: IBM Systems Journal . лента 40 , нет. 2 , 2001, с. 310-327 , DOI : 10,1147 / sj.402.0310 ( archive.org ).
  2. ↑ CD Wait: FPU IBM PowerPC 440 со сложными арифметическими расширениями . В: Журнал исследований и разработок IBM . лента 49 , нет. 2.3 , 2005, с. 249-254 , DOI : 10,1147 / rd.492.0249 ( archive.org ).
  3. ↑ Со 100 терафлопс до 1 петафлопс: три новых суперкомпьютера в Юлихе , пресс-релиз на сайте heise-online от 26 мая 2009 г.
  4. ↑ Список ТОП500 от ноября 2011 , список ТОП500. Проверено 30 января 2012 г.
  5. ↑ 17-й семинар по оценке машин ( памятная записка от 31 октября 2008 г. в Интернет-архиве )
  6. ↑ Процессор шепот 16 и 17 ядер
  7. ↑ Протокол заседания Консультативного комитета по передовым научным вычислениям, 3-4 ноября 2009 г., Окриджские ассоциированные университеты, Ок-Ридж, Теннесси. ( Памятка от 29 марта 2010 г. в Интернет-архиве )
  8. ↑ The View from Germatown - Семинар ALCF по началу работы 27-29 января 2010 г. ( памятная записка от 27 мая 2010 г. в Интернет-архиве )
  9. ↑ FERMI вновь вошла в десятку Top500
  10. ↑ Свен Оэме: Обновление производительности CORAL. 11 ноября, 2017. Проверено 19 мая, 2018 .
  11. ↑ Суперкомпьютер, вдохновленный мозгом, для LLNL. 29 марта, 2016. Проверено 19 мая, 2018 .
  12. ^ Брайан Ван: Нейронный суперкомпьютер для исследовательской лаборатории ВВС США. 24 июня, 2017. Проверено 19 мая, 2018 .
  13. ^ AFRL ожидает появления нейроморфного суперкомпьютера . В: Журнал СИГНАЛ . 25 января 2018 г. ( afcea.org [доступ 19 мая 2018 г.]).