Тop 500: на пути к петафлопсу

Не так давно была опубликована 29-я редакция списка наиболее производительных компьютеров мира. В нынешнем Тop 500 лидерство, как абсолютное, так и по количеству самых быстрых систем, сохранила за собой компания IBM, тем не менее некоторые изменения в первой десятке все-таки произошли.

Сравнительно недавно суперкомпьютеры преодолели планку производительности в один терафлопс, а уже близится эра петафлопс-систем. И хотя в списке Тop 500 таких систем еще нет, IBM буквально накануне его публикации представила второе поколение своего суперкомпьютера – Blue Gene/P, который почти втрое превосходит по скорости вычислений предыдущую модель, Blue Gene/L – на сегодня самую производительную в мире. Быстродействие IBM Blue Gene/P в базовой конфигурации составляет 1 PFLOPS (один квадриллион операций с плавающей запятой в секунду). Как и предшественник, новый суперкомпьютер использует модульную архитектуру, расширяемую по мере роста потребностей в мощности вычислений. Каждый чип Blue Gene/P содержит по четыре процессорных ядра IBM PowerPC 450 c тактовой частотой 850 MHz и выполняет до 13,6 млрд операций в секунду. На плате размером 60×60 см насчитывается 32 чипа, общая производительность которых выше, чем у типичного кластера из 40 узлов, построенного на основе двухъядерных CPU. 32 платы составляют модуль высотой около 180 см. Конфигурация Blue Gene/P с быстродействием 1 PFLOPS имеет 72 таких модуля.

Ключевые отличия Blue Gene/P от Blue Gene/L заключаются в увеличении числа ядер (c 2 до 4) в одном процессоре, росте тактовой частоты (у Blue Gene/L – 700 MHz), использовании нового SMP-режима, существенно повышающего скорость параллельных вычислений, а также усовершенствовании систем управления, среды программирования и поддержки приложений.

Но пока поставки Blue Gene/P еще не начались, вернемся к Тop 500, который дает представление о текущей ситуации в мире самых производительных вычислительных систем. Напомним, что этот список составляют и публикуют раз в полгода эксперты по суперкомпьютерам Ганс Мойер (Hans Meuer) из университета Мангейма, Эрик Стромайер (Erich Strohmaier) и Хорст Саймон (Horst Simon) из Государственного научно-исследовательского вычислительного центра Министерства энергетики США, а также Джек Донгарра (Jack Dongarra) из университета Теннеси.

Итак, какова же расстановка сил на данный момент? Прежде всего необходимо отметить, что вот уже на протяжении четырех редакций лидер остается прежним – IBM Blue Gene/L System, установленный в Ливерморской лаборатории Департамента энергетики США. Показатели этой системы с ноября 2006 г. не изменились – 280,6 TFLOPS, что все равно позволило ей сохранить большой отрыв от ближайших конкурентов.

Двум другим системам удалось преодолеть рубеж в 100 TFLOPS (примечательно, что обе они – от компании Cray). За шесть месяцев суперкомпьютер Cray XT4 (Jaguar) из Национальной лаборатории Ок-Ридж (Oak Ridge National Laboratory) все того же Департамента энергетики США с увеличенной мощностью до 101,7 TFLOPS смог «перепрыгнуть» с десятой позиции на вторую, потеснив своего собрата Cray Red Storm. Последний, кстати, установлен в Национальной лаборатории Сандия (Sandia National Laboratories), и его производительность после модернизации была удвоена, достигнув отметки в 101,4 TFLOPS.

При этом представители Cray заявили, что архитектура Cray XT, которая лежит в основе обоих аппаратов, позволяет проводить модернизацию систем несколько раз. Платформа может использовать до 30 тыс. процессоров AMD Opteron, при этом пока задействовано лишь несколько тысяч чипов. Так что и у этого суперкомпьютера есть все шансы спустя год или два достичь столь желанного петафлопса.

Интересно отметить также, что Jaguar на сегодняшний день является самым мощным из суперкомпьютеров, доступных для открытых научных исследований.

С первой тройкой мы разобрались, идем по списку далее. На четвертом месте вновь IBM со своей системой Blue Gene Watson (BGW), которая установлена в ее исследовательском центре имени Томаса Дж. Уотсона. Стоит отметить, что за последние полгода в Top 10 ворвались еще два аппарата IBM Blue Gene/L. Это суперкомпьютер Центра компьютерных наук в Нью-Йорке, находящийся сейчас на пятой позиции, и система Центра нанотехнологий в Rensselaer Polytechnic Institute – она седьмая. Обе эти системы – одни из последних крупнейших инсталляций в академической среде. На восьмом месте научный суперкомпьютер из Национального центра суперкомпьютерных вычислений, выпущенный Dell.

А вот самый быстрый в Европе вычислительный кластер IBM JS21 оказался в мировой табели о рангах лишь девятым. Он расположен в Барселонском суперкомпьютерном центре и имеет производительность 62,63 TFLOPS.

Ну а завершает первую десятку новая система SGI мощностью 56,52 TFLOPS, которая была установлена в Компьютерном центре им. Лейбница в Мюнхене.

Еще год назад в Top 10 входило как минимум две системы из Японии – эта страна всегда была в числе лидеров в области высокопроизводительных вычислений. На этот раз самый мощный японский суперкомпьютер из Токийского технологического института занимает лишь 14-ю строку. Это кластер, собранный компанией NEC на основе серверов Sun Fire x4600 (с чипами Opteron) с использованием ускорителей ClearSpeed. Вообще количество представителей Страны восходящего солнца в списке сократилось с 30 (в ноябре) до 23 (суммарная мощность систем осталась неизменной – 286 TFLOPS). Так что теперь Япония – третья по этому показателю.

Если продолжать географические изыскания, то можно отметить, что количество систем из США в нынешней редакции Тop 500 уменьшилось с 309 до 289 (однако суммарная мощность возросла с 2270 до 3079 TFLOPS). Тем не менее Соединенные Штаты продолжают лидировать в общем зачете, а вот на втором месте идет Великобритания – ранее здесь было 30 самых мощных суперкомпьютеров, а сейчас – 43 (их объединенная мощность составляет 326 TFLOPS против 186 TFLOPS прошлой осенью).

Стоит отметить также, что в 29-ю редакцию Тop 500 попали сразу четыре российских суперкомпьютера (в ноябре 2006 г. присутствовал только один). Самый мощный из них – «СКИФ Cyberia» с пиковой производительностью 12 TFLOPS, установленный в Томском государственном университете, занимает 105-е место.

В общей сложности около 600 двухъядерных процессоров Intel Xeon составляют основу двух других ведущих российских суперкомпьютеров, из Межведомственного суперкомпьютерного центра РАН (265-е место в списке, 7,6 TFLOPS) и МФТИ (415-е место, 4,5 TFLOPS).

По информации компании Intel, уже в ноябрьском списке Тop 500 можно ожидать прибавления количества российских суперкомпьютеров. Ведут разработки и планируют внедрение собственных кластеров и SMP-систем государственные университеты из Нижнего Новгорода, Санкт-Петербурга и других вузовских центров России, МСЦ собирается расширить свой кластер, Росгидромет планирует внедрить у себя несколько суперкомпьютеров, эффект от применения которых составит до 1 млрд долл., а самый мощный из них займет достойное место среди лидеров мировых вычислительных систем.

На сегодняшний день 289 из 500 самых мощных суперкомпьютеров мира построены на базе процессоров Intel, в предыдущем списке, опубликованном в ноябре 2006 г., таковых было только 263 позиции. Количество систем, основанных на двухъядерном CPU Intel Xeon, выросло за полгода с 31 до 205. Интересно и то, что 192 системы на базе процессоров Intel выпали из списка, зато 218 новых его пополнили. На втором месте по использованию CPU стоят AMD Opteron – полгода назад они применялись в 113 системах, а теперь лишь в 105.

Отмечается также, что за всю 15-летнюю историю проекта Top 500 недавняя 29-я редакция принесла самые радикальные изменения по отношению к предыдущему – система под № 500 еще полгода назад занимала 216-ю строку.