Журнал Компьютерра - Журнал "Компьютерра" N741-742

Бегущий по дороге

Самое, пожалуй, необычное свойство системы Roadrunner, побившей заветный петафлопсный рекорд скорости, заключается в следующем. Этот сугубо военный американский суперкомпьютер собран из компонентов, первоначально разработанных для японских игровых приставок.

Точнее говоря, конструктивно Roadrunner является гибридной машиной, с единственной в своем роде архитектурой, одновременно использующей существенно разные процессоры — более традиционные чипы AMD Opteron и куда менее распространенные чипы Cell Broadband Engine. Архитектура Cell, как известно, создавалась американо-японским консорциумом STI (Sony, Toshiba, IBM) под современные игровые видеоприставки вроде Sony PlayStation 3.

Разработанная и собранная компанией IBM для Лос-Аламосской национальной лаборатории, новая вычислительная система получила название Roadrunner по имени распространенной в Нью-Мексико кукушки-подорожника, являющейся символом этого штата (где находится ЛосАламос). Кое-кто, правда, усматривает в этом названии — на русский переводящемся в лоб как "бегущий по дороге" — и другой символ, с претензией на глубокомысленность. Символ того, что нынешние тенденции в продвинутых компьютерных технологиях в некотором смысле противоположны тем, что были четверть века назад. Если в ту пору передовые военные разработки время от времени просачивались в бытовую электронику и получали широкое коммерческое распространение, то теперь все с точностью до наоборот: новейшие технологии потребительского рынка с успехом внедряются в военные проекты.

Новый суперкомпьютер IBM — это вторая инкарнация архитектуры Roadrunner.

Первый Roadrunner, кластерная машина производительностью около 70 Тфлопс, уже эксплуатируется в Лос-Аламосской лаборатории. Обе машины построены на основе чипов AMD Opteron и управляются операционной системой Linux. Главная особенность второй версии — это радикальное наращивание вычислительной мощи за счет добавления к Opteron-базе многоядерных процессоров Cell. Официально объявленная стоимость нового суперкомпьютера — 133 млн. долларов. В настоящее время Roadrunner состоит из 6948 двухъядерных "Оптеронов" на базе серверов IBM LS21 Blade и 12960 процессоров Cell на базе IBM QS22 Blade, подкрепленных 80 Тбайт памяти. На межмодульные соединения ушло около 90 км оптоволоконных кабелей. Все это хозяйство, размещенное в 296 стойках IBM BladeCenter H, занимает 600 кв. м и весит 250 т.

Аппетиту "Кукушонка", потребляющего при работе 3,9 МВт, может позавидовать большущий торговый центр вроде тех, что строят в пригородах мегаполисов.

Тем не менее коэффициент экономичности, применяемый для сравнения систем, у Roadrunner один из лучших в мире — 376 млн. операций на 1 Вт потребленной энергии.

Со временем производительность системы Roadrunner планируется довести до 1,7 петафлопса. Эта мощь будет использоваться, главным образом, для моделирования поведения ядерных боеприпасов. Во-первых, дабы иметь гарантию, что накопленные арсеналы ядерных вооружений будут продолжать работать надлежащим образом по мере их неизбежного старения. Во-вторых (об этом, правда, упоминается гораздо реже), для виртуальных испытаний нового оружия, что позволяет сохранять действующий мораторий на реальные ядерные взрывы.

Однако перед тем, как систему поместят в строгие режимные условия секретных работ, Roadrunner планируется также использовать для решения разнообразных научных проблем вроде моделирования изменений климата, решения задач в области астрономии, энергетики и исследований человеческого генома.

Чтобы нагляднее донести масштаб петафлопсной производительности рекордсмена, ее в самом грубом приближении сравнивают, к примеру, с суммарной вычислительной мощью сотни тысяч самых быстрых на сегодня ноутбуков. Так вот если водрузить эти плоские компьютеры друг на друга, то получится башня высотой два с половиной километра. Или такой пример. Все нынешнее население планеты — шесть миллиардов человек, — вооружившись электронными калькуляторами и работая без передыха со скоростью одна операция в секунду, 46 лет решало бы задачу, на которую системе Roadrunner требуется один день.

С точки зрения процессоров, применяющихся для построения суперкомпьютерных систем, безоговорочным лидером остается Intel. На сегодняшний день процессоры этой компании служат основой для 75% всех компьютеров, попавших в Tор500. Полгода назад, в тридцатом релизе того же рейтинга на долю Intel приходилось 70,8%.

За эти же полгода заметно вырос парк систем на основе четырехъядерных процессоров, составив ныне 283 машины. Еще 203 системы используют двухъядерные чипы, и лишь 11 систем построены на одноядерных процессорах. Три оставшиеся используют девятиядерные чипы Cell.

Караван поставщиков суперкомпьютеров по-прежнему возглавляет корпорация IBM, на долю которой приходится 42%, или 210 систем. Все ближе к лидеру подбирается Hewlett-Packard — 36,6% (183 системы). Полгода назад соотношение сил было заметно иным: у IBM 232 системы, у HP 166 (46,4% против 33,2%).

Гораздо отчетливее доминирование IBM проявляется в цифрах компьютерной производительности. Из суммарной вычислительной мощности систем Top500 на долю машин IBM приходится 48% (было 45%), что более чем вдвое превосходит суммарную производительность систем HP — 22,4% (было 23,9%).

Другие поставщики отстали далеко: Dell (5,4%), SGI (4,4%) и Cray (3,2%).

Если рассортировать представителей Top500 по странам и регионам, то мы увидим следующую картину. На долю США приходится абсолютное большинство суперкомпьютерных систем — 257 из полутысячи. Доля Европы достигла 184 систем (полгода назад было 149), а доля Азии несколько снизилась — 48 против 58 прошлой осенью. Ведущими странами Азии являются Япония (22 против 20), Китай (12/10), Индия (6/9) и Тайвань (3/11). В Европе лидируют Великобритания (53/48), Германия (46/31) и Франция.

Еще один примечательный факт: последняя в нынешнем списке система всего шесть месяцев назад занимала бы со своей производительностью вполне достойную 200-ю строчку рейтинга. Столь впечатляющая динамика перемен является самой высокой за всю шестнадцатилетнюю историю суперкомпьютерного хит-парада.

Тенденции открытости

Если говорить об остальных системах, помимо Roadrunner входящих в первую десятку, то там — спору нет — продолжает блистать архитектура IBM BlueGene (2, 3, 6 и 9-е места). Однако она входит в элиту Top500 уже, считай, четыре года, с осени 2004-го, так что написано о ней за это время более чем достаточно.

Гораздо больший интерес представляет новый суперкомпьютер Sun Microsystems под названием Ranger, собранный для чисто научных несекретных исследований в Техасском университете. Хотя Ranger, построенный на основе фирменной системы блейд-серверов Sun Constellation, занял почетное четвертое место, в действительности здесь сокрыта печальная история несостоявшегося триумфа. Эта машина, разработанная одним из сооснователей и ведущим архитектором Sun Андреасом Бехтольсхаймом (Andreas Bechtolsheim), должна была принять участие в хит-параде еще в ноябре прошлого года, аккурат к формированию тридцатого релиза Top500. Тогда у системы были отличные шансы на первенство.

Но увы, из-за задержек с поставками пятнадцати с лишним тысяч четырехъядерных процессоров AMD Opteron время было упущено.

Руководителям Sun чрезвычайно хотелось примерить лавровый венок чемпиона. По их мнению, Ranger — на редкость хорошо сбалансированная высокопроизводительная машина, да еще и построенная на основе идей открытой архитектуры.

Это означает, с одной стороны, что здесь предусмотрены широкие магистрали для передачи данных, объединяющие массивы процессоров и гарантирующие, что чипы не будут попусту простаивать в ожидании своей очереди. А с другой стороны, это прекрасно масштабируемая вычислительная система высшего мирового класса, создание которой доступно, по сути, всем желающим благодаря открытым платформам и открытой архитектуре.

И уж коли речь зашла об открытых платформах, нельзя не отметить и абсолютное доминирование в суперкомпьютерах Top500 операционной системы Linux.

Под этой ОС работают все десять систем из Top10, а в целом на Unix-подобные платформы с открытыми исходными кодами опираются 427 машин списка. Еще 28 систем работают на основе закрытых разновидностей Unix (включая Mac OS) и пять систем — под управлением Windows Cluster Server. Около сорока машин работают под управлением смешанных операционных систем, как правило, сочетающих в себе Linux и Unix. Таким образом, на долю Linux приходится 85,4% в пересчете на количество машин, 76,4% в пересчете на производительность и 58,3% в пересчете на процессорные ядра.

Если взятие петафлопсного рубежа стало первой важной особенностью нынешнего суперкомпьютерного хит-парада, то второй (быть может, даже главной) оказалось включение в перечень указываемых параметров энергетической эффективности вычислений. Она, правда, пока не влияет на место, занятое системой в списке, однако весьма примечательно, что число выполняемых операций на ватт потребленной энергии становится в один ряд с таким определяющим показателем, как производительность машины на тесте Linpack (решение больших систем линейных уравнений).