Курсовая работа (т): Характеристика супер-электронной вычислительной машины

Энергопотребление суперкомпьютера гораздо ниже в сравнении с системами, обладающими аналогичным уровнем производительности. Как сообщил проф. Боде, "Уникальная схема прямого водяного охлаждения делает SuperMUC крайне энергоэффективным. Процессоры и оперативная память напрямую охлаждаются теплой водой, и отсутствует необходимость в создании дополнительной охлаждающей инфраструктуры. Данная схема была разработана IBM специально для SuperMUC. Использование процессоров Intel и новейшего программного обеспечения позволяет еще больше сократить энергопотребление".

Для питания суперкомпьютера требуется всего лишь 3,52 МВт электроэнергии, что значительно снижает затраты на содержание системы. Среднее энергопотребление SuperMUC составляет 217,2 кВт в день и 155,7кВт в месяц.

Руководитель Суперкомпьютерного Центра им. Лейбница, Профессор Арндт Боде, особо отметил удобство работы с системой: "Процессоры SuperMUC оснащены стандартным набором инструкций, таким же, как на ноутбуках, персональных компьютерах и серверах. Это значительно упрощает программирование SuperMUC в сравнении со многими другими суперкомпьютерами, требующими более сложной процедуры адаптации программного кода".

Суперкомпьютер будет использоваться для широкого спектра исследовательских работ, в том числе для моделирования кровотока в области искусственного сердечного клапана, разработки малошумных самолетов и проведения исследований в области геофизики, в том числе, изучения землетрясений. SuperMUC, помимо всего прочего, оснащен мощными системами визуализации: огромным стереоскопическим экраном с разрешением QuadHD и пятисторонней системой погружения в виртуальную реальность под названием CAVE (пещера), которые предназначены для визуализации трехмерных наборов данных в таких областях, как наука о Земле, астрономия и медицина.

Во время празднования 50-летней годовщины Компьютерного центра имени Лейбница - Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) Академии Наук Баварии в Гархинге, Германия летом 2012 года - компания IBM официально представила самый мощный и скоростной суперкомпьютер в Европе, решающий сложные научные задачи в области физики и динамике жидкостей и работающий на платформе SUSE Linux Enterprise Server. SuperMUC в июне 2012 г. занял 4 место в списке 500 самых скоростных в мире суперкомпьютеров. SuperMUC на платформе System X iDataPlex компании IBM оснащен более чем 155000 ядрами процессоров, которые обеспечивают совокупно максимальную производительность более 3 петафлопов (единиц компьютерной производительности).

Особенностью SuperMUC является инновационная технология охлаждения системы теплой водой, разработанная компанией IBM, в основу которой положена система циркуляции крови в организме человека. В результате SuperMUC затрачивает на 40% меньше энергии на охлаждение систем, чем "классические" вычислительные центры, а так же позволяет аккумулировать и использовать сэкономленную энергию для отопления зданий Компьютерного Центра Лейбница.

"SuperMUC в несколько раз эффективнее своего предшественника. По необходимости мы пользуемся частотным масштабированием, - функцией платформы Linux на базе SUSE Linux Enterprise Server. Это позволяет максимально эффективно и оптимально работать с приложениями и означает, что мы везде, где возможно, используем недавно разработанные механизмы энегосбережения на платформах Linux", - говорит Др. Герберт Губер (Dr. Herbert Huber) Глава отдела Высокопроизводительных систем в Компьютерном Центре Лейбница.

Компьютер SuperMUC весом 100 тонн занимает 500 квадратных метров в Расчётном центре имени Лейбница (LRZ) в Гархинге. Учёные из 24 европейских стран, а также из Израиля и Турции смогут использовать его для своих расчётов в самых разных областях - от геофизики и астрономии до биологии и генной инженерии. Уже в ближайшее время на SuperMUC специалисты смоделируют Большой взрыв, давший начало Вселенной, исследуют движения земной коры, что позволит с большей вероятностью предсказывать землетрясения, и создадут объёмную модель человеческого мозга, гигантскую проекцию которой в формате 3D потом покажут в отдельной лаборатории.

Главной гордостью создателей компьютера является система охлаждения. Для поддержания оптимальной температуры процессоров впервые в таком масштабе применяются не вентиляторы (кулеры), а вода. Обычно в помещение, где стоят компьютеры, близкие по размеру к SuperMUC, невозможно войти без затычек для ушей, поскольку из-за многочисленных кулеров, работающих на полную мощность, шум стоит, как на аэродроме. Но новый SuperMUC практически бесшумен. Всё лишнее тепло от разогретых процессоров забирает вода, которую в зимнее время будут подавать в радиаторы и отапливать все остальные помещения вычислительного центра. Предполагается, что такая система охлаждения позволит сэкономить в год один миллион евро на электричестве и отоплении.

Но даже несмотря на такую экономию, SuperMUC будет потреблять примерно столько же электроэнергии, сколько весь город Гархинг, в котором и находится вычислительный центр. Сообщается, что чувствительные счета за электричество будут оплачиваться совместно из федерального бюджета и из земельного бюджета Баварии.

По мощности SuperMUC оказался четвёртым компьютером в мире, обойдя китайский Tianhe-1A. Два других самых мощных компьютера находятся в США и один в Японии. Американский суперкомпьютер Sequoia специализируется на симуляции испытаний ядерного оружия, Mira - на расчётах из области биоинформатики (математическое моделирование биологических процессов). Японский суперкомпьютер "K computer" лишён специализации, учёные используют его для самых разных химических и физических расчётов.

На торжественной церемонии открытия немецкого SuperMUC министр образования и научных исследований Аннетте Шаван (Annette Schavan) высказала надежду, что новый компьютер позволит Германии играть ведущую роль в решении глобальных проблем, связанных с климатом, источниками энергии, мобильностью, коммуникацией и безопасностью, поскольку, по словам Шван, "суперкомпьютеры - это ключ к ответам на самые насущные вопросы XXI века".

Немецкий суперкомпьютерный центр им Лейбница при Академии наук Баварии отметил свое 50-летие и презентовал новый суперкомпьютер SuperMUC, являющийся четвертым самым мощным компьютером в мире и самым мощным компьютером на базе процессоров x86.Создан суперкомпьютер был компанией IBM, а работает он под управлением операционной системы SUSE Linux Enterprise Server. Также SuperMUC стал самым быстрым суперкомпьютером в Европе, где очень популярны натяжные потолки. В заявлении разработчиков SUSE говорится, что машина имеет уникальную систему охлаждения, похожую на кровеносную систему в организме человека. Благодаря этой системе компьютер имеет пониженное энергопотребление. Второй изюминкой машины является система сбора тепла, которое потом используется для подогрева воды в университетском кампусе.Также в заявлении говорится, что машина имеет 155000 процессорных ядер, способных доставить производительность в 3 петафлоп/сек.

Объем оперативной памяти компьютера составляет 324 терабайта.Напомним, что сейчас SUSE принадлежит инвестиционному фонду Attachmate, но раньше он входил в компанию Novell, а до этого он был создан группой немецких программистов, сохранивших свою связь с данной ОС.

Именно поэтому в Германии к SUSE Linux особенное отношение и здесь позиции этой системы довольно сильны.

По статистике, SUSE работает примерно на трети из 25 мощнейших суперкомпьютеров.

.2 Основные характеристики суперкомпьютера SuperMUC

Суперкомпьютерный центр в Европе в сотрудничестве с IBM собрал первый в мире суперкомпьютер, охлаждаемый горячей водой.

Машина, получившая название SuperMUC, была создана с системой охлаждения сервера IBM x iDataPlex dx360 M4. Свыше 150 тысяч ядер производят до 3х петафлопс вычислительной мощности в датацентре Лейбниц в г.Гархинг, Германия, обслуживающем университеты Мюнхена и Баварскую академию наук.

Профессор Арндт Боден, председатель комитета в датацентре Лейбниц, заявил, что финансируемые государством учреждения в Германии были вынуждены платить за 100% электричества, которое они потребляют в 2012 году из возобновляемых источников.

"SuperMUC поможет нам следовать нашему обязательству, давая научному сообществу лучшую в своем роде систему проверки теорий, проведения экспериментов и прогноза результатов", - добавил г-н Боде.

Система охлаждения работает на горячей воде - с температурой до 40°C, так что активные компоненты охлаждаются прямо в системе. SuperMUC более компактен и гораздо производительнее, поскольку вода в 4 тысячи раз более эффективно охлаждает чем воздух, по словам IBM., в конфигурацию которого входит более 18000 процессоров Intel Xeon, является самым производительным компьютером в Европе согласно списку 500 самых высокоскоростных суперкомпьютеров, опубликованному в июне на Международной Суперкомпьютерной Конференции в Гамбурге.

Горячая вода редко используется для охлаждения, поскольку хоть и считается энергосберегающей, но довольно сложна в применении. Пример другого широко известного использования данной технологии - датацентр в Фениксе, штат Аризона, под кодовым названием "Проект Меркурий".

.3 Фотоэкскурсия по самому быстрому суперкомпьютеру SuperMUC

SuperMUC - самый быстрый суперкомпьютер в Европе, работа над которым стартовала в 2010 году, в конце июня 2012 года был запущен. В этой фотоэкскурсии мы расскажем о этом суперкомпьютере, который был создан специалистами IBM, использовавшими процессоры Xeon. Одной из главных особенностей суперкомпьютера SuperMUC является уникальная энергоэффективная системы охлаждения на базе горячей воды.

Суперкомпьютер установлен в вычислительном центре имени Лейбница (Leibniz-Rechenzentrum; LRZ) при Академии наук Баварии. Его производительность превышает 3 петафлопс. SuperMUC - это самый быстрый суперкомпьютер в Европе. Кроме того, он занимает четвертую позицию в списке 500 самых мощных суперкомпьютеров в мире.создан на базе серверов с архитектурой System X iDataPlex от IBM. В общей сложности машина имеет 155000 процессорных ядер, а также более 330 терабайт оперативной памяти. Для организации межпроцессорного обмена данными задействована неблокирующая системная сеть (позволяет выполнять последующие операции, даже если выполнение предшествующей операции не может быть полностью завершено) с высокоскоростной коммутируемой последовательной шиной InfiniBand и топологией типа "fat tree" (утолщенное дерево).

Суперкомпьютер может буферизировать до 10 петабайт информации в рамках системы хранения данных на базе высокопроизводительной параллельной кластерной файловой системы GPFS от IBM. В качестве операционной системы используется Suse Linux Enterprise Server.

Для постоянного хранения пользовательских данных, таких как исходные программы (программы ЭВМ на языке программирования, которые еще не переведены в машинный код) или наборы входных данных в SuperMUC используется сетевая система хранения данных от NetApp с общей емкостью в 4 петабайт. Тут также присутствует ленточная библиотека с емкостью в 16,5 петабайт для долгосрочного архивирования данных.

Суперкомпьютер охлаждается горячей водой

Если учесть стремительное развитие суперкомпьютеров, немецкая машина, вероятно, лишиться своего место в числе лидеров Топ 500 совсем скоро, но технические характеристики являются лишь одним из аспектов, которые заставили нас заинтересоваться SuperMUC.

"SuperMUC состоит из процессоров со стандартным набором инструкций, которые среди прочего используются в ноутбуках, настольных ПК и серверах", сказал Арндт Боде, руководитель LRZ. "Этот факт существенно упрощает создание программ для данной машины, если сравнивать с большинством других суперкомпьютеров, чьи специализированные ускорители (устройство, ускоряющее выполнение операционной части машинных команд центральным процессором) требуют огромных усилий по адаптации программ".

Система охлаждения работает не только на уровне стойки: она непосредственно охлаждает отдельные процессоры и модули оперативной памяти при помощи теплой воды при температуре до 55 ⁰C. Эта "система охлаждения при помощи горячей воды" была разработана IBM. SuperMUC является первым суперкомпьютером, где разработка "голубого гиганта" используется в промышленных масштабах.

"SuperMUC является важной вехой в области развития экологически чистых суперкомпьютеров с малым энергопотреблением. Он появился в результате нескольких лет исследований и опытно-конструкторских работ в IBM", отметила Мартина Кодериц, председатель и главный исполнительный директор филиала IBM в Германии.

Корпорация IBM уже давно является сторонником систем водяного охлаждения, которые отводят тепло более эффективно, а также проектируются с учетом возможности применения отводимого тепла на других объектах. Например, созданный IBM суперкомпьютер Aquasar, который пользуются исследователями из Федерального технологического института Швейцарии в Цюрихе, служит источником тепла для окружающих строений - все благодаря уникальной системе охлаждения.

После передачи машины под контроль немецких ученых IBM продолжит развивать технологию охлаждения при помощи горячей воды: "Наш план заключается в установке охлаждающих агентов непосредственно на процессоре для охлаждения 3D-чипов (трехмерные чипы, в которых процессоры сгруппированы в вертикальную стопку)", сказал Бруно Мишель, руководитель программы исследований Advanced Thermal Packaging, проводимой в рамках филиала IBM Research в Цюрихе. Мишель является одним из авторов концепции системы охлаждения SuperMUC. "Наша работа может подготовить почву для существенного снижения габаритов систем и улучшения производительности: в конечном счете, SuperMUC может уменьшиться до размеров ПК".

Сумма инвестиций в развитие SuperMUC, а также затраты на эксплуатацию машины на следующие пяти-шести лет оцениваются примерно в € 83 млн. Создатели суперкомпьютера среди прочего получили субсидии от местного правительства за развитие инновационных технологий. Суперкомпьютер SuperMUC будет использоваться для моделирования исследовательских проектов ученых из разных стран Европы. Речь, в том числе, идет и об изысканиях в сфере биологии: моделирование потока крови в теле или движения воздуха в легких. SuperMUC также будет применяться и физиками для изучения роли темной материи во Вселенной., который установлен в Гархинге под Мюнхеном, является самым быстрым суперкомпьютером в Европе, а также занимает четвертое место в списке 500 мощнейших суперкомпьютеров в мире. На днях машина была официально передана главой немецкого филиала IBM в лице Мартины Кодериц профессору Арндту Боде, который возглавляет вычислительный центр имени Лейбница.

Лотки вид сверху

Данное решение позволяет упорядочить практически все кабели

Один из блейд-серверов SuperMUC с установленной на нем медной циркуляционной трубой, по которой движется вода. В системе охлаждения используется в общей сложности 8000 литров воды.

суперкомпьютер программный информационный машина

Специальным образом обработанная вода в нормальном режиме нагревается до температуры в 55°С, но обычно температуры составляет около 40 градусов по Цельсию. Удерживать жидкость в подобных температурных границах проще, чем работа в рамках прежних норм (18°С до 21°С). Кроме того, это позволяет применять "естественное охлаждение" с помощью наружного воздуха

В техническом крыле LRZ спокойно сосуществуют каналы подачи воды и элементы воздушного охлаждения..ru - Немецкий суперкомпьютерный центр им Лейбница при Академии наук Баварии сегодня отметил свое 50-летие и презентовал новый суперкомпьютер SuperMUC, являющийся четвертым самым мощным компьютером в мире и самым мощным компьютером на базе процессоров x86. Создан суперкомпьютер был компанией IBM, а работает он под управлением операционной системы SUSE Linux Enterprise Server. Также SuperMUC стал самым быстрым суперкомпьютером в Европе.

В заявлении разработчиков SUSE говорится, что машина имеет уникальную систему охлаждения, похожую на кровеносную систему в организме человека. Благодаря этой системе компьютер имеет пониженное энергопотребление. Второй изюминкой машины является система сбора тепла, которое потом используется для подогрева воды в университетском кампусе.

Также в заявлении говорится, что машина имеет 155000 процессорных ядер, способных доставить производительность в 3 петафлоп/сек. Объем оперативной памяти компьютера составляет 324 терабайта.