CDC 1976
В СССР – БЭСМ 6 1967 г
Сейчас – SGI,
HP, NECМассовое распространение - кластеры на базе широкодоступных компонентов
Разделы презентаций
- Разное
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Геометрия
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Суперкомпьютерные системы
Содержание
- 1. Суперкомпьютерные системы
- 2. ПланИсторияТипы суперкомпьютерных системВекторно-конвейерныеМассивно-параллельныеNUMA – с неоднородным доступом к памятиВысокопроизводительные кластерыМетакомпьютеры
- 3. ЛитератураСуперкомпьютерные системы http://www.top500.org/ORSC/2004/Транспьютеры http://maven.smith.edu/~thiebaut/transputer/descript.htmlМетакомпьютеры http://setiathome.ssl.berkeley.edu/GRID системыhttp://www.grid.org
- 4. Исторические сведенияПервые векторные, конвейерные и суперскалярные процессоры
- 5. Типы суперкомпьютерных системВекторные (PVP, array, matrix, векторно-конвейерные vector-pipeline) компьютерыМассивно-параллельные суперкомпьютерыNUMA системы
- 6. Векторно-конвейерные суперкомпьютеры Сray Y-MP C90Конец 1980-хДо 16
- 7. СтруктураВекторно-конвейерные процессоры подключены к общей памяти как
- 8. ПамятьДо 1024 банковК разным банкам можно обращаться
- 9. Секция ввода-выводаДля связи с внешними устройствами и
- 10. Блок взаимодействия между процессорамиДля быстрой передачи данных
- 11. Векторно-конвейерный процессорКоманды считываются блокамиВсе операции являются конвейернымиВсе
- 12. Особенности использования PVPЭффективны для выполнения большого количества
- 13. ТранспьютерыМикропроцессоры, специально разработанные для параллельных вычислений1980-е года компания INMOS Основная идея - возможность непосредственного соединения процессоров
- 14. ОсобенностиТранспьютер: ПроцессорПамятьСоединенияДо 4-х соединений с соседними процессорами
- 15. Массивно-параллельные компьютерыНабор блоков с общей памятью (UP,
- 16. Особенности системМасштабируемость Легко расширяются установкой новых блоковМожет
- 17. Особенности использованияПередача данных между блоками требует значительно
- 18. РеализацииCRAY T3EIBM SP2Классические большие суперкомпьютеры
- 19. IBM SP2Процессоры Power 2Узел Узлы IBM RS/6000До
- 20. CRAY T3Dтопология 3D торДо 512 векторно-конвейерных процессорных блоков
- 21. NUMA системыNUMA – неоднородный доступ к памятиНабор
- 22. ОсобенностиТе же, что у SMPКогерентность кэшей ccNUMA
- 23. SGI Altix 3000Несколько блоковСвязь NUMALink 3 –
- 24. КластерыКластер – набор вычислительных систем, которые могут
- 25. Особенности кластеровВсе узлы кластера являются вычислительными системами,
- 26. Использование кластеровHigh Performance Clusters, HPC high availability cluster, HAC load balancing cluster,
- 27. Вопросы стоимостиЗакон Гроша (Grosch)стоимость суперкомпьютера пропорциональна квадрату
- 28. Другие классификации кластеровГомогенный Все машины кластера одинаковы
- 29. Исторические сведенияМультикомпьютерные системы Конец 1970-х годовПервый промышленный
- 30. МетакомпьютерыМетакомпьютеры – использование существующих (простаивающих) компьютерных ресурсов для решения задачКомпьютерный классКомпьютеры в пределах Интернет
- 31. Использование мощности существующих компьютеровВ ночное время компьютеры
- 32. Существующие проектыОбработка данных с радиотелескопов по поиску внеземных цивилизацийhttp://setiathome.ssl.berkeley.edu/Взломы алгоритмов шифрованияhttp://www.distributed.net/
- 33. GRID системыGRID – сетьМетакомпьютеры промышленного уровняОбъединение компьютерных
- 34. Lagre Hadron Colider - ускорительФранцияШвейцария4.5 кмLHC
- 35. Объемы вычисленийОбъём LHC данных соответствуетпримерно 20 миллионам
- 36. Структурная схемаИнформационная система (LDAP)Брокер ресурсовВычислительный элементВычислительный элементЭлемент храненияВычислительный элементЭлемент храненияВычислительный элементЭлемент хранения
- 37. РеализацииИнструментарийGlobusCondorГрид системыEDGALIENLCG
- 38. Средства коммуникации для кластерных системКластер в основном
- 39. Технологии коммуникацииEthernetFast EthernetGigabit Ethernet10Gigabit EthernetMyrinetSCIInfinibandQSNetcLanGigaNet
- 40. Характеристики средств коммуникацииСкорость передачи данныхСколько времени занимает
- 41. EthernetСредаМедьоптикаСкорость передачиFast 100 Mbit/c (125 Mбайт/с)Gigabit 1000
- 42. Myrinet (www.myri.com)СредаМедьОптикаСкорость передачидо 10 Gbit/c ЛатентностьОт 5 мксТопологияЗвездаГипердеревоТип коммутацииПередача пакетов
- 43. SCI (dolphinics.com)СредаМедь (шлейф)Скорость передачиДо 8008 Мбайт/сЗадержка 1.2 мкс !ТопологияЛинейкаТорЗвездаТип коммутацииПередача пакетовОбщая память, перехват шины
- 44. QSNet (quadrix.com)СредаМедь (параллельная шина)СкоростьДо 1064 MBytes/sec в одном направленииЛатентностьоколо 3 мксТопологияГипердеревоТип коммутациииКоммутация пакетовОбщая память
- 45. Другие технологииInfiniband1 GB/sec (7 мкс)Memory channel100 MB/sec, латентность - 3 мкс.
- 46. Скачать презентанцию
ПланИсторияТипы суперкомпьютерных системВекторно-конвейерныеМассивно-параллельныеNUMA – с неоднородным доступом к памятиВысокопроизводительные кластерыМетакомпьютеры
Слайды и текст этой презентации
Слайд 2План
История
Типы суперкомпьютерных систем
Векторно-конвейерные
Массивно-параллельные
NUMA – с неоднородным доступом к памяти
Высокопроизводительные кластеры
Метакомпьютеры
Слайд 3Литература
Суперкомпьютерные системы http://www.top500.org/ORSC/2004/
Транспьютеры http://maven.smith.edu/~thiebaut/transputer/descript.html
Метакомпьютеры http://setiathome.ssl.berkeley.edu/
GRID системы
http://www.grid.org
Слайд 4Исторические сведения
Первые векторные, конвейерные и суперскалярные процессоры CDC 1960-года
CRAY -
CDC 1976
HP, NECМассовое распространение - кластеры на базе широкодоступных компонентов
Слайд 5Типы суперкомпьютерных систем
Векторные (PVP, array, matrix, векторно-конвейерные vector-pipeline) компьютеры
Массивно-параллельные суперкомпьютеры
NUMA
системы
Слайд 6Векторно-конвейерные суперкомпьютеры Сray Y-MP C90
Конец 1980-х
До 16 процессоров с тактовой
частотой до 250 МГц
Памяти до 1 TB
ОС UNICOS
Производительность 1 процессора
1 GFlops
Слайд 7Структура
Векторно-конвейерные процессоры подключены к общей памяти как SMP
Отсутствует кэш
Каждый процессор
может взаимодействовать с
памятью
устройствами ввода-вывода
С другими процессорами
Процессор 1
Процессор
2 Процессор N
память
Блок ввода-вывода
Блок взаимодействия между процессорами
Слайд 8Память
До 1024 банков
К разным банкам можно обращаться одновременно
При обращении к
одном банку задержка до 6 тактов
16 банков – одна подсекция
8
подсекций – 1 секцияПроцессоры обращаются к памяти через 4 порта ввода-вывода
1 порт всегда на запись
1 порт всегда секция ввода-вывода
Остальные по ситуации
Слайд 9Секция ввода-вывода
Для связи с внешними устройствами и обмена информацией
Low-speed (LOSP)
channels - 6 Mbytes/s
High-speed (HISP) channels - 200 Mbytes/s
Very high-speed (VHISP) channels - 1800 Mbytes/s
Слайд 10Блок взаимодействия между процессорами
Для быстрой передачи данных между процессорами (задержка
1 такт)
Несколько коммуникационных кластеров
Каждый кластер содержит
Информационые регистры
Битовые семафоры
Каждый процессор может
обращаться в каждый момент времени только к одному кластеруК одному кластеру могут обращаться несколько процессоров
Используются для «зацепления» процессоров
Данные с одного процессора конвейером могут передаваться на другой
Процессор 1
Процессор 2
Процессор 3
Кластер 1
Регистры
семафоры
Кластер 2
Регистры
семафоры
Слайд 11Векторно-конвейерный процессор
Команды считываются блоками
Все операции являются конвейерными
Все функциональные устройства могут
работать параллельно
Векторные операции могут выполняться двумя параллельными конвейерами
Максимум – 4
операции за тактБуфер команд
Память
Регистры:
Адресные 8 шт (32 разряда)
Скалярные 8 шт (64 разряда)
Векторные 8 шт по 128 64-х разрядных слов
Адрес. ФУ
2 шт
Скаляр.
целочисл. ФУ
5-7 шт 2
Вектор.
целочисл. ФУ
2 шт 2 конвейера
Вектор. скаляр. ФУ
С плаающей точкой
3 шт 2 конвейера
Слайд 12Особенности использования PVP
Эффективны для выполнения большого количества однотипных (векторных, матричных)
вычислений
Не эффективны, если операции не векторизуются
При большом количестве процессоров становятся
очень дорогими и эффективность снижается по причине обращений к общей памятиСуществуют специальные распараллеливающие/векторизующие компиляторы и распараллеленные библиотеки
MPI
SHM
Слайд 13Транспьютеры
Микропроцессоры, специально разработанные для параллельных вычислений
1980-е года компания INMOS
Основная
идея - возможность непосредственного соединения процессоров
Слайд 15Массивно-параллельные компьютеры
Набор блоков с общей памятью (UP, SMP, PVP) соединенных
с помощью коммуникационной подсистемы
Массивно-параллельные компьютеры – системы с распределенной памятью
Каждый
блок (узел) может обращаться только к своей локальной памятиДанные из памяти других блоков могут передаваться только по сети
Обычно существует один или несколько центральных блоков и большое количество рабочих узлов
Важный элемент - коммутатор
Слайд 16Особенности систем
Масштабируемость
Легко расширяются установкой новых блоков
Может быть большое количество
процессоров (несколько тысяч в отличие от ранее рассмотренных систем)
Операционная система
С
одной копией ОС – устанавливается только на центральный узелС распределенными копиями ОС – устанавливаются отдельно на каждую машину
Библиотеки
MPI
PVM
Слайд 17Особенности использования
Передача данных между блоками требует значительно большего времени, чем
внутри блока
Передача данных между блоками может выполняться параллельно с обработкой
данныхВ общей памяти – только конвейерно
Увеличение количества процессоров не приводит к уменьшению эффективности за счет обращения к общим ресурсам
Эффективность уменьшается за счет возрастания времени передачи данных
Слайд 19IBM SP2
Процессоры Power 2
Узел Узлы IBM RS/6000
До 16 CPU
До 16
узлов + коммутатор
Коммутатор
Набор плат
Каждая плата 4 внешних выхода + 4
внутренних для связи с 4 другими платамидля сложных систем – промежуточные коммутаторы
Скорость обмена 300 МБайт/c
Слайд 21NUMA системы
NUMA – неоднородный доступ к памяти
Набор SMP плат, связанных
коммутатором
Доступ процессоров к «своей» памяти выполняется быстро
Доступ процессоров к «чужой»
памяти выполняется в несколько раз медленнее (NUMA factor)Вся память составляет одно общее адресное пространство
Слайд 22Особенности
Те же, что у SMP
Когерентность кэшей
ccNUMA –аппаратное обеспечение когерентности
Программное
обеспечение когерентности
Обеспечение эффективного использования памяти
Алгоритмы консистентности памяти
Операционная система
Одна копия ОС
для всей системы (как SMP)Модель программирования – общая память
Размеры системы ограничены размером адресного пространства
Все современные суперкомпьютеры с общей памятью строятся по такой схеме
Слайд 23SGI Altix 3000
Несколько блоков
Связь NUMALink 3 – 3.2 Гбайт/с
В сумме
до 512 процессоров
1 Блок
2 узла
Связь NUMALink 4 – 6.4
Гбайт/с1 узел 2 процессора Itanium2
OC Linux
Слайд 24Кластеры
Кластер – набор вычислительных систем, которые могут работать независимо, связаны
между собой и используются как одна логическая система
Все машины кластера
работают как один большой компьютер для решения некоторых задач
Слайд 25Особенности кластеров
Все узлы кластера являются вычислительными системами, которые выполняют свою
копию ядра операционной системы
Кластер SMP систем
Кластер NUMA систем
Кластер является одной
системой лишь в контексте тех задач, для которых он предназначен, при рассмотрении с других точек зрения машины кластера могут оказаться несвязанными Все современные суперкомпьютеры являются кластерами
Кластеры легко строить на базе широкодоступных компонент
Компьютеры общего назначения
Средства коммуникации общего назначения
Основные функции в кластерных системах выполняет программное обеспечение
Слайд 26Использование кластеров
High Performance Clusters, HPC
high availability cluster, HAC
load balancing cluster, virtual server
Storage cluster,
storage area network
database cluster
management clusters
Слайд 27Вопросы стоимости
Закон Гроша (Grosch)
стоимость суперкомпьютера пропорциональна квадрату его производительности
Для
микропроцессорных систем перестал действовать, но стоимость суперкомпьютеров очень высока (больше
сотен тысяч долларов)Стоимость кластера = сумме стоимостей компонент и достаточно низка
Кластер – дешевый вариант MPP компьютера
Кластер хорошо использовать для обеспечения надежности за счет избыточности
Слайд 28Другие классификации кластеров
Гомогенный
Все машины кластера одинаковы (в определенном контексте)
Гетерогенный
Машины
кластера – различны
С одной копией операционной системы
Все ресурсы всех машин
кластера видятся как ресурсы общей операционной системыДля программ пользователя создается полная иллюзия того, что они работают на одно большой системе
С распределенными копиями операционной системы
Каждый узел выполняет свою копию операционной системы, которая обслуживает ресурсы только своего узла
Слайд 29Исторические сведения
Мультикомпьютерные системы
Конец 1970-х годов
Первый промышленный кластер
1983 г VAX
кластер, DEC
Промышленные кластеры
SUN, HP, IBM
Массовые высокопроизводительные кластеры
1996 г проект Beowulf
Слайд 30Метакомпьютеры
Метакомпьютеры – использование существующих (простаивающих) компьютерных ресурсов для решения задач
Компьютерный
класс
Компьютеры в пределах Интернет
Слайд 31Использование мощности существующих компьютеров
В ночное время компьютеры часто простаивают
Потенциальная мощность
простаивающих компьютеров может быть очень большой
Очень дешевые ресурсы
Возможность обеспечить избыточность
ресурсовНедостатки
Надежность каналов передачи небольшая
Из-за малой скорости передачи данных в пределах Интернет невозможно выполнять параллельные вычисления
Слайд 32Существующие проекты
Обработка данных с радиотелескопов по поиску внеземных цивилизаций
http://setiathome.ssl.berkeley.edu/
Взломы алгоритмов
шифрования
http://www.distributed.net/
Слайд 33GRID системы
GRID – сеть
Метакомпьютеры промышленного уровня
Объединение компьютерных ресурсов в одну
систему через Интернет
Кластеры
Базы данных
Средства хранения информации
Установки, которые выдают информацию
Медицинское оборудование
Телескопы
Микроскопы
Детекторы
По аналогии с едиными энергосистемами
Если одна электростанция перегружена, а другая нет, то часть клиентов переключаются на свободную электростанцию
Слайд 35Объемы вычислений
Объём LHC данных соответствует
примерно 20 миллионам CD ежегодно!
требует компьютерной
мощности эквивалентной ~ 100 000 персональных компьютеров с современными быстрыми
процессорами!
Слайд 36Структурная схема
Информационная система (LDAP)
Брокер ресурсов
Вычислительный элемент
Вычислительный элемент
Элемент хранения
Вычислительный элемент
Элемент хранения
Вычислительный
элемент
Элемент хранения
Слайд 38Средства коммуникации для кластерных систем
Кластер в основном управляется программно
Средства коммуникации
– наиболее критичная аппаратная часть для кластеров
Слайд 39Технологии коммуникации
Ethernet
Fast Ethernet
Gigabit Ethernet
10Gigabit Ethernet
Myrinet
SCI
Infiniband
QSNet
cLan
GigaNet
Слайд 40Характеристики средств коммуникации
Скорость передачи данных
Сколько времени занимает передача единицы информации
Латентность
(начальная задержка)
Сколько времени приходит от начала передачи данных до прихода
информации на приемникТопология
Структура соединений между узлами
Тип передачи
Коммутация каналов
Коммутация пакетов
Слайд 41Ethernet
Среда
Медь
оптика
Скорость передачи
Fast 100 Mbit/c (125 Mбайт/с)
Gigabit 1000 Мбит/с
Латентность
Fast 125 мкс
Gigabit
33 мкс
Топология
Звезда
Тип коммутации
Передача пакетов
Каждый два узла параллельно
Широковещательная передача
MTU
Fast
1500 байтGigabit 9000 байт
Минимальное 64 байт
Слайд 42Myrinet (www.myri.com)
Среда
Медь
Оптика
Скорость передачи
до 10 Gbit/c
Латентность
От 5 мкс
Топология
Звезда
Гипердерево
Тип коммутации
Передача пакетов
Слайд 43SCI (dolphinics.com)
Среда
Медь (шлейф)
Скорость передачи
До 8008 Мбайт/с
Задержка
1.2 мкс !
Топология
Линейка
Тор
Звезда
Тип коммутации
Передача
пакетов
Общая память, перехват шины
Слайд 44QSNet (quadrix.com)
Среда
Медь (параллельная шина)
Скорость
До 1064 MBytes/sec в одном направлении
Латентность
около 3
мкс
Топология
Гипердерево
Тип коммутациии
Коммутация пакетов
Общая память
