Ostatniej jesieni wybrałem się na wycieczkę po superkomputerze Blue Waters na University of Illinois. Zapytałem, czy ktoś kiedykolwiek korzystał z całego komputera. Powiedziano mi, że zawsze pracował nad wieloma projektami. To sprawiło, że zastanawiałem się nad przydatnością superkomputerów. Być może Blue Waters jest niezwykły, ponieważ musi się nim dzielić przemysł i uniwersytet - nie wiem. Zakładam, że zarządzanie procesorami i pamięcią pojedynczego superkomputera jest pewne. Czy budowanie mniejszych komputerów byłoby bardziej opłacalne? Czy ktoś może mi pomóc zrozumieć wartość superkomputerów? A może czasem poświęcają się pojedynczym projektom?
computer-architecture
Mitchell Kaplan
źródło
źródło
Odpowiedzi:
Typowe zadanie w Blue Waters polega na użyciu około 10% maszyny i zajmuje łącznie 75 godzin węzłowych . Blue Waters ma około 27500 węzłów, więc oznacza to, że niektóre z tych zadań „75 godzin węzłowych” działają w ciągu kilku minut. To pozwala naukowcom na korzystanie z maszyny w nieco interaktywny sposób. (Średnie kroczące można zobaczyć tutaj: http://xdmod.ncsa.illinois.edu/#tg_usage:group_by_Jobs_none )
Superkomputery to tylko duże kolekcje mniejszych komputerów. Głównym powodem, dla którego zbieramy je razem w jednym miejscu, jest to, że możemy w ten sposób najbardziej efektywnie dzielić koszty. Próbujesz stworzyć komputer, który może wykonać wiele pracy i dla którego całkowity koszt posiadania (całkowity koszt komputera, mocy i konserwacji) jest zminimalizowany przez cały okres użytkowania komputera.
Całkowity koszt posiadania wiąże się z kilkoma czynnikami: koszt sprzętu jest jeden. Aby zminimalizować koszty posiadania, chcesz, aby sprzęt wykonywał użyteczną pracę przez jak największy procent czasu (najlepiej 100% czasu, realistycznie nieco mniej, na przykład 95% byłoby uważane za dobre), dopóki sprzęt się nie wypali lub staje się przestarzały. W przeciwieństwie do tego, komputer w twoim laptopie lub telefonie jest prawdopodobnie używany w mniej niż 10% posiadanego czasu (śpisz 33% czasu, jesz i odpoczywasz przez około połowę czasu, kiedy nie śpisz) nawet gdy „korzystasz” z komputera, procesor jest bezczynny przez większość czasu).
Drugi to koszt energii. Składa się na to kilka części: pierwsza to koszt samej mocy. Część tych kosztów jest zużywana na transport energii z elektrowni do komputera. Część z nich jest tracona w „zasilaczu” komputera (który po prostu przekształca prąd przemienny w prąd stały). Większy konwerter AC-> DC może zwykle być bardziej wydajny. Ponadto komputery przekształcają użyteczną energię elektryczną w ciepło odpadowe. Musisz więc również zapłacić za usunięcie ciepła. Ponownie, większe klimatyzatory mogą zwykle być bardziej wydajne niż wiele małych klimatyzatorów.
Trzeci to koszt utrzymania. Zestawiając kilka komputerów i projektując je tak, aby jeden z nich działał, możesz dalej amortyzować koszty utrzymania personelu o wiele większą liczbę węzłów komputerowych niż gdybyś był inny i umieszczony w różnych budynkach (lub miasta).
Szczegóły: Blue Waters ma 288 szafek. Każda szafka ma 96 „węzłów”. Każdy węzeł jest całkiem normalnym komputerem klasy wyższej. Większość węzłów ma 2 procesory AMD Opeteron 6276 pracujące z częstotliwością 2,3 GHz i 64 GB pamięci DRAM. Około 1/6 węzłów ma zamiast tego pojedynczy AMD Opteron 6276, procesor graficzny NVidia K20 i 38 GB pamięci DRAM. Jeśli chcesz, możesz kupić coś podobnego do „węzła” za około $ 3000 lub $ 4000 i umieścić go w salonie, aby grać w gry wideo. Blue Waters ma około 27648 węzłów. https://bluewaters.ncsa.illinois.edu/hardware-summary
Każdy węzeł zużywa prawdopodobnie nieco ponad 500 watów i zamienia tę energię w ciepło. Jeśli miałbyś węzeł w salonie do grania w gry wideo, nie byłby to szczególnie duży problem. Zużywałby trochę prądu z gniazdka ściennego i generowałby tyle samo ciepła, co mały osobisty grzejnik. W zimie byłoby to miłe i przytulne. W lecie trzeba będzie częściej uruchamiać klimatyzator, aby dom był komfortowy. Gdyby działał przez cały dzień z pełną mocą, rachunki za prąd znacznie by wzrosły, być może dwukrotnie więcej niż obecnie.
Ale kiedy złożysz ich 27648, zużywa około 15 megawatów i wytwarza odpowiednio dużą ilość ciepła. Prawdziwym cudem inżynierii Blue Waters, jak każde duże centrum danych, jest sam budynek. To ogromne pudełko chłodnicze. Budynek Blue Waters jest szczególnie interesujący, ponieważ jest fantastycznie wydajny. Około 85% mocy wchodzącej do budynku jest faktycznie wykorzystywane do uruchamiania węzłów. Wydaje mi się, że gdzieś czytam (w tej chwili nie mogę go znaleźć) tylko 15% traci na konwersji mocy i usuwaniu ciepła odpadowego. To o wiele lepsze niż to, co można uzyskać od komputera do gier o mocy 500 W w salonie. Prawdopodobnie potrzebowałbyś 750-watowego „zasilacza” i kolejnych kilkuset watów, aby uruchomić klimatyzator.
TL; DR
Złóżmy to wszystko razem. Łącząc tysiące mniejszych komputerów i rozpowszechniając ich wykorzystanie wśród wielu osób, utrzymujemy te komputery przez większość czasu, dzieląc zasoby w bardzo wydajny sposób. Dawanie ludziom komputerów bezczynnych przez większość czasu kosztuje dużo pieniędzy. Najlepszym sposobem na zaoszczędzenie pieniędzy na obliczeniach jest umożliwienie ludziom dzielenia się komputerami, aby komputery były zajęte przez większość czasu.
Blue Waters to znacznie więcej niż tylko znajdujące się w nim komputery. Został specjalnie zaprojektowany, aby był możliwie najbardziej energooszczędny. Częściowo wiąże się to z umieszczeniem go w pobliżu elektrowni w celu zmniejszenia strat mocy w liniach przesyłowych energii. Oto satelitarne zdjęcie części Champaign IL zawierającej Blue Waters w celu zademonstrowania:
źródło
superkomputery są niezwykle ważne w nowoczesnych badaniach. nie zawsze są używane z całkowitą wydajnością w zależności od dynamiki podaży / popytu / zarządzania oraz ciągłego cyklu modernizacji / wymiany. w przemyśle obronnym wykorzystywane są ogromne superkomputery do symulacji broni (odpowiadające jednemu z wczesnych uzasadnień / impulsów do wynalezienia komputera w II wojnie światowej, obliczające trajektorie pocisków). to zastosowanie nie jest szeroko nagłaśniane. nowoczesne symulacje broni są przeznaczone do broni jądrowej i są wysoce sklasyfikowane. symulacje pozwalają dokładnie „przetestować” nowe projekty broni wyłącznie za pomocą symulacji obliczeniowych. z tego powodu USA nawet odrzucają eksport zaawansowanych technologii komputerowych do innych krajów, np. Chin,
istnieje wiele innych zastosowań. można je wykorzystać do symulacji dynamiki projektowania produktu. na przykład firma Tide musiała dowiedzieć się, jak optymalnie mieszać różne składniki w mydłach do prania, a superkomputery zostały użyte do obliczenia optymalnej mieszanki.
większość superkomputerów wymaga uruchamiania wielu różnych projektów. są wykorzystywane jako wspólne zasoby, a kierownictwo ma strategie wyboru projektów na podstawie ich całkowitego obciążenia, wartości badań itp.
podstawową wartością superkomputerów jest to, że obliczeń na bardzo dużą skalę po prostu nie można uruchamiać na „mniejszych” komputerach o mniejszej ogólnej mocy obliczeniowej procesora. ale w ostatnim dziesięcioleciu nastąpiła znaczna zmiana w kierunku budowania superkomputerów z technologią „komercyjną z półki” (inaczej COTS), co obniża ich cenę i nadal mają bardzo wysoką wydajność.
wikipedia wspomina o podstawowych zastosowaniach superkomputerów, jest to częściowa lista.
źródło