Blue Gene

Одна из стоек BlueGene/L

Blue Gene — проект компьютерной архитектуры, разработанный для создания нескольких суперкомпьютеров и направленный на достижение скорости обработки данных, превышающей 1 петафлопс. На данный момент успешно достигнута скорость почти в 500 терафлопс. Является совместным проектом фирмы IBM (подразделение Rochester MN и исследовательский центр Томаса Уотсона), Ливерморской национальной лаборатории, Министерства энергетики США (которое частично финансирует проект) и академических кругов. Предусмотрено четыре этапа проекта: Blue Gene/L, Blue Gene/C, Blue Gene/P и Blue Gene/Q. Проект был награждён Национальной Медалью США в области технологий и инноваций 18 сентября 2009 года. Президент Барак Обама вручил награду 7 октября 2009.^[1]

Blue Gene/L

Blue Gene/L — это первый компьютер серии IBM Blue Gene, разработанный совместно с Ливерморской национальной лабораторией. Его теоретическая пиковая производительность составляет 360 терафлопс, а реальная производительность, полученная на тесте Linpack, около 280 терафлопс. После апгрейда в 2007 году реальная производительность увеличилась до 478 терафлопс при пиковой производительности в 596 терафлопс. В ноябре 2006 года 27 компьютеров из списка TOP500 имели архитектуру Blue Gene/L.

Блок-схема чипа Blue Gene/L, содержащая два ядра PowerPC 440

Blue Gene/P

Плата с микросхемами Blue Gene/P

26 июня 2007 года IBM представила Blue Gene/P, второе поколение суперкомпьютеров Blue Gene. Разработан для работы с пиковой производительностью в 1 петафлопс. Blue Gene/P может быть сконфигурирован для достижения пиковой производительности более, чем 3 петафлопса. Кроме того, он в семь раз более энергетически эффективен чем любые другие суперкомпьютеры. Blue Gene/P выполнен с использованием большого числа небольших, маломощных чипов, связывающихся через пять специализированных сетей.

Архитектура

Каждый чип Blue Gene/P состоит из четырёх процессорных ядер PowerPC 450 с тактовой частотой 850 МГц. Чип, 2 или 4 ГБ оперативной памяти и сетевые интерфейсы образуют вычислительный узел суперкомпьютера. 32 вычислительных узла объединяются в карту (Compute Node card), к которой можно подсоединить от 0 до 2 узлов ввода-вывода. Системная стойка вмещает в себя 32 таких карты.

Конфигурация Blue Gene/P с пиковой производительностью 1 петафлопс представляет собой 72 системные стойки, содержащие 294,912 процессорных ядер, объединённых в высокоскоростную оптическую сеть. Конфигурация Blue Gene/P может быть расширена до 216 стоек с общим числом процессорных ядер 884,736, чтобы достигнуть пиковую производительность в 3 петафлопса. В стандартной конфигурации системная стойка Blue Gene/P содержит 4,096 процессорных ядер.^[2]

Blue Gene/P в мире

12 Ноября 2007 года в Германии начала работать первая система под названием JUGENE с 65536 процессорами, в Jülich Research Centre, с вычислительной мощностью в 167 терафлопс.^[3] Он стал самым быстрым суперкомпьютером в Европе и шестым во всём мире. Первая лаборатория в Соединённых штатах использующая Blue Gene/P была Argonne National Laboratory. Первые стойки Blue Gene/P использовались до 2007 года. Первая установка была системой в 111-teraflop, которая имела приблизительно 32,000 процессоров, и предназначалась для научно-исследовательского общества США весной 2008.^[4] Полной системе была присвоена третья строчка в листе Июньского Топ 500 2008 года.^[5] С 2008 года на факультете ВМК МГУ имени М. В. Ломоносова работает суперкомпьютер IBM Blue Gene/P.

Blue Gene/Q

Blue Gene/Q — третье поколение архитектуры. Целью разработчиков стало достижение 20-петафлопсного рубежа в 2011 году. Blue Gene/Q является эволюционным продолжением архитектур Blue Gene/L и /P, работающим на более высокой частоте и потребляющей меньше энергии на один флопс производительности.

BlueGene/Q — это мультиядерная, 64-битная система на чипе, построенная по технологии PowerPC (если быть абсолютно конкретным, то это четырехтактная архитектура PowerPC A2). Каждый из чипов содержит 18 ядер, вместе набирающих вес в почти полтора миллиарда (1,47) транзисторов. 16 ядер используются для, собственно, вычислений, на одном работает операционная система, и, наконец последнее ядро отвечает за надежность вычислений всей системы. На частоте в 1,6 Ггц, каждый чип способен выдать 204,8 Гфлопс, потребляя мощность в 55 Ватт. Естественно, частью чипа является и контроллеры памяти и операций ввода-вывода. Blue Gene/Q содержит 4 устройства вычислений над числами с плавающей запятой, что дает нам 4 выполненных операции за один такт на каждом ядре.

18 ядер, по утверждению сотрудников IBM, нужны для надёжности. Если на одном из ядер процессора был зафиксирован сбой, оно может быть отключено и переведено на «скамейку запасных». Собственно, обнаружение и изменение конфигурации «ошибочного» ядра может быть проведено на любом этапе производства или сборки системы — не только когда чип уже тестируется, но и на ранних этапах, например, инсталляции чипа в вычислительный кластер. В случае с Sequoia будет использоваться около 100 000 чипов, для того чтобы достичь заветных 20 петафлопс. Огромное количество процессоров делает задачу переназначения ядер очень важной: в компании IBM подсчитали, что при данном (100 тысяч) количестве чипов в суперкомпьютере каждые 3 недели в среднем будет выходить из строя 1 процессорный блок.

Также известно, что в Blue Gene/Q реализована поддержка транзакционной памяти не на программном, а аппаратном уровне. ^[6]

Первой системой, построенной по архитектуре Blue Gene/Q, станет система Sequoia, которую установят в Ливерморской национальной лаборатории в 2011 году. Эта система будет рассчитывать научные программы лаборатории. Она будет состоять из 98304 вычислительных узлов, содержащих 1,6 млн процессорных ядер и 1,6 Пб памяти. Располагаться система будет в 96 стойках, потребляемая мощность по проекту составит 6 мегаватт.^[7]

Другая система архитектуры Blue Gene/Q под названием Mira будет установлена в Аргонской национальной лаборатории в 2012 году. Она будет содержать около 50 тыс. вычислительных узлов (16 ядер на узел), 70 Пб дискового пространства и иметь жидкостную систему охлаждения.^[8][9]

Примечания

1. ↑ Harris, Mark Obama honours IBM supercomputer. Techradar (September 18, 2009). Архивировано из первоисточника 20 марта 2012.
2. ↑ ibm.com
3. ↑ Supercomputing: Jülich Amongst World Leaders Again, pressebox (12 ноября 2007).
4. ↑ Curry, Jessica. Blue Gene Baby, Chicago Life (12 августа 2007).
5. ↑ «Argonne’s Supercomputer Named World’s Fastest for Open Science, Third Overall»
6. ↑ Транзакционная память и многопоточность (блог компании IBM)  (рус.)
7. ↑ HPCwire: Lawrence Livermore Prepares for 20 Petaflop Blue Gene/Q  (англ.)
8. ↑ Redirection Page | U.S. DOE Office of Science (SC)  (англ.)
9. ↑ Training & Outreach | Argonne Leadership Computing Facility  (англ.)

Ссылки

• IBM System Blue Gene Solution
• IBM System Blue Gene Solution: Blue Gene/P Application Development
• IBM System Blue Gene Solution: Blue Gene/P System Administration
• Суперкомпьютер IBM BlueGene/L
• Blue Gene, потомок чемпиона по шахматам Deep Blue, становится инструментом научных исследований
• Суперкомпьютер IBM Blue Gene/L бьёт рекорды производительности
• Система IBM Blue Gene/P, установленная на факультете ВМК МГУ имени М. В. Ломоносова