В корпорации IBM создан прототип суперкомпьютера Blue Gene/L. Машина состоит из 512 узлов и по производительности занимает место в восьмом десятке среди всех суперкомпьютеров в мире. Система обеспечивает пиковую производительность в 2 трлн. операций над числами в формате с плавающей точкой в секунду, и при этом по размеру компьютер не превышает телевизора с диагональю экрана 30 дюймов
Билл Пуллейбланк (слева) вместе с одним из участников исследовательской группы IBM Research, ведущей работу над проектом Blue Gene, демонстрируют прототип системы Blue Gene/L

Суперкомпьютер Blue Gene/L создается корпорацией IBM для Национальной лаборатории имени Эрнеста Лоуренса в Ливерморе (шт. Калифорния). Он станет первой крупной системой, разработанной в рамках исследовательского проекта Blue Gene, начатого в 1999 году. Конечная цель этого проекта — создать компьютер с производительностью 1 PFLOPS (1000 трлн. операций в секунду), т. е. почти в 25 раз больше, чем самый мощный на сегодняшний день суперкомпьютер Earth Simulator японской корпорации NEC с теоретической пиковой производительностью 41 TFLOPS.

Своей способностью поддерживать высокую производительность при небольшом размере прототип Blue Gene/L обязан специальной модификации процессора PowerPC для встроенных приложений, разработанной в IBM конкретно для данной машины. Каждый из таких процессоров, используемых в системе, содержит два процессорных ядра для операций с плавающей точкой, кэш-память уровня 3 емкостью 4 Мбайт и пять сетевых контроллеров.

«Это действительно можно считать реализацией технологии SoC (System on Chip), — подчеркнул Билл Пуллейбланк, директор по исследованиям в области серверных систем корпорации IBM.

Реализация SoC в Blue Gene означает, что узлы суперкомпьютера не содержат некоторых компонентов традиционных компьютеров, таких, например, как жесткие диски и звуковые карты, благодаря чему они занимают меньше места и потребляют меньше энергии. «При такой архитектуре мы обходимся без множества компонентов, которые необходимо охлаждать, — заметил Дон Досса, научный сотрудник Национальной лаборатории в Ливерморе, принимающий участие в проекте Blue Gene. — У нас есть процессор, память и коммуникационная инфраструктура».

Процессоры, применяющиеся в прототипной системе, работают на частоте 700 МГц. При пиковой нагрузке их энергопотребление составляет 10-15 Вт в расчете на один вычислительный узел.

Охлаждению Blue Gene, по словам представителей IBM, было уделено особое внимание при проектировании системы. Это нашло свое отражение в расположении внутренних элементов суперкомпьютера. Но главное — процессоры, используемые в системе, работают при пониженном напряжении питания, что обеспечивает и более низкое тепловыделение. «Благодаря тщательной проработке расположения внутренних элементов и использованию низкоэнергоемких процессоров мы смогли обеспечить необходимое воздушное охлаждение машины», — заметил Пуллейбланк. По его словам, Blue Gene требует примерно в десять раз меньше охлаждения по сравнению с типичным суперкомпьютером.

Когда Blue Gene/L в конце концов будет установлен в подразделении Terascale Simulation Facility Национальной лаборатории в Ливерморе (а это должно произойти примерно через год), машина с 65 тыс. узлами должна будет занять площадь всего в 233 квадратных метра, т. е. вдесятеро меньше, чем Earth Simulator. Сейчас аппаратный прототип Blue Gene/L установлен в исследовательском центре имени Томаса Дж. Ватсона корпорации IBM, где группа разработчиков занимается созданием инструментальных программных средств, которые позволят приложениям одновременно использовать вычислительные возможности всех процессоров системы. «Мы столкнулись с целым рядом проблем, связанных с использованием нового компьютера, — заметил Досса. — Многие программисты знают, что их алгоритмы не в состоянии масштабироваться подобным образом, поэтому им приходится переосмысливать свои программы».

Ученые из Национальной лаборатории планируют использовать суперкомпьютер Blue Gene/L в своих исследованиях в области молекулярной гидродинамики, а также дислокационной динамики («закрепление» дефектов во внутренних структурах материалов с целью повышения их прочности).

Часть программного обеспечения Blue Gene/L будет использоваться в рамках более крупных приложений, предназначенных для моделирования ядерных взрывов в рамках американской государственной программы Stockpile Stewardship. «Наша стратегия в отношении Blue Gene, по существу, заключается в том, чтобы сосредоточить усилия на некоторых ключевых научных аспектах как на отдельных темах, а затем объединить все наработки в общий код, предназначенный для машины следующего поколения», — подчеркнул Марк Сигер, руководитель исследований по программе ASCI (Accelerated Strategic Computing Initiative) в Национальной лаборатории имени Эрнеста Лоуренса в Ливерморе.

Впрочем, пока это только планы. Воплотятся ли они в жизнь или нет, это зависит от того, сумеют ли в IBM создать полноценную систему, которая должна быть крупнее и в 128 раз мощнее существующего прототипа.

Сигер уверен, что ради экономии затрат стоит идти на риск. Blue Gene/L, который сможет поддерживать производительность от 180 до 360 TFLOPS, будет стоить 50-100 млн. долл., т. е. примерно 200 тыс. долл. за 1 TFLOPS. Для сравнения, стоимость 1 TFLOPS суперкомпьютера ASCI Purple, который сейчас используется в лаборатории, составляет 1-2 млн. долл.

В Ливерморе называют Blue Ge?ne/L «весьма рискованной попыткой создать ?приемлемый? суперкомпьютер». И тем не менее именно эта машина способна существенно помочь лаборатории в работе над программой Stockpile Stewardship. «Сейчас мы убеждены, что Blue Gene/L окажет влияние на эту программу», — сказал Сигер.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями