Суперкомп'ютер Cray XC40 та схему взаємодії нейронів в мозку.

Cray XC40 - суперкомп'ютер створений виробником Cray Research. Він був представлений в 2014 році і є наступником покоління суперкомп'ютера XC30. Перший суперкомп'ютер був проданий для досліджень ядерної зброї. XC40 заснований на серії процесорів Intel Xeon E5-2600v3 і доступний з рідким охолодженням або повітряним охолодженням.

Історія розвитку

Першим представником компанії Cray був суперкомп'ютер XC30, котрий був представлений в 2012 році. Платформа XC30 використовується в суперкомп'ютерах Уряду США і Швейцарського національного суперкомп'ютерного центру (CSCS), що займають відповідно 10 і 6 місце на червень 2014 року у всесвітньому рейтингу суперкомп'ютерів Top500. Платформа набула широкого поширення в світі. Зокрема, застосовується в:

 - науковому суперкомп'ютерном центрі (CSC) Міністерства освіти, науки і культури Фінляндії;
 - дослідному обчислювальному центрі Міністерства енергетики США в Берклі;
 - академічному обчислювальному центрі (ACCMS) університету Кіото в Японії;
 - суперкомп'ютерному центрі університету Штутгарта (HLRS) в Німеччині;
 - медичному комплексі Hong Kong Sanatorium & Hospital (HKSH) в Китаї;
 - Університеті передової науки і технологій (JAIST) в Японії;
 - Німецькій Національної метеорологічної служби (DWD);
 - Національній астрономічній обсерваторії Японії (NAOJ);
 - інституті Цузе і Ганноверському університеті імені Готфріда Вільгельма Лейбніца, що входять в Північно-німецький суперкомп'ютерний альянс (HLRN).

Наступним представником був суперкомп'ютер Cray XC40. Суперкомп'ютер Cray XC50 - це остання версія лінійки суперкомп'ютерів XC, випущена в 2016 році виробником суперкомп'ютерів Cray. Cray XC50 оптимізований для різних областей застосування HPC (High-Performance Computer). Тут використовується чіп Aries, який забезпечує швидкий зв'язок між вузлами центрів обробки даних, заснованих на GPU. Крім цього, використовується мережева топологія Dragonfly, тісно інтегрована з Aries, яка забезпечує мінімальні затримки в додатках з горизонтальним масштабуванням. Згідно Cray, суперкомп'ютер, заснований на системах CX50, може досягати продуктивності в 500 PFLOPS. Повна версія Piz Daint забезпечує 9,799 PFLOPS, тобто, потенціалу для зростання більш, ніж достатньо. Cray CX50 пропонує підтримку більшості швидких процесорів. До їх числа відносяться NVIDIA Tesla P100, а також процесори Intel Xeon і на базі Knights Landing. Cray пропонує клієнтам вибір з кількох GPU.

Виробник

Cray Research, Inc. (CRI) була заснована в 1972 році проектувальником комп'ютерів Сеймуром Креєм, від'єднавшись від компанії Control Data Corporation (CDC), де Сеймур Крей створив суперкомп'ютери CDC 6600 і CDC 7600 і розробляв модель CDC 8600. Роботи над CDC 8600 затягнулися, і проект виявився невдалим. Компанія CDC паралельно розробляла ще один проект - STAR-100, який показував всі ознаки успіху. Керівництво компанії CDC вирішило вкласти вкрай мізерні кошти в проект STAR-100, а проект CDC 8600 закрити. Сеймур Крей вирішив відокремитися від CDC, почати все з нуля в рамках своєї компанії Cray Research і розробити інший суперкомп'ютер на нових ідеях і принципах. У 1975 році компанія представила публіці свій перший комп'ютер Cray-1. Керівники компанії на підставі попереднього досвіду припускали, що їм вдасться продати не більше дюжини машин Cray-1, але успіх машини був таким, що в кінці кінців було продано більше 80 машин Cray-1. Це ще більше зміцнило славу Сеймура Крея як геніального інженера в області суперкомп'ютерів, а компанії принесло величезний фінансовий успіх. 17 березня 1976 року Cray Research провела IPO і стала публічною компанією. Поки Сеймур Крей 5 років працював над Cray-2, паралельна команда розробників на чолі з інженером Стівеном Ченом в 1982 році випустила на базі моделі Cray-1 суперкомп'ютер Cray X-MP. Це був перший багатопроцесорний векторний комп'ютер компанії Cray Research. З 1983 по 1985 рік Cray X-MP був найшвидшим комп'ютером в світі. У 1985 році публіці був представлений суперкомп'ютер Cray-2 з новаторською системою охолодження, який змістив Cray X-MP з п'єдесталу. Cray-2 чекала невдача, так як його продуктивність була не набагато вище, ніж у Cray X-MP (але в 10 разів вище, ніж у Cray-1). Головним достоїнством Cray-2 був великий обсяг дуже швидкої пам'яті. Коли модулі цієї пам'яті були встановлені в Cray X-MP, новий суперкомп'ютер, який вийшов в світ в 1988 році під назвою Cray Y-MP, легко обігнав Cray-2. У 1987 році компанію покинув Стів Чен - розробник машин лінії Cray-Xxx. Керівництво компанії вирішило продовжити цю технологічну лінію, а розробка і виробництво суперкомп'ютера Cray-3 перейшли в окрему компанію, Cray Computer Corporation, що базується в Колорадо-Спрінгс (штат Колорадо) і очолену Сеймуром Креєм. Сеймур Крей працював над розробками компанії аж до своєї смерті в автомобільній аварії у вересні 1996 року в віці 71 року. Компанія Cray Research з середини 1970-х до початку 1990-х міцно займала лідируюче положення на ринку суперкомп'ютерів, конкуруючи в цій ніші в основному з Control Data Corporation і її філією ETA Systems. Покупцями були секретні урядові наукові лабораторії, урядові служби безпеки і оборони США і країн НАТО, агентства прогнозу погоди США і країн Європи, науково-дослідні інститути.

Характеристики

Суперкомп'ютер Cray XC40 використовує процесор Xeon E5-2695v4 18C 2.1GHz, доступний з рідким або повітряним охолодженням. Один з найпотіжніших процесорів від Intel, що використовується для виконання завдань і зберігання великих обсягів даних. Цей процесор працює з 64-бітовим набором команд і має швидкодію до 2,1 ГГц і максимальну турбочастотну частоту 3,3 ГГц. Продуктивність Cray XC40 2,801.78 TFlop/s. Пікова продуктивність 3,019.16 TFlop/s. Споживана потужність суперкомп'ютера Cray XC40 1,347.84 кВ. Оперційна система Cray Linux Environment використовується у всіх суперкомп'ютерах Cray. Unicos - назва декількох варіантів операційної системи Unix, створених компанією Cray для своїх суперкомп'ютерів. Unicos є наступною операційною системою компанії після Cray Operating System (COS). Вона забезпечувала роботу мережевих кластерів і сумісність на рівні програмного коду з деякими іншими різновидами Unix. Unicos вперше була представлена в 1985 році, в якості операційної системи суперкомп'ютера Cray-2, а пізніше була перенесена і на інші моделі Cray. Спочатку основу Unicos становила System V.2 з численними додатками можливостей BSD (приміром, розширені мережеві функції і поліпшення файлової системи). Спочатку система, відома зараз як Unicos, носила назву CX-OS. Це була експериментальна система, яка працювала на Cray X-MP в 1984. Вона використовувалася для демонстрації застосування Unix на суперкомп'ютерах, перш за все на доступному апаратному забезпеченні компанії Cray. Як перехідний етап для користувачів COS, які виявили бажання перейти на Unicos, в COS була введена функція сумісності з гостьовою операційною системою (Guest OS). При цьому єдиною, коли-небудь і підтримується гостьовою операційною системою, була Unicos. Пакетне завдання COS запускало Unicos, яка працювала як підсистема всередині COS, використовуючи підмножину ЦП, пам'яті і периферійних пристроїв.

Застосування

Дослідники з Аргонської національної лабораторії використовують суперкомп'ютер Cray XC40, щоб побудувати схему взаємодії нейронів в мозку - так званий коннектом. Команді вчених потрібен суперкомп'ютер, щоб обробити дані, отримані в результаті дослідження за допомогою рентгенівського випромінювання і електронних мікроскопів. Предмет вивчення - мозок землерийки. Вчені планують згенерувати близько ексабайта даних. Після землерийки на черзі виявиться мозок миші, який в десять разів більше. В кінцевому рахунку вчені хочуть дослідити людський мозок, який містить 100 мільярдів нейронів, з'єднаних 100 трильйонами зв'язків. Процес складання коннектома починається з аналізу мозку на субмікронному рівні - для цього його вивчають за допомогою рентгенівської мікротомографії на джерелі синхротронного випромінювання високої яскравості Advanced Photon Source (APS). В результаті вчені отримають знімки найтонших «шарів» матеріалу, на яких видно кровоносні судини і клітинні тіла. Сканування всього мозку в Аргоннской лабораторії займає приблизно годину. Щоб потім «розгледіти» більш дрібні деталі, застосовують електронний мікроскоп - за рахунок короткохвильових променів він дозволяє збільшити масштаб до нанометрового. Так вдається зафіксувати синаптичні зв'язки між окремими нейронами мозку. Далі, вчені використовують спеціальний набір обчислювальних інструментів, який перетворить зібрані дані в нейронну карту. Також суперкомп'ютер Cray XC40 викорстовується в Met Office. Met Office Метеорологічне бюро є національною метеорологічною службою Великої Британії. Це виконавчий орган і торговий фонд Департаменту з питань бізнесу, енергетики і промислової стратегії на чолі з виконуючим обов'язки генерального директора Ніком Джоблінгом і головним вченим, професором Стівеном Белхером. Метеорологічне бюро прогнозує метеорологічні прогнози у всіх часових масштабах від прогнозів погоди до зміни клімату. Суперкомп'ютер Cray XC40 застосовується для наукових досліджень, в медицині та військовій промисловості.