Поточна версія на 18:04, 11 жовтня 2015

MIRA - BLUEGENE — проект комп'ютерної архітектури, розроблений для створення декількох суперкомп'ютерів і спрямований на досягнення швидкості обробки даних, що перевищує 1 петафлопс. Вже успішно досягнута швидкість майже в 20 петафлопс. Є спільним проектом фірми IBM (Підрозділ Rochester MN і Дослідницький центр Томаса Ватсона[en]), Ліверморської національної лабораторії, Міністерства енергетики США (яке частково фінансує проект) та академічних кіл. Передбачено чотири етапи проекту: Blue Gene/C, Blue Gene/L, Blue Gene/P і Blue Gene/Q.

Проект був нагороджений Національною Медаллю США в області технологій та інновацій 18 вересня 2009. Президент Барак Обама вручив нагороду 7 жовтня 2009.

Технічні характеристики

Blue Gene/L

Blue Gene / L — це перший комп'ютер серії IBM Blue Gene, розроблений спільно з Ліверморської національної лабораторією. Його теоретична пікова продуктивність становить 360 терафлопс, а реальна продуктивність, отримана на тесті Linpack, близько 280 терафлопс. Після апгрейда в 2007 році реальна продуктивність збільшилася до 478 терафлопс при піковому продуктивності в 596 терафлопс. У листопаді 2006 року 27 комп'ютерів зі списку TOP500 мали архітектуру Blue Gene/L.

Характеристика The Blue Gene/L був унікальним у таких аспектах :

1. Зміна швидкості процесорів для зниження енергоспоживання. Blue Gene/L використовує процесорні ядра PowerPC, які мають низьку частоту і низьке споживання енергії, разом з блоком для операцій з плаваючою точкою. У той час як продуктивність кожного чіпа була відносно низькою, система може досягти кращого відношення продуктивності до споживаної електроенергії, для програм які можуть використовувати більше число обчислювальних вузлів.
2. Два процесора на вузол з двома режимами роботи: в штатному режимі один процесор обчислювальний, другий займається комунікаціями; за відсутності пересилань обидва процесора можуть працювати як обчислювальні.
3. Дизайн SOC. Всі компоненти вузла знаходяться на чіпі, крім 512 MB зовнішньої DRAM.
4. Велика кількість обчислювальних вузлів(масштабується від 1024 до 65,536)
5. Кумунікаційна мережа: 3-вимірний тор (в максимальній конфігурації вузла 64x32x32), пропускна здатність 175 Мб / сек. по кожному напрямку, латентність 1,5 мкс.
6. Операційна система: обчислювальні вузли — спеціальне легке ядро, вузли вводу-виводу — вбудована Linux, керуючі вузли — SuSE SLES 9 Linux

Blue Gene/P

26 червня 2007 IBM представила Blue Gene/P, друге покоління суперкомп'ютерів Blue Gene. Розроблений для роботи з піковою продуктивністю в 1 петафлопс. Blue Gene/P може бути налаштований для досягнення пікової продуктивності більш, ніж 3 петафлопса. Крім того, він у сім разів більш енергетично ефективний ніж будь-які інші суперкомп'ютери. Blue Gene/P виконаний з використанням великої кількості невеликих, малопотужних чипів, що зв'язуються через п'ять спеціалізованих мереж.

Архітектура Кожен чіп Blue Gene/P складається з чотирьох процесорних ядер PowerPC 450 з тактовою частотою 850 МГц. Чіп, 2 або 4 ГБ оперативної пам'яті і мережеві інтерфейси утворюють обчислювальний вузол суперкомп'ютера. 32 обчислювальних вузла об'єднуються в карту (Compute Node card), до якої можна під'єднати від 0 до 2 вузлів вводу-виводу. Системна стійка вміщує в себе 32 таких карти.

Конфігурація Blue Gene/P з піковою продуктивністю 1 петафлопс являє собою 72 системні стійки, містять 294,912 процесорних ядер, об'єднаних в високошвидкісну оптичну мережу. Конфігурація Blue Gene/P може бути розширена до 216 стійок із загальним числом процесорних ядер 884,736, щоб досягти пікову продуктивність в 3 петафлопса. У стандартній конфігурації системна стійка Blue Gene/P містить 4,096 процесорних ядер.

• 1024 чотириядерних обчислювальних вузла в кожній з стійок
• 16 вузлів вводу-виводу в стійці (у поточній конфігурації активні 8, тобто одна I/O-карта на 128 обчислювальних вузлів)
• виділені комунікаційні мережі для міжпроцесорних обмінів та глобальних операцій
• програмування з використанням MPI, OpenMP / pthreads, POSIX I/O
• висока енергоефективність: ~ 372 MFlops / W (див. список Green500)
• система повітряного охолодження

12 листопада 2007 в Німеччині почала працювати перша система під назвою JUGENE з 65536 процесорами, в Jülich Research Centre, з обчислювальною потужністю в 167 терафлопс. Він став найбільш швидким суперкомп'ютером в Європі і шостим у всьому світі. Перша лабораторія в Сполучених Штатах використовує Blue Gene/P - Argonne National Laboratory. Перші стійки Blue Gene/P використовувалися до 2007 року. Перша установка була системою в 111-teraflop, яка мала приблизно 32,000 процесорів, і призначалася для науково-дослідного товариства США навесні 2008. Повній системі була присвоєна третя сходинка в листі Червневого Топ 500 2008 року. З 2008 року на факультеті ВМК МГУ імені М. В. Ломоносова працює суперкомп'ютер IBM Blue Gene/P.

Blue Gene/Q

Blue Gene/Q — третє покоління архітектури. Метою розробників стало досягнення 20-петафлопсного рубежу в 2011 році. Blue Gene/Q є еволюційним продовженням архітектур Blue Gene/L і /P, працюючим на більш високій частоті і споживає менше енергії на один флопс продуктивності.

Архітектура BlueGene/Q — це мультиядерна, 64-бітна система на чіпі, побудована за технологією PowerPC (якщо бути абсолютно конкретним, то це чотиритактних архітектура PowerPC A2). Кожен з чіпів містить 18 ядер, разом набирають півтора мільярда (1,47) транзисторів. 16 ядер використовуються для, власне, обчислень, на одному працює операційна система, і, нарешті останнє ядро відповідає за надійність обчислень всієї системи. На частоті в 1,6 Ггц, кожен чіп здатний видати 204,8 Гфлопс, споживаючи потужність в 55 Ватт. Природно, частиною чіпа є і контролери пам'яті і операцій введення-виведення. Blue Gene/Q містить 4 блоки обчислень над числами з плаваючою комою, що дає 4 виконаних операції за один такт на кожному ядрі.

18 ядер, за твердженням співробітників IBM, потрібні для надійності. Якщо на одному з ядер процесора був зафіксований збій, воно може бути відключено і переведено на «лаву запасних». Власне, виявлення і зміна конфігурації «помилкового» ядра може бути проведено на будь-якому етапі виробництва або складання системи — не тільки коли чіп вже тестується, а й на ранніх етапах, наприклад, інсталяції чіпа в обчислювальний кластер. У випадку з Sequoia буде використовуватися близько 100 000 чіпів, для того щоб досягти заповітних 20 петафлопс. Величезна кількість процесорів робить завдання перепризначення ядер дуже важливою: у компанії IBM підрахували, що при даному (100 тисяч) кількості чіпів в суперкомп'ютері кожні 3 тижні в середньому буде виходити з ладу 1 процесорний блок. Також відомо, що в Blue Gene/Q реалізована підтримка транзакційної пам'яті не на програмному, а апаратному рівні.

Характеристика

• Масштабування до 512 стійок , максимальна продуктивність до 100 петафлопс
• Вбудований інтерконект 5D Torus забезпечуєвеличезну пропускну здатність
• 4 об'єднаних модуля обчислень з плаваючою точкою FPU для інструкцій подвійний і четверний ширини SIMD - архітектури з подвійною точністю забезпечує більш високу продуктивність навіть при обробці однопотокових додатків
• Упереджувальний вибірка для повторюваних звернень до пам'яті в довільно довгих сегментах коду забезпечує більш високу продуктивність при обробці однопотокових додатків
• Багаторежимна кеш-пам'ять спільно з транзакційної пам'яттю виключають необхідність програмної обробки блокувань, спекулятивне виконання команд дозволяє *OpenMP розпаралелити код з урахуванням залежності даних
• Конвеєрна обробка атомарних операцій у кеш -пам'яті другого рівня з низькими затримками навіть при високому рівні конкуренції забезпечують швидку обробку завдань OpenMP
• Модуль виведення з режиму сну дозволяє переводити потоки SMT у сплячий режим в очікуванні події, що дозволяє виключити витрати, пов'язані із збереженням регістрів
• Сімнадцяте ядро обробляє переривання подій функцій надійності, доступності та зручності обслуговування (RAS) і зменшує рівень шуму і спотворень для операційної системи.

Джерела

• Top500 superComputers
• IBM100 BlueGene
• BlueGene on Wikipedia