Суперкомпьютерные системы - презентация, доклад, проект скачать

Нажмите для полного просмотра!

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Суперкомпьютерные системы. Доклад-сообщение содержит 45 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

Суперкомпьютерные системы Судаков А.А. “Параллельные и распределенные вычисления” Лекция 10

Слайд 2

Описание слайда:

План История Типы суперкомпьютерных систем Векторно-конвейерные Массивно-параллельные NUMA – с неоднородным доступом к памяти Высокопроизводительные кластеры Метакомпьютеры

Слайд 3

Описание слайда:

Литература Суперкомпьютерные системы Транспьютеры Метакомпьютеры GRID системы

Слайд 4

Описание слайда:

Исторические сведения Первые векторные, конвейерные и суперскалярные процессоры CDC 1960-года CRAY - CDC 1976 В СССР – БЭСМ 6 1967 г Сейчас – SGI, HP, NEC Массовое распространение - кластеры на базе широкодоступных компонентов

Слайд 5

Описание слайда:

Типы суперкомпьютерных систем Векторные (PVP, array, matrix, векторно-конвейерные vector-pipeline) компьютеры Массивно-параллельные суперкомпьютеры NUMA системы

Слайд 6

Описание слайда:

Векторно-конвейерные суперкомпьютеры Сray Y-MP C90 Конец 1980-х До 16 процессоров с тактовой частотой до 250 МГц Памяти до 1 TB ОС UNICOS Производительность 1 процессора 1 GFlops

Слайд 7

Описание слайда:

Структура Векторно-конвейерные процессоры подключены к общей памяти как SMP Отсутствует кэш Каждый процессор может взаимодействовать с памятью устройствами ввода-вывода С другими процессорами

Слайд 8

Описание слайда:

Память До 1024 банков К разным банкам можно обращаться одновременно При обращении к одном банку задержка до 6 тактов 16 банков – одна подсекция 8 подсекций – 1 секция Процессоры обращаются к памяти через 4 порта ввода-вывода 1 порт всегда на запись 1 порт всегда секция ввода-вывода Остальные по ситуации

Слайд 9

Описание слайда:

Секция ввода-вывода Для связи с внешними устройствами и обмена информацией Low-speed (LOSP) channels - 6 Mbytes/s High-speed (HISP) channels - 200 Mbytes/s Very high-speed (VHISP) channels - 1800 Mbytes/s

Слайд 10

Описание слайда:

Блок взаимодействия между процессорами Для быстрой передачи данных между процессорами (задержка 1 такт) Несколько коммуникационных кластеров Каждый кластер содержит Информационые регистры Битовые семафоры Каждый процессор может обращаться в каждый момент времени только к одному кластеру К одному кластеру могут обращаться несколько процессоров Используются для «зацепления» процессоров Данные с одного процессора конвейером могут передаваться на другой

Слайд 11

Описание слайда:

Векторно-конвейерный процессор Команды считываются блоками Все операции являются конвейерными Все функциональные устройства могут работать параллельно Векторные операции могут выполняться двумя параллельными конвейерами Максимум – 4 операции за такт

Слайд 12

Описание слайда:

Особенности использования PVP Эффективны для выполнения большого количества однотипных (векторных, матричных) вычислений Не эффективны, если операции не векторизуются При большом количестве процессоров становятся очень дорогими и эффективность снижается по причине обращений к общей памяти Существуют специальные распараллеливающие/векторизующие компиляторы и распараллеленные библиотеки MPI SHM

Слайд 13

Описание слайда:

Транспьютеры Микропроцессоры, специально разработанные для параллельных вычислений 1980-е года компания INMOS Основная идея - возможность непосредственного соединения процессоров

Слайд 14

Описание слайда:

Особенности Транспьютер: Процессор Память Соединения До 4-х соединений с соседними процессорами

Слайд 15

Описание слайда:

Массивно-параллельные компьютеры Набор блоков с общей памятью (UP, SMP, PVP) соединенных с помощью коммуникационной подсистемы Массивно-параллельные компьютеры – системы с распределенной памятью Каждый блок (узел) может обращаться только к своей локальной памяти Данные из памяти других блоков могут передаваться только по сети Обычно существует один или несколько центральных блоков и большое количество рабочих узлов Важный элемент - коммутатор

Слайд 16

Описание слайда:

Особенности систем Масштабируемость Легко расширяются установкой новых блоков Может быть большое количество процессоров (несколько тысяч в отличие от ранее рассмотренных систем) Операционная система С одной копией ОС – устанавливается только на центральный узел С распределенными копиями ОС – устанавливаются отдельно на каждую машину Библиотеки MPI PVM

Слайд 17

Описание слайда:

Особенности использования Передача данных между блоками требует значительно большего времени, чем внутри блока Передача данных между блоками может выполняться параллельно с обработкой данных В общей памяти – только конвейерно Увеличение количества процессоров не приводит к уменьшению эффективности за счет обращения к общим ресурсам Эффективность уменьшается за счет возрастания времени передачи данных

Слайд 18

Описание слайда:

Реализации CRAY T3E IBM SP2 Классические большие суперкомпьютеры

Слайд 19

Описание слайда:

IBM SP2 Процессоры Power 2 Узел Узлы IBM RS/6000 До 16 CPU До 16 узлов + коммутатор Коммутатор Набор плат Каждая плата 4 внешних выхода + 4 внутренних для связи с 4 другими платами для сложных систем – промежуточные коммутаторы Скорость обмена 300 МБайт/c

Слайд 20

Описание слайда:

CRAY T3D топология 3D тор До 512 векторно-конвейерных процессорных блоков

Слайд 21

Описание слайда:

NUMA системы NUMA – неоднородный доступ к памяти Набор SMP плат, связанных коммутатором Доступ процессоров к «своей» памяти выполняется быстро Доступ процессоров к «чужой» памяти выполняется в несколько раз медленнее (NUMA factor) Вся память составляет одно общее адресное пространство

Слайд 22

Описание слайда:

Особенности Те же, что у SMP Когерентность кэшей ccNUMA –аппаратное обеспечение когерентности Программное обеспечение когерентности Обеспечение эффективного использования памяти Алгоритмы консистентности памяти Операционная система Одна копия ОС для всей системы (как SMP) Модель программирования – общая память Размеры системы ограничены размером адресного пространства Все современные суперкомпьютеры с общей памятью строятся по такой схеме

Слайд 23

Описание слайда:

SGI Altix 3000 Несколько блоков Связь NUMALink 3 – 3.2 Гбайт/с В сумме до 512 процессоров 1 Блок 2 узла Связь NUMALink 4 – 6.4 Гбайт/с 1 узел 2 процессора Itanium2 OC Linux

Слайд 24

Описание слайда:

Кластеры Кластер – набор вычислительных систем, которые могут работать независимо, связаны между собой и используются как одна логическая система Все машины кластера работают как один большой компьютер для решения некоторых задач

Слайд 25

Описание слайда:

Особенности кластеров Все узлы кластера являются вычислительными системами, которые выполняют свою копию ядра операционной системы Кластер SMP систем Кластер NUMA систем Кластер является одной системой лишь в контексте тех задач, для которых он предназначен, при рассмотрении с других точек зрения машины кластера могут оказаться несвязанными Все современные суперкомпьютеры являются кластерами Кластеры легко строить на базе широкодоступных компонент Компьютеры общего назначения Средства коммуникации общего назначения Основные функции в кластерных системах выполняет программное обеспечение

Слайд 26

Описание слайда:

Использование кластеров High Performance Clusters, HPC high availability cluster, HAC load balancing cluster, virtual server Storage cluster, storage area network database cluster management clusters

Слайд 27

Описание слайда:

Вопросы стоимости Закон Гроша (Grosch) стоимость суперкомпьютера пропорциональна квадрату его производительности Для микропроцессорных систем перестал действовать, но стоимость суперкомпьютеров очень высока (больше сотен тысяч долларов) Стоимость кластера = сумме стоимостей компонент и достаточно низка Кластер – дешевый вариант MPP компьютера Кластер хорошо использовать для обеспечения надежности за счет избыточности

Слайд 28

Описание слайда:

Другие классификации кластеров Гомогенный Все машины кластера одинаковы (в определенном контексте) Гетерогенный Машины кластера – различны С одной копией операционной системы Все ресурсы всех машин кластера видятся как ресурсы общей операционной системы Для программ пользователя создается полная иллюзия того, что они работают на одно большой системе С распределенными копиями операционной системы Каждый узел выполняет свою копию операционной системы, которая обслуживает ресурсы только своего узла

Слайд 29

Описание слайда:

Исторические сведения Мультикомпьютерные системы Конец 1970-х годов Первый промышленный кластер 1983 г VAX кластер, DEC Промышленные кластеры SUN, HP, IBM Массовые высокопроизводительные кластеры 1996 г проект Beowulf

Слайд 30

Описание слайда:

Метакомпьютеры Метакомпьютеры – использование существующих (простаивающих) компьютерных ресурсов для решения задач Компьютерный класс Компьютеры в пределах Интернет

Слайд 31

Описание слайда:

Использование мощности существующих компьютеров В ночное время компьютеры часто простаивают Потенциальная мощность простаивающих компьютеров может быть очень большой Очень дешевые ресурсы Возможность обеспечить избыточность ресурсов Недостатки Надежность каналов передачи небольшая Из-за малой скорости передачи данных в пределах Интернет невозможно выполнять параллельные вычисления

Слайд 32

Описание слайда:

Существующие проекты Обработка данных с радиотелескопов по поиску внеземных цивилизаций Взломы алгоритмов шифрования

Слайд 33

Описание слайда:

GRID системы GRID – сеть Метакомпьютеры промышленного уровня Объединение компьютерных ресурсов в одну систему через Интернет Кластеры Базы данных Средства хранения информации Установки, которые выдают информацию Медицинское оборудование Телескопы Микроскопы Детекторы По аналогии с едиными энергосистемами Если одна электростанция перегружена, а другая нет, то часть клиентов переключаются на свободную электростанцию

Слайд 34

Описание слайда:

Lagre Hadron Colider - ускоритель

Слайд 35

Описание слайда:

Объемы вычислений Объём LHC данных соответствует примерно 20 миллионам CD ежегодно! требует компьютерной мощности эквивалентной ~ 100 000 персональных компьютеров с современными быстрыми процессорами!

Слайд 36

Описание слайда:

Структурная схема

Слайд 37

Описание слайда:

Реализации Инструментарий Globus Condor Грид системы EDG ALIEN LCG

Слайд 38

Описание слайда:

Средства коммуникации для кластерных систем Кластер в основном управляется программно Средства коммуникации – наиболее критичная аппаратная часть для кластеров

Слайд 39

Описание слайда:

Технологии коммуникации Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet 10Gigabit Ethernet Myrinet SCI Infiniband QSNet cLan GigaNet

Слайд 40

Описание слайда:

Характеристики средств коммуникации Скорость передачи данных Сколько времени занимает передача единицы информации Латентность (начальная задержка) Сколько времени приходит от начала передачи данных до прихода информации на приемник Топология Структура соединений между узлами Тип передачи Коммутация каналов Коммутация пакетов

Слайд 41

Описание слайда:

Ethernet Среда Медь оптика Скорость передачи Fast 100 Mbit/c (125 Mбайт/с) Gigabit 1000 Мбит/с Латентность Fast 125 мкс Gigabit 33 мкс Топология Звезда

Слайд 42

Описание слайда:

Myrinet ( Среда Медь Оптика Скорость передачи до 10 Gbit/c Латентность От 5 мкс Топология Звезда Гипердерево Тип коммутации Передача пакетов

Слайд 43

Описание слайда:

SCI (dolphinics.com) Среда Медь (шлейф) Скорость передачи До 8008 Мбайт/с Задержка 1.2 мкс ! Топология Линейка Тор Звезда Тип коммутации Передача пакетов Общая память, перехват шины

Слайд 44

Описание слайда:

QSNet (quadrix.com) Среда Медь (параллельная шина) Скорость До 1064 MBytes/sec в одном направлении Латентность около 3 мкс Топология Гипердерево Тип коммутациии Коммутация пакетов Общая память