КОМПЬЮТЕРЫ 

Суперкомпьютер NEC Earth Simulator

Владимир Воеводин (voevodin@parallel.ru),
Лаборатория Параллельных информационных технологий НИВЦ МГУ
28 октября 2003


Японский компьютер Earth Simulator имеет столь впечатляющие параметры, что его создание стало возможным только в результате выполнения проекта действительно общенационального масштаба. Производство компьютера было закончено в феврале 2002 года, после чего он был установлен в Японском центре морских наук и технологий (Japan Marine Science and Technology Center). Сам компьютер и все его технологическое окружение (системы электропитания, кондиционирования, освещения, сейсмозащиты и т.п.) занимают здание размером 50х65х17 м. Некоторое представление об этом грандиозном сооружении можно получить из рисунков, показывающих общую схему здания и внутреннюю компоновку компьютера:

Earth Simulator содержит 640 процессорных узлов, соединенных между собой через высокоскоростной переключатель. В состав узла входят 8 векторных арифметических процессоров, работающих над общей для каждого узла оперативной памятью, коммуникационный процессор и процессор для операций ввода/вывода. Оперативная память каждого узла разделена на 2048 банков и имеет объем 16 Гбайт. Пиковая производительность одного арифметического процессора равна 8 Гфлопс, поэтому пиковая производительность всего компьютера, объединяющего 640*8=5120 процессоров, равна 40 Тфлопс. С лета 2002 года до настоящего времени (октябрь 2003 г.) Earth Simulator занимает первое место в списке Top500 самых мощных компьютеров мира, показав производительность 35,86 Тфлопс на тесте Linpack (89,6% от пика). Общая схема компьютера и его коммуникационная сеть показаны на рисунках ниже.

Скорость двунаправленной передачи по каждому каналу, соединяющему процессорные узлы с переключателем, равна 12.3 Гбайт/с. Суммарная длина кабелей, соединяющих процессорные узлы с переключателем, составляет 2400 км.

Каждый арифметический процессор состоит из скалярного и векторного устройств, а также модуля доступа к общей памяти. Процессор работает на частоте 500 МГц, но некоторые его компоненты поддерживают работу на частоте 1 ГГц. Скалярное устройство имеет суперскалярную архитектуру, объединяет кэш-память команд и данных по 64 Кбайт каждая и 128 скалярных регистров общего назначения. Каждое векторное устройство имеет 8 наборов, состоящих из 72 векторных регистров (по 256 элементов каждый) и 6 конвейерных устройств: сложение, умножение, деление, для логических операций, операций маскирования и чтения/записи. Устройства одного и того же типа из разных наборов одновременно обрабатывают одну и ту же векторную команду, в то время как устройства различных типов даже в рамках одного набора могут работать одновременно и независимо друг от друга. Схема арифметического процессора показана ниже.

Система архивирования компьютера Earth Simulator включает дисковые массивы на 250 Тбайт и ленточную библиотеку StorageTek 9310 на 1.5 Пбайт (1 Петабайт = 1015 байт).

Архитектура компьютера объединяет многие известные принципы построения высокопроизводительных систем. В целом, Earth Simulator является массивно-параллельным компьютером с распределенной памятью. Вместе с тем, каждый процессорный узел построен на принципах SMP-архитектуры, причем основа каждого процессора - векторно-конвейерная обработка.

Основные технологии параллельного программирования, используемые на компьютере Earth Simulator: Message Passing Interface (MPI), High Performance Fortran, OpenMP и векторизация циклов компилятором.

Дополнительная информация:

Новости:


© Лаборатория Параллельных информационных технологий НИВЦ МГУ
Rambler's Top100