- •Многомашинные и многопроцессорные вс. Суперкомпьютеры и кластерные системы. (Слайд 1)
- •1. Определение и классификация вычислительных систем
- •1.1. Классификация вс по назначению
- •1.2. Классификация вс по типу построения
- •1.3. Классификация вс по типу эвм или процессоров (Слайд 3)
- •1.4. Классификация вс по степени территориальной разобщенности вычислительных модулей (Слайд 3)
- •1.5. Классификация вс по методам управления элементами вс (Слайд 3)
- •1.6. Прочие классификационные признаки вс (Слайд 3)
- •2. Архитектура вычислительных систем
- •3. Многопроцессорные структуры вс (пример построения)
- •4. Суперкомпьютеры
- •4.1. История создания (Слайд 14).
- •4.2. Современные суперкомпьютеры (Слайд 15).
- •4.3. Некоторые современные суперкомпьютеры 2010 – 2011 года
- •1.Jugene - производительность 825 терафлопс (2010 г.) (Слайд 16).
- •2.Kraken - производительность 831 терафлопс (2010 г.) (Слайд 17).
- •3.Ibm Roadrunner - производительность 1,042 петафлопс(2010 г.) (Слайд 19).
- •4. Condor Claster - производительность – 0,5 петафлопса. (2010 г.) (Слайд 20).
- •5.SuperMuc - производительность до 3 петафлопсов (2010 г.) (Слайд 21).
- •6. Jaguar - производительность 1,7 петафлопс(2011 г.) (Слайд 22).
- •7.Tianhe-1 - производительность 2,57 (4,7) петафлопса (2011 г.) (Слайд 24).
- •8.K computer - производительность 10,51 (11,28) петафлопс (2011 г.) (Слайд 25).
- •9.Экзафлопсный суперкомпьютер (Слайд 26).
- •1.4. Рейтинг суперкомпьютеров тор-50 за 2011 год.
- •1.5. Современные отечественные суперкомпьютеры (Слайд 28).
- •Персональные суперкомпьютеры
- •6. Кластерные системы
-
Персональные суперкомпьютеры
В настоящее время суперкомпьютер можно приобрести и в личное пользование. Так, например, фирма «Серверные системы» предлагает персональный суперкомпьютер STSS Flagman WX240T.2, построенный на процессорах Intel Xeon и графических процессорах NVIDIA Tesla. (Слайд 30).
Графические процессоры (вычислители) NVIDIA Tesla объединяют 1792 параллельных процессорных ядра и способны обрабатывать тысячи параллельных потоков, достигая суммарной пиковой производительности в 4 Терафлопа на операциях с одинарной точностью и 2 Терафлопа на операциях с двойной точностью.
Основные характеристики:
В минимальной конфигурации – однопроцессорная система
-
4-х ядерный процессор Intel Xeon 5630 2.53 GHz
-
два суперкомпьютерных вычислителя NVIDIA Tesla C2040
-
– стоимость около 8500 у.е.
В максимальной конфигурации – двухпроцессорная система
-
два 6-ти ядерных процессора Intel Xeon 5690 3.73 GHz
-
четыре суперкомпьютерных вычислителя NVIDIA Tesla C2070
-
до 96GB оперативной памяти DDR3
-
дисковая подсистема (8 жёстких дисков SATA 3000 GB -общая емкость 24 ТВ) с поддержкой «горячей замены»
-
– стоимость около 30000 у.е. (данные – декабрь 2011 года)
6. Кластерные системы
Вычислительные системы как мощные средства обработки заданий пользователей широко используются не только автономно, но и в сетях ЭВМ в качестве серверов. (Слайд 31)
С увеличением размеров сетей и их развитием возрастают плотности информационных потоков, нагрузка на средства доступа к сетевым ресурсам и на средства обработки заданий. Круг задач, решаемый серверами, постоянно расширяется, становится многообразным и сложным. Чем выше ранг сети, тем более специализированными они становятся. Администраторы сетей должны постоянно наращивать их мощь и количество, оптимизируя характеристики сети под возрастающие запросы пользователей.
В сетях первых поколений серверы строились на основе больших и очень дорогих ЭВМ (mainframe), выпускаемых целым рядом компаний: Compaq, IBM, Hewlett-Packard. Все они работали под управлением ОС Unix и способны были объединяться для совместной работы.
Успехи микроэлектроники, повсеместное применение ПК, широкое распространение Интернет - Интранет технологий позволили перейти к более простым и дешевым системам. Одним из перспективных направлений здесь является кластеризация, то есть технология, с помощью которой несколько серверов, сами являющиеся вычислительными системами, объединяются в единую систему более высокого ранга для повышения эффективности функционирования системы в целом.
Другими словами, отдельные, независимые суперкомпьютеры вытесняются группами высокопроизводительных серверов, объединяемых в т.н. кластер.
Удобство построения кластерных ВС - возможность гибко регулировать необходимую производительность системы, подключая к кластеру с помощью специальных аппаратных и программных интерфейсов обычные серийные серверы до тех пор, пока не будет получен суперкомпьютер требуемой мощности. Кластеризация позволяет манипулировать группой серверов как одной системой, упрощая управление и повышая надежность.
Целями построения кластеров служат:
-
Улучшение масштабируемости (способность к наращиванию мощности) предусматривает, что все элементы кластера имеют аппаратную, программную и информационную совместимость, что дает возможность при добавлении новых процессоров, дисковых систем и пр. увеличить производительность и надежность системы.
-
Повышение надежности и готовности системы в целом обеспечивается избыточностью, изначально заложенной в кластеры. Основой этого служит возможность каждого сервера кластера работать автономно, но в любой момент он может переключиться на выполнение работ другого сервера в случае его отказа.
Коэффициент готовности систем рассчитывается по формуле:
КТ = Тр1(Тр+Т0),
где Тр - полезное время работы системы;
То - время отказа и восстановления системы, в течение которого она не могла выполнять свои функции.
Большинство современных серверов имеет 99-процентную готовность (неработоспособность - около четырех дней в году). Готовность 99,9%, достигаемая обычно спаркой серверов (основной плюс резервный), означает годовой простой около 500 мин., 99,999% - 5 мин., а 99,9999% - 30 сек.
Появление критически важных приложений в областях бизнеса, финансов, телекоммуникаций, здравоохранения и других требует обеспечения коэффициента готовности не менее чем т.н. «пять девяток» и даже выше.
-
Увеличение суммарной производительности кластера, объединяющего несколько серверов, обеспечивается автоматически. Каждый сервер кластера сам является достаточно мощной вычислительной системой, рассчитанной на выполнение им всех необходимых функций в части управления соответствующими сетевыми ресурсами. Свободные ресурсы такой системы можно использовать для выполнения каких-либо трудоемких вычислений. При этом стоимость создания подобных вычислительных кластеров очень мала, так как все их составные части работают в сети и только при необходимости образуют виртуальный (временный) вычислительный комплекс.
Совокупные вычислительные мощности кластеров могут быть сравнимы с мощностями суперЭВМ, и даже превышать их при неизмеримо меньшей стоимости, обеспечивая наилучшее соотношение производительность / стоимость.
Так например, фирма IBM еще в 2001 году представила одну из самых мощных кластерных систем ASCI White, содержащую 8192 микропроцессора IBM Power 3, основную память емкостью 6 Тбайт, дисковую память емкостью 160 Тбайт; общая производительность кластера 12,5 TFloPS (триллионов операций в секунду). Стоимость такой кластерной системы существенно ниже по сравнению с локальными суперкомпьютерами, обеспечивающими ту же производительность.
-
Эффективное перераспределение нагрузок между компьютерами кластера обеспечивается работой кластера под управлением единой операционной системы, что позволяет оперативно контролировать процесс вычислений. Управление такими проектами требует создания специального клиентского и серверного программного обеспечения, работающего в фоновом режиме. Компьютеры при этом периодически получают задания от сервера, включаются в работу и возвращают результаты обработки.
-
Эффективное управление и контроль работы системы подразумевает возможность работы отдельно с каждым узлом, вручную или программно отключать узел для модернизации или ремонта с последующим возвращением его в работающий кластер. Это обеспечивает специализированное кластерное ПО, интегрированное в ОС серверов.
Различные фирмы реализуют разные подходы к реализации кластерных систем. Фирма разработала Sun 64-процессорную SMP-модель сервера. Фирма IBM разработала SMP-систему, построенную на 16 процессорах Itanium 2. Напротив, фирма Dell считает, что применение более восьми процессоров в SMP-структуре применять нецелесообразно из-за трудностей преодоления конфликтов при их обращении к общей оперативной памяти.
Большой интерес к построению кластеров проявляет фирма Microsoft. В связи с широкой популярностью операционных систем Windows NT и выше, предназначенных для управления сетями крупных предприятий, разработаны различные варианты кластерного обеспечения, которое поддерживает до 16 и более узлов в кластере.
Как и у любой разрабатываемой технологии, у кластеризации имеются свои недостатки:
-
задержки разработки и принятия общих стандартов;
-
большая доля нестандартных и закрытых разработок различных фирм, затрудняющих их совместное использование;
-
трудности управления одновременным доступом к файлам;
-
сложности с управлением конфигурацией, настройкой, развертыванием, оповещениями серверов о сбоях и т.п.