Прошлой осенью я отправился в тур по суперкомпьютеру Blue Waters в университете штата Иллинойс. Я спросил, использовал ли кто-нибудь весь компьютер. Мне сказали, что он всегда работал над несколькими проектами. Это заставило меня задуматься о полезности суперкомпьютеров. Возможно, «Голубые воды» необычны в том смысле, что они должны использоваться в промышленности и в университете - я не знаю. Я предполагаю, что есть некоторые накладные расходы в управлении процессорами и памятью одного суперкомпьютера. Будет ли более экономически эффективным создание небольших компьютеров? Может ли кто-нибудь помочь мне понять ценность суперкомпьютеров? Или иногда они посвящены отдельным проектам?
computer-architecture
Митчелл Каплан
источник
источник
Ответы:
Типичная работа на Blue Waters использует около 10% машины и потребляет в общей сложности 75 узловых часов . Blue Waters имеет около 27500 узлов, что означает, что некоторые из этих «75 узловых часов» выполняются всего за пару минут. Это позволяет ученым использовать машину в интерактивном режиме. (Вы можете увидеть скользящие средние здесь: http://xdmod.ncsa.illinois.edu/#tg_usage:group_by_Jobs_none )
Суперкомпьютеры - это просто большие коллекции небольших компьютеров. Основная причина, по которой мы собираем их в одном месте, заключается в том, что мы можем наиболее эффективно разделить расходы таким образом. Вы пытаетесь создать компьютер, который может выполнять большую часть работы и для которого общая стоимость владения (общая стоимость компьютера, энергопотребление и обслуживание) сводится к минимуму в течение срока службы компьютера.
Существует несколько факторов, влияющих на общую стоимость владения: Стоимость оборудования одна. Чтобы минимизировать стоимость владения, вы хотите, чтобы оборудование выполняло полезную работу как можно чаще в течение определенного процента времени (в идеале 100% времени, реально несколько меньше, например, 95% будет считаться хорошим), пока оборудование не выгорит. или устареет. В противоположность этому, компьютер в вашем ноутбуке или телефоне, вероятно, фактически используется менее чем в 10% случаев, когда вы им владеете (вы спите 33% времени, вы едите и отдыхаете примерно половину времени, когда вы бодрствуете, и даже когда вы «используете» компьютер, процессор большую часть времени простаивает.)
Второе - это стоимость энергии. Есть несколько частей этого: первая - это стоимость самой энергии. Часть этих затрат расходуется на передачу энергии от электростанции к компьютеру. Часть этого теряется в «источнике питания» компьютера (который просто преобразует переменный ток в постоянный ток). Большой преобразователь переменного тока в постоянный обычно может быть более эффективным. Кроме того, компьютеры превращают полезную электроэнергию в отходящее тепло. Так что вам также нужно заплатить, чтобы убрать тепло. Опять же, более крупные кондиционеры обычно можно сделать более эффективными, чем несколько небольших кондиционеров.
Третий - стоимость обслуживания. Собрав кучу компьютеров и спроектировав их так, чтобы при выходе из строя все остальные работали, вы можете амортизировать затраты на обслуживающий персонал на гораздо большее количество компьютерных узлов, чем если бы все узлы были разными и размещались в разных зданиях. (или города).
Детали: Blue Waters имеет 288 кабинетов. Каждый шкаф имеет 96 «узлов». Каждый узел - это обычный обычный компьютер высокого класса. Большинство узлов имеют 2 процессора AMD Opeteron 6276 с тактовой частотой 2,3 ГГц и 64 ГБ памяти DRAM. Около 1/6 узлов вместо этого имеют один AMD Opteron 6276, графический процессор NVidia K20 и 38 ГБ DRAM. Если вы хотите, вы можете купить что-то похожее на «узел» примерно за 3000 или 4000 долларов и положить его в своей гостиной, чтобы играть в видеоигры. Голубая вода имеет около 27648 узлов. https://bluewaters.ncsa.illinois.edu/hardware-summary
Каждый узел, вероятно, потребляет чуть больше 500 Вт и превращает эту мощность в тепло. Если бы в вашей гостиной был узел для игры в видеоигры, это не было бы особенно большим делом. Он будет потреблять электричество из розетки и генерировать столько же тепла, сколько маленький персональный обогреватель. Зимой это было бы мило и уютно. Летом вам придется чаще запускать кондиционер, чтобы поддерживать комфорт в вашем доме. Если бы вы работали на полную мощность каждый день, ваш счет за электроэнергию значительно увеличился бы, возможно, вдвое больше, чем вы сейчас потребляете.
Но когда вы соберете 27648 из них вместе, он потребляет около 15 мегаватт и генерирует соответственно большое количество тепла. Истинное чудо инженерной мысли Blue Waters, как и любого крупного дата-центра, - это само здание. Это огромная холодильная коробка. Здание Blue Waters особенно интересно, потому что оно фантастически эффективно. Около 85% энергии, поступающей в здание, фактически используется для работы узлов. Я считаю, что где-то читал (не могу найти в данный момент) только 15% теряется при преобразовании энергии и удалении ненужного тепла. Это намного лучше, чем то, что вы получили бы от игрового компьютера на 500 Вт в вашей гостиной. Вам, вероятно, понадобится 750Ваттный «источник питания» и еще пара сотен ватт для работы кондиционера.
TL; DR
Давайте сложим все это вместе. Собирая тысячи небольших компьютеров и распределяя их использование среди множества людей, мы поддерживаем эти компьютеры в большинстве случаев, обеспечивая эффективное распределение ресурсов. Давать людям компьютеры, которые большую часть времени простаивают, стоит больших денег. Лучший способ сэкономить на вычислениях - это когда люди делят компьютеры, поэтому компьютеры большую часть времени заняты.
Blue Waters - это гораздо больше, чем просто компьютеры внутри него. Он специально разработан для максимально эффективного использования энергии. Частично это включает в себя размещение вблизи электростанций для снижения потерь электроэнергии в линиях электропередачи. Вот спутниковое изображение части Champaign IL, содержащей Blue Waters, для демонстрации:
источник
Суперкомпьютеры чрезвычайно важны в современных исследованиях. они не всегда используются на полную мощность в зависимости от динамики предложения / спроса / управления и постоянного цикла обновления / замены. Существуют массивные суперкомпьютеры, используемые в оборонной промышленности для моделирования оружия (соответствующие одному из ранних обоснований / стимулов для изобретения компьютера во Второй мировой войне, вычисления траекторий снарядов). это использование не является широко разрекламированным. современное моделирование оружия для ядерного оружия и высоко классифицировано. Моделирование позволяет точно «проверять» новые конструкции оружия только с помощью компьютерного моделирования. США даже отказываются от экспорта передовых компьютерных технологий в другие страны, например, в Китай по этой причине,
Есть много других применений. они могут быть использованы для моделирования динамики дизайна продукта. например, компании Tide нужно было выяснить, как оптимальным образом смешивать различные ингредиенты в своем хозяйственном мыле, а суперкомпьютеры использовались для расчета оптимального смешивания.
большинство суперкомпьютеров задействуют несколько разных проектов. они используются в качестве общих ресурсов, и у руководства есть стратегии выбора проектов на основе их общей нагрузки, исследовательской ценности и т. д.
Основная ценность суперкомпьютеров заключается в том, что очень масштабные вычисления просто невозможно выполнить на «меньших» компьютерах с меньшей общей загрузкой ЦП. но в последнее десятилетие произошел значительный сдвиг в сторону создания суперкомпьютеров с технологией «коммерческая готовность» (также известной как COTS), которая снижает их цену, и они все еще имеют очень высокую производительность.
В википедии упоминаются основные области применения суперкомпьютеров, это неполный список.
источник