Корпорация Intel и технологии высокопроизводительных вычислений

 


Для решения сложнейших вычислительных задач и обработки очень больших массивов данных во всем мире используются высокопроизводительные вычисления (HPC). HPC-системы имеют огромное значение в различных областях важнейших научных и промышленных исследований, будь то проведение модельных расчетов метеорологических параметров, имитация аварии при испытании автомобилей, расшифровка генома человека или моделирование ядерного взрыва – именно благодаря им мы получаем более точные прогнозы погоды, более безопасные автомобили и более детальное представление о мире, в котором живем.

Из-за сложности подобных вычислений в HPC-сегменте рынка вместо фирменных векторных суперкомпьютеров, а также RISC/UNIX-оборудования и ПО все чаще применяются системы и решения на базе стандартных отраслевых технологий и компоновочных блоков, позволяющие использовать преимущества массовой продукции. Поддержка открытых отраслевых стандартов и решений позволяет существенно снизить расходы, при этом по мере появления новых аппаратных и программных технологий производительность, функциональность и гибкость новых решений будут непрерывно возрастать.

Существует два основных фактора, стимулирующих инновации и инвестиции в HPC-сегменте рынка. Первым из них является производительность – чем выше быстродействие системы и эффективность обработки данных, тем большего она позволяет добиться. Можно исполнять более сложные имитационные приложения, учитывать большее число параметров, создавать более точные и реалистичные модели, а значит, получать более качественные результаты и углублять представление о мире.

Вторым важнейшим стимулом является эффективность использования инвестиций. Все пользователи HPC-систем, независимо от того, являются ли они академическими, исследовательскими или отраслевыми учреждениями, находятся в конкурентной среде. Следовательно, они смогут использовать преимущества массовой продукции и лучше реализовывать исследовательские или деловые цели, если будут обладать возможностью сократить свои затраты, не снижая производительности.
Кроме того, область применения высокопроизводительных компьютеров расширяется, и к научным, исследовательским и академическим задачам добавляются инженерные и коммерческие. По мере распространения приложений для HPC-систем чисто технологические взгляды все чаще уступают место подходу, в значительной степени ориентированному на повышение ценности бизнеса и продуктивности.

Корпорация Intel и высокопроизводительные вычисления

HPC-системы и решения на базе архитектуры Intel® играют жизненно важную роль в ускорении развития научного потенциала и исследовательских возможностей, в достижении деловых и конкурентных преимуществ.

Решения на базе платформ Intel, поддерживающих открытые стандарты, предоставляют функциональные возможности уровня суперкомпьютеров при значительном снижении расходов по сравнению с фирменными системами, предназначенными для проведения современных научных исследований, а также выполнения отраслевых и корпоративных HPC-приложений. Компоновочные блоки на базе продукции Intel – архитектур, процессоров, платформ, межкомпонентных соединений, программного обеспечения и сервисов – позволяют создать всеобъемлющие HPC-решения с оптимальной производительностью, средствами сетевого управления, безопасности и надежности.

HPC-кластеры на базе архитектуры Intel, использующие сетевые коммерческие технологии, обеспечивают великолепную производительность и широкие возможности в области технических расчетов. Продукция корпорации Intel расширяет представление об этих кластерных платформах на основе открытых стандартов до grid-систем, предоставляя возможность вычислительным устройствам всех видов обмениваться информацией друг с другом и создавая, таким образом, всемирную виртуальную сеть для распределенных вычислений.

Архитектура Intel лежала в основе самых первых высокопроизводительных вычислительных кластеров, и сегодня, спустя более десяти лет, корпорация Intel остается ведущим отраслевым поставщиком стандартных компоновочных блоков для HPC-решений.

Эта тенденция к использованию архитектуры на базе открытых стандартов нашла отражение в списке самых мощных вычислительных систем в мире TOP500, который на протяжении последних лет отражает рост популярности стандартных отраслевых компоновочных блоков, таких как процессоры и платформы архитектуры Intel, позволяющих повышать производительность и снижать расходы. За последние четыре года число машин на базе компонентов Intel в этом списке возросло с 6 (1,2%) до 333 (67%), причем процессор Intel® Xeon® теперь является самой распространенной платформой в списке TOP500 .

Тенденция к переходу на архитектуру Intel объясняется высокими издержками, свойственными экспериментальным фирменным системам, а также отсутствием гибкости. При этом Intel-системы не только достигают производительности на уровне суперкомпьютеров, но и позволяют радикально снизить цены и сократить время развертывания.

«Сердцем» множества наиболее быстродействующих вычислительных систем мира являются два процессора Intel:

Процессор Intel® Itanium® 2 – платформы на базе этого процессора при решении особо важных HPC-проблем обеспечивают самую высокую для продукции Intel производительность вычислений с плавающей запятой, масштабируемость и надежность. Поддерживая адресное пространство памяти объемом один петабайт, они идеально подходят для создания симметричных масштабируемых многопроцессорных решений.

64-разрядный процессор Intel® Xeon® – системы на базе этого процессора позволяют создавать мощные, надежные HPC-решения как для серверных, так и для одноранговых приложений. Системы, в которых используется этот наиболее распространенный в мире серверный процессор, предлагают более широкий выбор доступных приложений, инструментальных средств обеспечения производительности, промежуточного ПО, а также операционных систем, что помогает предприятиям быстро и успешно проводить развертывание решений.

Открытые стандарты и отраслевое сотрудничество

Как ведущий отраслевой поставщик технологических компоновочных блоков для создания HPC-решений корпорация Intel находится в центре мирового сообщества производителей оборудования, разработчиков ПО, системных интеграторов и поставщиков услуг, создающих лучшие в своем классе решения на базе стандартной архитектуры.

Благодаря использованию платформ на базе открытых стандартов для grid-вычислений промышленные и академические вычислительные центры смогли создать высокомасштабируемые мощные виртуальные глобальные вычислительные сети, которые сводят к минимуму риски и повышают экономическую эффективность.
В прошлом суперкомпьютерные системы проектировались в виде вертикальных фирменных комплексов, в которых микросхемы, процессоры, оборудование и программное обеспечение разрабатывались одной компанией, поэтому масштабирование не приносило экономической выгоды. За последние годы отраслевой подход к этой проблеме изменился благодаря введению открытых отраслевых стандартов и поддержке различных сетевых технологий – теперь компании могут сконцентрировать основное внимание на одном горизонтальном «слое» и вместе с отраслевыми партнерами работать над созданием полного и более экономичного решения.

Отраслевые организации, занимающиеся поддержкой стандартов, такие как OpenMP* или OpenIB*, помогают стимулировать заинтересованность компаний отрасли в принятии открытых стандартов, цель которых – повышение производительности, масштабируемости и способности систем к взаимодействию при одновременном сокращении расходов и времени развертывания.

Программа Intel® Advanced Computing Center

Растущие рабочие нагрузки вызывают неограниченный рост потребности академических, государственных и промышленных учреждений в вычислительных мощностях. Хотя фирменные суперкомпьютеры могут решать сложные проблемы логистики, они зачастую являются системами, изготовленными по индивидуальному заказу, и их невозможно экономичным образом воспроизвести в масштабах менее крупных предприятий. Чтобы расширить возможность выполнения приложений с интенсивным обменом данными или с интенсивной вычислительной нагрузкой, необходимо использовать инновационную архитектуру оборудования и программного обеспечения, которая будет соответствовать постоянно растущим требованиям рынка профессиональных технических расчетов.

Программа Intel Advanced Computing Center призвана удовлетворить эти требования и реализовать HPC-возможности на корпоративных системах. Ее основной задачей является ускорение внедрения инноваций в вычислительные системы массового производства путем сотрудничества с ведущими коммерческими и академическими партнерами, с тем чтобы разработать технологии, которые раньше были доступными только в фирменных суперкомпьютерах, а также интегрировать их в стандартные аппаратные и программные компоновочные блоки за счет:
- расширения возможностей для создания прототипов устройств на базе новых технологий;
- сотрудничества с академическими, государственными и промышленными организациями по внедрению технологий;
- взаимодействия с экосистемой Intel в целях переноса технологий в массовую продукцию и интегрированные решения.

В конечном итоге благодаря этим преимуществам предприятия смогут использовать возможности суперкомпьютеров с такой же легкостью и гибкостью, как настольные системы.

Высокопроизводительные вычисления в действии

Проект CERN по созданию Большого андронного коллайдера
Европейский центр ядерных исследований (CERN) в настоящее время работает над созданием крупнейшего в мире инструмента научных исследований – Большого андронного коллайдера (LHC), ускорителя элементарных частиц с длиной окружности 27 км, который позволит узнать чуть больше о Вселенной в момент Большого Взрыва. Предполагается, что после намеченного на 2007 г. ввода в строй LHC будет генерировать 1500 МБ данных каждую секунду. В течение трех последних лет CERN вместе с корпорацией Intel и другими партнерами работал над созданием системы CERN opencluster. Эта мощная вычислительная grid-система, состоящая из серверов на базе процессоров Intel® Itanium® 2 и Intel® Xeon®, будет экспортировать данные экспериментов для специалистов в области ядерной физики всего мира в режиме реального времени. На протяжении последних восемнадцати месяцев решение CERN opencluster играет жизненно важную роль в моделировании реальной работы системы LHC Computing Grid, в частности, благодаря ему службе Service Challenges удалось длительное время поддерживать скорость передачи данных между CERN и крупнейшими научными вычислительными центрами по всему миру на уровне 600 МБ/с.

Columbia помогает NASA раскрывать тайны Вселенной

Суперкомпьютер Columbia агентства NASA, введенный в эксплуатацию в октябре 2004 г., предоставляет средства интегрированной обработки данных и визуализации, а также среду для хранения данных, которые призваны помочь NASA в достижении стратегических целей и реализации подходов к исследованию космического пространства. По оценкам, Columbia, представляющий собой интегрированный кластер из 20 взаимосвязанных 512-процессорных систем SGI Altix* (всего 10 240 процессоров Intel® Itanium® 2), обеспечивает NASA 10-кратное увеличение производительности по сравнению с предыдущим суперкомпьютером. В настоящее время этот суперкомпьютер занимает четвертое место в списке самых мощных HPC-систем в мире .

Toyota Motorsport упрочила свое лидерство в соревнованиях F1 благодаря серверному кластеру на базе процессоров Intel

Компания Toyota Motorsport Formula-1 стандартизировала свои системы, которые используются для проектирования автомобилей и инженерных расчетов, и создала кластер серверов на базе процессоров Intel® Itanium® 2 в целях совершенствования гоночных параметров и ускорения разработки автомобилей, принимающих участие в соревнованиях Формулы-1. Благодаря новой HPC-системе на протяжении двух последних сезонов Toyota оперативно и непрерывно улучшает процесс проектирования, поскольку должна соответствовать требованиям, предъявляемым к гоночной команде, когда в течение всего двух недель между официальными соревнованиями необходимо перепроектировать до 15% автомобиля, чтобы постоянно совершенствовать его скоростные характеристики и управляемость на трассе.

С прицелом на будущее

Экономика высокопроизводительных вычислений непрерывно эволюционирует. Чтобы быть жизнеспособными и использовать преимущества стандартных отраслевых компоновочных блоков массового производства, HPC-решения также должны следовать закону Мура. Корпорация Intel играет ключевую роль в ускорении развития HPC-решений для науки, производства и бизнеса, предоставляя лучшие открытые коммерческие технологии и сотрудничая как с отраслевыми партнерами, так и с конечными пользователями.