ЖУРНАЛ СТА 3/2015

тепловыделение может достигать не- сколько кВт на 1 м 2 занимаемой площа- ди. Очевидно, что от архитектуры и эф- фективности системы охлаждения будет зависеть надёжность, живучесть, а так- же оптимальный рабочий режим экс- плуатации суперкомпьютера. На прак- тике расходы на его охлаждение могут достигать 60% от совокупной стоимости эксплуатации. Не удивительно, что во- просы технико-экономической эффек- тивности сегодня наиболее актуальны в разработке и проектировании передо- вых суперкомпьютерных архитектур. Только широкое использование иннова- ционных и энергоэффективных реше- ний может гарантировать высокие по- казатели отдачи от инвестиций в супер- компьютерный проект. В качестве общепринятой интеграль- ной характеристики для оценки энер- гоэффективности используется коэффи- циент эффективности использования электроэнергии (PUE – Power Usage Effectiveness). Коэффициент PUE рас- считывается как отношение суммарной потреблённой центром обработки дан- ных (ЦОД) электроэнергии к части, из- расходованной ИТ-оборудованием. Вы- числительные системы с низким значе- нием PUE можно размещать в ЦОД без необходимости в капитальной модерни- зации имеющейся инфраструктуры и коммуникаций. Возможность использо- вать уже существующие системы энер- госнабжения и искусственного климата позволяет существенно сэкономить средства в процессе размещения и мон- тажа суперкомпьютера и даже, как ва- риант, позволяет разместить больший объём вычислительных ресурсов за те же самые деньги на той же рабочей площа- ди. В идеальном случае коэффициент PUE для суперкомпьютера должен стре- миться к единице. Г ИБРИДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СУПЕРКОМПЬЮТЕРОВ В последние годы в области суперком- пьютерных технологий всё большее рас- пространение получают так называемые гибридные архитектуры (рис. 2). Такой подход связан не столько со стремлени- ем достигнуть экзафлопсного уровня пиковой производительности (10 3 пе- тафлопс), сколько с сугубо экономиче- скими аспектами энергоэффективности и долгосрочной эксплуатации современ- ных суперкомпьютеров. Отличительной особенностью гибридной архитектуры является интеграция в базовом вычис- лительном узле нескольких типов вы- числительных элементов. В настоящий момент в качестве процессорных эле- ментов используются многоядерные процессоры общего назначения вместе с массивно-параллельными сопроцессо- рами или графическими ускорителями. Выбор ускорителей/сопроцессоров на- прямую связан с их высокой вычисли- тельной производительностью тера- флопсного уровня и высокой энергоэф- фективностью (в метрике – гигафлопс/ ватт). В частности, типичная энергоэф- фективность современных ускорите- лей/сопроцессоров в среднем равна 4 Гфлопс/Вт, тогда как этот же показа- тель для основных процессоров варьиру- ется около 1 Гфлопс/Вт. Помимо высо- кой энергоэффективности немаловаж- ным преимуществом ускорителей/со- процессоров являются их компактные физические размеры. Среди основных процессоров общего назначения наибо- лее распространёнными являются сер- верные решения от компании Intel, а в качестве ускорителей широко исполь- зуются решения от компаний NVIDIA (GPGPU), Intel (Xeon Phi). Несмотря на то что сопроцессоры и ускорители демонстрируют близкие по- казатели производительности и энер- гоэффективности, каждое из решений предполагает использование уникаль- ной и узкоспециализированной модели программирования. К примеру, базо- вым ядром Intel Xeon Phi является мо- дификация процессора Pentium с набо- ром инструкций ISA x86. Эта особен- ность Xeon Phi позволяет относительно легко переносить существующие про- граммные коды на данную платформу, что значительно упрощает весь цикл разработки и оптимизации программ- ного обеспечения. В случае же решений от компании NVIDIA предполагается, что критические участки программы (алгоритма) будут запрограммированы или преобразованы с использованием технологии CUDA. Данная технология позволяет программистам реализовать на специальном упрощённом диалекте языка программирования Си алгорит- мы, которые могут выполняться на гра- фических процессорах NVIDIA, и включать специальные функции в текст программы на Си. В целом важно под- черкнуть, что не существует универ- сального решения и выбор того или иного ускорителя/сопроцессора дикту- ется прежде всего специфическими особенностями решаемых вычисли- тельных задач. Гибридная архитектура вычислитель- ного комплекса позволяет достигать ре- кордных пиковых производительно- стей, даже в сравнении с традиционны- ми решениями, основанными на ис- пользовании высокопроизводительных узкоспециализированных процессоров или интегральных схем (ASIC), таких как архитектуры IBM POWER, Fujitsu SPARC64 или Anton HTIS. К примеру, в текущей редакции TOP-10 мощнейших петафлопсных суперкомпьютеров пла- неты первое и второе места занимают ОБ ЗОР / АППА РАТ НЫЕ С Р Е ДС Т В А 17 СТА 3/2015 www.cta.ru Рис. 2. Гибридный вычислительный модуль Рис. 3. Суперкомпьютер Sequoia Плата охлаждения Infiniband QDR Контроллер сети 3D Torus 2 × Nvidia K40 2 × разъём для Intel Xeon E5 v3 Оперативная память Локальный диск © Eurotech Иллюстрация с сайта ru.wikipedia.org/wiki