Blue Gene

Allikas: Vikipeedia
Blue Gene superarvuti KEK-is

Blue Gene on IBM-i projekt, et välja töötada väikese voolutarbega superarvuteid, mille töökiirus oleks petaflopsi ulatuses.

Projekti käigus töötati välja kolm generatsiooni superarvuteid: Blue Gene/L, Blue Gene/P ja Blue Gene/Q. Blue Gene süsteemid on aastaid hoidnud esikohti edetabelites TOP500[1], kui kõige võimsam superarvuti ja Green500[2], kui kõige energiasäästlikum superarvuti. Samuti on Blue Gene arvutid järjepidevalt häid kohti saanud Graph500[3] nimekirjas. Projekti hinnati 2009. aastal rahvusliku medaliga tehnoloogias ja innovatsioonis.[4]

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

1999. aasta detsembris teatas IBM, et alustab saja miljoni dollari suuruse projektiga, et välja töötada superarvuti, millega on võimalik viia läbi teaduslikke uuringuid, mis nõuavad väga suurt arvutusjõudlust. Põhiline eesmärgiks oli uurida proteiinide struktuuride kujunemist. Samuti taheti selle projekti raames muuta seda uudset süsteemi paremini rakendatavaks. Algne ülesehitus põhines varasemal Cyclops64 arhitektuuril, mille projekteeris Monty Denneau. Põhiline arendustöö toimus IBM T.J. Watsoni uurimiskeskuses.

2001. aastal ühines IBM-iga Blue Gene arendustööks Lawrence Livemore Riiklik Laboratoorium (LLRL). Arendustöö jätkus IBM T.J. Watsoni uurimiskeskuses ja IBM Rochesteris eesmärgiga arendada süsteem LLRL-i jaoks.

Süsteemid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Blue Gene/L[muuda | redigeeri lähteteksti]

Süsteemi ülesehitus Blue Gene/L näitel
Üks Blue Gene/L plaat

2004. aasta novembris saavutas 16 seadmepüstikuga Blue Gene/L süsteem esimese koha TOP500 nimekirjas jõudlusega 70,72 teraflopsi.[1] Alates sellest hetkes hoidis Blue Gene/L LLRL süsteem esikohta 3,5 aastat, kasvades lõpuks 104 seadmepüstikuni ning saavutades kiirusi 478 ja 596 terafloppi sekundis LINPACK jõudlustesti peal.[5] Juunis 2008 ületas need kiirused IBM uus süsteem nimega Roadrunner Los Alamose Riiklikus Laboratooriumis. Samuti oli Roadrunner esimene süsteem, mis ületas 1 petaflopsi piiri.

Kuigi LLRL süsteem oli kõige suurem mis baseerus Blue Gene/L arhitektuuril, siis palju oli ka väiksemaid süsteeme. 2006 aastal oli TOP500 nimekirajs koguni 27 Blue Gene/L arhitektuuril põhinevat süsteemi. Kui TOP500 kasutab arvutite võrdluseks ühte tarkvaralist lahendust, LINPACK, siis Blue Gene/L püstitas rekordeid jõudluses ka muudel rakendustel. Nimelt Blue Gene/L oli esimene superarvuti, mis suutis üle 100 teraflopsi jooksutada kolmemõõtmelist molekulaardünaamilist koodi (ddcMD), mis simuleerib vedelmetalli tahkumise protsessi kõrge rõhu ja temperatuuriga tingimustes. See saavutus võitis 2005 aastal Gordon Belli auhinna.[6]

Ülesehitus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Blue Gene/L ülesehitus põhines QCDSP ja QCDOC arhitektuuride edasiarendusel. Iga Blue Gene/L arvutus- või I/O sõlm oli üksik ASIC, millele olid liidetud DRAM mälukiibid. ASIC liitis omavahel kaks 700MHz PowerPC 440 protsessorit. Mõlema protsessori vahemälud ei olnud seejuures omavahel seotud.

Arvutussõlmed paiknesid kahe kaupa arvutuskaardil, mis omakorda paiknesid 16-kaupa plaatidel. Ühes seadmepüstikus oli 32 sellist plaati.[7] Kuna kõik olulisemad alamsüsteemid asusid ühel kiibil ja kasutati vähese energatarbega loogikat, oli voolutarve ühe arvutussõlme kohta väike(umbes 17 vatti koos mälumoodulitega). Tänu sellele suudeti ühte standartsesse seadmepüstikusse mahutada kuni 1094 arvutussõlme. Samuti oli aga nii suure arvutussõlmede hulga juures komponentide rikked vältimatud. Süsteem oli siiski võimeline elekriliselt eraldama terve rea rikkega komponente, et süsteem saaks sellest olenemata edasi töötada.

Iga Blue Gene/L sõlm oli ühendatud kolme paralleelsesse sidevõrku: kolmemõõtmeline võrk suhtluseks sõlmede vahel, ühine võrk suhtluseks ja üldine katkestusvõrk. I/O sõlmed, mis jooksid Linuxi operatsioonisüsteemi peal tagasid suhtluse andmebaasiga Ethernet võrgu abil. I/O sõlmed tegelesid ka failisüsteemi toimingutega arvutussõlmede asemel.

Rakenduste arendus toimus enamasti C, C++ ja Fortran programmeerimiskeeltes, aga ka sellised skriptikeeled nagu Ruby ja Python[8] olid kohandatud Blue Gene/L arvutussõlmede jaoks.

Blue Gene/P[muuda | redigeeri lähteteksti]

Blue Gene/P arvutuskaart

Juunis 2007 avaldas IBM Blue Gene/P, teise põlvkonna superarvuti Blue Gene seeriast. Seda arendati koostöös LLRL-iga ja Argonne Riikliku Laboratooriumiga.

Ülesehitus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Blue Gene/P on edasi arendatud Blue Gene/L-ist. Iga Blue Gene/P arvutuskiip koosneb neljast PowerPC 450 protsessori tuumast, mis töötavad 850MHz kiirusel. Tuumade vahemälud on omavahel seotud ning see võimaldab kiibil toimida neljasuunalise sümmeetrilise multiprotsessorina. Mälu alamsüsteem kiibil koosneb väikestest L2 vahemäludest ja 8MB suurusest kesksest jagatud vahemälust ning kahest DDR2 mälukontrollerist. Üks arvutussõlm töötab maksimaalselt kiirusel 13.6 gigafloppi sekundis. Ühte seadmepüstikusse mahtus 32 plaati seega tegi see kokku 1024 sõlme ja 4096 tuuma püstiku kohta.[9] Kasutades palju väikseid madala võimsusega ja kompaktselt pakitud kiipe, ületas Blue Gene/P kõiki oma generatsiooni superarvuteid võimsuse efektiivsuses. 2007-2008 aastatel olid Blue Gene/P masinad Green500 nimekirjas esimesed või esimeste hulgas.[2]

Arvutid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Järgnev on mittetäielik loetelu Blue Gene/P arvutitest.

  • 12. november 2007, esimene Blue Gene/P arvuti JUGENE. Asus Saksamaal Forschungszentrum Jülich-is ja koosnes 16 seadmepüstikust. Jõudluseks oli 167 teraflopsi.[10] Kui see valmis, siis oli see kõige kiirem superarvuti Euroopas ja kuues maailmas. 2009 uuendati see arvuti 72 seadmepüstikuni, millel oli 144 terabaiti mälu ja 6 petabaiti andmemahtu. Sellega kasvas jõudlus 1 petaflopsini. See konfiguratsioon sisaldas õhu ja vee vahelisi soojusülekandeid, mis langetasid oluliselt jahutuskulusid.[11] JUGENE tegevus lõpetati juulis 2012. See asendati uuema Blue Gene/Q süsteemiga JUQUEEN.
  • 13,9 teraflopsise jõudlusega arvuti paigaldati Rochesteri Ülikooli New York-is.[12] Süsteem koosneb ühest seadmepüstikust ja 180 terabaidist andmemahust.[13]
  • Esimine labor, mis paigaldas endale Blue Gene/P arvuti oli Argonne Riiklik Laboratoorium. Valmides oli süsteem 40 seadmepüstiku suurune ja jõudluse suhtes oli TOP500 nimekirjas kolmandal positsioonil.[14]
  • Lawrence Livemore Riiklik Laboratoorium paigaldas 36 seadmepüstiku suuruse masina "Dawn" 2009 aastal.
  • Kuningas Abdullah Teadus- ja Tehnoloogia Ülikool paigaldas 16 seadmepüstiku suuruse arvuti "Shaheen" 2009 aastal.
  • 2 seadmepüstiku suurune arvuti paigaldati 9. september 2008 Sofias, Bulgaarias.[15]
  • Esimene Blue Gene/P arvuti ASEAN-i piirkonnas paigaldati Brunei Darussalami Ülikooli teaduskeskusesse. See arvuti ajendas IBM-i ja ülikooli tegema koostööd uurimaks kliima muutuste mõjust põllukultuuri saagikusele, taastuvenergiale ja üleujutuste prognoosiks.[16]
  • 2010 paigaldati Blue Gene/P Melbourne Ülikooli.
  • 2012 paigaldati Blue Gene/P Rice Ülikooli.

Rakendused[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Veselin Topalov, 2010 male maailmameistri väljakutsuja kinnitas intervjuus, et ta kasutas mänguks valmistumisel Blue Gene/P superarvutit.[17]
  • Blue Gene/P arvutit on kasutatud, et jäljendada ligikaudu ühte protsenti inimese peaajukoores, sisaldades 1,6 miljardit neuronit ja 9 triljonit nendevahelist ühendust.[18]
  • Rutgersi Ülikooli, IBM-i ja Texase Ülikooli rühm ühendas Shaheeni teise Blue Gene/P arvutiga IBM Watsoni uurimiskeskuses. Moodustati liidustatud kõrge jõudlusega pilvandmetöötlussüsteem. Seejuures võideti IEEE SCALE 2011 nafta reservuaaride optimeerimise rakenduse eest.[19]

Blue Gene/Q[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kolmas edasiarendus Blue Gene seerias, Blue Gene/Q saavutas 2012 arvutusjõudluseks rekordilised 20 petaflopsi.[20] Blue Gene/Q jätkab Blue Gene/L ja /P ülesehituse edasiarendust ja laiendust.

Ülesehitus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Blue Gene/Q üks arvutuskiip koosneb 18 tuumast. PowerPC A2 64-bitine protsessor töötab kiirusel 1,6 GHz. Kiibid on toodetud 45nm tehnoloogiaga ja on võimelised arendama arvutusjõudlust kuni 204,8 gigaflopsi, kasutades seejuures 55 vatti energiat. Kiibi suurus on 19x19mm ja see koosneb 1,47 miljardist transistorist. Lisaks ühele kiibile on arvutuskaardile lisatud ka 16 gigabaiti DDR3 DRAM mälu.[21] Seadmepüstikud koosnevad 32 plaadist ehk 1024 arvutussõlmest, mis kokku teeb 16 384 tuuma ja 16 terabaiti mälu.[22]

Jõudlus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Ajal, kui IBM avaldas Blue Gene/Q süsteemi saavutas esialgne 4 püstikust koosnev arvuti TOP500 nimekirjas 17. koha tulemusega 677,1 teraflopsi. Sellega ületas see süsteem isegi 104 püstiku suurust Blue Gene/L süsteemi. See 4 püstikuline süsteem võttis esikoha ka Graph500 nimekirjas.

Juunis 2012 paiknesid TOP500, Graph500 ja Green500 tipus kõik Blue Gene/Q arvutid.

Arvutid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Järnev on mittetäielik nimekiri Blue Gene/Q arvutitest.

  • 2011. aasta alguses viidi Blue Gene/Q süsteem "Sequoia" üle Lawrence Livemore Riiklikku Laboratooriumi. See süsteem valmis juunis 2012, koosnedes 96 seadmepüstikust (98 304 arvutussõlme, 1,6 miljonit tuuma ja 1,6 petabaiti mälu). Samal ajal sai sellest arvutist maailma kiireim superarvuti, mis saavutas suurimaks arvutusjõudluseks 20,1 petaflopsi ja töötas stabiilselt 16,32 petaflopsi juures.[23][24] Seejuures tarbides 7,9 megavatti energiat. See liigitab Sequoia ja muud Blue Gene/Q süsteemid ühtedeks energiasäästlikemaks superarvutiteks.
  • Maksimumjõudlusega 10 petaflopsi Blue Gene/Q süsteem "Mira" paigaldati Argonne Riiklikku Laboratooriumi 2012. aastal. See koosnes 48 seadmepüstikust (49 152 arvutussõlme) ja omas 70 petabaiti andmemahtu.[25][26]
  • Maksimumjõudlusega 209 teraflopsi Blue Gene/Q süsteem paigaldati Rochesteri Ülikooli juulis 2012. Süsteem koosnes ühest seadmepüstikust (1024 arvutussõlme) ja 400 terabaidist andmemahust.

Rakendused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Blue Gene/Q süsteemidel on jooksutatud rekordilisi teadusrakendusi. Kosmoloogia simulatsiooni raamistik HACC töötas arvutusjõudlusel peaaegu 14 petaflopsi.[27] Cardioid-i kood, mis modelleeris inimese südame elektrofüsioloogiat, saavutas arvutusjõudluseks peaaegu 12 petaflopsi. Mõlemad olid saavutatud Sequoia peal.[28][29]

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. 1,0 1,1 The Top500 List
  2. 2,0 2,1 The Green500 List
  3. The Graph500 List
  4. Harris, Mark (September 18, 2009). "Obama honours IBM supercomputer". Techradar. Vaadatud 18.09.2009.
  5. Lawrence Livermore National Laboratory: BlueGene/L
  6. "Top Researchers, Projects in High Performance Computing Honored at SC". supercomputing.org (Nov 17 2005).
  7. Bluegene/L Configuration https://asc.llnl.gov/computing_resources/bluegenel/configuration.html
  8. William Scullin (March 12, 2011). "Python for High Performance Computing".
  9. "Overview of the IBM Blue Gene/P project". IBM Journal of Research and Development (Jan 2008).
  10. "Supercomputing: Jülich Amongst World Leaders Again", IDG News Service (2007-11-12). 
  11. "IBM Press room - 2009-02-10 New IBM Petaflop Supercomputer at German Forschungszentrum Juelich to Be Europe's Most Powerful". www-03.ibm.com (10. veebruar 2009).
  12. http://www.urmc.rochester.edu/news/story/index.cfm?id=3498
  13. http://www.circ.rochester.edu/resources.html
  14. "Argonne's Supercomputer Named World’s Fastest for Open Science, Third Overall"
  15. Вече си имаме и суперкомпютър, Dir.bg, 9 September 2008
  16. "IBM and Universiti Brunei Darussalam to Collaborate on Climate Modeling Research". IBM News Room.
  17. "Topalov training with super computer Blue Gene P". Chessdom. Vaadatud 09 detsember 2012.
  18. Kaku, Michio. Physics of the Future (New York: Doubleday, 2011), 91.
  19. "Rutgers-led Experts Assemble Globe-Spanning Supercomputer Cloud". http://news.rutgers.edu+(6. juuli 2011).
  20. "IBM announces 20-petaflops supercomputer". Kurzweil (18 November 2011). "IBM has announced the Blue Gene/Q supercomputer, with peak performance of 20 petaflops"
  21. The Blue Gene/Q Compute chip
  22. "IBM uncloaks 20 petaflops BlueGene/Q super". The Register (22. november 2010).
  23. B Johnston, Donald (18. juuni 2012). "NNSA's Sequoia supercomputer ranked as world's fastest".
  24. TOP500 Press Release
  25. MIRA: World's fastest supercomputer
  26. ANL's Mira Homepage
  27. S. Habib, V. Morozov, H. Finkel, A. Pope, K. Heitmann, K. Kumaran, T. Peterka, J. Insley, D. Daniel, P. Fasel, N. Frontiere, and Z. Lukic. "The Universe at Extreme Scale: Multi-Petaflop Sky Simulation on the BG/Q".
  28. Cardioid Cardiac Modeling Project
  29. Venturing into the Heart of High-Performance Computing Simulations