Суперкомпьютер Titan

Самый быстрый в мире суперкомпьютер установлен в Окриджской Национальной Лаборатории (ORNL) в США. Система под названием Titan возглавила новый список Top 500 мощнейших суперкомпьютерных систем, выпущенный в ноябре 2012г. Titan, созданный на базе Cray XK7, показал производительность в 17,59 петафлопс (квадриллион операций в секунду), измерения производились с помощью бенчмарка Linpack.

Titan реализует гибридную архитектуру CPU-GPU. Система состоит из 18688 узлов, каждый из которых оснащен 16-ядерным процессором AMD Opteron и графическим ускорителем NVIDIA Tesla K20X. В общей сложности в системе используется 560640 процессоров. Titan является обновлением суперкомпьютера Jaguar, ранее использовавшегося в ORNL. В рамках проекта по модернизации выполнялось оснащение процессоров дополнительными графическими ускорителями. Titan находится в том же здании и занимает те же серверные шкафы (общей площадью 404 кв. м), что и его предшественник Jaguar. Возможность использования уже существующих систем питания и охлаждения позволила сэкономить в ходе строительства порядка $20 млн. Энергопотребление суперкомпьютера составляет 8,2МВт, что на 1,2МВт больше показателей Jaguar, при этом его производительность при выполнении операций с плавающей точкой выше почти в 10 раз.

Последние достижения в области создания суперкомпьютеров демонстрируют, что использование связки CPU-GPU может привести к существенному прорыву в развитии суперкомпьютерной отрасли, по крайней мере, в ближайшей перспективе. В случае с Titan, вычислительную систему удалось полностью разместить в тех же шкафах, где ранее находился Jaguar, обладавший производительностью в 2,3 петафлопс. Гибридная архитектура обладает множеством преимуществ, основным из которых является высокая скорость выполнения параллельных вычислений при низком энергопотреблении. CPU потребляют большой объем энергии, и по мере увеличения числа используемых процессоров энергопотребление может вырасти до такой степени, что дальнейшее наращивание мощности станет экономически невыгодным. Использование гибридной архитектуры позволяет повысить производительность без существенного роста энергопотребления. В настоящее время, 62 системы в списке Top 500 используют гибридную архитектуру.

«Наращивание производительности суперкомпьютеров за счет использования традиционной CPU-only архитектуры является недальновидным и довольно затратным решением», - заявил Джефф Николс, сотрудник ORNL. «Использование связки CPU-GPU служит ответственным шагом на пути к снижению выбросов углекислого газа в атмосферу. Вычислительная мощь Titan будет использоваться учеными для проведения исследований в области энергетики, климатических изменений, науки о материалах и других областей знаний».

Полгода назад, установленный в Ливерморской Национальной Лаборатории им. Лоуренса, США, суперкомпьютер Sequoia был признан самой мощной в мире суперкомпьютерной системой. В настоящее время, Соединенным Штатам принадлежит две верхних позиции в списке Top 500. Titan, в отличии от Sequoia, является открытой системой. Это означает, что исследования на нем могут проводить представители как частного, так и государственного секторов. Sequoia представляет собой закрытую систему, используемую исключительно для исследований в рамках национальной ядерной программы США.

Titan в первую очередь будет использоваться для проведения исследований в области науки о материалах, ядерной энергетики, а также исследований, касающихся повышения эффективности работы двигателей внутреннего сгорания. Система также будет использоваться для моделирования климатических изменений и анализа потенциальных стратегий по устранению их негативных последствий. Другие возможные области применения включают в себя анализ переноса излучения, что может быть полезно для астрофизиков и для развития технологий медицинской визуализации.

«Архитектура GPU от NVIDIA применяется для существенного увеличения скорости моделирования в таких областях, как метеорология и климат, сейсмология, астрофизика, динамика жидкостей и молекулярная биофизика», - сообщил физик Томас Шультес в пресс-релизе от NVIDIA.

Следующим этапом развития суперкомпьютеров должно стать достижение экзафлопной (1000 петафлопс) производительности к 2018г. ORNL выполняет обновление суперкомпьютера раз в 3-4 года, и очередную крупную модернизацию системы Titan можно ожидать уже в 2016г.