IBM Road Runner - ภาควิชาวิทยาการคอมพิวเตอร์ คณะวิทยาศาสตร์

Report
IBM ROADRUNNER
BLADE CENTER
QS22/LS21 CLUSTER
เสนอ
อาจารย์ อภิศักดิ์ พัฒนจักร
โดย
1.513020388-3 นางสาว กมลชนก สามัคคีมติ ร
2. 513020389-1 นาย จักรพงษ์ ปักกาเวสา
3. 513020390-6 นาย จิรานนท์ โคตรชา
นักศึกษามหาวิทยาลัยขอนแก่ น คณะวิทยาศาสตร์
ภาควิชา วิทยาการคอมพิวเตอร์
สาขา เทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่ อสาร
"ROADRUNNER"
ตำแหน่งซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่มีควำมเร็ วในกำรประมวลผลสู งที่สด
ในโลกเปลี่ยนมือไปเป็ นของ RoadRunner แล้วด้วยสถิติ 1.026 petaflop
ผลงำนจำกกำรฝังชิป Cell จำนวน 12,240 ชิ้นด้วยฝี มือไอบีเอ็ม
"RoadRunner"
ชิป Cell นั้นเป็ นหน่วยประมวลผลที่สำมยักษ์ใหญ่โลกเทคโนโลยี
อย่ำงไอบีเอ็ม โซนี่ และโตชิบำร่ วมกันพัฒนำขึ้น แม้ขณะนี้โซนี่จะ
ถอนตัวจำกกำรร่ วมมือพัฒนำชิป Cell แล้ว แต่ Cell ยังปรำกฏตัวใน
เครื่ องเกม PlayStation 3, ทีวีคณภำพสูงและคอมพิวเตอร์พีซีของ
โตชิบำ และล่ำสดคือซูเปอร์คอมพิวเตอร์ของไอบีเอ็ม
"ROADRUNNER"
Roadrunner เป็ นคอมพิวเตอร์ที่มีสถำปัตยกรรม
แบบคลัสเตอร์ที่มีลกั ษณะเป็ น Hybrid คือใช้ AMD Opteron DC
1.8GHz ผสมกับ PowerXCell 8i 3.2 Ghz (เป็ น Cell ร่ นใหม่กว่ำที่ใช้
ใน PS3) ซึ่งถือว่ำเป็ นเรื่ องค่อนข้ำงแปลกสำหรับคอมพิวเตอร์แบบนี้
ซึ่งมักจะใช้หน่วยประมวลผลชนิดเดียวทั้งระบบ โดยประสิ ทธิภำพที่
ได้ เกิดจำกกำรคำนวณพร้อมๆ กันของหน่วยประมวลผลจำนวนถึง
122,400 ตัวพร้อมๆกัน
"ROADRUNNER"
RoadRunner ได้ชื่อว่ำเป็ นคอมพิวเตอร์ลูกผสมประกอบด้วย
-ชิป Cell 12,240 ตัว
-ชิปดูอลั คอร์ AMD Opteron อีก 6,562 ตัว
CELL PROCESSOR
Cell Processor [Cell Broadband Engine Architecture](CBEA)
เป็ นโปรเซสเซอร์ที่เปิ ดตัวในปี 2005 ด้วยสถำปัตยกรรมกำรออกแบบให้
ในยคนั้น ทำให้หลำยฝ่ ำยให้ควำมสนใจในตัว Cell Processor นี้มำก
CELL PROCESSOR
เป็ นกำรร่ วมมือกันของสำมบริ ษทั ยักษ์ใหญ่ ได้แก่ Sony, Toshiba
และ IBM หรื อที่เรี ยกว่ำ STI Group เพื่อที่จะออกแบบและผลิต
โปรเซสเซอร์แห่งอนำคตจดเด่นของ Cell ที่เห็นได้ชดั ที่สดก็คือ
การทางานแบบมัลติคอร์
ประสิ ทธิภาพ
1 Cell มีค่ำเท่ำกับ
5 Dual Opteron
CELL ARCHITECTURE
Cell เป็ นชื่อของซีพียทู ี่เจำะจงพัฒนำขึ้นมำเพื่อ PS3 และ
เครื่ องใช้ไฟฟ้ ำยคหน้ำ มันถูกมองว่ำเป็ นเครื่ องมือในกำรปฏิวตั ิ
วงกำรคอมพิวเตอร์Cell มีกำรออกแบบที่มีควำมแตกต่ำงจำกซีพียู
แบบที่ใช้กนั ในปัจจบันมำก แต่จะมีส่วนคล้ำยกับ Graphic Card
หรื อ GPU มำกกว่ำ ตัวซีพียตู ระกูล X86
CELL ARCHITECTURE
ในส่ วนของตัว Cell นั้น จะเป็ นกำรยอมแลกควำมยืดหยน่ ใน
กำรใช้งำนกับประสิ ทธิภำพที่เพิ่มขึ้นอย่ำงมำก ในส่ วนของ cache
และ virtual memory จะถูกตัดออกไป แทนที่ดว้ ยแรมแบบ SRAM
ขนำดคงที่ (เพื่อที่จะได้กำหนด address ที่อำ้ งแบบตำยตัวได้เลย)
ลองมำดูตำมรู ปด้ำนล่ำงนี้
เป็ นโครงสร้ำงตำมลำดับชั้นของ Cell ชั้นใหญ่ที่สดคือ
อปกรณ์เครื่ องใช้ไฟฟ้ ำ ในที่น้ ีให้เป็ น PS3 ซึ่งในรู ปนี้จะเป็ นกำร
บอกว่ำตัว Cell นั้นถ้ำหำกต้องกำรเพิม่ ประสิ ทธิภำพในกำรทำงำน ก็
ให้นำ Cell มำใช้ร่วมกันในกำรประมวลผลชั้นถัดมำคือภำยในตัว
Cell
ส่ วนประกอบที่สำคัญที่สดในตัว Cell นั้นคือ APU
(Attached Processor Unit) จำนวน 8 ตัวส่ วนย่อยลงไปอีกก็คือ
ตัวAPU ในแต่ละ APU จะประกอบไปด้วยหน่วยประมวลผลเลข
ทศนิยม
หลักการ STREAM PROCESSING
Stream Processing คือกำรที่ APU หนึ่งตัวประมวลผล แล้วเขียน
ข้อมูล Output เอำไว้ที่ RAM จำกนั้น APU ตัวต่อไปจะนำเอำ Output ของCell
ตัวแรกมำเป็ น Input ของตัวมันเอง เป็ นอย่ำงนี้ไปเรื่ อยๆ แต่ละ APU จะทำ
หน้ำที่เพียงอย่ำงเดียว และจะส่ งต่อกันไปเป็ นทอดๆ ซึ่งมันจะทำให้เวลำในกำร
ทำงำนโดยรวมลดลงไปมำก
แต่ขอ้ จำกัดของมันก็คือหลักกำร Stream Processing นั้นจะสำมำรถ
ทำงำนได้ ก็ต่อเมื่อทำงำนร่ วมกับ Program ที่ทำมำเฉพำะสำหรับ
Stream Processing เท่ำนั้น ถ้ำไม่ใช่โปรแกรมที่ทำมำเฉพำะ ก็จะไม่
เกิดประโยชน์อะไร
CELLULAR COMPUTING
เรำจะมำมองกันในชั้นของ Cell แต่ละ Cell หลักกำรทำงำนของ
Cellular Computing ตัว OS จะจัดกำรปริ มำณกำรคำนวณที่ตอ้ งกำร รวม
เป็ นชดข้อมูล ซึ่งประกอบไปด้วย ชดคำสัง่ , ข้อมูลที่จะใช้, และข้อมูลอื่นๆที่
จะเป็ นในกำรประมวลผล จะเรี ยกชดข้อมูลเหล่ำนี้วำ่ เป็ น 1 Software Cell
จำกนั้นตัว OS ก็จะทำกำรค้นหำว่ำมี Cell ตัวไหนที่วำ่ งอยูใ่ นระบบ
( อำจรวมไปถึง Cell ในอปกรณ์ไฟฟ้ ำตัวอื่นๆ ที่อยูใ่ นกำรเชื่อมต่อด้วย )
แล้วจัดส่ ง Software Cell ไปให้ Cell ที่เลือกไว้ทำกำรประมวลผล ซึ่ ง
เปรี ยบเสมือนกำรทำงำนแบบขนำนกลำยๆ คือ แยกงำนลงเป็ นส่ วนย่อยๆ
และกระจำยกันไปประมวลผลในแต่ละที่ และนำกลับมำรวมกันอีกที
CELL APPLICATIONS

IBM Roadrunner
CELL APPLICATIONS

SpursEngine
CELL APPLICATIONS

Sony Playstaion 3
AMD OPTERON PROCESSOR
AMD
ชื่อ AMD ย่อมำจำกชื่อเต็มของบริ ษทั Advanced Micro
Devices ก้ำวขึ้นมำผลิต CPU ที่หลังบริ ษทั Intel… ร่ น CPU ที่สร้ำง
ชื่อให้กบั AMD คือเมื่อครั้งที่เปิ ดตัว K6 ครั้งนั้นออกมำปะทะกับ
Intel Pentium II ผลงำนของ K6 ทำเอำ Pentium II อำยม้วนเสื่ อไป
หลำยตลบ
AMD OPTERON
ชื่อนี้ใหม่เอี่ยมคำดหวังให้เป็ นหมัดเด็ดของ AMD อีกตัว
เพรำะเป็ น CPU 64 Bit แท้ ของ AMD แต่แตกต่ำงไม่เหมือนกับ
Intel Itanium 64 Bit เพรำะ Opteron เป็ น 64 Bit แบบ x86-64Bit
(Itanium ไม่ใช่ x86)
ภำษำเครื่ องของ Opteron กับ Itanium เป็ นคนล่ะภำษำกัน ถึงจะ
เป็ น 64 Bit เหมือนกัน แต่กใ็ ช้ระบบปฏิบตั ิกำร(OS)ร่ วมกันไม่ได้
ซูเปอร์ คอมพิวเตอร์ ทเี่ ร็วทีส่ ุ ดในโลก มั่นใจใช้
AMD OPTERON
ใน กำรประชมซูเปอร์คอมพิวเตอร์นำนำชำติ (International
Supercomputing Conference) บริ ษทั เอเอ็มดี (NYSE: AMD)
เปิ ดเผยว่ำ AMD Opteron™ คือโปรเซสเซอร์ที่ผพู ้ ฒั นำระบบซูเปอร์
คอมพิวเตอร์ที่มีสมรรถนะสู งที่สดของ โลกให้ควำมไว้วำงใจ นี่เป็ น
ครั้งแรกที่เทคโนโลยีของ AMD มีบทบำทสำคัญในซูเปอร์
คอมพิวเตอร์ระดับ Top ของโลก และเทคโนโลยีเดียวกันนี้กพ็ ร้อม
สำหรับธรกิจและผูใ้ ช้พีซีทวั่ ไปแล้ว
จุดเด่ นของAMD OPTERON
 สำมำรถทำงำนกับ โปรแกรมเดิมๆที่เป็ น 32 Bit ได้ทน
ั ที
 สำมำรถประมวลผลโปรแกรม 32 Bit ได้มีประสิ ทธิ ภำพกว่ำ
Itanium
 ใช้งำนได้ง่ำยกว่ำ Itanium
 ช่วยลดต้นทนกำรจ่ำยเงินซื้ อโปรแกรม
 ได้รับควำมสนใจจำกผูผ้ ลิตคอมพิวเตอร์ เลือกใช้มำก
ROADRUNNER
DETAILS
System Name
Site
System Family
System Model
Computer
: Roadrunner
: DOE/NNSA/LANL
: IBM Cluster
: BladeCenter QS22 Cluster
: BladeCenter QS22/LS21 Cluster, PowerXCell 8i
3.2 Ghz / Opteron DC 1.8 GHz , Voltaire Infiniband
ROADRUNNER
DETAILS
Vendor
Application area
Installation Year
Operating System
Interconnect
Processor
: IBM
: Not Specified
: 2008
: Linux
: Infiniband
: PowerXCell 8i 3200 MHz (12.8 GFlops)
TOP 10 SYSTEMS - 11/2008
1. Roadrunner - BladeCenter QS22/LS21 Cluster, PowerXCell 8i 3.2 Ghz /
Opteron DC 1.8 GHz , Voltaire Infiniband
2 . Jaguar - Cray XT5 QC 2.3 GHz
3. Pleiades - SGI Altix ICE 8200EX, Xeon QC 3.0/2.8 GHz
4 . BlueGene/L - eServer Blue Gene Solution
5. Blue Gene/P Solution
TOP 10 SYSTEMS - 11/2008
6. Ranger - SunBlade x6420, Opteron QC 2.3 Ghz, Infiniband
7. Franklin - Cray XT4 QuadCore 2.3 GHz
8. Jaguar - Cray XT4 QuadCore 2.1 GHz
9. Red Storm - Sandia/ Cray Red Storm, XT3/4, 2.4/2.2 GHz
dual/quad core
10. Dawning 5000A - Dawning 5000A, QC Opteron 1.9 Ghz,
Infiniband, Windows HPC 2008
"RoadRunner"
ควำมเร็ ว 1 petaflop นั้นเทียบเท่ำกับควำมสำมำรถในกำร
ประมวลผลคำสัง่ 1 พันล้ำนล้ำนคำสัง่ ในหนึ่งวินำที RoadRunner จึง
เหนือกว่ำแชมป์ เก่ำซูเปอร์คอมพ์ก่อนหน้ำนี้ถึงสองเท่ำตัว โดย
รำยกำร 500 อันดับซูเปอร์คอมพิวเตอร์ควำมเร็ วสูงสดของโลกฉบับ
ใหม่ถูกเผยแพร่ ในงำนประชมซูเปอร์คอมพิวติ้งนำนำชำติหรื อ
International Supercomputing Conference แล้วที่เมือง Dresden
ประเทศเยอรมนีเมื่อวันพธที่ 18 มิถนำยนตำมเวลำท้องถิ่น
"ROADRUNNER"
ปัจจบัน RoadRunner ปฏิบตั ิงำนให้กบั สำนักงำนรักษำควำม
ปลอดภัยนิวเคลียร์แห่งชำติสหรัฐฯในควำม ดูแลของกระทรวง
พลังงำน สำหรับใช้ในห้องปฏิบตั ิกำร Los Alamos National
Laboratory ค่ำใช้จ่ำยในกำรสัง่ ทำอยูท่ ี่รำว 100 ล้ำนเหรี ยญ
(ประมำณ 3,300 ล้ำนบำท)
"ROADRUNNER"
ควำมเร็ วของ RoadRunner นั้นเขี่ย BlueGene/L ซูเปอร์
คอมพ์ควำมเร็ ว 478.2 teraflop เพื่อนร่ วมค่ำยไอบีเอ็มให้ตกไปอยู่
อันดับ 2 โดย BlueGene/L นั้นปฏิบตั ิงำนใน Lawrence Livermore
National Laboratory ตั้งแต่เดือนพฤศจิกำยนปี 2004
"ROADRUNNER"
ซูเปอร์คอมพ์ควำมเร็ วอันดับสำมเป็ นของ Blue Gene/P ของ
ไอบีเอ็มเช่นกัน อันดับสี่ คือ SunBlade x6420 Ranger ของซัน
ไมโครซิสเต็มส๋ ถูกใช้ในมหำวิทยำลัยแห่งรัฐเท็กซัส University of
Texas เมืองออสติน อันดับห้ำคือ Cray XT4 Jaguar ใน Oak Ridge
National Laboratory
"ROADRUNNER"
หำกไม่นบั รวมซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในสหรัฐฯ ซูเปอร์
คอมพิวเตอร์อนั ดับหนึ่งจะเป็ นของ Blue Gene/P ซึ่งใช้งำนใน
ประเทศเยอรมนีเจ้ำของควำมเร็ ว 180 teraflop สำหรับซูเปอร์
คอมพิวเตอร์เบอร์หนึ่งในโลกธรกิจคือ SGI Altix เจ้ำของคือบริ ษทั
ค้ำน้ ำมันสัญชำติฝรั่งเศสนำม Total ควำมเร็ ว 106 teraflop
"ROADRUNNER"
สิ่ งที่สงั เกตได้ชดั เจนคือ 10 อันดับแรกในกำรรำยกำรสดยอด
ซูเปอร์คอมพ์โลกนั้นส่ วนใหญ่เป็ นของไอบีเอ็ม โดยในจำนวน 500
อันดับ ไอบีเอ็มสำมำรถกวำดไปได้ 210 อันดับ ขณะที่คูแ่ ข่งอย่ำง
Hewlett-Packard สำมำรถทำได้ 183 อันดับ
"ROADRUNNER"
ขณะเดียวกัน ผลกำรจัดลำดับซูเปอร์คอมคือชิปของ
อินเทลนั้นถูกติดตั้งใน 75 เปอร์เซ็นต์ของซูเปอร์ คอมพ์ที่มีกำร
สำรวจ เป็ นตัวเลขที่เพิ่มขึ้นจำก 71 เปอร์เซ็นต์
แน่นอนว่ำชิปที่ได้รับควำมนิยมมำกคือชิป 4 คอร์ประมวลผล
"ROADRUNNER"
สิ่ งที่น่ำสนใจนอกจำกเครื่ องที่เร็ วที่สดแล้ว ยังมีแถม
กำรจัดอันดับคอมพิวเตอร์ตำมปริ มำณกำลังไฟฟ้ ำที่ใช้งำนด้วย โดย
คอมพิวเตอร์ที่ประหยัดพลังงำนที่สดในกล่ม 500 เครื่ องแรกก็ยงั คง
เป็ น RoadRunner เจ้ำเดิม ที่ 488 Mflop/s ต่อวัตต์ โดยวัดจำกปริ มำณ
กำลังไฟฟ้ ำที่ถูกใช้งำนระหว่ำงกำรวัดประสิ ทธิภำพของเครื่ อง
อันดับสองคือ IBM Blugene/P ที่ 376 Mflop/s ต่อวัตต์

similar documents