C2115 Praktický úvod do superpočítání -1-I. lekce
C2115
Praktický úvod do
superpočítání
I. lekce
Petr Kulhánek
kulhanek@chemi.muni.cz
Národní centrum pro výzkum biomolekul, Přírodovědecká fakulta
Masarykova univerzita, Kamenice 5, CZ-62500 Brno
Revize 1
C2115 Praktický úvod do superpočítání -2-I. lekce
Obsah
➢ Historie, využití a budoucnost výpočetní techniky
➢ Přehled výpočetních center ČR
MetaCentrum, CERIT-SC, IT4 Innovation
➢ Zahraniční výpočetní centra
centra dostupná pro zájemce z ČR, Top500
C2115 Praktický úvod do superpočítání -3-I. lekce
Historie
http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_computing_hardware
1985 Cray 2 1,9 GFLOPS
http://www.root.cz
Pavel Tišnovský, Unixové vykopávky1800 počátky děrných štítků
1946 ENIAC
1947 objev tranzistoru
1971 Intel 4004 (4 bit)
1974 Intel 8080 (8 bit)
1976 Intel 8086 (16 bit)
1985 Intel 80386 (32 bit)
2001 IA-64 (64 bit)
2003 AMD64/EM64T (64 bit)
proprietární vektorové CPU
2010 Intel Core i7 980X: @3,33 GHz
(6C/12T, Turbo@3,46 GHz): 109 GFLOPS
zdroj: wikipedia.org, intel.com
C2115 Praktický úvod do superpočítání -4-I. lekce
Využití výpočetní techniky
Výpočetní technika (počítače) zasáhla do všech odvětví lidské činnosti a stala se nedílnou
součástí našich životů. Dopomohl k tomu především bouřlivý vývoj v posledních 20 letech.
Výpočetní techniku používáme pro zábavu, k zpracovávání a konzumování informací.
Výpočetní technika (a hlavně superpočítače) se využívají k řešení numericky náročných
problémů jako jsou:
➢ simulace počasí, klimatologických a geologických změn (šíření záplav, vln tsunami,
zemětřesení)
➢ návrh nových materiálu a léčiv
➢ modelovaní ekonomického vývoje
➢ vědeckotechnické výpočty (chemie, fyzika, matematika)
➢ vojenské účely (simulace jaderných zbraní)
➢ hledání souvislostí v datech (big data)
➢ umělá inteligence, autonomní řízení …
C2115 Praktický úvod do superpočítání -5-I. lekce
Budoucnost
http://www.humanbrainproject.eu/
Simulátor lidského mozku …
Hardware:
• snižování spotřeby ….
• zvyšování výkonu ….
• masivní využití GPGPU ...
• speciální hardware: TPU, Intel Phi, ARM
• kvantové akcelerátory
Big Data ...
Autonomní řízení ...
Kvantové počítaní ….
https://www.humanbrainproject.eu/en/follow-hbp/news/animation-exploring-brain-scales-in-90-seconds/
umělá inteligence ….
D-wave
dwavesys.com
Tensor processing unit (TPU)
google.com
C2115 Praktický úvod do superpočítání -6-I. lekce
Výpočetní centra
v ČR
C2115 Praktický úvod do superpočítání -7-I. lekce
MetaCentrum
http://www.metacentrum.cz/
MetaCentrum vystupuje v roli České Národní Gridové Infrastruktury (NGI_CZ), která je
součástí Evropské Gridové Infrastruktury (EGI). Virtuálního pracovní prostředí MetaCentra
přispívá k podstatně efektivnějšímu využití instalované techniky, umožňuje využití
dostupných výpočetních zdrojů pro řešení velmi náročných výpočetních úloh, jejichž
zvládnutí je nad možností samostatného pracoviště v ČR.
Zájemcům z akademických a výzkumných institucí nabízí MetaCentrum prostředí pro
(spolu)práci v oblasti výpočtů a ukládání dat nejen na území ČR, ale i v mezinárodním
měřítku (podpora integrace do mezinárodního výzkumného prostoru (ERA) a napojení do
Evropské Gridové Infrastruktury EGI).
MetaCentrum koordinuje pořizování nákladného programového a aplikačního
vybavení, zajišťuje centrální nákup a správu licencí vybraného licencovaného SW. Zároveň
se MetaCentrum aktivně podílí na výzkumu a vývoji nezbytného k zajištění optimální
funkcionality, bezpečnosti a vysokého výkonu celé infrastruktury.
MetaCentrum je aktivita sdružení CESNET.
C2115 Praktický úvod do superpočítání -8-I. lekce
CERIT-SC
Centre CERIT-SC (CERIT Scientific Cloud) is a national centre operating computing and data
storage infrastructure for research and development. With its capacity of approx. 5500
CPU cores and over 4 PB storage capacity it is the largest node of Czech national eInfrastructure
MetaCentrum.
Centre CERIT-SC is a part of the national e-infrastructure recognized in the Roadmap of
Large Infrastructures for Research, Experimental Development and Innovation of the Czech
Republic, complementary to the CESNET association and IT4Innovations supercomputing
centre, with emphasis on experimental ("leading edge" and even disruptive) use of the einfrastructure
to meet the evolving user needs.
http://www.cerit-sc.cz/
C2115 Praktický úvod do superpočítání -9-I. lekce
MetaCentrum VO
Sdružuje výpočetní zdroje poskytované MetaCentrem, projektem CERIT-SC a dalšími
partnery.
http://metavo.metacentrum.cz/
▪ Účet může získat student libovolné vysoké školy
ČR.
▪ Přístup není vázán na konkrétní projekt a je
udělen na 1 rok.
▪ Prodloužení přístupu je podmíněno odevzdáním
výroční zprávy.
• Národní gridová infrastruktura
• OS Debian
• Stav 2019
• ca 15000 CPU jader
• CEITEC/NCBR vlastní zdroje cca 1100 CPU jader
• ~3 PB úložných diskových polí, ~20 PB hierarchických úložných prostorů
C2115 Praktický úvod do superpočítání -10-I. lekce
MetaCentrum VO
▪ Účet může získat student libovolné vysoké školy
ČR.
▪ Přístup není vázán na konkrétní projekt a je
udělen na 1 rok.
▪ Prodloužení přístupu je podmíněno odevzdáním
výroční zprávy.
• Národní gridová infrastruktura
• OS Debian
• Stav 2019
• ca 15000 CPU jader
• CEITEC/NCBR vlastní zdroje cca 1100 CPU jader
• ~3 PB úložných diskových polí, ~20 PB hierarchických úložných prostorů
Sdružuje výpočetní zdroje poskytované MetaCentrem, projektem CERIT-SC a dalšími
partnery.
http://metavo.metacentrum.cz/
C2115 Praktický úvod do superpočítání -11-I. lekce
IT4 Innovation
IT4Innovations národní superpočítačové centrum při VŠB – Technické univerzitě Ostrava je
předním výzkumným, vývojovým a inovačním centrem v oblasti vysoce výkonného počítání
(HPC), datových analýz (HPDA) a umělé inteligence (AI), provozující nejvýkonnější
superpočítačové systémy v České republice. IT4Innovations společně s institucemi CESNET a
CERIT-SC tvoří strategickou výzkumnou infrastrukturu České republiky e-INFRA CZ.
Projekt společně připravuje pět subjektů: Vysoká škola báňská-Technická univerzita Ostrava, Ostravská univerzita v
Ostravě, Slezská univerzita v Opavě, Vysoké učení technické v Brně a Ústav geoniky AV ČR.
http://www.it4i.cz/
▪ Přístup získávají řešitelé úspěšných projektů ve
veřejné grantové soutěži.
C2115 Praktický úvod do superpočítání -12-I. lekce
Výpočetní centra
v zahraničí
C2115 Praktický úvod do superpočítání -13-I. lekce
PRACE
http://www.prace-ri.eu/
Project Types:
➢ Multi-year Access is available to major European projects or infrastructures that can
benefit from PRACE resources and for which Project Access is not appropriate.
➢ Project Access is intended for individual researchers and research groups including
multi-national research groups and has a one year duration. Calls for Proposals for
Project Access are issued twice yearly (February and September).
➢ Preparatory Access is intended for resource use required to prepare proposals for
Project Access. Applications for Preparatory Access are accepted at any time.
PRACE: Partnership for Advanced Computing in Europe
C2115 Praktický úvod do superpočítání -14-I. lekce
PRACE - členové
Austria: JKU - Johannes Kepler University of Linz
Belgium: DGO6-SPW - Direction générale opérationnelle de l’Économie, de l’Emploi et de la Recherche – Service Public de Wallonie
Bulgaria: NCSA - Executive agency "Electronic communication networks and information systems"
Cyprus: CaSToRC – Computation-based Science and Technology Research Center, The Cyprus Institute
Czech Republic: VŠB - Technical University of Ostrava
Denmark: DeIC - Danish e-Infrastructure Cooperation
Finland: CSC - IT Center for Science Ltd.
France: GENCI - Grand Equipement National de Calcul Intensif
Germany: GCS - GAUSS Centre for Supercomputing e.V
Greece: GRNET - Greek Research and Technology Network S.A.
Hungary: NIIFI - National Information Infrastructure Development Institute
Ireland: ICHEC - Irish Centre for High-End Computing
Israel: IUCC - Inter-University Computation Center
Italy: CINECA - Consorzio Interuniversitario
Norway: SIGMA – UNINETT Sigma AS – The Norwegian Metacenter for Computational Science
The Netherlands: SURFSARA: SARA Computing and Networking Services
Poland: PSNC – Instytut Chemii Bioorganicznej Pan – Institute of Bioorganic Chemistry – Poznan Supercomputing and Networking
Center
Portugal: Universidade de Coimbra
Serbia: IPB - Institute of Physics Belgrade
Slovenia: ULFME - University of Ljubljana, Faculty of Mechanical Engineering
Spain: BSC – Barcelona Supercomputing Center – Centro Nacional de Supercomputación
Sweden: Vetenskapsrådet – Swedish Research Council
Switzerland: ETH – Eidgenössische Technische Hochschule Zürich – Swiss Federal Institute of Technology, Zürich
Turkey: UYBHM – Ulusal Yuksek Basarimli Hesaplama Merkezi, Istanbul Technical University – National Center for High Performance
Computing
UK: EPSRC – The Engineering and Physical Sciences Research Council
C2115 Praktický úvod do superpočítání -15-I. lekce
TOP500
TOP500 benchmark
Our simple TOP500 approach does not define “supercomputer” as such, but we use a
benchmark to rank systems and to decide on whether or not they qualify for the TOP500
list. The benchmark we decided on was Linpack, which means that systems are ranked only
by their ability to solve a set of linear equations, A x = b, using a dense random matrix A.
http://www.top500.org/
TOP500 je projekt, který udržuje seznam 500 nejrychlejších počítačů na světe.
Listopad 2012
C2115 Praktický úvod do superpočítání -16-I. lekce
TOP500 – Typ použití / Výrobce
Průmysl
Výzkum
Akademické využití
IBM
HPE
CRAY
Jiní
C2115 Praktický úvod do superpočítání -17-I. lekce
TOP500 – CPU jádra
cca 2007
2020
C2115 Praktický úvod do superpočítání -18-I. lekce
TOP500 – Akcelerátory/Koprocesory
cca 2007
PHI
2020
C2115 Praktický úvod do superpočítání -19-I. lekce
TOP500 – Akcelerátory/Koprocesory
cca 2007
PHI
2020
C2115 Praktický úvod do superpočítání -20-I. lekce
TOP500 – OS
LINUX
UNIX
2020
MetaCentrum (Debian)
CERIT-SC (CentOS)
IT4I (CentOS)
WOLF (Ubuntu)
C2115 Praktický úvod do superpočítání -21-I. lekce
Zajímavosti
http://www.youtube.com/watch?v=UJPsIu9OaTc
K – computer, 3. místo, 2012
TITAN, 1. místo, 2012
https://www.youtube.com/watch?v=AdylAE1lgg0
https://www.youtube.com/watch?v=t0HDwE3mGP0
Sunway TaihuLight, 1. místo, 2017
C2115 Praktický úvod do superpočítání -22-I. lekce
Cvičení 1
1. Co udává jednotka FLOPS?
2. Jak se jmenuje nejrychlejší superpočítač uvedený v žebříčku TOP500? Jaký je jeho
výkon a energetická spotřeba? Jaký typ CPU používá?
3. Na jakou pozici se posunul superpočítač TITAN, který byl na první pozici v žebříčku
TOP500 v roce 2012? Byla změněna jeho HW konfigurace?
4. V roce 2014 činila průměrná spotřeba energie na jednoho obyvatele domácnosti v ČR
1400 kWh. Kolik osob by pokrylo svoji roční spotřebu z energie, kterou spotřebovává
nejvýkonnější počítač světa dle žebříčku TOP500?
5. Odhadněte na co se elektrická energie v superpočítači přemění a v jakém
procentuálním zastoupení.
6. Jak se jmenují superpočítače v IT4I?
7. Z čeho se skládají (uveďte klíčové technologie)?
8. Na jaké příčce žebříčku TOP500 se nacházejí?
9. Jaký procesor máte ve vašem mobilním telefonu? Kolikrát je výkonnější než
superpočítač Cray 2 z roku 1985? [do protokolu nemusíte uvádět]
C2115 Praktický úvod do superpočítání -23-I. lekce
TOP500-
1995-2012
starší, ale přehlednější grafy …
C2115 Praktický úvod do superpočítání -24-I. lekce
TOP500 – Topologie
symmetric multiprocessing
(CPU mají společnou paměť)
massively parallel processing
(CPU mají vlastní paměť)
(uzel má více CPU než je uzlů celkem)
(uzel má méně CPU než je uzlů celkem)
C2115 Praktický úvod do superpočítání -25-I. lekce
TOP500 – CPU architektura
C2115 Praktický úvod do superpočítání -26-I. lekce
TOP500 – Typ použití
C2115 Praktický úvod do superpočítání -27-I. lekce
TOP500 – Akcelerátory/Koprocesory