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 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/ Cílem projektu MetaCentrum je provoz a koordinace distribuované výpočetní infrastruktury a datových úložišť a odpovídajícího podpůrného prostředí v České republice jako součást pan-evropské infrastruktury budované v rámci projektu EGI Inspire. Vytvoření virtuálního pracovního prostředí MetaCentrum 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. MetaCentrum je aktivita sdružení CESNET. C2115 Praktický úvod do superpočítání -8-I. lekce CERIT-SC Centrum CERIT-SC (CERIT Scientific Cloud) je národním centrem poskytujícím flexibilní úložné a výpočetní kapacity a související služby, včetně podpory jejich exprimentálního využití. Současně centrum provádí výzkum a vývoj v oblasti flexibilních e-infrastruktur a spolupracuje na výzkumných aktivitách svých uživatelů. Centrum CERIT-SC vzniká transformací Superpočítačového centra Brno (SCB), které je součástí Ústavu výpočetní techniky (ÚVT) Masarykovy univerzity (MU). 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 • 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 • ca 12728 CPU jader • CEITEC/NCBR vlastní zdroje cca 1260 CPU jader • ~2 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 je projekt, jehož cílem je vybudovat národní centrum excelentního výzkumu v oblasti informačních technologií. Základem centra je počítání (computing), který je formulován do tří vzájemně propojených klíčových oblastí výzkumu: ➢ IT4People (Information Technology for People) – výzkum zaměřený na zlepšení kvality života společnosti prostřednictvím moderních informačních technologiích. ➢ SC4Industry (Supercomputing for Industry) – superpočítačové výpočty pro řešení průmyslových problémů, modelování v oblasti přírodních věd a nanotechnologií (tvarové optimalizace, návrh materiálů, biomechanické simulace, ...). ➢ Theory4IT (Theory for Information Technology) - oblast zaměřená do základního výzkumu, a to především na rozvoj nových netradičních výpočetních metod (dolování znalostí, teorie mravenišť). 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 – 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 -17-I. lekce TOP500 – CPU architektura C2115 Praktický úvod do superpočítání -18-I. lekce TOP500 – Typ použití C2115 Praktický úvod do superpočítání -19-I. lekce TOP500 – Akcelerátory/Koprocesory C2115 Praktický úvod do superpočítání -20-I. lekce TOP500 – Akcelerátory/Koprocesory 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]