В Центре информационных технологий МГУ состоялся круглый стол, в центре внимания участников которого оказались вопросы развития и внедрения суперкомпьютерных технологий в нефтегазовой отрасли. Обсуждение было организовано по инициативе некоммерческой организации «Союзнефетегазсервис», деятельность которой направлена на объединение отечественных сервисных компаний нефтегазового сектора и представление их интересов в органах власти.

К решаемым «Союзнефетегазсервисом» задачам, относятся, в том числе, подготовка мероприятий по совершенствованию системы сбора, обработки, анализа, хранения и предоставления геологической информации на территории нашей страны, участие в создании сети корпоративных информационно-аналитических центров для геологоразведочных работ и в формировании отечественного рынка высокопроизводительных вычислений.

Всеобщая цифровизация делает эти вопросы особенно актуальными. Игорь Мельников, президент «Союзнефтегазсервиса», утверждает, что в процессе перехода к цифровой экономике решающую роль должно сыграть создание отечественной суперкомпьютерной инфраструктуры и что в числе приоритетных направлений цифровизации должен быть топливо-энергетический комплекс, который вносит существенный вклад в ресурсное обеспечение всех сфер деятельности государства.

Речь идет и о суперкомпьютерах, и о предназначенном для них программном обеспечении, решающем различные задачи предприятий ТЭК.

Академик Борис Четверушкин, научный руководитель Института прикладной математики РАН имени М.В. Келдыша, считает, что в данной области существует огромная потребность в приложениях, рассчитанных на субпетафлопсные и петафлопснсные вычислительные системы, в том числе, мониторинг месторождений, где нужно обрабатывать миллиарды расчетных точек, решения для сейсморазведки, цифровые керны и ряд других задач.

«Таких решений крайне мало. Для них нужны новые алгоритмы, новое ПО, облачные решения. В РАН формируется программа исследований для создания подобных приложений. Привлечение предприятий ТЭК для использования суперкомпьютеров мне кажется очень перспективной стратегией», — подчеркнул он.

Сегодня большинство суперкомпьютерных систем РАН применяются для решения множества относительно небольших задач, и их использование для крупных ресурсоемких приложений весьма проблематично, пояснил Четверушкин.

В то же время, доля зарубежного программного обеспечения в российской нефтяной отрасли превышает, согласно опубликованным данным, 90%, включая системы управления бизнесом на базе решений SAP, а также различные комплексы моделирования и визуализации данных. Для сравнения: доля импортных продуктов в нефтегазовом машиностроении, как считают в Минпромторге, составляет около 60% и может снизиться к 2020 году до показателя немногим более 40%.

Программа «СКИФ-Недра»

Переменам в ситуации с использованием суперкомпьютеров в ТЭК призвана способствовать научно-техническая программа Союзного государства «СКИФ-Недра», цель которой — разработка высокопроизводительных информационно-вычислительных технологий для увеличения и эффективного использования ресурсного потенциала углеводородного сырья. Госзаказчиком и координатором программы, действующей с лета 2015 года, в России является Минобрнауки.

В рамках программы, ответственным исполнителем которой выступает научно-производственное объединение СНГС, а соисполнителями – ИПМ РАН, Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН, «РСК Технологии» и ряд других организаций, ведется работа по созданию соответствующих аппаратных и программных средств, включая приложения обработки сейсмических данных, ПО геологического и геолого-гидродинамического моделирования, системы поддержки облачных вычислений и информационной безопасности, СУБД.

Среди создаваемых аппаратных систем — кластеры «СКИФ-ГЕО-ЦОД», предназначенные для крупных организаций и облачных вычислений на основе процессоров Intel и «Эльбрус», «СКИФ-ГЕО-Офис» для компаний меньшего масштаба, а также «СКИФ-ГЕО-Поле», которые будут применяться для контроля качества и предварительной обработки сейсмических данных в полевых условиях, на судах и в других подобных приложениях.

Изготовление, тестирование и ввод в эксплуатацию опытных образцов аппаратных систем запланирован на 2018 год. Они создаются на условиях паритетного финансирования государства, исполнителя и соисполнителей программы. Ее бюджетное финансирование составляет около 490 млн руб.

В «Союзнефетегазсервиса» считают необходимым условием решения задач, стоящими перед российским ТЭК, более активное привлечение нефтегазовых компаний в развитию отечественной суперкомпьютерной отрасли.

Шина InfiniBand обеспечит пропускную способность 200 Гбит/с, это позволит ускорить работу платформ машинного обучения и высокопроизводительных вычислений (High Performance Computing, HPC).

«Поскольку новые серверы, оборудованные графическими процессорами, имеют высокую вычислительную мощность, требуется увеличенная пропускная способность сети, – пояснил аналитик Dell’Oro Group Самех Буджельбене. – Внедрение подобных систем, предназначенных для приложений машинного обучения, идет сейчас очень быстрыми темпами».

Шина HDR InfiniBand, которая будет использоваться в следующем году в трех группах продуктов Mellanox Technologies, обеспечивает пропускную способность в два раза больше, чем InfiniBand. Во столько же раз она опережает по скорости и наиболее производительные интерфейсы Ethernet.

Однако количество потенциальных клиентов, которым понадобится новая технология, пока относительно невелико. По оценкам Буджельбене, к их числу относятся только 10% пользователей InfiniBand с пропускной способностью 100 Гбит/с.

Сами по себе решения на базе технологии InfiniBand составляют лишь малую часть сетей ЦОД. Сегодня менее 5% всех серверных контроллеров и адаптеров поддерживают InfiniBand. Шина Omni-Path с пропускной способностью 100 Гбит/с, появившаяся после приобретения корпорацией Intel бывшего поставщика InfiniBand, компании QLogic, занимает еще меньшую долю. Большинство использует Ethernet.

Отличие InfiniBand от Ethernet заключается в минимизации и предсказуемости задержек. Для высокопроизводительных вычислений, в ходе которых, как правило, выполняются задачи, имеющие итерационный характер, такие возможности имеют очень важное значение. «Каждая задержка при выполнении очередной итерации повторяется тысячи раз, поэтому нужно сводить их к минимуму, – пояснил вице-президент Mellanox по маркетингу Гилад Шайнер. – Современные системы высокопроизводительных вычислений, скорее всего, будут поставляться уже с InfiniBand. Более 200 систем, вошедших в обновленный список суперкомпьютеров Top500, уже используют эту шину при организации внутренних межсоединений. Она применяется также в машинном обучении, при обработке Больших Данных, в финансовой сфере, для обнаружения случаев мошенничества и в других приложениях».

Семейство продуктов HDR InfiniBand имеет все необходимое для организации в ЦОД сквозных каналов передачи данных с пропускной способностью 200 Гбит/с. Можно назвать адаптеры Mellanox ConnectX-6, коммутаторы Quantum, а также кабели и трансиверы LinkX.

Адаптеры можно подключать к серверам с любой процессорной архитектурой, включая x86, Power и ARM. Коммутатор, имеющий 40 портов InfiniBand с пропускной способностью 200 Гбит/с или 80 портов с пропускной способностью 100 Гбит/с, имеет общий уровень производительности 16 Тбит/с

Компания «Крок» совместно с Huawei и Intel познакомила представителей российских организаций с мультипроцессорными серверами Huawei Kunlun, предназначенными для исполнения критически важных приложений предприятий.

Эти мощные серверы, получившие свое название от одной из крупнейшей в Азии горных систем, Куньлунь, впервые демонстрировались на выставке CeBIT 2016. У нас они были представлены на летней конференции Huawei Finance Conference (см. «Huawei – финансовому сектору», Computerworld Россия, 14 июня 2016). В серию входят модели Kunlun 9032, 9016 и 9008 с 32, 16, и 8 процессорами соответственно.

Kunlun 9032 может содержать до 576 процессорных ядер и до 32 Тбайт оперативной памяти. Для организации совместной работы 32 процессоров Intel Xeon серии E7 V3 в Huawei разработаны микросхемы межпроцессорных соединений Node Controller.

Разработчики отмечают высокий уровень готовности серверов Kunlun, который обеспечивается отказоустойчивой архитектурой, включающей чипы, микропрограммы и ОС, а также набором технологий, осуществляющих прогнозирование отказов.

В серверах Kunlun предусмотрено формирование физических и логических разделов, содержащих, как подчеркивают в Huawei, «от одного ядра до 32 процессоров». Когда-то подобная технология появилась в мэйнфреймах IBM, а затем стала использоваться в высокопроизводительных серверных системах.

В компании «Крок» представление серверов китайской компании сопроводили демонстрацией собственных возможностей миграции СУБД Oracle с 256-ядерного RISC-cервера на 16-процессорный Kunlun 9016. Как полагают в компании, это должно наглядно показать потенциал серверов Kunlun, предназначенных для таких «тяжелых» баз данных, как Oracle DB и IBM DB2, а также для автоматизированных банковских систем, использующих вычисления в памяти приложений, включая платформу SAP HANA.

«Межплатформенная миграция баз данных Oracle из серверов с ОС IBM AIX в системы x86-архитектуры под управлением Red Hat Enterprise Linux сопровождается преобразованием форматов данных. Для ее проведения нужно разработать и протестировать методику, а также используемые инструменты», — подчеркнул Антон Семчишен, менеджер по продвижению комплексных решений компании «Крок».

Миграция, естественно, прошла вполне успешно, что должно свидетельствовать о возможностях серверов Kunlun, которые, как считают в «Крок», не уступают RISC-системам по производительности и масштабируемости и в то же время имеют более низкую стоимость владения.

Вполне вероятно, разработчики RISC-cистем могли бы привести не менее убедительные аргументы в свою пользу, однако в настоящее время ключевой фактор не технологические и даже не стоимостные преимущества, а возможность работать в условиях сжатого санкциями российского ИТ-рынка. И здесь выступают вперед продукты производителей из тех стран, на которые не распространяются санкционные ограничения.

К примеру, специалисты «Крока» осуществили перевод на систему Huawei рабочей нагрузки одного из своих заказчиков, у которого в связи с санкциями возникли проблемы с применением платформы Hewlett Packard Enterprise.

Известно также, что в «Росатоме» из-за трудностей в получении разрешений на поставки ИТ-систем американских производителей решили ориентироваться на продукты китайских вендоров.

Другие ведущие отечественные системные интеграторы также внимательно изучают альтернативы западным ИТ-продуктам, отмечая одновременно преимущества систем азиатских вендоров по соотношению функциональности и стоимости.

Заголовки новостей пестрят сообщениями о достижениях корпорации IBM в области квантовых компьютеров и о чипе TrueNorth, моделирующем работу мозга, но интересные технические решения присутствуют и в новом серверном семействе серверов на платформе IBM POWER.

Внутри IBM S822LC — сервера, предназначенного для высокопроизводительных вычислений (High Performance Computing, HPC), — установлена новая шина, обеспечивающая пятикратное ускорение передачи данных между центральным и графическим процессором.

Шина создана на базе технологии NVLink, над которой компания Nvidia работала в течение нескольких лет. Двухпроцессорный сервер IBM, оснащенный чипами POWER8, стал первой системой, в которой используется такая шина.

По сути, NVLink представляет собой модернизированный вариант шины PCI-Express 3.0, которая служила для обмена данными между графическим процессором и другими компонентами системы.

Технологию NVLink поддерживают графические процессоры Nvidia, созданные на базе новой архитектуры Pascal. Со своей стороны IBM также реализовала в своих процессорах поддержку шины ввода-вывода NVLink – NVBus.

IBM первой из производителей серверов организовала поставки систем, совместимых с NVLink. По сообщениям Nvidia, аналогичные серверы x86-архитектуры, выпускаемые компаниями Dell, HPE и Cray, появятся в следующем году.

У Nvidia уже имеется собственный сервер DGX-1 с интерфейсом NVLink и восемью графическими процессорами Tesla P100.

Графические процессоры используются серверами в качестве сопроцессоров, ускоряющих обработку приложений, и высокопроизводительного конвейера, связанного с центральным процессором и обеспечивающего увеличение производительности. «Ускорение обработки помогает увеличить отдачу от баз данных, инженерных приложений и средств выявления мошенничества, – пояснил старший менеджер IBM по продажам систем Linux/POWER Дилан Бодей. – В качестве примера здесь можно привести приложение баз данных, обрабатываемых в оперативной памяти, Kinetica, которое эффективно использует вычислительную мощь графических процессоров. Приложение это разрабатывалось с прицелом на NVLink».

В настоящее время преимущества высокоскоростной шины NVLink доступны только графическим процессорам Tesla P100. В сервере высотой 2U можно разместить четыре таких процессора. При установке в сервер Linux других графических процессоров связь с ними осуществляется через шину PCI-Express 3.0.

Двухпроцессорный сервер поддерживает до 20 процессорных ядер и 1 Тбайт оперативной памяти. В нем предусмотрены отсеки для установки жестких дисков и твердотельных накопителей, имеются также три разъема PCI-Express. Отдельный интерфейс (coherent accelerator processor interface) предназначен для подключения заказных микросхем, а также программируемых логических матриц (Field Programmable Gate Array, FPGA).

В серверах на базе POWER8 используется первая версия NVLink. В следующем году IBM планирует представить процессоры и серверы POWER9 с поддержкой версии NVLink 2.0, которая будет работать существенно быстрее.

Корпорацией анонсирован также двухпроцессорный сервер, предназначенный для работы с Большими Данными. Интерфейса NVLink в нем не будет, но зато поддерживаются графические процессоры Nvidia K80 на базе старой архитектуры Kepler. В сервере можно разместить до 20 процессорных ядер, до 512 Гбайт оперативной памяти и до 96 Тбайт памяти хранения, подключаемой к слотам расширения. Кроме того, здесь имеется пять разъемов PCI-Express 3.0 и четыре разъема CAPI.

Десять лет назад компания AMD представляла серьезную угрозу для Intel на серверном рынке, но серия ошибок и неудачных процессоров привела к сворачиванию этого направления.

И вот теперь AMD намерена возродить серверный бизнес, представив процессор Zen, который может использоваться и в ПК. Компания рассматривает возможность его дальнейшего развития и объединения центрального процессора с графическим с целью создания мегачипа для высокопроизводительных вычислений.

«Мы убеждены в том, что нам удастся объединить высокопроизводительные центральный и графический процессоры в одном устройстве», – указала генеральный директор AMD Лиза Су.

Комментарии Су прозвучали в ответ на вопрос о том, собирается ли AMD интегрировать центральный процессор Zen с графическим процессором на базе новой архитектуры Vega с целью создания единого мощного чипа для корпоративных серверов и суперкомпьютеров.

«Судя по всему, рано или поздно мы придем к этому, – заявила Су. – Интеграция двух технологий в указанной области позволила бы нам предложить весьма эффективные решения».

Проектировать мегачип AMD собирается не впервые. У нее уже есть опыт создания полнофункциональных гибридов центрального и графического процессоров для игровых консолей Xbox One и PlayStation 4. Чип для Xbox One, имевший 5 млн транзисторов, включал в свой состав восьмиядерный центральный процессор AMD, разрабатывавшийся под кодовым наименованием Jaguar, и графический процессор Radeon.

В целом ряде самых быстрых в мире суперкомпьютеров, которые служат для моделирования погодных условий, экономического прогнозирования и разработки новых видов вооружения, графические чипы используются в качестве сопроцессоров. В ЦОД Google они находят применение при решении задач глубинного обучения. Суперкомпьютерное пространство активно осваивает компания Nvidia, а AMD продвигает здесь свои высокопроизводительные графические процессоры FirePro.

Однако интегрированный мегачип AMD по-своему уникален. У Nvidia имеются высокопроизводительные графические процессоры, но нет центральных. В некоторых суперкомпьютерах графические процессоры Nvidia используются наряду с центральными процессорами Intel или AMD.

Мегачип Intel для суперкомпьютеров Xeon Phi 7290 оснащен 72 ядрами, но не интегрирован с графическим процессором. Xeon Phi включает в себя центральный процессор Atom и векторные процессоры для выполнения сложных вычислений.

Создание нового мегачипа выливается для AMD в весьма рискованное мероприятие. Объединенное устройство, содержащее центральный и графический процессоры, должно продаваться по конкурентоспособной цене и избавлять клиентов от необходимости закупки центральных и графических процессоров по отдельности.

Представив в 2003 году 64-разрядный чип, а вскоре после этого и двухъядерный процессор, AMD превратилась в ведущего игрока на серверном рынке, но задержки и ошибки при проектировании ядра Bulldozer свели на нет все усилия компании в области серверных процессоров.

Положившись на перспективы чипов с архитектурой ARM, компания AMD необдуманно отказалась от разработки серверных процессоров x86-архитектуры. Но чипы ARM пока не прижились в серверах, а в Intel с удовольствием воспользовались просчетами AMD. В настоящее время Intel контролирует 90% рынка серверных процессоров.

Сегодня серверные планы AMD предусматривают возврат к архитектуре x86, и процессору Zen отводится здесь особая роль. Первые серверы на базе Zen будут выпущены в первой половине следующего года сразу несколькими поставщиками. В настоящее время чипы тестируются в двухпроцессорных системах AMD и других производителей, и результаты пока обнадеживают.

По словам Су, ее компания намерена позиционировать серверные чипы на избранных рынках, не пытаясь охватить сразу все сегменты. В отличие от Intel, ресурсов у AMD не так много, поэтому производитель намерен сосредоточиться на наиболее прибыльных для себя направлениях.

Корпорация Intel продолжает добавлять в свои процессоры все новые и новые лошадиные силы. Очередным событием стал выпуск 24-ядерного чипа для высокопроизводительных компьютеров.

Процессор Xeon E7-8890 v4 относится к семейству Intel Xeon E7-8800 v4, презентация которого состоялась всего через неделю после выпуска 10-ядерного чипа Broadwell-E для игровых компьютеров.

Процессор, имеющий 24 ядра, как предполагается будет устанавливаться в мощные четырех- или восьмипроцессорные серверы. Восьмипроцессорная система такого рода будет иметь 192 ядра и поддерживать до 24 Тбайт оперативной памяти.

«В настоящее время 18 производителей серверов предлагают 51 систему с новыми процессорами», – сообщил генеральный менеджер Intel Data Center Group по решениям для корпоративных клиентов Пэт Бадденбаум.

В частности. Lenovo и Dell представят серверы с интегрированными системами хранения и сетевыми компонентами. В некоторых продуктах других производителей (например, SGI и Fujitsu) будут установлены сразу 32 процессора. Таким образом, они будут поддерживать 768 процессорных ядер.

В состав семейства Xeon E7-8800 v4 входят семь новых чипов, содержащие от четырех до 24 ядер. Новые процессоры пришли на смену семейству Xeon E7 v3, представители которого были анонсированы в прошлом году и имели до 18 ядер.

Чипы Xeon E7 являются самыми быстрыми процессорами Intel, если не принимать во внимание продукты Xeon Phi, предназначенные для суперкомпьютеров.

Стремясь ослабить свою зависимость от рынка ПК, Intel стремится уделять продуктам семейства Xeon особое внимание. По оценкам IDC, в 2015 году на долю Intel приходилось 99,2% от общего объема продаж на рынке серверных процессоров, но в следующем году этот показатель может уменьшится, если серверам ARM удастся завоевать признание клиентов, а AMD выпустит новые серверные чипы x86-архитектуры.

Процессоры Xeon E7 находят применение в системах с высоким уровнем готовности, которые используются банками, финансовыми организациями и представителями ряда других отраслей.

В банках, к примеру, серверы такого рода в состоянии в реальном времени анализировать транзакции и выявлять случаи мошенничества.

Серверы с новыми чипами могут объединяться в мощные кластеры глубинного обучения, которые выполняют более точный анализ, обрабатывая океаны данных. Такие кластеры помогают автономным автомобилям распознавать изображения и дорожные знаки, а также решают сложные задачи по поиску взаимосвязей в геноме.

Основное внимание создатели Xeon E7 v4 уделили обработке данных в оперативной памяти. Ведущие производители аналитического программного обеспечения и систем управления базами данных активно берут на вооружение технологии обработки данных в памяти, поскольку она гораздо быстрее, чем постоянный обмен данными между процессором, памятью и системой хранения. Новые процессоры поддерживают память DDR4.

Семейство Xeon E7-8800 v4 имеет важное значение и для других приоритетных для Intel областей – Интернета вещей, памяти и кремниевой фотоники – поскольку мощные процессоры помогают развивать эти технологии. Серверы выполняют роль инструментария для сбора данных от клиентских устройств Интернета вещей и их последующего анализа.

Еще одним важным для Intel направлением являются программируемые логические матрицы (FPGA), но, по словам Бадденбаума, чипы E7 v4 не предназначены для работы с ними. Матрицы FPGA лучше подходят для серверов на базе Xeon E5 v4, имеющих от одного до четырех процессоров.

Новые чипы построены на базе архитектуры Broadwell и совместимы на уровне разъема с Xeon E7 v3. Таким образом, их вполне можно устанавливать и в уже существующие серверы. Функции коррекции ошибок нового чипа аналогичны его предшественнику.

Процессор Xeon E7-8890 v4 с 24 ядрами работает на частоте 2,2 ГГц, оснащен 60 Мбайт кэш-памяти и потребляет 165 ватт электрической мощности. Другие чипы семейства E7 8800 имеют тактовую частоту от 2,1 ГГц до 3,2 ГГц, кэш-память объемом от 45 до 60 Мбайт и потребляют от 140 до 165 ватт.

В Intel анонсировали также процессоры семейства Xeon E7-4800 v4, имеющие от восьми до 16 ядер, кэш-память емкостью от 20 до 40 Мбайт и потребляющие 115 ватт электрической мощности.

Самоуправляемые автомобили, глубокое обучение, упрощение процесса парковки: на выставке потребительской электроники CES представители Nvidia обрисовали весьма любопытные перспективы дальнейшего развития компании. В отличие от того, что мы видели в предыдущие годы, на этот раз на пресс-конференции были представлены многие технические детали.

Но главным моментом часовой презентации стало все-таки представление новейшего интегрированного чипа семейства Tegra, который может оказать существенное влияние на роль, отводимую Nvidia в области суперкомпьютеров, мобильных продуктов и в развлекательной сфере.

Nvidia представила автомобильный суперкомпьютер Drive PX 2, умещающийся в небольшой коробке, но при этом эквивалентный по своей вычислительной мощности 150 машинам MacBook Pro. Внутри автомобильного компьютера находятся процессор следующего поколения Tegra и графический процессор Pascal, которые должны улучшить графические и интеллектуальные возможности грид-серверов, суперкомпьютеров и приставок Shield TV.

Что же до центрального процессора, то, вероятно, в этом качестве использован мобильный чип, разрабатывавшийся под кодовым наименованием Parker. Его поставки в Nvidia планировали начать в текущем году. Графический процессор Pascal поддерживает трехмерную память и шину NVLink, обеспечивающую увеличение производительности и эффективности энергопотребления процессоров Nvidia Tegra.

Drive PX 2 оснащен двумя интегрированными вычислительными модулями с 12 процессорными ядрами и двумя графическими процессорами. У каждого модуля имеется четыре ядра Cortex-A57 с архитектурой ARM, два 64-разрядных ядра Denver и графический процессор Pascal. К собственному процессору Denver в Nvidia решили вернуться после отказа от его использования в чипе Tegra X1 с графическими процессорами Maxwell предыдущего поколения.

Облегченная модификация Drive PX 2 с пониженным энергопотреблением может найти применение в приставках Shield TV, которые не требуют такой вычислительной мощности, как автомобиль или суперкомпьютер. «Судя по всему, Nvidia отказывается от дальнейшего развития мобильных продуктов, – указал главный аналитик Tirias Research Джим Макгрегор. – Уход компании в сферу высокопроизводительных вычислений и машинного обучения становится возможным благодаря объединению процессоров Tegra и графических процессоров Pascal, что позволяет создавать еще более мощные серверы и суперкомпьютеры».

В некоторых из наиболее производительных в мире компьютеров уже установлены графические процессоры Nvidia, предназначенные для организации сложных вычислений, но они работают в сочетании с процессорами общего назначения Intel. Благодаря связке из нового процессора Tegra и графического процессора Pascal компания Nvidia получает полный набор чипов для суперкомпьютеров, создаваемых на основе архитектуры ARM.

PX 2 поддерживает ряд специализированных инструкций «глубокого обучения», предназначенные для обработки больших наборов данных и построения прогнозных моделей, которые позволяют выявлять новые тенденции. Самоуправляемые автомобили, оснащенные Drive PX 2, смогут распознавать объекты и знаки и реагировать на дорожную ситуацию. Аналогичные модели глубокого обучения могли бы найти применение в области финансового прогнозирования и в медицине, для которой хорошо подходят высокопроизводительные компьютеры с новыми чипами Nvidia.

Nvidia создает собственные интеллектуальные системы для автомобилей, а ее графические процессоры уже используются в системах глубокого обучения компаниями Facebook, Google, Microsoft и IBM.

Производительность Drive PX 2 достигает 8 TFLOPS, что существенно превышает возможности Drive PX 1, оснащенного процессором Tegra X1 и развивающего быстродействие до 2,3 TFLOPS. Некоторые улучшения связаны и с переходом на 16-нанометровый технологический процесс FinFET, допускающий размещение транзисторов вертикально друг над другом, что позволяет дополнительно расширить функционал и повысить энергоэффективность чипа.

Рассказывая о самоуправляемых автомобилях и Drive PX 2, генеральный директор Nvidia Джен-Сан Хуанг лишь мельком коснулся нового процессора Tegra и графического процессора Pascal.

«Drive PX 2 – не процессорная стратегия, – подчеркнул он. – Скорее это стратегия создания полноценных компьютеров для автомобилей и других продуктов».

Что касается технических деталей нового чипа, возможно, о них мы узнаем несколько позже.

Все производители компьютеров и собственно процессоров традиционно хотели сделать их побыстрее, а создатели средств разработки программ хотели, чтобы порождаемые ими приложения работали побыстрее. Сегодня, когда процессоры Intel Xeon применяются в подавляющем большинстве суперкомпьютеров мира, корпорация обращает особое внимание на инструментарий программирования систем высокопроизводительных вычислений (High Performance Computing, HPC).

О своих программных технологиях HPC представители Intel рассказывают в рамках серии семинаров по всему миру. Несколько таких семинаров проведено и в нашей стране; один из них прошел в конце ноября в Москве. Intel сегодня связана с HPC по всем направлениям — корпорация теперь производит все основные аппаратные компоненты для узлов вычислительных систем и их межсоединения, а также необходимые средства разработки программ.

Основная часть семинара была посвящена новейшим интегрированным программным средствам Intel Parallel Studio XE 2016, ориентированным на HPC-приложения. Для проведения таких семинаров в России имеются весьма серьезные причины: отечественные программисты выполняют очень большую часть работ по созданию основных компонентов Parallel Studio — библиотек времени выполнения MKL (здесь русскими вообще проводится 90% всех работ), оптимизирующих компиляторов и средств распараллеливания Intel MPI.

Parallel Studio XE 2016 включает в себя компиляторы Си/С++ и Фортрана (вплоть до Фортрана 2008 включительно) версии 16.0. Компиляторы поддерживают последнюю версию стандарта распараллеливания для систем с общей памятью OpenMP 4.1 (для С/С++ поддерживается также применяемый в акселераторах OpenCL). Сluster OpenMP в Intel более не предлагают, поскольку можно применять UPC и Сoarray Fortran. Что касается системы Intel MPI, то она допускает распараллеливание поверх всех актуальных кластерных межсоединений, включая Ethernet и выше c уменьшенными задержками по RoCE и iWARP, а также технологию Infiniband (у Intel есть ее собственные QDR-реализации с пропускной способностью 40 и 80 Гбит/с соответственно при использовании одного или двух каналов). А от этого Infiniband-варианта в Intel перешли уже к более быстрому OmniPath с пропускной способностью 100 Гбит/с.

В Parallel Studio входит и библиотека MKL 11.3, основанная на средствах базовой линейной алгебры ScaLAPACK. В действительности MKL объединяет несколько оптимизированных библиотек, дающих высокую производительность в случае их применения с процессорами Xeon и акселераторами Xeon Phi. Учитывая достижение там максимальной производительности при применении векторных команд AVX (с длиной векторов до 512 бит в новейших ядрах Xeon Phi Knights Landing; в Xeon Haswell пока 256 бит — 512 бит ожидается в следующем году), углубленная векторизация применяется и в модулях из MKL, и в компиляторах. Большие расширения выполнены в составе MKL для обеспечения работ с разреженными матрицами. Стало доступным так называемое «пакетное» умножение матриц, когда ряд маленьких матриц объединяются в большие, а их умножение эффективно распараллеливается.

Определенный уровень совместимости на уровне команд, особенно векторных, между ядрами Xeon и Xeon Phi, по возможности отражается и в программном обеспечении Parallel Studio. Возможен некоторый перенос программного обеспечения с ядер Xeon на Xeon Phi. Например, если основное время выполнения программы уходит на вызовы MKL, то достаточно просто переключиться на соответствующие библиотеки из MKL для Xeon Phi. Cтандарт OpenMP сейчас вообще предполагает возможность перехода на акселераторы.

Надо заметить, что Intel предлагает говорить теперь о двух классах HPC. Первый класс — традиционный. Там речь идет о расчетах для самых различных приложений с использованием средств традиционной прикладной математики, которые требуют задействования больших процессорных ресурсов. В предельном случае для этих приложений необходимы суперкомпьютеры. При использовании кластеров здесь требуется распараллеливание с применением высокоскоростных межсоединений с низкими величинами задержек при передаче коротких сообщений.

Но теперь сформировались новые области приложений, в основном коммерческих, для проведения анализа, для которых характерна обработка очень больших объемов данных. Такие приложения при распараллеливании в кластерах не нуждаются в продвинутых межсоединениях с маленькими задержками, а подчас вообще можно прибегать к облачным вычислениям. Поэтому и в состав MKL фирма включила новую библиотеку DAAL (Data Analytics Acceleration Library). В обычном понимании этот класс приложений вообще представляется не относящимся к HPC. Но, судя по активности задаваемых на семинаре вопросов, среди участвовавших в нем российских специалистов большинство, вероятно, занимаются именно такими задачами. Однако все рассказанные на семинаре истории успеха применения программных продуктов относились к обычным HPC-приложениям.

Компания Intel намерена оснащать рабочие станции новейшим 72-ядерным процессором, который разрабатывался для суперкомпьютеров.

Рабочие станции будут оборудованы чипом Xeon Phi, разрабатывавшимся под кодовым наименованием Knights Landing. На сегодняшний день это самый мощный процессор корпорации Intel.

В первой половине следующего года Intel предложит клиентам ограниченное число рабочих станций. Первоначально поставками готовых систем в корпорации займутся самостоятельно. По мере расширения сферы их применения поставки настольных компьютеров с процессорами Xeon Phi смогут осуществлять и партнеры.

К категории рабочих станций относятся настольные компьютеры профессионального назначения, как правило, более крупные и мощные, чем обычные десктопы. Системы такого рода используются, например, для работы со сложной графикой, редактирования видео и инженерно-конструкторских приложений. Современные рабочие станции оснащаются в основном «настольными» процессорами Intel Core или серверными чипами Xeon.

Рабочие станции Intel с суперкомпьютерными процессорами будут предлагаться в первую очередь исследователям, у которых нет достаточного доступа к суперкомпьютерам на базе Xeon Phi при проведении сложных научных расчетов. Исследователи получат возможность писать и тестировать программы на рабочих станциях, после чего они будут развернуты на суперкомпьютерах.

«Новые машины следует рассматривать скорее как эксперимент, чем как попытку внести кардинальные изменения в настольные компьютеры и рабочие станции», – заявил генеральный менеджер подразделения высокопроизводительных платформ Intel Чарльз Вуишпард.

Наряду с процессорами Intel в рабочих станциях широко применяются сопроцессоры (например, Nvidia Quadro), помогающие повысить производительность приложений. Однако рабочие станции Intel будут оснащаться только чипами Knights Landing, которые будут обслуживать как системные задачи, так и приложения.

Максимальная производительность Knights Landing превышает 3 TFLOPS, что примерно соответствует возможностям высокопроизводительных графических процессоров, используемых в качестве ускорителей в самых быстрых суперкомпьютерах.

Подобно графическим чипам, Knights Landing предназначен для выполнения высокопараллельных вычислений и по своей архитектуре отличается от обычных процессоров x86-архитектуры. Компоненты универсальных процессоров сочетаются в нем со специализированными блоками обработки, которые помогают справляться с очень высокой нагрузкой.

В Knights Landing имеются и другие инновации. Процессор оснащен 16 Гбайт встроенной памяти MCDRAM, модули которой расположены друг над другом. MCDRAM обеспечивает в пять раз более высокую пропускную способность по сравнению с набирающей популярность памятью DDR4. В Intel утверждают также, что «вертикально ориентированная» память обладает в пять раз более высокой эффективностью энергопотребления и позволяет втрое увеличить плотность размещения ячеек по сравнению с памятью GDDR5, применяемой в графических платах.

Однако, поскольку процессор глубоко интегрирован в общую архитектуру компьютера, последующая модернизация системы, в том числе добавление памяти и прочих компонентов, затруднена.

С появлением рабочих станций такого рода воплотится давняя мечта Intel по оснащению настольных компьютеров процессорами исключительной мощности. Корпорация вынашивала такие планы еще в ходе разработок Larrabee, но, после того как конструкторы столкнулись с непреодолимыми сложностями, работы в 2010 году неожиданно были свернуты. Однако наработки, полученные в результате проекта LarraBee, нашли воплощение в процессорах Xeon Phi.

После небольшой задержки новейшая версия самого быстрого процессора Intel в начале следующего года наконец доберется до суперкомпьютеров.

Новый чип линейки Xeon Phi, разрабатывавшийся под кодовым наименованием Knights Landing, поддерживает целый ряд новых технологий, совокупное применение которых обещает серьезный прорыв в производительности. Это чип станет трамплином для новых технологий оперативной памяти, ввода вывода и хранения, которые в ближайшие годы появятся в настольных и портативных компьютерах.

Подробности о первых суперкомпьютерах с Knights Landing в Intel пока не сообщают. А в министерстве энергетики США, между тем, утверждают, что новые процессоры будут установлены в суперкомпьютере Cori, насчитывающем 9300 ядер. Его планируется развернуть во второй половине 2016 года в Национальном научно-вычислительном центре энергетических исследований в Беркли.

По словам генерального менеджера группы высокопроизводительных вычислений Intel Чарли Вуишпарда, системы с Knights Landing будут поставлять более 50 производителей.

Процессоры Xeon Phi используются в самом быстром на сегодняшний день суперкомпьютере в мире Tianhe-2, развернутом в Китае. Чип Knights Landing придет на смену нынешней версии Xeon Phi, разрабатывавшейся под кодовым наименованием Knights Corner и имеющей 61 ядро.

Как и его предшественники, Knights Landing помимо центрального процессора может играть роль сопроцессора, предназначенного для проведения сложных расчетов. Но по конструкции он отличается от применяемых для этих же целей графических процессоров Nvidia Tesla.

С годами предназначение суперкомпьютеров менялось, и сегодня одним из способов выжать из них максимум возможного является использование средств машинного обучения. По словам Вуишпарда, компания Intel готова сегодня предоставить своим клиентам соответствующее программное обеспечение, сетевые компоненты и другой инструментарий.

Максимальная производительность Knights Landing, достигаемая при выполнении операций двойной точности, составляет около 3 TFLOPS, а при выполнении операций одинарной точности превышает 8 TFLOPS. Этот уровень находится в том же диапазоне, что и у других графических процессоров, используемых в самых быстрых в мире суперкомпьютерах. При выполнении вычислений с плавающей точкой операции с двойной точностью позволяют получить более близкие к реальным результаты по сравнению с одинарной.

Процессор Knights Landing оснащен 16 Гбайт памяти MCDRAM, модули которой размещаются друг над другом. Память эта обладает в пять раз более высокой пропускной способностью по сравнению с существующей технологией памяти DDR4. В компании Intel утверждают, что она в пять раз превосходит память GDDR5, применяемую в графических платах, по энергопотреблению и в три раза по плотности размещения элементов.

Новая шина Intel OmniPath, предназначенная для организации внутренних соединений, также помогает поднять общую производительность суперкомпьютера. Технология обеспечивает более быструю передачу данных между средствами хранения, оперативной памятью, процессорами и другими компонентами. Сначала новая технология появилась в суперкомпьютерах, но Intel предлагает ее и производителям серверов. OmniPath представляет собой закрытое решение, и подробности его не разглашаются.

Конечная цель создания новых технологий, таких как Xeon Phi, заключается в повышении производительности суперкомпьютеров без увеличения их энергопотребления. По словам главного аналитика компании Mercury Research Дина Маккеррона, важная роль в достижении этой цели отводится и программному обеспечению.

Intel и Nvidia предлагают разработчикам программные инструменты, позволяющие распределить обработку между сотнями тысяч процессорных ядер суперкомпьютеров.