Центр суперкомпьютерных технологий в Барселоне

Центр в Барселоне принимает участие в реализации проектов, направленных на разработку суперкомпьютеров, объединяющих мощности центральных и графических процессоров. Источник: bsc.es

История имеет свойство повторяться, подчеркнули исследователи из Центра суперкомпьютерных технологий в Барселоне в работе «Готовы ли мобильные процессоры к высокопроизводительным вычислениям?». Соответствующий доклад был представлен на конференции EDAworkshop13, проходившей в мае в Дрездене.

Исследователи напомнили, что в истории уже были случаи, когда относительно дешевые чипы вытесняли из систем высокопроизводительных вычислений (High Performance Computing, HPC) более быстрые, но дорогостоящие процессоры. В 1993 году в списке Top500 самых быстрых в мире суперкомпьютеров доминировали системы, построенные на основе векторных процессоров. Со временем им на смену пришли менее дорогие RISC-процессоры (в частности, IBM Power), использовавшиеся в суперкомпьютерах в начале 2000-х годов. В свою очередь RISC-процессоры были вытеснены еще более дешевыми процессорами Intel Xeon и AMD Opteron, на базе которых сегодня построено 400 суперкомпьютеров, входящих в список Top500.

Причем всякий раз переход с одних чипов на другие был обусловлен одними и теми же причинами. Микропроцессоры пришли на смену векторным суперкомпьютерам, потому что были гораздо дешевле и потребляли меньше электроэнергии.

В точности так же мобильные процессоры работают не быстрее своих серверных собратьев, но зато намного дешевле и экономичнее, отмечают испанские исследователи.

Чипы с пониженным энергопотреблением, на основе архитектуры, которая разрабатывается компанией ARM, установлены в большинстве продаваемых сегодня смартфонов и планшетных компьютеров. Область применения процессоров Atom, которые проектировались корпорацией Intel для нетбуков на базе x86-архитектуры, по-прежнему весьма ограничена.

Интерес к использованию в серверах мобильных процессоров растет, по мере того как компаниям все чаще приходится сталкиваться с необходимостью сокращать расходы на электроэнергию. В этом смысле чипы для смартфонов хорошо подходят для решения задач, отличающихся большими объемами мелких транзакций (например, выполнение операций информационного поиска или обработка в социальных сетях ресурсов, имеющих пометку «мне нравится»). Более мощные процессоры (Xeon или Opteron) лучше подходят для программного обеспечения, требующего повышенной производительности (для систем управления большими базами данных или приложений ERP).

Исследователи из Барселоны стремились создать прототипы решений, которые помогли бы улучшить соотношение производительности и энергопотребления. Организация, финансируемая испанским правительством и Евросоюзом, построила серверы на базе четырехъядерных чипов Nvidia Tegra 3 с архитектурой ARM Cortex-A9 и двухъядерных процессоров Samsung Exynos 5, созданных на основе более быстрой архитектуры Cortex-A15.

Помимо исторических параллелей, прогнозы о переводе суперкомпьютеров на процессоры для смартфонов основываются на результатах эталонных тестов. Исследователи сравнили оценки, полученные двухъядерным чипом Samsung Exynos 5250 с тактовой частотой 1,7 ГГц, четырехъядерным процессором Nvidia Tegra 3, работающим на частоте 1,3 ГГц, и четырехъядерным чипом Intel Core i7-2760QM, который имеет тактовую частоту 2,4 ГГц и предназначен для настольных компьютеров, а не для серверов.

Выяснилось, что ядра процессоров ARM обладают более высокой эффективностью энергопотребления и хорошей масштабируемостью, а потому пригодны для организации высокопроизводительных вычислений. Многоядерные чипы ARM демонстрировали ту же эффективность, что и чипы Intel x86, при равной тактовой частоте, но максимальная производительность у процессоров Intel оказалась выше.

При оценке чипов ARM продукт Nvidia Tegra 3 сравнивался с Samsung Exynos 5250. Результаты тестов показали, что у ядра Exynos 5250 производительность 1,7 раза выше, чем у Tegra 3.

Недавно компания Hewlett-Packard выпустила сервер Moonshot, созданный на базе серверных чипов Intel Atom с пониженным энергопотреблением. Ожидается, что со временем в системы Moonshot будут устанавливаться процессоры ARM, выпускаемые компаниями Calxeda и Texas Instruments. Компания Dell также представила прототипы серверов с процессорами ARM и планирует установку чипов с пониженным энергопотреблением в суперкомпьютеры.

Исследователи из Барселоны указали и слабые места архитектуры ARM, которые могут стать сдерживающим фактором на пути ее проникновения в серверы. На сегодняшний день чипы ARM выпускаются лишь в 32-разрядном варианте, а следовательно, объем адресуемой ими памяти ограничен. Кроме того, существующая технология ARM не поддерживает коррекцию ошибок, не имеет чипов для обработки сетевой нагрузки и не использует стандартные интерфейсы ввода-вывода.

Тем временем разработчики ARM уже анонсировали 64-разрядную архитектуру, а компании Calxeda, AMD и AppliedMicro намерены наладить выпуск 64-разрядных чипсетов, поддерживающих сетевые функции и операции ввода-вывода.

По мере развития рынка серверов на платформе ARM технические проблемы устраняются, а растущая конкуренция приводит к снижению цен.

«Мобильные процессоры все сильнее привлекают к себе внимание разработчиков систем высокопроизводительных вычислений», – указали исследователи, призвав читателей загодя готовиться к предстоящим переменам.

Центр в Барселоне принимает участие в реализации проектов Mont-Blanc и Axle, направленных на разработку суперкомпьютеров, объединяющих мощности центральных и графических процессоров, а также других вычислительных ресурсов.