El maquinari

El CESCA disposa de set computadors d'altes prestacions:

Hewlett-Packard N4000: 8 processadors PA8500 (440 MHz), 4 GB de memòria principal, 227 GB en disc, un rendiment punta (R_punta) de 14,08 Gflop/s i màxim (R_màx) de 10,22 Gflop/s.

Compaq AlphaServer HPC320: 8 nodes ES40 (4 EV68, 833 MHz, 64 KB/8 MB), 28 GB de memòria principal, 892 GB en disc, un R_punta de 53,31 Gflop/s i R_màx de 40,84 Gflop/s, interconnectats amb Memory Channel II de 100 MB/s.

beowulf de Compaq: 8 nodes DS10 (1 EV67, 600 MHz, 64 KB/2 MB), 4 GB de memòria principal, 291 GB en disc, un R_punta de 9,60 Gflop/s i R_màx estimat de 7,68 Gflop/s , interconnectats amb Myrinet de 2 Gbps.

HP AlphaServer GS1280: 16 processadors 21364 EV7 (1.150 MHz, 64 KB/1,75 MB), 32 GB de memòria principal, 655 GB en disc, un R_punta de 36,80 Gflop/s i R_màx de 31,28 Gflop/s.

HP rx2600: 2 processadors Itanium2 (1.000 MHz, 32 KB/256 KB/3 MB), 2 GB de memòria principal, 146 GB en disc, un R_punta de 8,00 Gflop/s i R_màx estimat de 7,20 Gflop/s.

SGI Altix 3700 Bx2: 128 processadors Itanium2 (1,6 GHz, 16 KB/256 KB/6 MB), 384 GB de memòria principal, 6,13 TB en disc, un R_punta de 819,20 Gflop/s i un R_màx estimat de 720,60 Gflop/s.

HP CP4000: 16 nodes DL145 G2 (2 AMD64 Opteron 275 de doble nucli, 2,2 GHz, 64 KB/1 MB per cada nucli), 256 GB de memòria principal, 4,56 TB en disc, un R_punta de 281,60 Gflop/s i un R_màx estimat de 177,41 Gflop/s, interconnectats amb 3 xarxes GigabitEthernet (una externa i dos internes, una per a gestió i l'altra per a càlcul).

Totes les màquines tenen processadors superescalars però es diferencien en l'accés a memòria: tant les Compaq com l'HP CP4000 tenen memòria distribuïda, mentre que les demés són de memòria compartida.

La interconnexió processadors-memòria de l'N4000 és mitjançant dos busos amb una velocitat agregable total de 3,8 GB/s, i una latència a memòria de 130 ns.

La interconnexió processadors-memòria de l'ES40 és també mitjançant dos busos amb una velocitat agregable total de 2,67 GB/s.

Pel que fa al GS1280, cada processador disposa de dos control·ladors a memòria amb una capacitat agregada de 12,8 Gb/s; els processadors estan interconnectats per una xarxa toroïdal i les latències d'accés són assimètriques des de 75 ns per a la memòria local a 270 ns per a la més remota.

Pel cas de l'Altix 3700, considerant que dos processadors formen un node, la connexió processador-memòria dins d'un mateix node és a través d'un SHub 1.2 ASIC. Cada SHub suporta fins a 10,2 GB/s d'amplada de banda punta amb la memòria. Aquest seria el cas de memòria local. En el cas que s'hagués d'accedir a la memòria d'altres nodes, la connexió es realitza a través de dos canals de sortida Numalink 4 a 6,4 GB/s. Aquestes connexions proporcionen unes latències que van des de 129 ns (memòria local) fins a 559 ns en el pitjor dels casos (memòria remota).

En l'HP CP4000 cada xip AMD64 Opteron O275 porta integrat en el silici el seu propi controlador de memòria. Aquest controlador es connecta dins el xip amb un crossbar intern per crear l'estructura de sistema. L'ample de banda d'accés a memòria de cada controlador és de 6,4 GB/s. Així, un node DL145 G2 que consta de 2 xips, aconsegueix un ample de banda total de 12,8 GB/s. La latència d'un nucli amb la seva memòria està en 60 ns i amb la memòria de l'altre xip està en 90 ns.

Els processadors superescalars poden iniciar l'execució simultània de vàries instruccions escalars en paral.lel de manera que es poden operar varis elements d'un vector dins d'una mateixa iteració. En el nostre cas, els PA8500 i els de les Compaq en poden iniciar quatre.

Si la memòria està compartida entre tots els processadors, és a dir, hi ha un espai únic d'adreces per a tots, llavors la programació és molt més senzilla ja que les dades es poden col.locar en qualsevol mòdul de memòria ja que el seu accés és uniforme per a tots els processadors.

Si la memòria està distribuïda entre els processadors, és a dir, cada processador té accés a la seva pròpia memòria, llavors la programació és més complexa ja que quan les dades a usar per un processador estan a l'espai d'adreces d'un altre, cal sol.licitar-les i transferir-les a través de missatges. Així, cal impulsar la localitat de les dades per minimitzar la comunicació entre processadors i obtenir un bon rendiment. L'avantatge que proporcionen és la seva escalabilitat, és a dir, el sistema pot créixer a un nombre més gran de processadors que els sistemes de memòria compartida i, per tant, és més idoni per a les màquines paral.leles.

Hi ha un tercer tipus d'organització, la memòria distribuïda compartida, que combina els avantatges d'ambdues organitzacions: la memòria està físicament distribuïda i, per tant, el sistema és escalable, però s'hi accedeix amb un espai únic d'adreces i, conseqüentment, és fàcilment programable.

Per optimitzar el rendiment d'un supercomputador, un dels factors a considerar és el tamany de la memòria cau disponible per processador:

• Per al PA8500 de l'N4000, 1 MB.
• Per a l'ES40 de l'AlphaServer, 64 KB de nivell 1 i 8 MB de nivell 2.
• Per al DS10 del beowulf, 64 KB de nivell 1 i 2 MB de nivell 2.
• Per a l'EV7 del GS1280, 64 KB de nivell 1 i 1,75 MB de nivell 2.
• Per a l'Itanium2 del rx2600, 32 KB de nivell 1, 256 KB de nivell 2 i 3 MB de nivell 3.
• Per a l'Itanium2 de l'Altix 3700, 16 KB de nivell 1, 256 KB de nivell 2 i 6 MB de nivell 3.
• Per a l'Opteron 275 del CP4000, 64 KB de nivell 1 per a dades i 1 MB de nivell 2, per cada nucli.
  

El rendiment dels supercomputadors es mesura en Gflop/s: 1 Gflop/s indica que el processador realitza 10⁹ operacions aritmètiques (tipus sumes o multiplicacions) de nombres reals, codificats en format de coma flotant de 64 bits, per segon.

El R_màx és el millor resultat obtingut en l'execució del benchmark "Linpack" en paral·lel (que resol un dens sistema d'equacions lineals) en diferents tamanys. El tamany amb el qual s'arriba a l'R_max és l'N_max.

---

Última actualització: AG, 12-09-06