PDF de programación - Computación de Altas Prestaciones, una herramienta en ayuda de la ciencia

Computación de Altas Prestaciones,

una herramienta en ayuda de la ciencia

Domingo Giménez

http://dis.um.es/~domingo

Departamento de Informática y Sistemas

Grupo de Computación Científica y Programación Paralela

http://luna.inf.um.es/grupo investigacion

San Alberto, 14 noviembre 2014

Computación de Altas Prestaciones

San Alberto, 14-11-2014

1 / 50

Computación Científica

Integración de modelos con técnicas computacionales para solución de
problemas complejos,
con grandes volúmenes de datos (big data) y/o necesidades de
computación (High Performance Computing)

Computación de Altas Prestaciones

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¿Título?

Supercomputación

Computación de Altas Prestaciones

Computación Paralela

Computación de Altas Prestaciones

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¿Título?

Supercomputación

Computación de Altas Prestaciones

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¿Título?

Supercomputación

Computación Paralela

Computación de Altas Prestaciones

San Alberto, 14-11-2014

4 / 50

¿Título?

Supercomputación

Computación Paralela

Computación de Altas Prestaciones

San Alberto, 14-11-2014

4 / 50

¿Título?

Supercomputación

Computación de Altas Prestaciones

Computación Paralela

Computación de Altas Prestaciones

San Alberto, 14-11-2014

4 / 50

¿Título?

Supercomputación

Computación de Altas Prestaciones

Computación Paralela

Computación de Altas Prestaciones

San Alberto, 14-11-2014

4 / 50

¿Título?

Supercomputación
la que se realiza en los computadores más potentes para resolver los
problemas científicos con mayores necesidades computacionales

Computación Paralela
Utiliza sistemas computacionales paralelos. En la actualidad todos
¿Cuántos núcleos tiene nuesto móvil, tablet, portátil, sobremesa...?

Computación de Altas Prestaciones

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¿Título?

Supercomputación
la que se realiza en los computadores más potentes para resolver los
problemas científicos con mayores necesidades computacionales

Computación de Altas Prestaciones
se realiza intentando obtener las máximas prestaciones del sistema
computacional con el que se trabaja

Computación Paralela
Utiliza sistemas computacionales paralelos. En la actualidad todos
¿Cuántos núcleos tiene nuesto móvil, tablet, portátil, sobremesa...?

Computación de Altas Prestaciones

San Alberto, 14-11-2014

5 / 50

¿Título?

Supercomputación
la que se realiza en los computadores más potentes para resolver los
problemas científicos con mayores necesidades computacionales

Computación de Altas Prestaciones
se realiza intentando obtener las máximas prestaciones del sistema
computacional con el que se trabaja

Computación Paralela
Utiliza sistemas computacionales paralelos. En la actualidad todos
¿Cuántos núcleos tiene nuesto móvil, tablet, portátil, sobremesa...?

Computación de Altas Prestaciones

San Alberto, 14-11-2014

5 / 50

Un ejemplo histórico

Computación de Altas Prestaciones

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Un ejemplo histórico

¿Supercomputación?

¿Computación Paralela?

¿Computación de Altas
Prestaciones?

Computación de Altas Prestaciones

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6 / 50

Un ejemplo histórico

¿Supercomputación?

¿Computación Paralela?

¿Computación de Altas
Prestaciones?

Computación de Altas Prestaciones

San Alberto, 14-11-2014

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Un ejemplo histórico

¿Supercomputación?

¿Computación Paralela?

¿Computación de Altas
Prestaciones?

1846: tamaño siete

1995: unos pocos miles

2014: más de un millón

Computación de Altas Prestaciones

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6 / 50

Un ejemplo histórico

¿Supercomputación?

¿Computación Paralela?

¿Computación de Altas
Prestaciones?

1846: tamaño siete

1995: unos pocos miles

2014: más de un millón

Computación de Altas Prestaciones

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Temas a tratar

1 Sistemas

2 Aplicaciones

3 Programación

4 Conclusión

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Temas a tratar

Sistemas

1 Sistemas

2 Aplicaciones

3 Programación

4 Conclusión

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Evolución de arquitecturas en TOP500

Sistemas

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Sistemas

Los más rápidos - junio 1993 a junio 1996

CM-5, 1024 proc. 59.7 GFlops
Los Alamos National Lab
junio 1993

Numerical Wind Tunnel, 167 proc. 170 GFlops
National Aerospace Laboratory of Japan
nov. 1993 y nov. 1994 a dic. 1995

Intel XP/S 140 Paragon, 3680 proc. 143.4 GFlops
Sandia National Labs
junio 1994

Hitachi SR2201, 1024 proc. 232.4 GFlops
University of Tokyo
junio 1996

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... y más cerca

Sistemas

Universidad de Murcia:

Cluster de VAX (Digital) 8 nodos.

3 IBM con AIX Parallel Environment (Cartagena).

Cluster de HP Apollo 700.

Placas de Transputers, en array y con conexiones programables.

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Sistemas

Los más rápidos - noviembre 1996 a junio 2004

CP-PACS, 2048 proc. 368.2 GFlops
University of Tsukuba
noviembre 1996

ASCI Red, 7264 proc., 1212 GFlops
Sandia National Laboratory
junio 1997 a junio 2000

ASCI White, 512 nodos×16 proc., 7.2 Teraflops
Lawrence Livermore National Laboratory
noviembre 2000 a noviembre 2001

The Earth Simulator, 640 nodos×8 proc. vect., 35.86 TFlops
Earth Simulator Center
junio 2002 a junio 2004

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... y más cerca

Sistemas

Universidad de Murcia:

Sistema de Memoria Compartida SGI con 6 procesadores.
Cluster de 4 nodos HP AlphaServer quad, 16 núcleos (Cartagena).
Facultad de Informática y Grupos de Investigación:
Clusters de 5 SUN Ultra 1 + 1 SUN Ultra 5, de 7 SUN Sparcstation,
de 13 PC 486, de 6 Pentiums...
y combinaciones heterogéneas.

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Sistemas

Los más rápidos - noviembre 2004 a noviembre 2010

BlueGene/L, 106496 nodos duales, 478.2 TFlops
Lawrence Livermore National Laboratoryy
noviembre 2004 a noviembre 2007

Roadrunner, 116640 núcleos, 1.456 Petaflops
Los Alamos National Laboratory
junio 2008 a junio 2009

Jaguar, 200000 núcleos, 1.759 PFlops
Oak ridge National Laboratory
noviembre 2009 a junio 2010

Tianhe-1A, 14336 Intel Xeon+7168 NVIDIA Tesla GPU, 2.57 PFlops
National Supercomputing Center in Tianjin
noviembre 2010

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Sistemas

Murcia:

Universidad de Murcia:
Cluster HP con 8 nodos Itanium 2, 64 núcleos, después Cluster Core 2 Quad con 20
nodos, 160 núcleos.

Politécnica de Cartagena:
Cluster de 16 HP AlphaServer; después Cluster de 40 procesadores con 152 núcleos.

Centro de Supercomputación de Murcia (2008 a 2013), Ben (128 núcleos de memoria
compartida) + Arabi (cluster de 102 nodos de 8 núcleos), total 944 núcleos.

Grupos de investigación UMU:
Clusters de nodos quad, sobre 64 núcleos.
Al final del periodo: sistemas de Memoria Compartida con 24 núcleos, clusters de
multicore+GPUs.

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Los más rápidos - desde junio 2011

Sistemas

K Computer, 705024 núcleos, 10 PFlops
RIKEN Advanced Institute for Computational Science
junio 2011 a noviembre 2011

Sequoia, 1572864 núcleos 16.32 PFlops
Lawrence Livermore National Laboratory
junio 2012

Titan, 18688×(Tesla K20+16 núcleos), 27 PFlops
Oak ridge National Laboratory
noviembre 2012

MilkyWay-2, 3120000 núcleos (Ivy Bridge+Xeon Phi), 33.86 PFs
National Super Computer Center in Guangzhou
desde junio 2013

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Sistemas

Universidad de Murcia:

Cluster Intel Xeon, 8 con 16 núcleos + 8 con 32 núcleos = 384 núcleos.
Grupos de investigación:
Clusters, en algunos casos heterogéneos con nodos con una o varias GPUs de tipos
distintos.
Algunos grupos con Intel Xeon Phi.

Aproximadamente entrarían en el TOP500 en 2006, en el puesto del primer español en 2004, y
el primero de la lista en 2000.

Un PC actual entraría en 2000 y sería el primero de 1993.

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Sistemas

Por ejemplo, NSF-supported Center for Parallel and
Distributed Computing Curriculum Development and
Educational Resources

http://www.cs.gsu.edu/~tcpp/

6 colas,
19 nodos,
250 núcleos,
28 GPU,
1 XPhi,
1 FPGA

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Sistemas

Por ejemplo, Laboratorio de Computación Científica y
Programación Paralela

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¿Futuro? - heterogeneidad

Sistemas

Cada vez más coprocesadores (GPU, Xeon Phi, FPGA...) integrados y con
configuración heterogénea.

Rafael Asenjo, en Jornadas de Paralelismo, Valladolid, Septiembre 2014.

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¿Futuro? - móviles

Sistemas

Cada vez más importancia de sistemas móviles.

Rafael Asenjo, en Jornadas de Paralelismo, Valladolid, Septiembre 2014.
Proyecto Montblanc del BSC para desarrollar supercomputador con
procesadores de tablet.

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¿Futuro? - computación no convencional

Sistemas

¿Para cuándo Computación Cuántica de propósito general y al alcance de
todos?

El primer computador cuántico comercial en 2011, vendido a compañía
aeroespacial y de defensa.
Unas 4000 veces más rápido que Intel Xeon en 2013.

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Temas a tratar

Aplicaciones

1 Sistemas

2 Aplicaciones

3 Programación

4 Conclusión

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Aplicaciones

Aplicaciones

Computación de Altas Pre