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Javier Pérez MatoµP para Comunicaciones
Curso 2008/09ETSIT - ULPGC
INTRODUCCIÓN
HPC: High Performance Computer System
¿Qué es un supercomputador?◦ Computador diseñado para ofrecer la mayor
capacidad de procesamiento posible.
Evolución◦ Caracterizada por un rápido cambio de fabricantes,
arquitecturas y tecnologías.◦ Evolución de las prestaciones: estable y continua.
Inteligencia / Defensa Predicción climática Simulaciones físicas, químicas y matemáticas Transporte Astrofísica Materiales y nanotecnología Macroeconomía y dinámica social
EVOLUCIÓN HISTÓRICA1940 - 1970
Colossus (UK) 1943◦ Empleado para descifrar comunicaciones alemanas
en la segunda guerra mundial.
Colossus (UK) 1943
◦ 1500 válvulas electrónicas◦ Capaz de leer 5000 caracteres por segundo en una
cinta de papel perforada.◦ La señal de reloj provenía de una serie de agujeros
en la misma cinta.◦ 100 operaciones booleanas por segundo.◦ Se usan por primera vez los registros de
desplazamiento.
ENIAC (USA) 1945◦ Empleado para el cálculo de tablas balísticas.
ENIAC (USA) 1945◦ Electronic Numerical Integrator And Computer
◦ 17.468 válculas electrónicas◦ 27 toneladas de peso y un área de 63m2◦ 150 kW de consumo◦ 5.000 operaciones de suma/resta por segundo.◦ 385 operaciones de multiplicación por segundo.
BINAC (USA) 1949◦ Empleado para el desarrollo de reactores militares.
BINAC (USA) 1949◦ BINary Automatic Computer
◦ 2 CPUs◦ Memoria de mercurio de 512 palabras◦ Velocidad de reloj de 4.25 MHz◦ 800 µs por cada suma/resta◦ 1200 µs por cada multiplicación
Los supercomputadores crean mercado◦ Se crea un mercado de computación para un amplio
rango de aplicaciones científicas y comerciales.◦ El rango de aplicaciones disponibles se expande
rápidamente.◦ Los dos principales fabricantes fueron IBM y Sperry
Rand. Ambos salieron al mercado de la supercomputación en los años 70.
Algunos ejemplos:
◦ UNIVAC I (USA) 1951
Algunos ejemplos:
◦ IBM 7030 Stretch (USA) 1961
COMPUTACIÓN ESCALAR Y COMPUTACIÓN VECTORIAL
Arquitectura Von Newmann◦ Stored Program Computer
◦ El programa se almacena en la memoria delcomputador, donde están ya los datos. Para ello esnecesario definir un Instruction Set Architecture(ISA).
Computador Vectorial
◦ Pueden almacenarse vectores de números en registros vectoriales y procesarse en unidades aritméticas supersegmentadas.
Ejemplo: Multiplicación matricial
nmijaA ×= )(
pnijbB ×= )(
∑=
⋅=n
rrjirij baC
1
Ejemplo: Multiplicación matricial
◦ Procesador Escalar
Se ejecutan 9*N instrucciones
Ejemplo: Multiplicación matricial
◦ Procesador Vectorial
Se ejecutan 7 instrucciones
LA ERA VECTORIAL(1970 – 2000)
Los Supercomputadores se hacen vectoriales◦ Comienza la era de la supercomputación moderna.◦ Aumentan las prestaciones en más de 1 orden de
magnitud.◦ Mercado dominado por CDC y Cray Research
Algunos ejemplos:
◦ CDC 6600 (USA) 1966 (pre-vectorial)
Algunos ejemplos:
◦ Cray – 1 (USA) 1976
Multiprocesadores Vectoriales (PVP):◦ En los años 80 y 90, los computadores vectoriales
se hacen multiprocesadores.
◦ Cray X-MP (4 proc.)◦ Cray Y-MP (8 proc.)◦ Cray C90 (16 proc.)◦ Cray T94 (32 proc.)
◦ En esa misma epoca aparece la competencia Japonesa en la supercomputación (Fujitsu, Hitachi, NEC…).
Algunos ejemplos de PVP:
Cray X-MP (1982) Cray Y-MP (1988)
Algunos ejemplos de PVP:
Cray C90 (1991)Cray T94 (1997)
SUPERCOMPUTADORES BASADOS EN MULTIPROCESADORES ESCALARES (SMPs)
La introducción de los microprocesadores◦ En 1971, Intel introduce el primer microprocesador:
i4004◦ A principios de los 80 la tecnología CMOS permitía
el uso de microprocesadores construidos en masa, de muy bajo coste, aunque de relativamente bajas prestaciones: The attack of the killer micros
Multiprocesadores Escalares◦ SMP (Symmetric Multiprocessor): Los primeros
multiprocesadores usaban pocos procesadores idénticos compartiendo una misma memoria.◦ En un principio se emplean procesadores CISC
(Synapse, Encore, Flex, Sequent, Myrias…).◦ En los 90 fueron desbancadas por los RISC (Sun,
SGI, HP, IBM…).◦ La principal área de trabajo es la mejora de las
redes de interconexión entre los procesadores (buses).
Multiprocesadores Escalares
◦ NUMA (Non Uniform Memory Access): Distribución de los módulos de memoria entre los procesadores.
◦ MPP (Massively Parallel Processor): Se elimina la compartición física de la memoria.
CLUSTERS
Uso de componentes estándar◦ Se reduce el coste al sustituir los ASIC por componentes
estándar ampliamente disponibles.
◦ Los MPP derivan en clusters.
◦ A partir del 2000 empiezan a dominar el mercado los procesadores de Intel: Itanium 2, Xeon…
◦ Relación rendimiento-coste muy elevada.
◦ Los supercomputadores más potentes seguirán contieniendo algún ASIC en su diseño.
LA ACTUALIDAD
MareNostrum (IBM) Pos. 32
Tipo: IBM Cluster
Aplicación: Medicina
Año: 2006
Memoria: 20 TB
OS: SuSE Linux Enterprise Server 9
CPU: PPC 970 2300 MHz (x10240)
62 teraflops
Pleiades (SGI) Pos. 3
Tipo: SGI Altix
Aplicación: No especificada
Año: 2008
Memoria: 51 TB
OS: SuSE Linux Enterprise Server 10
CPU: Intel EM64T Xeon 3000 MHz
1 petaflop
Jaguar (Cray) Pos. 2
Tipo: Cray XT
Aplicación: No especificada
Año: 2008
OS: SuSE Linux Enterprise Server 10
CPU: AMD x86_64 Opteron Quad2300 MHz (x180.000)
1.4 petaflops
Roadrunner (IBM) Pos. 1
Tipo: IBM Cluster
Aplicación: No especificada
Año: 2008
Memoria: 103 TB
OS: SuSE Linux Enterprise Server 10
CPU: PowerXCell 8i 3200 Mhz(x12960)
1.7 petaflops
Javier Pérez MatoµP para Comunicaciones
Curso 2008/09ETSIT - ULPGC