Компактная суперэвм

Полезная модель относится к области вычислительной техники, может применяться для построения компактных универсальных суперЭВМ терафлопного класса. В корпусе компактной суперЭВМ установлены система электропитания, система охлаждения, идентичные компьютерные платы, каждая из которых содержит по два процессора, оперативную память, первые порты ввода-вывода и разъемы, которые являются входами и выходами процессоров, при этом система электропитания соединена с системой охлаждения и компьютерными платами. В корпус дополнительно установлены контейнер с накопителями информации, один из которых содержит программное обеспечение, коммутатор управления, порт ввода-вывода которого является портом ввода-вывода для подключения локальной вычислительной сети, а другие порты ввода-вывода соединены с соответствующими первыми портами ввода-вывода компьютерных плат, на каждую плату дополнительно установлены по два процессора и вторые порты ввода-вывода, при этом все процессоры являются двенадцатиядерными, а компьютерные платы соединены между собой через вторые порты ввода-вывода по принципу каждый с каждым, причем контейнер с накопителями информации соединен с разъемами компьютерных плат и с системой электропитания, к которой подключен коммутатор управления. Технический результат заключается в уменьшении габаритных размеров, уменьшении энергопотребления. 2 илл.

Полезная модель относится к области вычислительной техники и может применяться для построения компактных универсальных суперЭВМ терафлопного класса.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является суперЭВМ Blue Gene/L производства фирмы IBM (см. www.ibm.com IBM International Technical Support Organization. Unfolding the IBM eServer Blue Gene Solution September 2005. Chapter 2. Blue Gene/L Architecture, pp.13-38.), содержащая систему электропитания, систему охлаждения, узловые платы (Node Card) с установленными на них компьютерными картами (Compute Card). Каждая из компьютерных карт содержит по два процессора, оперативную память, порты ввода-вывода и разъемы, которые являются входами и выходами процессоров. При этом каждая узловая плата подключена к системе электропитания, к которой подключена система охлаждения.

Узловая плата может содержать до 16 вертикально устанавливаемых компьютерных плат, каждая из которых содержит два двухядерных процессора и оперативную память. Ввиду того, что процессоры не выполняют внешние операции ввода-вывода (они не подключены к функциональной сети Gigabit Ethernet), на узловую плату дополнительно устанавливаются до двух плат ввода-вывода (I/O Card). Таким образом, на одну узловую плату максимально можно установить до 18 плат (16+2). Узловая плата содержит также преобразователи напряжения; управляющую сеть iDo для мониторинга и контроля оборудования, которая обеспечивает отладочный доступ к вычислительным узлам по стандартным последовательным интерфейсам JTAG (Joint Test Action Group) или I²C (Inter-Integrated Circuit) для загрузки, управления и проверки системы; и приемопередатчики Gigabit Ethernet для узлов ввода-вывода через оптические разъемы связи.

Все компоненты Blue Gene/L устанавливаются в одной стойке производства фирмы IBM весом 823 кг, высотой 204,12 см (40U), 91,44 см глубиной и 64,77 см шириной. Стойка питается от трехфазной сети переменного тока с напряжением 200-240 В 50/60 Гц или 380-415 В 50 Гц (100 amp service) и максимально потребляет 27,6 кВт. Система охлаждения воздушная, состоит из системы вентиляторов, которые подают предварительно охлажденный кондиционерами воздух по фронту стойки. Для охлаждения стойки требуется 2800 фут ³/мин воздуха. Суммарно, в одной стойке размещается до 32 узловых карт. Пиковая производительность стойки - до 5,7 Тфлопс.

Недостатками данного устройства являются:

- отсутствие накопителей информации;

- обмен между процессорами, находящимися на разных компьютерных платах, осуществляется через коммутаторы Link Card коммуникационной сети с топологией 3D Torus и через бескоммутаторную глобальную сеть с топологией «двоичное дерево»;

- малый объем оперативной памяти - 512 Мбайт на 2 микропроцессора;

- для доступа к локальной сети и к носителям информации необходимы узлы ввода/вывода;

- для обеспечения функционирования устройства требуются специальные инженерные системы и специальные климатические условия, что приводит к увеличению габаритных размеров;

- для функционирования параллельных программ требуется определенная переделка некоторых параллельных программ при портировании на архитектуру данного устройства.

На основании изложенного можно сделать вывод, что известная суперЭВМ обладает низкой производительностью на единицу объема.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание компактной суперЭВМ (КС-ЭВМ) производительностью больше или равно 1 Тфлопс, потребляющей ~2 кВт электроэнергии и не требующей при своей эксплуатации специальных климатических условий и специальных инженерных систем. Компактная суперЭВМ должна быть универсальной, т.е. не требовать переделки существующих параллельных программ. При этом общий объем оперативной памяти должен быть больше или равен 250 Гбайт, а емкость дисковой памяти больше или равна 6 Тбайт. Компактная суперЭВМ должна иметь выход в локальную сеть.

Технический результат заключается в уменьшении габаритных размеров и снижении энергопотребления при увеличении производительности на единицу объема.

Данный технический результат достигается тем, что в компактной суперЭВМ, в корпусе которой установлены система электропитания, система охлаждения, идентичные компьютерные платы, каждая из которых содержит по два процессора, оперативную память, первые порты ввода-вывода и разъемы, которые являются входами и выходами процессоров, при этом система электропитания соединена с системой охлаждения и компьютерными платами, новым является то, что в корпус дополнительно установлены контейнер с накопителями информации, один из которых содержит программное обеспечение, коммутатор управления, один порт ввода-вывода которого является портом ввода-вывода для подключения локальной вычислительной сети, а другие порты ввода-вывода соединены с соответствующими первыми портами ввода-вывода компьютерных плат, на каждую плату дополнительно установлены по два процессора и вторые порты ввода-вывода, при этом все процессоры являются двенадцатиядерными, а компьютерные платы соединены между собой через вторые порты ввода-вывода по принципу каждый с каждым, причем контейнер с накопителями информации соединен с разъемами компьютерных плат и с системой электропитания, к которой подключен коммутатор управления.

Соединение компьютерных плат по принципу каждый с каждым позволяет исключить применение дополнительного коммутатора межпроцессорных обменов. Применение двенадцатиядерных процессоров и установка дополнительных двенадцатиядерных процессоров на компьютерные платы позволяет использовать меньшее количество компьютерных плат при сохранении заданной производительности. Возможность выхода в локальную вычислительную сеть без применения дополнительного узла ввода-вывода за счет использования одного порта ввода-вывода коммутатора управления. Все в совокупности позволяет уменьшить габаритные размеры и энергопотребление. Применение современных компьютерных плат позволяет достигать объема оперативной памяти больше или равной 250 Гбайт.

Для хранения большого объема информации применяют контейнер с накопителями информации.

На фиг.1 приведена структурная схема компактной суперЭВМ.

На фиг.2 приведено конструктивное расположение составных частей компактной суперЭВМ.

Компактная суперЭВМ (фиг.1) содержит систему 1 охлаждения, систему 2 электропитания, три идентичных компьютерные платы 3, 4 и 5, контейнер 6 с размещенными в нем накопителями информации, коммутатор 7 управления, плату 8 управления и индикации состояния.

Система 2 электропитания соединена шинами питания с компьютерными платами 3, 4, 5, контейнером 6, системой 1 охлаждения, коммутатором 7 управления. Компьютерные платы 3, 4, 5 соединены между собой через вторые порты ввода-вывода по принципу каждый с каждым. Контейнер 6 с накопителями информации соединен с разъемами компьютерных плат 3, 4, 5. Коммутатор 7 управления, один порт ввода-вывода которого подключают к локальной вычислительной сети (LAN), a другие порты ввода-вывода соединены с соответствующими первыми портами ввода-вывода компьютерных плат 3, 4, 5. Плата 8 управления и индикации состояния соединяется с каждой компьютерной платой 3, 4, 5, коммутатором 7 управления и системой 2 электропитания.

Конструктивно компактная суперЭВМ (фиг.2) содержит корпус, в котором установлены система 1 охлаждения, система 2 электропитания, три идентичные компьютерные платы 3, 4, 5, контейнер 6 с размещенными в нем накопителями информации, коммутатор 7 управления.

Корпус (фиг.2) содержит боковые крышки 10, 11, верхнюю крышку 12, нижнюю крышку 13 и внутреннюю крышку 14.

В качестве системы 1 охлаждения может применяться система вентиляторов. Вентиляторы расположены в передней и задней частях корпуса.

В качестве коммутатора 7 управления применяют коммутатор Gigabit Ethernet. Коммутатор Gigabit Ethernet используется для организации сетевого взаимодействия компьютерных плат 3, 4, 5, платы 8 управления и индикации состояния и локальной вычислительной сети с целью управления процессом счета.

В качестве платы 8 управления и индикации состояния применяют микроЭВМ, предназначенную для отслеживания состояния различных элементов оборудования, для предупреждения и предотвращения выхода их из строя.

В качестве системы 2 электропитания применяют три блока питания. Блоки питания расположены в корпусе между верхней и внутренней крышками.

В качестве компьютерных плат 3, 4, 5 применяют идентичные бескорпусные типовые серверные платы. Компьютерные платы 3, 4, 5 располагаются в корпусе вертикально. Каждая компьютерная плата включает четыре двенадцатиядерных процессора, оперативную память, первые порты ввода-вывода для подключения к коммутатору 7 управления, вторые порты ввода-вывода для связи плат между собой, разъемы для подключения контейнера 6 с накопителями информации и платы 8 управления и индикации состояния.

В качестве накопителей информации, размещенных в контейнере 6, применяются накопители на жестких магнитных дисках. На одном из накопителей информации, установлено программное обеспечение (ПО). Накопители информации разделены на три группы, каждая из которых соединена с соответствующей компьютерной платой (на рисунках не показано).

Компактная суперЭВМ - это полноценная кластерная система на рабочем столе, предназначенная для высокопроизводительных вычислений в промышленности и науке.

Использование предлагаемой компактной суперЭВМ позволяет:

- производить выполнение сложных трудоемких расчетов в интересах конструкторов, инженеров, математиков, теоретиков, исследователей;

- визуализацию результатов расчетов,

что достигается оснащением компактной суперЭВМ базовым системным программным обеспечением, ориентированным на решение конкретных задач трехмерного имитационного моделирования.

В состав базового системного программного обеспечения входят:

- операционная среда параллельных вычислений;

- система мониторинга и диагностики аппаратно-программных компонентов;

- коммуникационное программное обеспечение;

- программные средства управления доступом и хранением данных;

- система управления заданиями;

- оптимизированные прикладные математические библиотеки;

- параллельные системы визуализации и графического анализа данных для задач математического моделирования;

- инструментальные средства разработки и отладки параллельных приложений;

- система сбора и анализа информации об эффективности выполнения параллельных приложений;

- пакет специальных программных тестов и инструментальные средства для оценки производительности, надежности, правильности функционирования КС-ЭВМ.

Системообразующим компонентом является использование в конструкции нескольких бескорпусных типовых серверных компьютерных плат, соединенных между собой без использования коммутаторов межпроцессорных обменов, за счет чего достигается компактность, гибкость конструкции и конфигурирования.

Был изготовлен опытный образец с габаритными размерами корпуса 370×850×750 мм, испытания которого подтвердили его работоспособность и достижение заявленного технического результата.

Компактная суперЭВМ, содержащая корпус, в котором установлены система электропитания, система охлаждения, идентичные компьютерные платы, каждая из которых содержит по два процессора, оперативную память, первые порты ввода-вывода и разъемы, которые являются входами и выходами процессоров, при этом система электропитания соединена с системой охлаждения и компьютерными платами, отличающаяся тем, что в корпус дополнительно установлены контейнер с накопителями информации, один из которых содержит программное обеспечение, коммутатор управления, один порт ввода-вывода которого является портом ввода-вывода для подключения локальной вычислительной сети, а другие порты ввода-вывода соединены с соответствующими первыми портами ввода-вывода компьютерных плат, на каждую плату дополнительно установлены по два процессора и вторые порты ввода-вывода, при этом все процессоры являются двенадцатиядерными, а компьютерные платы соединены между собой через вторые порты ввода-вывода по принципу каждый с каждым, причем контейнер с накопителями информации соединен с разъемами компьютерных плат и с системой электропитания, к которой подключен коммутатор управления.