슈퍼 컴퓨터의 목적

지난 가을 저는 일리노이 대학교에서 Blue Waters 슈퍼 컴퓨터를 둘러 보았습니다. 나는 누군가가 전체 컴퓨터를 사용했는지 물었다. 나는 항상 여러 프로젝트에서 작업하고 있다고 들었습니다. 그것은 슈퍼 컴퓨터의 유용성에 대해 궁금하게 만들었습니다. 아마도 Blue Waters는 업계와 대학이 공유해야한다는 점에서 특이합니다. 모릅니다. 단일 슈퍼 컴퓨터의 프로세서와 메모리를 관리하는 데 약간의 오버 헤드가 있다고 가정합니다. 소규모 컴퓨터를 구축하는 것이 더 비용 효율적입니까? 누구든지 슈퍼 컴퓨터의 가치를 이해하도록 도와 줄 수 있습니까? 아니면 때로는 단일 프로젝트에 전념하고 있습니까?

Blue Waters의 일반적인 작업은 기계의 약 10 %를 사용하며 총 75 노드 시간을 소비합니다 . Blue Waters에는 약 27500 개의 노드가 있으므로 "75 노드 시간"작업 중 몇 분만 실행됩니다. 이를 통해 과학자들은 기계를 약간 대화식으로 사용할 수 있습니다. (이동 평균은 여기에서 볼 수 있습니다 : http://xdmod.ncsa.illinois.edu/#tg_usage:group_by_Jobs_none )

슈퍼 컴퓨터는 대규모의 작은 컴퓨터 모음입니다. 우리가 한곳에서 함께 모은 주된 이유는 비용을 가장 효율적으로 공유 할 수 있기 때문입니다. 많은 작업을 수행 할 수 있고 컴퓨터의 수명 동안 총 소유 비용 (총 컴퓨터 비용, 전력 및 유지 관리 비용)이 최소화 되는 컴퓨터를 만들려고 합니다.

총 소유 비용에는 몇 가지 요인이 있습니다. 장비 비용은 하나입니다. 소유 비용을 최소화하기 위해 장비가 소진 될 때까지 장비가 가능한 한 많은 시간 동안 유용한 작업을 수행하기를 원합니다 (이상적으로는 시간의 100 %, 실제로는 다소 적은 95 %가 좋은 것으로 간주 됨). 또는 더 이상 사용되지 않습니다. 반대로 랩톱이나 휴대 전화의 컴퓨터는 실제로 소유 시간의 10 % 미만일 것입니다 (잠자는 시간의 33 %, 깨어있는 시간의 절반 정도 먹고 휴식을 취하고 있음). 컴퓨터를 "사용"하더라도 프로세서는 대부분 유휴 상태입니다.)

두 번째는 전력 비용입니다. 이것의 여러 부분이 있습니다. 첫 번째는 전력 자체의 비용입니다. 그 비용의 일부는 발전소에서 컴퓨터로 전력을 수송하는데 소비된다. 컴퓨터의 "전원 공급 장치"(AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 것)에서 일부가 손실됩니다. 더 큰 AC-> DC 컨버터는 일반적으로 더 효율적으로 만들 수 있습니다. 또한 컴퓨터는 유용한 전력을 폐열로 전환합니다. 따라서 열을 제거하기 위해 비용을 지불해야합니다. 다시 말하지만, 큰 에어컨은 일반적으로 여러 소형 에어컨보다 효율적으로 만들 수 있습니다.

세 번째는 유지 보수 비용입니다. 여러 대의 컴퓨터를 조립하고 설계하여 나머지 하나가 계속 작동 할 때 노드가 모두 다르고 다른 건물에 배치 된 경우보다 훨씬 많은 수의 컴퓨터 노드에서 유지 보수 직원의 비용을 상각 할 수 있습니다. (또는 도시).

세부 정보 : Blue Waters에는 288 개의 캐비닛이 있습니다. 각 캐비닛에는 96 개의 "노드"가 있습니다. 각 노드는 꽤 일반적인 고급 컴퓨터입니다. 대부분의 노드에는 2.3GHz에서 실행되는 2 개의 AMD Opeteron 6276 프로세서와 64GB DRAM이 있습니다. 대신 노드의 약 1/6에 단일 AMD Opteron 6276, NVidia K20 GPU 및 38GB의 DRAM이 있습니다. 원한다면 "노드"와 비슷한 것을 3000 달러 나 4000 달러에 사서 거실에 넣어 비디오 게임을 할 수 있습니다. Blue Waters에는 약 27648 개의 노드가 있습니다. https://bluewaters.ncsa.illinois.edu/hardware-summary

각 노드는 아마도 500W 이상을 소비하고 그 전력을 열로 바꿉니다. 거실에 비디오 게임을 할 노드가 있다면 특별히 큰 문제는 아닙니다. 벽면 콘센트에서 약간의 전기를 소비하고 작은 개인 공간 히터만큼 열을 발생시킵니다. 겨울에는 친절하고 아늑합니다. 여름에는 집을 편안하게 유지하기 위해 에어컨을 더 자주 가동해야합니다. 매일 하루 종일 최대 전력을 사용한다면 전기 요금이 상당히 올라갈 것입니다. 아마도 현재 소비하는 것의 두 배가 될 것입니다.

그러나 27648을 함께 넣으면 약 15 메가 와트가 소비되고 그에 따라 많은 양의 열이 발생합니다. 대규모 데이터 센터와 마찬가지로 Blue Waters의 진정한 엔지니어링 경이 건물 자체입니다. 거대한 냉장 상자입니다. Blue Waters 건물은 환상적으로 효율적이기 때문에 특히 흥미 롭습니다. 건물로 들어가는 전력의 약 85 %가 실제로 노드를 실행하는 데 사용됩니다. 나는 어딘가에서 읽었을 것입니다 (현재는 찾을 수 없습니다) 전력 변환 및 폐열 제거에서 15 % 만 손실됩니다. 거실의 500Watt 게임 컴퓨터에서 얻는 것보다 훨씬 좋습니다. 에어컨을 가동하려면 750Watt의 "전원 공급 장치"와 몇 백 와트가 필요할 것입니다.

TL; DR

모두 함께합시다. 수천 대의 작은 컴퓨터를 모아서 많은 사람들에게 사용을 확산시킴으로써 우리는 그 컴퓨터를 대부분의 시간 동안 계속 운영하면서 리소스를 매우 효율적으로 공유합니다. 대부분의 시간 동안 유휴 상태 인 컴퓨터를 사람들에게 제공 하는 데 많은 비용이 듭니다 . 계산 비용을 절감하는 가장 좋은 방법은 사람들이 컴퓨터를 공유하도록하여 컴퓨터가 대부분의 시간을 바쁘게하는 것입니다.

Blue Waters는 그 안에있는 컴퓨터 그 이상입니다. 전력 효율을 극대화 할 수 있도록 특별히 설계되었습니다. 그 중 일부는 송전선에서 전력 손실을 줄이기 위해 발전소 근처에 설치하는 것입니다. 다음은 Blue Waters를 포함하는 샴페인 IL 부분의 위성 사진입니다.

슈퍼 컴퓨터는 현대 연구에서 매우 중요합니다. 공급 / 수요 / 관리 역학 및 지속적인 업그레이드 / 교체주기에 따라 항상 총 용량으로 사용되는 것은 아닙니다. 국방 산업에서 무기 시뮬레이션을 위해 사용되는 방대한 수퍼 컴퓨터가있다 (2 차 세계 대전의 컴퓨터 발명에 대한 초기 이론적 근거 / 충돌 중 하나, 발사체 궤도 계산). 이 사용은 널리 알려지지 않았습니다. 현대식 무기 시뮬레이션은 핵무기 용이며 고도로 분류됩니다. 시뮬레이션을 통해 새로운 무기 디자인을 계산 시뮬레이션을 통해서만 정확하게 "테스트"할 수 있습니다. 미국은 심지어 이러한 이유로 중국과 같은 다른 국가에 고급 컴퓨팅 기술의 수출을 거부합니다.

다른 많은 용도가 있습니다. 제품 디자인 역학을 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어, Tide 회사는 세탁 비누에 다른 성분을 최적의 방법으로 혼합하는 방법을 알아 내야했으며, 수퍼 컴퓨터를 사용하여 최적의 혼합을 계산했습니다.

대부분의 슈퍼 컴퓨터는 여러 개의 서로 다른 프로젝트를 실행합니다. 공유 자원으로 사용되며 경영진은 전체 부하, 연구 가치 등에 따라 프로젝트를 선택하는 전략을 가지고 있습니다.

슈퍼 컴퓨터의 기본 가치는 전체 CPU 용량이 적은 "더 작은"컴퓨터에서는 대규모 컴퓨팅을 실행할 수 없다는 것입니다. 그러나 지난 10 년 동안 "상업용 선반"기술 (일명 COTS)을 사용하여 가격을 낮추고 여전히 매우 높은 성능을 가진 슈퍼 컴퓨터를 구축하는 데 큰 변화가있었습니다.

위키 백과 에서는 슈퍼 컴퓨터의 기본 사용법에 대해 언급하고 있는데, 이는 부분적인 목록입니다.

• 1970 년대 / 일기 예보, 공기 역학적 연구 (Cray-1). [83]
• 1980 년대 / 확률 론적 분석, [84] 방사선 차폐 모델링 [85] (CDC Cyber).
• 1990 년대 / Brute force code breaking (EFF DES 크래커). [86]
• 법적 행위 핵 비확산 조약 (ASCI Q)을 대체하는 2000 년대 / 3D 핵 실험 시뮬레이션. [87]
• 2010 년대 / 분자 역학 시뮬레이션 (Tianhe-1A) [88]