Fri . 19 Sep 2019

Симулятор земли

Earth Simulator ES 地球 シ ミ ュ レ ー タ, Chikyū Shimyurēta, разработанный по инициативе правительства Японии «Earth Simulator Project», представлял собой высокопараллельную векторную суперкомпьютерную систему для запуска моделей глобального климата для оценки последствий глобального потепления и проблем в геофизике твердой Земли. Разработано для Японского агентства аэрокосмических исследований, Японского научно-исследовательского института атомной энергии и Японского морского научно-технического центра JAMSTEC в 1997 году. Строительство началось в октябре 1999 года, а площадка официально открылась 11 марта 2002 года. Стоимость проекта - 60 миллиардов иен. NEC, ES был основан на их архитектуре SX-6. Он состоял из 640 узлов с восемью векторными процессорами и 16 гигабайтами компьютерной памяти на каждом узле, в общей сложности 5120 процессоров и 10 терабайт памяти. Два узла были установлены на 1 метр x 14 шкаф метра х 2 метра Каждый шкаф потреблял 20 кВт энергии Система имела 700 терабайт дискового хранилища 450 для системы и 250 для т Пользователи и 16 петабайт запоминающих устройств в ленточных накопителях. Он смог выполнить целостное моделирование глобального климата как в атмосфере, так и в океанах до разрешения 10 км. Его производительность по эталонному тесту LINPACK составила 3586 TFLOPS, что почти в пять раз Быстрее своего предшественника, ASCI White
ES был самым быстрым суперкомпьютером в мире с 2002 по 2004 год. Его мощность была превышена прототипом IBM Blue Gene / L 29 сентября 2004 года. ES был заменен Earth Simulator 2 ES2 в марте 2009 г. ES2 - это система NEC SX-9 / E, в которой каждый четвертый узел имеет 128-кратную производительность, в четыре раза превышающую тактовую частоту 32-кратной производительности, в четыре раза превышающую ресурс обработки на узел, для пиковой производительности 131 TFLOPS с доставленным LINPACK. производительность 1224 TFLOPS, 2 ES2 был самым эффективным суперкомпьютером в мире на тот момент. В ноябре 2010 года NEC объявила, что ES2 превзошла Global FFT, одну из мер HPC Challenge Awards, с показателем производительности 11876 TFLOPS3
Con палатки
1 Обзор системы
11 Аппаратное обеспечение
111 Конфигурация системы
112 Построение ЦП
113 Узел процессора PN
114 Межсоединительная сеть IN
115 Узел процессора PN Шкаф
12 Программное обеспечение
121 Операционная система
122 Файловая система запоминающего устройства
123 Планирование заданий
124 Среда программирования - 13 Средства обслуживания - 131 Защита от стихийных бедствий
132 Система молниезащиты
133 Освещение
134 Система сейсмоизоляции
14 Производительность
141 LINPACK
142 Вычислительная производительность WRF на Earth Simulator
2 См. Также
3 Ссылки
4 Внешние ссылки
Обзор системы
Hardwareedit
Earth Simulator ES для краткости был разработан как национальный проект тремя правительственными агентствами: Национальным агентством космического развития Японии NASDA, Японским исследовательским институтом атомной энергии JAERI и Японской морской наукой и наукой. Технологический центр JAMSTEC ES размещается в здании Earth Simulator прибл. 50 м x 65 м x 17 м. Модернизация Earth Simulator была завершена в марте 2009 г. Обновленная система Earth Simulator 2 или ES2 использует 160 узлов NEC SX-9E. Конфигурация системы.
ES представляет собой высокопараллельную векторную суперкомпьютерную систему. типа распределенной памяти, состоящий из 160 процессорных узлов, соединенных сетью Fat-Tree. Каждый процессорный узел представляет собой систему с общей памятью, состоящую из 8 арифметических процессоров векторного типа, систему основной памяти объемом 128 ГБ. каждый арифметический процессор составляет 1024 Гфлопс. Таким образом, ES в целом состоит из 1280 арифметических процессоров с 20 ТБ основной памяти и теоретической производительностью 131 Тфлопс.
Создание CPUedit
Каждый ЦП состоит из 4-стороннего суперскалярного блока SU , векторный блок VU и блок управления доступом к основной памяти на одном кристалле LSI. ЦП работает на тактовой частоте 32 ГГц. Каждый VU имеет 72 векторных регистра, каждый из которых имеет 256 векторных элементов, а также 8 наборов из шести различных типов. vec Конвейеры tor: сложение / смещение, умножение, деление, логические операции, маскирование и загрузка / сохранение Один и тот же тип векторных конвейеров работает вместе с помощью одной векторной инструкции, и конвейеры разных типов могут работать одновременно
Узел процессора PNedit
Узел процессора состоит из 8 модулей ЦП и 10 модулей памяти.

INedit
RCU напрямую подключен к кроссбольным коммутаторам и управляет передачей данных между узлами со скоростью двунаправленной передачи 64 ГБ / с для отправки и получения данных. Таким образом, общая пропускная способность межузловой сети составляет около 10 ТБ / с. Процессорный узел PN Cabinetedit
Процессорный узел состоит из двух узлов одного статива и состоит из блока питания, 8 модулей памяти и блока PCI с 8 процессорами. Модули
Softwareedit
Ниже приведено описание программных технологий, используемых в операционной системе, планировании заданий и среде программирования ES2. Операционная система. Операционная система, работающая на ES. Разработано для суперкомпьютеров NEC серии SX. Серия SX - это векторные суперкомпьютеры, разработанные, изготовленные и продаваемые NEC. SUPER-UX - это операционная система, которая использует функции BSD и SVR42MP в качестве операционной системы на основе UNIX System V и усиливает необходимые функции. Кроме того, для суперкомпьютера SUPER-UX, Berkeley Software Distribution BSD и SVR42MP являются операционными системами на основе Unix. Сканирование файла запоминающего устройства systemedit
Если большое параллельное задание, работающее на 640 PN, выполняет чтение / запись на один диск, установленный в PN, каждый PN обращается к диску последовательно и производительность ужасно снижается. Хотя локальный ввод / вывод, при котором каждый PN читает или записывает на свой собственный диск, решает проблему, очень трудно справиться с таким большим количеством частичных файлов. Затем ES принимает Staging и Global File SystemGFS, которые обеспечивают высокую производительность ввода-вывода. Планирование заданий. ES - это, в основном, система пакетных заданий. Для управления пакетным заданием была представлена NQSII Network Queuing System II. Конфигурация очереди Earth Simulator ES имеет очереди двух типов. S пакетная очередь предназначена для пакетных заданий с одним узлом, а L пакетная очередь предназначена для многоузловой пакетной очереди. Существуют очереди двух типов. Одна - L пакетная очередь, а другая - S Пакетная очередь. Пакетная очередь S предназначена для использования при предварительном запуске или после запуска для крупномасштабных пакетных заданий с созданием исходных данных, результатов обработки моделирования и других процессов, а L пакетная очередь предназначена для производственного цикла. Выбор пользователей соответствующая очередь для заданий пользователей.
Узлы, выделенные для пакетного задания, используются исключительно для этого пакетного задания.
Пакетное задание запланировано на основе истекшего времени вместо времени ЦП. Стратегия 1 позволяет оценить задание время завершения и упрощение предварительного распределения узлов для следующих пакетных заданий. Стратегия 2 способствует эффективному выполнению задания. Задание может использовать исключительно узлы, и процессы в каждом узле могут выполняться одновременно. В результате, крупномасштабный параллельная программа способна для эффективного выполнения PN-доступы L-системы запрещены для доступа к пользовательскому диску, чтобы обеспечить достаточную производительность дискового ввода-вывода, поэтому файлы, используемые пакетным заданием, копируются с пользовательского диска на рабочий диск перед выполнением задания. Этот процесс называется "stage-in" Важно скрыть это время подготовки для планирования задания. Основные этапы планирования задания суммируются следующим образом:
Распределение узлов
Stage-in автоматически копирует файлы с диска пользователя на рабочий диск.
Эскалация заданий на более раннее предполагаемое время начала, если это возможно
Выполнение заданий
Этап-копирование автоматически копирует файлы с рабочего диска на пользовательский диск
При отправке нового пакетного задания планировщик выполняет поиск. доступные узлы Шаг 1 После того, как узлы и предполагаемое время начала выделены для пакетного задания, начинается процесс ввода в действие Шаг 2 Задание ожидает, пока не закончится предполагаемое время начала после завершения этапа ввода Если планировщик обнаружит более раннее время начала, чем предполагаемое Начало время, оно назначает новое время запуска пакетному заданию. Этот процесс называется «эскалация задания». Шаг 3 Когда приблизительное время запуска наступило, планировщик выполняет пакетное задание. Шаг 4 Планировщик завершает пакетное задание и запускает процесс поэтапного отказа после Выполнение задания завершено или заявленное истекшее время истекло. Шаг 5 Чтобы выполнить пакетное задание, пользователь входит в систему на сервере входа в систему и отправляет пакетный сценарий в ES. И пользователь ожидает, пока выполнение задания не будет выполнено. В течение этого времени пользователь может видеть состояние пакетного задания с помощью обычного веб-браузера или пользовательских команд. Планирование узла, подготовка файла и другая обработка автоматически обрабатываются системой в соответствии с пакетным сценарием.
Среда программирования.
Модель программирования на ES. > Аппаратное обеспечение ES имеет трехуровневую иерархию параллелизма: векторную обработку в AP, параллельную обработку с общей памятью в PN и параллельную обработку между PN через IN. Чтобы добиться высокой производительности ES fu Только вы должны разрабатывать параллельные программы, которые максимально используют такой параллелизм. Трехуровневая иерархия параллелизма ES может использоваться двумя способами, которые называются гибридным и плоским параллелизмом, соответственно. В гибридном распараллеливании - межузловой параллелизм. выражается HPF или MPI, а внутриузел - микрозадачей или OpenMP, и поэтому вы должны учитывать иерархический параллелизм при написании ваших программ. При плоском распараллеливании параллелизм между узлами и между узлами может выражаться HPF или MPI, и вам не нужно учитывать такой сложный параллелизм. Вообще говоря, гибридное распараллеливание превосходит плоскую производительность и наоборот в простоте программирования. Обратите внимание, что библиотеки MPI и среды выполнения HPF оптимизированы для выполнения также как в гибридном, так и в плоском распараллеливании.


Доступны компиляторы для Fortran 90, C и C ++. Все они имеют расширенные возможности автоматического управления orisation and microtasking Микрозадачность - это своего рода многозадачность, одновременно предоставляемая суперкомпьютеру Cray. Она также используется для внутриузлового распараллеливания в ES. Доступный в Fortran 90 и C ++ для внутриузлового распараллеливания
Параллелизация
Интерфейс передачи сообщений MPI
MPI - это библиотека передачи сообщений, основанная на стандартах MPI-1 и MPI-2 и обеспечивающая возможность высокоскоростной связи, которая в полной мере использует возможности IXS и разделяемой памяти. Он может использоваться как для внутри-, так и для межузлового распараллеливания. Процесс MPI назначается точке доступа в режиме плоского распараллеливания или PN, который содержит микрозадачи или потоки OpenMP в гибридном распараллеливании MPI. библиотеки спроектированы и оптимизированы с осторожностью для достижения максимальной производительности связи на архитектуре ES как в режиме параллелизации, так и в высоком Производительность Fortrans HPF
Основными пользователями ES считаются естествоиспытатели, которые не обязательно знакомы с параллельным программированием или даже не любят его. Соответственно, высокоуровневый параллельный язык востребован HPF / SX обеспечивает простое и эффективное параллельное программирование на ES для удовлетворения спроса. Он поддерживает спецификации HPF20, его утвержденные расширения, HPF / JA и некоторые уникальные расширения для ES. - Инструменты. Интегрированная среда разработки. PSUITE. Интегрированная среда разработки. PSUITE - это интеграция различных инструменты для разработки программы, которая работает в SUPER-UX. Поскольку PSUITE предполагает, что GUI может использовать различные инструменты, и выполняет координированную функцию между инструментами, становится возможным разрабатывать программу более эффективно, чем метод разработки прошлого. программировать и легко - Поддержка отладки
В SUPER-UX для поддержки разработки программ подготовлены следующие мощные функции поддержки отладки.
Facilitiesedit
Featu Res of the Earth Simulator building
Защита от стихийных бедствий
Центр Earth Simulator имеет несколько специальных функций, которые помогают защитить компьютер от стихийных бедствий или происшествий. Над зданием висит проволочное гнездо, которое помогает защитить от молнии. Гнездо сам по себе использует высоковольтные экранированные кабели для выброса тока молнии в землю. Специальная система распространения света использует галогенные лампы, установленные вне стен экранированного машинного отделения, для предотвращения попадания магнитных помех на компьютеры. Здание построено по сейсмоизоляционной системе. Состоит из резиновых опор, защищающих здание во время землетрясений.
Система молниезащиты.
Три основных свойства:
Четыре полюса с обеих сторон здания симулятора Земли составляют проволочное гнездо для защиты здания от ударов молнии. > Специальный индуктивный кабель высокого напряжения используется для индуктивного провода, который пропускает ток молнии на землю. Они находятся на расстоянии около 10 метров от здания.


Освещение: Система распространения света внутри трубы диаметром 255 мм, длиной 44 м 49 дюймов, 19 трубок Источник света: галогенные лампы мощностью 1 кВт Освещение: 300 лк на полу в среднем Источники света, установленные из стен экранированного машинного отделения
Системы сейсмоизоляции
11 изоляторов высотой 1 фут, диаметром 33 фута, 20-слойные каучуки, поддерживающие нижнюю часть здания ES
Performanceedit
LINPACKedit
Новая система Earth Simulator, начавшая работать в марте 2009 года, достигла устойчивой производительности 1224 TFLOPS и вычислительной эффективности 2 из 9338% в тесте LINPACK 1
1 Тест LINPACK
Тест LINPACK является мерой производительности компьютера и используется в качестве стандартного эталона для ранжирования компьютерных систем в проекте TOP500 LINPACK - это программа для выполнения числовой линейной алгебры на компьютерах.
2 Эффективность вычислений
Эффективность вычислений - это соотношение сустейна. d производительность к пиковой производительности вычислений Здесь это отношение 1224TFLOPS к 131072TFLOPS
Вычислительная производительность WRF на Земле Simulatoredit
В этом разделе возможно содержится оригинальное исследование должны быть удалены только оригинальные исследования. Февраль 2014 г. Узнайте, как и когда удалить это шаблонное сообщение. Модель WRF Weather Research and Forecasting - это мезомасштабный код метеорологического моделирования, разработанный в сотрудничестве с учреждениями США, включая Национальный центр атмосферы NCAR. Исследования и NCEP Национальные центры прогнозирования состояния окружающей среды JAMSTEC оптимизировал WRFV2 на Earth Simulator ES2, обновленном в 2009 году, с измерением вычислительных характеристик. В результате было успешно продемонстрировано, что WRFV2 может работать на ES2 с выдающейся и устойчивой производительностью. численное метеорологическое моделирование проводилось с использованием WRF на симуляторе Земли для полушария Земли с условием модели «Природный прогон». Пространственное разрешение модели составляет 4486 на 4486 по горизонтали с шагом сетки 5 км и 101 уровнем по вертикали. В основном применялись адиабатические условия с шагом интегрирования по времени 6 секунд. Очень высокое производительность на Симуляторе Земли была достигнута для WRF с высоким разрешением Хотя число используемых процессорных ядер составляет всего 1% по сравнению с самой быстрой в мире системой класса Jaguar CRAY XT5 в Национальной лаборатории Ок-Риджа, устойчивая производительность, полученная на Симуляторе Земли, почти равна 50% от измеренного в системе Jaguar Пиковое соотношение производительности на Симуляторе Земли также является рекордно высоким - 222%
См. Также edit
Суперкомпьютеры в Японии
Атрибуция недавних изменений климата
NCAR
HadCM3
EdGCM
Referencesedit
^ "Японский симулятор Земли 2 открыт для бизнеса" 1 марта 2009 г.
^ "Обновление Симулятора Земли побивает рекорд эффективности" 5 июня 2009 г.
^ "Победа" Симулятора Земли " Первое место в наградах HPC Challenge "17 ноября 2010 г.
Сато, Тэцуя 2004 г." Симулятор Земли: роли и последствия ". Ядерная физика, B Дополнения 129: 102 doi: 101016 / S0920-56320302511-8
External linksedit
Центр Симулятора Земли
Обзор Симулятора Земли
Центр Симулятора Земли Информация о системе - Хранилище результатов исследований Симулятора Земли, журнал Time: 2002 год: Лучшие изобретения - Моделирование ультраструктуры
Записи
Предшественник ASCI White
7226 терафлопс
Самый мощный в мире суперкомпьютер
Март 2002 - Ноябрь 2004
Преемник
Blue Gene / L
7072 терафлопс
v
Электронные суперкомпьютеры NEC: SX-1, SX-2, SX-3, SX-3, SX-4, SX-5, SX-6, Earth Simulator. > SX-8
SX-9
SX-ACE
Координаты: 35 ° 22′51 ″ с.ш. 139 ° 37′348 ″ в.д. / 3538083 ° с.ш. 139626333 ° в.д. / 3538083; 139626333


Earth Simulator

Random Posts

Amorphous metal

Amorphous metal

An amorphous metal also known as metallic glass or glassy metal is a solid metallic material, usuall...
Arthur Lake (bishop)

Arthur Lake (bishop)

Arthur Lake September 1569 – 4 May 1626 was Bishop of Bath and Wells and a translator of the King Ja...
John Hawkins (author)

John Hawkins (author)

Sir John Hawkins 29 March 1719 – 21 May 1789 was an English author and friend of Dr Samuel Johnson a...
McDonnell Douglas MD-12

McDonnell Douglas MD-12

The McDonnell Douglas MD-12 was an aircraft design study undertaken by the McDonnell Douglas company...