|
|
Средства для проведения высокопроизводительных вычислений
- аппаратные
- средства для проведения вычислений (вычислительная техника)
- вычислительная техника, собранная из стандартных комплектующих
- вычислительная техника, собранная из специальных комплектующих
- средства визуализации
- средства для хранения и обработки данных
- программные
- программные средства общего назначения (операционные системы и все, что с ними связано: стандартные библиотеки, языки программирования, компиляторы,
профайлеры, отладчики и т.п.)
- специальные программные средства: библиотеки (PVM,
MPI); средства объединения ресурсов
(Dynamite, Globus и др.)
Поговорим подробнее об аппаратных средствах:
Стандартные комплектующие:
- "Commodity on the Shelf" (лежащие на полке), или общедоступные, которые можно с легкостью
купить в любом магазине.
- " Commodity off the shelf" (снятые с полки), или производимые по спецзаказу.
К стандартным комплектующим кроме всем известной техники из разряда "Intel", можно отнести также
дисковые процессоры Power PC, RISC процессоры, процессоры для рабочих станций MIPS R10000, HP PA-8000,
IBM POWER2 и Digital Alpha, а также обычные коммутирующие и периферийные устройства.
При создании систем для производства высокопроизводительных вычислений предпочтение следует отдавать
стандартным комплектующим "off the shelf", поскольку они имеют характеристики, намного превосходящие
характеристики общедоступных комплектующих. Например, стандартные дисковые процессора Power PC,
в отличии от процессоров Intel, имеют от 2 до 8 конвейеров ввода и вывода и большой кэш.
В настоящее время широкое распространение получила так называемая кластерная технология, основанная на
идее создания суперкомпьютера, "снятого с полки", т.е идея создания суперкомпьютера только из доступных на
массовом рынке комплектующих. Основные ее достоинства - доступность и дешевизна. При этом вполне приличный
"суперкомпьютер" с производительностью в несколько Гфлоп/с обходится менее, чем в $50000.
Специальные комплектующие
Специальные комплектующие отличаются тем, что в них скорость обмена информацией сравнима со скоростью
ее обработки. К ним относятся, прежде всего, специальные, как правило, векторные или матричные процессоры,
которые характеризуются тем, что они позволяют за 1 такт производить несколько операций, и специальные
коммуникативные средства - коммуникаторы (crossbar), дающие, в отличие от стандартных средств, гарантированную
полосу пропускания для каждого подсоединенного к ним устройства.
В настоящее время специальные средства производят четыре фирмы:
CRAY RESEARCH, NEC, FUJITSU и
HITACHI, причем эти комплектующие не предназначены для продажи, изготовители производят их исключительно
для собственных нужд. Вычислительная техника, собранная на основе специальных комплектующих, представляет
собой, в основном, системы общего назначения, которые предназначены для решения широкого круга комплексных
задач, вне зависимости от того, хорошо такие задачи параллелизуются или векторизуются, или нет.
Средства хранения и обработки данных
В настоящее время для обработки больших объемов нерегулярно используемых данных применяются
многоуровневые системы хранения информации. В таких системах все файлы доступны в любой момент времени.
При этом редко используемые файлы автоматически переносятся с винчестеров на более медленные и менее дорогие
носители (магнитооптические диски, диски WORM, магнитные ленты). Когда пользователь обращается к данным
файлам, они автоматически копируются обратно на жесткие диски. Пользователь всегда имеет возможность
обратиться к любому файлу независимо от того, когда он был создан. Единственная проблема - это небольшая
задержка по времени (от 5 до 80 секунд) при доступе к файлам, к которым давно никто не обращался.
На первом уровне обычно располагается физическая память (аналог оперативной памяти), с емкостью 1-100 Гб и с
самой высокой скоростью доступа. Такая память дорогая, и весь огромный поток данных хранить там неправильно.
В ней находятся лишь те массивы, которые в данный момент обрабатываются.
На втором уровне находятся дисковые массивы, со скоростью обращения до 4 Мб/сек., которые могут хранить
информацию объемом 102 Гб -10 Тб.
На третьем - располагаются оптические диски, обычные записывающие CD. Скорость обращения к ним -10 Мб/сек,
емкость - десятки терабайт. На них файл скидывается, если им не пользуются более 4 часов.
На четвертом уровне находятся ленточные роботы (скорость обращения -1-10 Мб/с, емкость - до 100 Тб).
Практически, это вечно хранящаяся информация. При необходимости информация с четвертого уровня может быть
легко перенесена на первый и наоборот.
Средства визуализация
К средствам визуализации относятся: визуализационные процессоры, включая графические рабочие станции,
визуализационные сревера; специальные экраны и очки (3D очки), а также специализированные системы, куда
входят виртуальный стол(WORKBENCH), ACTIVE WALL - "активная стена" и "CAVE" - виртуальная пещера.
Опыт работы больших
систем в ведущих суперкомпьютерных центрах таких, как
NCSA и SARA
показал, что данные, полученные в результате решения комплексной задачи на большой системе, практически
невозможно обработать и осмыслить без использования систем виртуальной реальности, типа CAVE, ACTIVE WALL, или WORKBENCH. В настоящее время
Cave-технология является наиболее мощной системой трехмерной визуализации. Cave (пещера) создает ощущение
полной виртуальной реальности. Специальные устройства фиксируют все движения человека, находящегося в
"виртуальной среде", чтобы соответствующим образом менять и окружающие его изображения. Таким образом,
исследователь сможет изучать объект, передвигаясь вокруг или внутри его виртуального образа. Суперкомпьютер
управляет проекторами этой системы визуализации, а также используется при визуализации биологических
молекул(VMD),
моделирования погоды (Vis5D),
в океанографии и метеорологии ( Cave5D),
в визулиации анатомических данных, полученных с электронного микроскопа
(CMDA), для нейро-анатомического анализа
(Neurolucida ) и в других проектах.
Использование Cave-технологии - самое широкое, как в научных исследованиях в различных областях
(химии, физики, геологии и др.), так и в
инженерном деле (архитектуре, проектировании сложных конструкций и т.д.), а также при подготовке
специалистов (имитационные тренажеры).
[Назад]
[Оглавление]
[Вперед]
Последнее обновление 17.12.2001 WebMaster
|
|
