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やすはるたかぎ
5 years ago
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1 High Performance and Productivity HPC システムの課題と挑戦

2 HP 2 C:High Performance and Productivity HPC システムの課題と挑戦 HPC マーケットの動向と HPC プラットフォームの課題クラスタ.vs. SMP システム TCO の問題 HPC システムの考察 ~ 製品事例による HP 2 C システム提案パーソナルクラスタスケーラブル x86 システムまとめとして 2

3 多くの製品がよりコンパクト化多くの電子機器がより消費電力が尐なくまたコンパクトな筐体に納まるようになってきていますこれは消費者の求めることでもあります The Cooler the Better: New Directions in the Nomadic Age IEEE Computer Vol. 34, No. 4 3

4 ハイパフォーマンスパーソナルクラスタ HPPC : HP 2 C とは? High Performance Personal Cluster ( ハイパフォーマンスパーソナルクラスタ ) マイクロプロセッサのマルチコア化によって HPC システムの構築も変化してきますまたプロセッサの省電力化が進みより高密度な実装が可能となっていますこのような状況で HPC システムもよりコンパクトでより使いやすいものが求められていますこのような状況に最適なシステムとしてパーソナル HPC クラスタというコンセプトのクラスタシステムが求められています 4

5 ハイパフォーマンスパーソナルクラスタ利用用途高性能 HPC システムを Turn-Key システムとして提供個人ユーザ向け及び部門サーバ利用環境ワークステーションのようにクラスタを利用可能なシステムシステム構成 8 プロセッサ以上の構成アプリケーションの動作検証保証済みシステム価格スーパーコンピュータクラスの性能をビジネス向けコンピュータの価格で提供 5

Beowulf とパーソナルクラスタ Beowulf プロジェクトパーソナルクラスタ目的遊休 PC から HPC システム ( クラスタ ) の構築クラスタシステムが PC( パーソナルコンピュータ ) として利用可能システム Hyglac-1996 (Caltech) NEXXUS 4000 (2006) プロセッサ 16 Pentium

6 Beowulf とパーソナルクラスタ Beowulf プロジェクトパーソナルクラスタ目的遊休 PC から HPC システム ( クラスタ ) の構築クラスタシステムが PC( パーソナルコンピュータ ) として利用可能システム Hyglac-1996 (Caltech) NEXXUS 4000 (2006) プロセッサ 16 Pentium Pro 200 MHz 8 Intel Xeon MHz インターフェイス PCI PCI-e インターコネクト 100 base-t Fast Ethernet Gigabit Ehternet 又は InfiniBand メモリー容量 2GB Max 128 GB ピーク演算性能 1.25 ギガ FLOPS 192 ギガ FLOPS 6

7 PC クラスタ PC PC: パーソナルクラスタ PC: パーソナルコンピュータ 7 Bright クラスタ Beowulf プロジェクト Dim クラスタ

8 パーソナルクラスタの位置づけ TOP500 スーパーコンピュータパーソナルクラスタパーソナルコンピュータ 8

9 HPC システム Scale Up Scale Out ノードあたりの CPU 数は尐ないただし搭載 CPU 数は増加傾向ノードあたりの CPU 数が多い 9

10 スケーラビリティ (Scalability) HPC システムの利用分野とスケーラビリティ数千プロセッサを同時に利用し数テラバイトのメモリをを利用するような高度なシュミレーションマイクロプロセッサのマルチコア化とそのエネルギー効率の改善より多くのユーザが利用する小中規模の HPC システム 10 ユーザの範囲アプリケーションの種類適用分野

11 Fast Good Cheap の解 11

12 パーソナルクラスタへの要求 12

13 HP 2 C システムマイクロプロセッサの開発方針消費電力の低減電源効率の向上より高い並列性能の向上最新のインテル Core マイクロアーキテクチャは従来の NetBurst アーキテクチャと比較し大幅な省電力化が図られています 13

14 ソフトウエア環境 OS サポート : 用途と顧客の要望に合わせて広範囲な選択肢 Microsoft Windows Compute Cluster Server(Windows CCS) での動作保証 RedHat と SUSE もサポート仮想化支援システムマネージメントインテルの新しいサーバマネージメント機能のサポートリモートからの管理機能の強化開発環境豊富な開発環境の選択肢 14

15 SC 05 でのビルゲイツ氏の基調講演 15

reports Admin Console Admin Input Cmd line Job Management Cmd line DB/FS

16 Microsoft Compute Cluster Server Active Directory Job Mgmt Head Node Cluster Mgmt Scheduling Resource Mgmt Desktop App User User Console Job Policy, reports Admin Console Admin Input Cmd line Job Management Cmd line DB/FS Data Job Execution Node Manager User App High speed, low latency interconnect MPI 16

17 ビルゲイツ氏の基調講演での展示 NEXXUS4000 パーソナルクラスタ 340GFLOPS ピーク性能をデスクサイドの筐体で実現 17

The personal compute cluster consists of four dualcore processors in a deskside system designed to be used in an office environment for solving computationally intensive problems.

18 SC 05 でのデモの詳細 18 Computing Infrastructure The demonstration uses three distinct compute clusters: Personal Compute Cluster. The personal compute cluster shown during the demonstration is a concept platform developed by Ciara Technologies with assistance from Intel Corporation. The personal compute cluster consists of four dualcore processors in a deskside system designed to be used in an office environment for solving computationally intensive problems. The system consists of 4 Intel processor-based motherboards, each with a dual-core 64-bit Intel Xeon processor and 2 gigabytes (GB) of RAM, all connected by a built-in gigabit Ethernet switch. The cluster is powered by CCS and during the demonstration, it ran MATLAB MathWorks Release 14 SP3 and Distributed Computing Toolbox V2.

19 Events Intel Developer Forum Microsoft Windows CCS デモ日本総研ソリューション様 LS-DYNA ユーザ会 LS-DYNA デモ 19

20 IDF 20

21 パーソナルクラスタ構成図 Public Network パーソナルクラスタ KVM なども内蔵しユーザは簡単にノードの切り替えなども可能 21

22 パーソナルクラスタのメリットデメリットパーソナルクラスタは筐体単位でクローズ ( メリット ) 導入が容易で管理も簡便 ( デメリット ) 拡張性が限定される利用できるプロセッサが限定される Public Network パーソナルクラスタ 22

23 クラスタ構築とパッケージ梱包済み Before After Bright Cluster としてクラスタのパッケージは進化その一つの解としてパーソナルクラスタ Now! 23

24 S3000PT Port Townsend 米 Intel の Stephen Pawlowski 氏 ( シニアフェロー, デジタルエンタープライズグループ CTO, ジェネラルマネジャ ) による HPC に関する基調講演で詳しく紹介されています S3000PT を利用すれば 4U のサイズに 40 コアを搭載したサーバの構築も可能 24

S3000PT Port Townsend Performance Next generation processor with 1066 FSB for faster throughput (Conroe/Kentsfield) DDR2 667 memory to provide a balanced system to eliminate performance bottlenecks

25 S3000PT Port Townsend Performance Next generation processor with 1066 FSB for faster throughput (Conroe/Kentsfield) DDR2 667 memory to provide a balanced system to eliminate performance bottlenecks Memory Cost effective DDR2 Support up to 8GB per node or 4GB per core 25 I/O PCI-e x8 (supporting IB cards) for fast cluster interconnect Dual GbE for high speed network interaction Dual SATA 3Gbps ports for fast access to internal storage devices Form Factor Power Optimization Low power dual/quad core processors supported to maximize power/performance Low power DDR2 memory to enable the lowest power platform available 5.9 x 13 to enable 2 boards in a traditional 1U footprint Optimized back panel connectors for improved airflow RAS iamt support for remote access and trouble shooting RAID 1 for data mirroring ECC Memory for single bit error detection and correction Expandability PCI Express x8 slot to support alternative high speed internet connections such as IB and addition GbE. Optimized form factor to maximize rack density and power consumption in a high performance/rack dense environment

26 S3000PT (Port Townsend) Layout 16MB ATI graphics PCI-E x8 Support for Presler (95W) and Conroe (65W) processors Dual GbE Dual SATA 3.0 Gbps ports 8GB Max DDR2 533/667MHz 6x13 form factor 26

27 S3000PT (Port Townsend) Layout InfiniBand HCA カード 27

28 1U サーバ ( プロトタイプ ) 28

29 NEXXUS 4000 パーソナルクラスタフォームファクタパワーエンクロージャ全面パネル組み込みインターコネクト最大構成 ( 筐体あたり ) デスクサイド (572mm(22.5 )x330mm(13 )Wx762mm(30 )D) 4 x 計算ブレード搭載 AC110/220V 単相シングル標準 110/220V NEMA 電源プラグビデオ出力 USB コネクタキーボード & マウス 2 x 10/100/1000 RJ45 ポート 8 又は16ポート Gigabit スイッチ ( 標準 ) 8ポート SDR 4X InfiniBand スイッチ ( オプション ) 8 x デュアルコア Intel プロセッサ (16コア) 最大 128GB ECC DDR2 533/667MHz メモリ最大 4TB ストレージ (8x500GB) 192 GFLOPS ( 倍精度演算 ) ピーク性能 Gigabit Ethernet インターコネクトバンド幅 32Gbps InfiniBandインターコネクトバンド幅 160Gbps 29

30 NEXXUS 4000 クラスタ NEXXUS をノードとして複数ノードから構成されるクラスタシステムを構築大規模なシステム構成 Beowulf クラスタ 30

31 コンピュータ利用形態 2000 年 11 月 27 日に Forbes 誌に記載された利用形態での利点と欠点最近までこの利用形態の制限は変わらず存在していましたパーソナルクラスタは Option #1 としての利用形態に革新を引き起こす可能性を持っています 31 Forbes

NEXXUS4000: パーソナルクラスタ NEXXUS4000: パーソナルクラスタ 8 Intel Xeon

デスクサイド筺体 ) 最大 128GB の DDR2 667MHz メモリターゲットマーケット X86

製品特徴シングルソケットとデュアルソケットに対応している唯一のパーソナルクラスタ豊富なブレードオプション

32 NEXXUS4000: パーソナルクラスタ NEXXUS4000: パーソナルクラスタ 8 Intel Xeon (Core マイクロアーキテクチャ ) プロセッサデュアルコアクァッドコアプロセッサ最大 384GFlops ( デスクサイド筺体 ) 最大 128GB の DDR2 667MHz メモリターゲットマーケット X86 ベースクラスタをより尐ない設置面積で利用クラスタをより容易に利用したいユーザ導入後直ぐにシステムを利用したいユーザ製品特徴シングルソケットとデュアルソケットに対応している唯一のパーソナルクラスタ豊富なブレードオプション豊富なプロセッサとプロセッサクロックの選択が可能 1U サーバと同じプロセッサとメモリサイズの提供が可能複数のハイエンドグラフィックスを搭載可能 32

33 NEXXUS 4000 パーソナルクラスタ最大 384GFLOPS の計算能力最大 128GB DDR2 533 又は 667 MHz メモリ (FB-DIMM) 8 又は 16 ポートの Gigabit Switch を Build-in (30GB/s のバンド幅 ) オプションで 8 ポートの InfiniBand も可能 (160GB/s のバンド幅 ) 最大 8 台の SATA II HDD を搭載可能 ( 最大 8TB) 静穏性設計 Deskside (22.5" H x 13" W x 30" D) 電源はシングルの 110/220 V 次世代プロセッサやチップセットへの対応が可能なモジュール設計 33

34 クラスタ構築とパッケージ梱包済み 34 Before After Bright Cluster としてクラスタのパッケージは進化その一つの解としてパーソナルクラスタ Now!

35 NEXXUS 4000 パーソナルクラスタモデルタイプ NEXXUS 4820 AL NEXXUS 4820 PT チップセット Intel E5000X Intel E3000 プロセッサ Intel Xeon 5x00 2 x Intel Xeon 3x MHz のデュアルソケット独立バスアーキテクチャシングルソケット HPC 向けアーキテクチャプロセッサとチップセットの選択が可能なブレード構成オペレーティングシステム Microsoft Windows Compute Cluster Server 2003 RedHat SuSE などの Linux ディストリビューション 35

E5000X Intel Xeon 5x00 1333MHz のデュアルソケット独立バスアーキテクチャ 1333MHz

36 NEXXUS 4000 パーソナルクラスタモデルタイプチップセットプロセッサプロセッサとチップセットの選択が可能なブレード構成オペレーティングシステム NEXXUS 4820 AL Intel E5000X Intel Xeon 5x MHz のデュアルソケット独立バスアーキテクチャ 1333MHz 独立したデュアルバスアーキテクチャインテルが提供する様々な付加機能 (iamt や VT メモリミラーなど ) を利用可能通常のサーバと同じ機能性能をさらに高いコストパフォーマンスで提供 3.0GHz までのプロセッサをサポート静穏性を高める低電圧 Xeon も搭載可能 Microsoft Windows Compute Cluster Server 2003 RedHat SuSE などの Linux ディストリビューション 36

よりも更に高いコストパフォーマンスを実現 MPI ベースのアプリケーションではシングルソケット +

NEXXUS 4820 PT Intel E3000 2 x Intel Xeon 3x00 シングルソケット HPC

37 NEXXUS 4000 パーソナルクラスタモデルタイプチップセットプロセッサプロセッサとチップセットの選択が可能なブレード構成オペレーティングシステム NEXXUS 4820AL よりも更に高いコストパフォーマンスを実現 MPI ベースのアプリケーションではシングルソケット + 高速インターコネクトでの高い性能の実現 DDR2 667MHz メモリによる HPC アプリケーションの高速実行 NEXXUS 4820 PT Intel E x Intel Xeon 3x00 シングルソケット HPC 向けアーキテクチャ Microsoft Windows Compute Cluster Server 2003 RedHat SuSE などの Linux ディストリビューション 37

38 NEXXUS 推奨システム構成システムへの要望必要な要素技術推奨システム構成オフィス環境での利用など静音性も必要低電圧版 (LV) プロセッサのサポート NEXXUS AL Xeon L5420 (2.5GHz) 大規模なメモリ空間とスレッド並列での性能デュアルソケット独立バスアーキテクチャ NEXXUS AL Xeon E5450 (3.0GHz) MPI のスケーラビリティとメモリ性能シングルソケット HPC 向けアーキテクチャと InfiniBand NEXXUS ML Xeon 3110 (3.0GHz) 38

39 NEXXUS 4000 DUO 2 台の NEXXUS 4820AL でのクラスタ構成 8 ノード構成 (64 コア構成 ) 16 x Intel Xeon GHz 12MB Cache トータル 128GB メモリ 16GB/ ノード InfiniBand スイッチ GbE スイッチは筺体内に格納ご希望に応じて InfiniBand スイッチをもう一台追加可能 (2 台個別運用時に対応可能 ) 2 台のシステムは個別クラスタとしても 1 台のクラスタとしても利用可能 39

40 NEXXUS 4000 DUO サンプル構成 16 プロセッサ 64 コア構成 Intel Xeon 5450 Processor 3.0 GHz 2x6M 1333MHz 768 GFLOPS ピーク性能 128 GB FB-DIMM 667 ECC/Reg. 8 x HDD 500GB, 7200rpm, 32MB, SATA II x Nexxus Chassis (NXC-4) 2 x Integrated KVM/USB Switch 1 x Integrated 16 Port GigE Switch 1 x Integrated 8 Port InfiniBand Switch 8 x InfiniBand HCA 40

台の NEXXUS 間のネットワーク接続は各 NEXXUS からの外部接続用の GbE 接続を利用します InfiniBand

41 InfiniBand っスイッチ NEXXUS 4000 DUO ネットワーク接続 NEXXUS の各筺体には InfiniBand のケーブルのための筺体内接続のための穴が 8 つありますこのため 2 台の NEXXUS 間での InfiniBand 接続も可能です 2 台の NEXXUS 間のネットワーク接続は各 NEXXUS からの外部接続用の GbE 接続を利用します InfiniBand スイッチは筐体に組み込まれているためコンパクトに収納可能です 41 InfiniBand スイッチ搭載 NEXXUS InfiniBandスイッチ非搭載 NEXXUS

42 NEXXUS 4000 ベンチマーク 2 つのタイプのチップセットが選択可能 NEXXUS 4820AL デュアルソケット / SE5000AL NEXXUS 4820PT シングルソケット / S3000PT MPI ベースのアプリケーションシングルソケット +InfiniBand 構成が性能上の優位性がある 42

43 MOPS/Sec 16 並列での実行性能 NAS Parallel Benchmark/Class B より高い性能 44 NEXXUS4820AL/IB NEXXUS4820PT/IB NEXXUS4820AL/GbE NEXXUS4820PT/GbE bt cg ep ft is lu mg sp ご注意 ) NEXXUS 4820AL の結果は最新のデータではありません Benchmark Systems NEXXUS 4820AL 2.66GHz Xeon MHz FSB NEXXUS 4820PT 2.66GHz Xeon MHz FSB Intel Compiler 9.1 Intel MPI 3.0

44 相対性能比 (AL/GbE=1 として ) 16 並列での実行性能 NAS Parallel Benchmark/Class B より高い性能 NEXXUS4820AL/IB NEXXUS4820PT/IB NEXXUS4820AL/GbE NEXXUS4820PT/GbE ご注意 ) NEXXUS 4820AL の結果は最新のデータではありません Benchmark Systems bt cg ep ft is lu mg sp NEXXUS 4820AL 2.66GHz Xeon MHz FSB NEXXUS 4820PT 2.66GHz Xeon MHz FSB Intel Compiler 9.1 Intel MPI 3.0

45 NAS Parallel Benchmark 16 並列実行性能より高い性能 NEXXUS AL(2.66GHz Xeon 5150) NEXXUS PT(2.66GHz Core2Duo) R1400 (3.0GHz Xeon 5160) 最新データ bt cg ep ft is lu mg sp 46

66GHz Core2Duo) R1400 (3.0GHz Xeon 5160) 2.5 2.0 1.

46 NPB - 16 並列実行性能 NEXXUS AL に対する相対性能比より高い性能 3.0 NEXXUS AL(2.66GHz Xeon 5150) NEXXUS PT(2.66GHz Core2Duo) R1400 (3.0GHz Xeon 5160) NEXXUS PT: 高いスケーラビリティ R1400: クロック比以上の性能向上 bt cg ep ft is lu mg sp

47 ISV アプリケーション MPI ベースの商用アプリケーションの性能は非常に重要 NEXXUS 4820PT+InfiniBand オプションはこのような商用アプリケーションでも高い性能が期待できる性能比較公開されているデュアルプロセッサ構成のシステムとの比較同一並列度での性能比較 48

Elapsed Time (Secs) STAR-CD ベンチマーク 1,027 1,200 882 1,000 521 800 600 400 768 392 391 466 HP Woodcrest (2xDual Core 3.0 GHz/Node) HP XC Opteron D1145XC Dual Core, 2 sockets, 2.

48 Elapsed Time (Secs) STAR-CD ベンチマーク 1,027 1, , HP Woodcrest (2xDual Core 3.0 GHz/Node) HP XC Opteron D1145XC Dual Core, 2 sockets, 2.2 GHz SGI ALTIX GHz Montecito NEXXUS Xeon 3070 (Dual Core 2.66GHz/node) 49 No of Procs (NxP) Benchmarks STAR-CD V3240/V3260 A-Class DATASET

49 HPC システムでのワークロードワークロード NEXXUS 4000 Homogeneous MPI ベースの HPC アプリケーションモンテカルロシュミレーションなど Heterogeneous NEXXUS 4820-UP Capability NEXXUS 4820-DP MPI ベースの HPC アプリケーションより広範囲な HPC ワークロード SMP スケーリング 50

50 クアッドコアプロセサ Core マイクロアーキテクチャに基くクアッドコアプロセサ NEXXUS ではクアッドコアプロセサの搭載を 11 月から予定しています 51

51 Core Microarchitecture Advances With Quad Core Energy Efficient Performance Quad Core 4X Clovertown Now! Clovertow n 3X Woodcrest H2 06 Kentsfield Server 2X 1X Dempsey MV Paxville DP Irwindale H1 06 H2 05 H1 05 Desktop DP Performance Per Watt Comparison with SPECint_rate at the Platform Level Source: Intel 52 *Graphics not representative of actual die photo or relative size

52 評価システム構成 Core 0 Core 2 4MB shared L2 Cache Bus I/F Core 0 Core 2 4MB shared L2 Cache Bus I/F Core 0 Core 2 4MB shared L2 Cache Bus I/F MCH FSB MCH FSB Core 2 Extreme QX6700 Core 2 Duo ( シングルソケット ) Core 0 Core 2 4MB shared L2 Cache Bus I/F Core 0 Core 2 4MB shared L2 Cache Bus I/F MCH FSB MCH FSB Xeon 5150( デュアルソケット ) 53

53 相対性能 (Core 2 Duo の性能 =1) ノード内最大性能での比較 Core 2 Duo Core 2 Quad Xeon 5150 (Dual CPU) BT CG EP FT IS LU MG SP 54

54 相対性能 (Core 2 Duo の性能 =1) 過去 12 ヶ月での性能向上 4 スレッド実行時の性能向上デュアルソケット構成 Paxvillle DP (2.8GHz) Dempsey (3.2GHz) Woodcrest (2.66GHz) Kenthfield (2.66GHz) Woodcrest 平均 2.6 倍 Kenthfield 平均 2.0 倍 BT CG EP FT IS LU MG SP 55

55 NEXXUS4080 PT 56

56 高密度実装マザーボード NEXXUS ではコード名 Atoka と呼ばれる高密度実装マザーボードの採用を予定しています Atoka ではボード上に InfiniBand を実装している ( 写真では実際に IB ケーブルを接続 ) Atoka を搭載した場合同じ筐体サイズで 2 倍のプロセッサが搭載可能となります Atoka( 左 ) と S3000PT( 右 ) のサイズの比較 57

57 1TFLOPS システム年 1.06 TFLOPS 7264 x Pentium Pro (57 ラック構成 ) 1.8 TFLOPS 9200 x Pentium Pro (84 ラック構成 ) 設置面積 :1500ft 2 (140m 2 ) 800,000 Watts 2006 年 44 x Quad Core プロセッサ 1.8TFLOPS 設置面積 :16ft 2 (1.5m 2 ) 10,000 Watts 年パーソナルクラスタ

この資料についてここに掲載した資料は弊社の調査と見解に基くものであり資料の中で示されている製品やサービスを提供している各社の公式な見解でもまたマーケティング戦略に基くものではありませんあくまで弊社としての意見だということにご注意くださいこれらの資料の無断での引用転載を禁じます社名製品名などは一般に各社の商標または登録商標ですなお本文中では特に TM

58 この資料についてここに掲載した資料は弊社の調査と見解に基くものであり資料の中で示されている製品やサービスを提供している各社の公式な見解でもまたマーケティング戦略に基くものではありませんあくまで弊社としての意見だということにご注意くださいこれらの資料の無断での引用転載を禁じます社名製品名などは一般に各社の商標または登録商標ですなお本文中では特に TM マークは明記しておりません In general, the name of the company and the product name, etc. are the trademarks or, registered trademarks of each company. Copyright Scalable Systems Co., Ltd., Unauthorized use is strictly forbidden 年 1 月 59

59 さらに詳しい情報や最新情報は.. ホームページにて公開していますホームページにはお問い合わせ窓口も開設してありますのでご利用くださいコンサルテーション製品技術年 1 月 60

スライド 1

スライド 1 Nehalem 新マイクロアーキテクチャスケーラブルシステムズ株式会社はじめに現在も続く x86 マイクロプロセッサマーケットでの競合において Intel と AMD という 2 つの会社は常に新しい技術製品を提供しマーケットでのシェアの獲得を目指していますこの技術開発と製品開発ではこの 2 社はある時は他社に対して優位な技術を開発し製品面での優位性を示すことに成功してきましたが