Evolução da Computação de Alto Desempenho sob a Ótica da ...song/mac412/top500-10.pdf · Evolução da Computação O Mark I tinha ciclo de 0,3 segundos; o ENIAC 200 micro-segundos

Evolução da Computação de AltoDesempenho sob a Ótica da Lista TOP500

ou(Se um processador já é rápido, imaginem um

sistema com 224.162 processadores :-)

Siang Wun Song - IME/USP e Universidade Federal do ABC

MAC 412 - setembro de 2010

Siang Wun Song - IME/USP e Universidade Federal do ABCEvolução da Computação de Alto Desempenho sob a Ótica da Lista TOP500 ou (Se um processador já é rápido, imaginem um sistema com 224.162 processadores :-)

Evolução da Computação

O Mark I tinha ciclo de 0,3 segundos; o ENIAC 200micro-segundosProcessador hoje: vários GHz - menos de umnanosegundo de cicloProcessador de hoje é 100.000.000 vezes maisrápido que Mark Iquase 1.000.000 mais rápdio que o ENIACComputação paralela usa um grande número deprocessadores, aumentando mais ainda o podercomputacional.Veremos a importância da computação paralela e asua evolução na ótica da lista TOP500.


Computação de Alto Desempenho

Medida de desempenho:1 FLOPS = uma operação ponto flutuante porsegundo

KFLOPS = 210 = aprox. 1.000 op/sMFLOPS = 220 = aprox. 1.000.000 op/sGFLOPS = 230 = aprox. 1.000.000.000 op/sTFLOPS = 240 = aprox. 1.000.000.000.000op/s


Lista TOP500

Lista dos 500 computadores mais poderosos do mundo

Divulgada duas vezes por ano: em junho e novembroInteresse tanto para fabricantes como paracompradores potenciaisBenchmark: LINPACK - solução de um sistema linearde n equações a n incógnitas (e.g. n = 1000).Os 500 computadores com melhor desempenhoLINPACK entram na lista TOP500.Muito material é disponível no site:http://www.top500.org/


O computador mais veloz do mundo - em junho 2010

Cray XT5 Jaguar (DOE)

224.162 processadores ou cores - Opteron Six Core 2.6 GHz

LINPACK: 1,759 PFLOPS - Velocidade de pico: 2,331 PFLOPS

O segundo colocado: Dawning TC3600 da China

120.640 processadores ou cores - Intel X5650 e NVidea C2050GPUs

LINPACK: 1,271 PFLOPS - Velocidade de pico: 2,980 PFLOP

Voces verão muitos GPUs nas próximas listas TOP500 ...


O computador mais veloz do mundo - em junho 2010

Cray XT5 Jaguar (DOE)

224.162 processadores ou cores - Opteron Six Core 2.6 GHz

LINPACK: 1,759 PFLOPS - Velocidade de pico: 2,331 PFLOPS

O segundo colocado: Dawning TC3600 da China

120.640 processadores ou cores - Intel X5650 e NVidea C2050GPUs

LINPACK: 1,271 PFLOPS - Velocidade de pico: 2,980 PFLOP

Voces verão muitos GPUs nas próximas listas TOP500 ...


Alguns campeões anteriores

Blue Gene (IBM) - hoje 38o lugar

Earth Simulator (NEC) - hoje 37o lugar

Roadrunner (IBM) - hoje 3o lugarSiang Wun Song - IME/USP e Universidade Federal do ABCEvolução da Computação de Alto Desempenho sob a Ótica da Lista TOP500 ou (Se um processador já é rápido, imaginem um sistema com 224.162 processadores :-)

Qual será o primeiro colocado ... em novembro/2010 ?

Em novembro/2010 sai uma nova lista TOP500e tudo pode mudar :-)


Máquinas no Brasil na TOP500

Posição 86 (Universidade Federal do Rio deJaneiro/COPPE)Galileu - SUN blade x6048 Xeon 2.8GHz - 6.464processadores (64,63 TFLOPS Linpack)Em listas anteriores, várias máquinas no Brasil já entraramna lista Top500:

INPE (Centro de Previsão de Tempo e EstudosClimáticos), Petrobrás, USP, Correios eTelégrados.

Para entrar na lista TOP500, o último colocado apresenta24,67 TFLOPS Linpack.


Desempenho ao longo do tempo


Perguntas

Esse foi um exercício de uma disciplina que eu dei em 2007:

Pergunta: O que vem depois de TFLOPS?Resposta: PFLOPS (Peta Flops)1 PFLOPS = 250 = aprox. 1.000.000.000.000.000 op/s

Pergunta: Em que ano teremos computadores dedesempenho de PFLOPS?

O exercício pode ser feito com a próxima figura. Mas com oaparecimento do RoadRunner e do Jaguar esse exercício nãofaz mais sentido :-)


Perguntas






Perguntas






Perguntas






Projeção do Desempenho

Podemos perguntar quando aparecerá uma máquina com maisde um EXAFLOPES? e ZETTAFLOPS, YOTTAFLOPS?


Países Compradores


Aplicações


Evolução das Fabricantes

Área de alta competição.Difícil prever qual melhor rumo a seguir.Algumas empresas permanecem; outrasnão.


Fabricantes


Número de Processadores


Arquitetura de Computador

Um só processador.SMP - Symmetric Multi Processor.MPP - Massively Parallel Processor.Cluster - Um agregado ou uma rede deworkstations.Constelation - “cluster of clusters´´.


Arquitetura


Família de Processadores


Sistema Operacional


Avanço da Microeletrônica - tecnologia VLSI

O avanço do hardware em termos de:

Capacidade de processamento e armazenamento.Tamanho.Preço.

Esse avanço está relacionado ao avanço da tecnologia demicroeletrônica ou VLSI (Very Large Scale of Integration).


Avanço da Microeletrônica - pastilhas de silício

Processador e memória são feitos de um mesmo material:pastilha de silício.O elemento básico dos circuitos digitais é o transistorMOS (Metal Oxide Semiconductor).Um transistor MOS é uma espécie de chave interruptoraminúscula, de ordem de alguns micrômetros quadrados deárea.Presença de carga elétrica (voltagem alta) no gate permitea condução de eletricidade entre os pontos D e S, aopasso que a ausência de carga (voltagem baixa) no gateimpede a condução.


Lei de Moore

"O número de transistores em uma pastilha dobra a cada 18 meses".


Tamanho de um Transistor MOS

Tamanho (largura) de um transistor:1963 24 µm1978 5 µm1990 1 µm2005 0,1 µm

Ilustramos a seguir essa evolução, imaginandoque um chip contém, ao invés de circuitos, ruase praças de uma região geográfica.


1963 - tamanho 24 µm

Source: Google MapsSiang Wun Song - IME/USP e Universidade Federal do ABCEvolução da Computação de Alto Desempenho sob a Ótica da Lista TOP500 ou (Se um processador já é rápido, imaginem um sistema com 224.162 processadores :-)


Source: Google Maps



Source: Google Maps


2005 - tamanho 0,1 µm

Source: Google Maps


Um chip com mais de 2 bilhões de transistores

Intel Tukwila quad-core chip(2008): mais de 2 bilhões detransistores -Technologia de 65 nm ou 0,065 micrômetro.http://news.bbc.co.uk/2/hi/technology/7223145.stm

Processador Intel Core i7 usa CMOS de 45 nm ou 0,045micrômetro.http://www.intel.com/products/processor/corei7/specifications.htm

http://www.intel.com/technology/45nm/index.htm


http://news.bbc.co.uk/2/hi/technology/7223145.stm

http://www.intel.com/products/processor/corei7/specifications.htm

http://www.intel.com/technology/45nm/index.htm

Comentários finais sobre computação paralela

O que já temos ou que está no horizonte:

Sistemas de computação maciçamente paralelosserão cada vez mais comuns.Clusters Beowulf baseados em arquiteturas abertastornam o uso da Computação Paralela cada vez maispopular.Novas arquiteturas de processadors: multi-core: Inteljá anunciou o lançamento de um chip com 80processadores, um trilhão de operações aritméticaspor segundo (1 TFLOPS).Médio ou longo prazo: Novas arquiteturas eficientesem energia e tecnologias que não são baseadas emsilício.


Computação Paralela - Desafios

Computação Paralela será regra e não exceção.

Necessidade de formar profissionaiscapazes de projetar algoritmos paraleloseficientes e escaláveis.Descobrir novas aplicações com altademanda computacional que podem tirarproveito do paralelismo maciço.Criar novos (?) modelos de computação,novos (?) paradigmas de programaçãoparalela ou novas (?) linguagens deprogramação paralela.


Como será daqui a 6-8 anos?

No evento Supercomputing de 2009 em Hamburg,falava-se:

em 6 a 8 anos, teremos um chip com 50 bilhões detransistores,o que daria para fabricar um chip com 1.000 cores, o queobviamente parece uma bobagem :-)



O desafio é como vamos explorar toda essacapacidade de computação...

Fica o desafio.Obrigado pela atenção.



O desafio é como vamos explorar toda essacapacidade de computação...

Fica o desafio.Obrigado pela atenção.


Documents

Evolução da Computação de Alto Desempenho sob a Ótica da ...song/mac412/top500-10.pdf · Evolução da Computação O Mark I tinha ciclo de 0,3 segundos; o ENIAC 200 micro-segundos