close

Avansert simulering og databehandlingsprogram

Gå til navigasjon Gå til søk

Advanced Simulation and Computing Program eller ASC (til 2005 - Accelerated Strategic Computing Initiative , eller ASCI ) er et amerikansk regjeringsinitiativ for å lage superdatamaskiner som vil tillate USA å overvåke tilstanden til sitt atomvåpenarsenal etter kunngjøringen i oktober 1992 av en moratorium for kjernefysiske tester , en forlengelse av moratoriet i juli 1993, og frivillig overholdelse siden 1996 av vilkårene i den omfattende atomprøveforbud-traktaten (traktaten ble signert av den amerikanske presidenten, men er ennå ikke ratifisert av Senatet).

Tre amerikanske nasjonale laboratorier involvert i utviklingen og inspeksjonen av landets kjernefysiske arsenal deltok i programmet : Livermore National Laboratory , Los Alamos National Laboratory og Sandia National Laboratory (ikke-kjernefysiske komponenter av atomvåpen).

Mål og mål

Image
Sammenligning av ytelsesveksten "lovet" av Moores lov med ytelsen til superdatamaskiner som skulle oppnås i løpet av 10 år av ASCI-programmet

Programmet stammer fra Strategic Computing Initiative  (Engelsk) (russisk, initiert i 1983 som en del av Strategic Defense Initiative , hvis mål var å lage kunstig intelligens datasystemer innen 1993. Dette programmet mislyktes, finansieringen ble kuttet, programmet fikk et nytt navn, og målet med programmet ble mindre ambisiøst - opprettelsen av superdatamaskiner for å betjene det amerikanske atomarsenalet .

Programmet ble opprinnelig kalt " Accelerated Strategic Computing Initiative " (ASCI), bokstavelig talt "Accelerated Strategic Computing Initiative". Det ble " akselerert " fordi det i løpet av 10 år var påkrevd å lage maskinvare og programvare som var i stand til å simulere kjernefysiske og termonukleære eksplosjoner, ved å bruke erfaringene til eksisterende ingeniører og forskere som var i stand til å sammenligne gamle data fra ekte tester ("legacy data"). med data utstedt av datamodeller, og bekrefte nøyaktigheten av simuleringene. Før dette var programmene som ble brukt i laboratorier ganske enkle. Resultatene som disse programmene produserte, ble enkelt verifisert ved hjelp av kjernefysiske tester. Det er derfor programmene simulerte fysikken til eksplosjonsprosesser i ett- eller todimensjonalt rom. Forenklinger ble også forårsaket av den begrensede kraften til superdatamaskiner på 80- og tidlig 90-tallet. For å simulere eksplosjonen fullt ut, var det nødvendig med en tredimensjonal modell. Ifølge eksperter ved Livermore National Laboratory, for å oppnå den nødvendige nøyaktigheten av resultatene, var det nødvendig å bygge superdatamaskiner med en datakraft på over 100 Tflops (det vil si 100 billioner flyttalloperasjoner per sekund ). Dette betydde et hopp i ytelse på 7000 ganger, siden den kraftigste datamaskinen som var tilgjengelig for Livermore Lab på den tiden hadde en ytelse på 13,7 Gflops (13,7 milliarder flyttalloperasjoner per sekund). For å oppfylle målene til ASCI-programmet om 10 år, ble det påkrevd å overta Moores lov flere tusen ganger , for å lage høyhastighets databehandlingsteknologier som ennå ikke eksisterte [1] .

Det var planlagt å oppnå 100 Tflops-milepælen i flere stadier:

  • første trinn: innen utgangen av 1996 - å lage en maskin med en kapasitet på 1 Tflops
  • andre trinn: ved slutten av 1999 - alle laboratorier må ha maskiner med en kapasitet på 3 Tflops
  • tredje trinn: innen utgangen av 2000 - få 10 teraflops
  • fjerde etappe: i 2002 - få 30 teraflops
  • femte etappe: i midten av 2003 - 60 Tflops
  • i 2005 - en superdatamaskin med en datakraft på 100 Tflops

På hvert trinn skulle kraften til den nye superdatamaskinen øke med omtrent 2,5 ganger sammenlignet med den forrige.

Programfremdrift

I januar 1995, på et møte med sjefene for dataavdelingene i de tre laboratoriene, ble det bestemt at alle datamaskiner i ASCI-programmet skulle bruke en massivt parallell distribuert minnearkitektur med et minimum av spesialiserte komponenter. Valget av en massivt parallell arkitektur basert på allment tilgjengelige kommersielle prosessorer var svært uvanlig og risikabelt for tiden. Til tross for at laboratoriene har eksperimentert med denne arkitekturen i lang tid - mer enn 10 år, ble den mest lovende retningen ansett for å være multiprosessorarkitekturer basert på spesialiserte vektorprosessorer med delt minne, retningen som de ledende produsentene av superdatamaskiner flyttet: NEC , Fujitsu , Hitachi , Cray .

På samme møte ble det bestemt at den første 1 Tflops-datamaskinen skulle installeres ved Sandia Laboratories i Albuquerque, og deles av alle laboratoriene inntil kopiene ankom. Valget av Sandia Laboratories var også uvanlig, ettersom Sandia Laboratories omhandlet ikke-kjernefysiske komponenter av atomvåpen og derfor led mindre under innføringen av et totalforbud mot atomtesting [2] .

I januar 1995 så det ut som science fiction å bygge en 1 Tflops-datamaskin (på Linpack-testen). Enda mer fantastisk var kravet om å bygge en slik datamaskin på mindre enn to år. De kraftigste superdatamaskinene i MP-Linpack-vurderingen på den tiden var Numerical Wind Tunnel -datamaskinen til Japan National Aerospace Laboratory ( engelsk ) (maksimalt 170 Gflops - topp 235,79 Gflops) og Intel Paragon-systemet installert på Sandia Laboratories (3744 prosessorer i 1993: maksimalt 143 Gflops - topp 184 Gflops; 6768 prosessorer i 1994: 281 Gflops), dvs. mindre enn 1/5 av den nødvendige effekten. De fleste eksperter var enige om at "teraflop-barrieren" ville bli overvunnet først mot slutten av det 20. århundre, og ASCI-programmet krevde at dette skulle gjøres fire år før denne datoen - innen utgangen av 1996 [2] .

Før det kjøpte hvert laboratorium selv datamaskiner. Nå måtte datamaskiner under ASCI-programmet kjøpes inn basert på kravene fra alle tre laboratoriene. Kjøpet av den første datamaskinen skulle ha vært gjort i 1995, men det offisielle budsjettet for ASCI-programmet begynte først i 1996 og skulle ikke vedtas før i november 1995. For den første ASCI Red-superdatamaskinen ble det besluttet å bruke penger fra Technology Transfer Fund, som ble bevilget til Laboratories for "konvertering" etter slutten av den kalde krigen [2] .

Laboratoriene fikk i oppdrag å utarbeide et oppdrag for hvilke entreprenørselskaper som skulle fremme sine forslag. På et møte med lederne for dataavdelingene til de tre laboratoriene brøt det ut en diskusjon om hvilke av alternativene for parallellarkitektur som er bedre å bruke. Sandia-laboratoriespesialisten holdt seg til varianten med et massivt parallelt ( MPP ) system med distribuert minne, og representanter for Livermore- og Los Alamos-laboratoriene betraktet som den mest akseptable varianten av klynger av multiprosessornoder ( SMP ) med delt minne. Det andre alternativet så å foretrekke også fordi entreprenører ville være mer villige til å gå med på det: teknologien til multiprosessormaskiner ble lett konvertert til et markedsprodukt for masseproduksjon, derfor ville en potensiell entreprenør ikke måtte bruke tid og krefter på å utvikle og mestre teknologien som det bare er én kjøper for - den amerikanske regjeringen. Begge alternativene ble beskrevet på tavlen: Sandia Lab-varianten i rød tusj, og Livermore og Los Alamos Lab-varianten i blått. Valget ble komplisert av at det i 1995 fortsatt var ukjent hvilken vei teknologiene til prosessorer, minne og nettverksforbindelser ville gå, og derfor så satsingen på én arkitektonisk løsning veldig risikabel ut. Vi bestemte oss for å prøve begge alternativene, til tross for de stramme budsjettbegrensningene. Sandia lab-varianten (beskrevet i rød tusj) ble implementert først i ASCI Red ("rød") som en superdatamaskin av første trinn , og Livermore og Los Alamos lab-varianten (beskrevet i blå tusj) en år senere - i ASCI Blue ("blå") som en superdatamaskin andre trinn , og i to eksemplarer: ASCI Blue Pacific (for Livermore Laboratory) og ASCI Blue Mountain (for Los Alamos Laboratory) [3] . Kontrakten for å bygge ASCI Blue Pacific ble tildelt IBM, og kontrakten for å bygge ASCI Blue Mountain  ble tildelt Silicon Graphics .

Etter å ha installert ASCI Blue-systemer og oppgradert ASCI Red innen november 1999, tok superdatamaskinene til tre laboratorier de tre første linjene på TOP500-listen [4] : ​​ASCI Red med en ytelse på 2.3 Tflops, ASCI Blue Pacific - 2.1 Tflops og ASCI Blue Mountain - 1, 6 Tflops. På bare fire år har ASCI-programmet økt kraften til superdatamaskiner med 90 ganger [5] .

Programvare

Valget av en massivt parallell arkitektur for fremtidige maskiner betydde også at eksisterende datasimuleringsprogrammer måtte skrives om og optimaliseres for å bruke denne arkitekturen til sitt fulle potensial.

For å lage ny programvare, forlot Laboratories den gamle "heltekode"-metoden, da hvert program ble opprettet og "vedlikeholdt" av en eller et par ingeniører. For eksempel ble DYNA3D-programmet , som ble brukt ved Livermore Laboratory for å simulere virkningen av en eksplosjonsstøtbølge på omkringliggende objekter, drevet av en laboratorieansatt, John O. Holquist, i 12 år. Det ble dannet team av programmerere på 20-30 personer i laboratoriene, som i løpet av flere år laget programvarepakker for fremtidige datamaskiner i nært samarbeid med fysikere som sjekket kvaliteten på simuleringsresultatene [6] .

Resultater av programmet

Den første fullverdige 3-dimensjonale simuleringen av detonasjonen av det første trinnet av en termonukleær bombe ("atomsikringen") ble utført i desember 1999 ved Livermore Laboratory på ASCI Blue Pacific superdatamaskinen . Simuleringen tok 492 timer på 1000 prosessorer, brukte 640 000 MB minne og genererte 6 terabyte med data i form av 50 000 grafikkfiler [7] . En 3-dimensjonal simulering av det andre stadiet av eksplosjonen ("fusjonsbrenning") ble utført i april 2000 ved Los Alamos Laboratory. I september 2002 ble en fullstendig kombinert simulering av begge stadier av en termonukleær eksplosjon utført ved Livermore Laboratory [8] .

Programmet nådde sine mål i 2005 med idriftsettelse av ASC Purple superdatamaskinen . Etter det fikk programmet et nytt nåværende navn "Advanced Simulation and Computing Program" (ASC).

Superdatamaskiner

Datamaskiner ble installert i tre nasjonale laboratorier som tok seg av atomvåpenspørsmål: Livermore National Laboratory , Los Alamos National Laboratory , Sandia National Laboratories [9] . Noen av superdatamaskinene som ble opprettet under dette programmet ble inkludert i TOP500-listen : ASCI Red , ASCI White , Blue Gene/L , Sequoia .

År Navn Installasjonssted Systemegenskaper
1997 ASCI rød Sandia National Laboratories Massivt parallelt datasystem basert på Intel Pentium Pro-prosessorer. Den første superdatamaskinen noensinne som nådde over 1 billion flops (1 Tflops ) med ytelse. Etter oppdateringen i 1999 ble en ytelse på 3,2 Tflops oppnådd . Nedlagt 29. juni 2006 [10] .
1998 ASCI Blue Mountain Los Alamos nasjonale laboratorium et system fra Silicon Graphics / Cray Research basert på en klynge av multiprosessorservere SGI Origin 2000 ( engelsk ) med MIPS R10000-prosessorer . Oppnådde ytelse på 3,1 TFlops . Avviklet 8. november 2004.
1999 ASCI Blue Pacific Livermore National Laboratory datamaskinklynge på IBM RS/6000 SP multiprosessorservere . En ytelse på 3,8 Tflops er oppnådd .
2000 ASCI Hvit Livermore National Laboratory datamaskinklynge på IBM RS/6000 SP multiprosessorservere . En ytelse på 12 Tflops er oppnådd . Avviklet 27. juli 2006.
2001 CPlant Sandia National Laboratories intern utvikling, Linux-klynge basert på DEC Alpha EV6-prosessorer. En ytelse på 1,3 Tflops er oppnådd .
2002 ASCI Q Los Alamos nasjonale laboratorium datamaskinklynge AlphaServer SC45 på DEC/Compaq/HP AlphaServer ES45-servere [11] . En ytelse på 20 Tflops har blitt oppnådd .
2003 ASCI Linux-klynge Livermore National Laboratory
2003 Lyn Los Alamos nasjonale laboratorium
2005 A.S.C. Red Storm Sandia National Laboratories massivt parallell maskin fra Cray Inc. basert på AMD Opteron-prosessorer og Cray XT3 -arkitektur ( engelsk ) . Erstatning for den utdaterte ASCI Red som har jobbet i laboratoriet i nesten 10 år . Avviklet i mai 2012 [12] .
2005 A.S.C Lilla Livermore National Laboratory massivt parallelt system basert på IBM POWER5 -prosessorer . Oppnådde 100 teraflops av ASCI-ytelsesmålet. Avviklet 9. november 2010
2005 Blå gen/L Livermore National Laboratory massivt parallelt system basert på IBM Blue Gene/L -arkitektur med PowerPC 440-prosessorer . Oppnådde 360 ​​teraflops med ytelse, langt over ASCI-programmålene
2012 Sequoia Livermore National Laboratory massivt parallelt system basert på IBM Blue Gene/Q -arkitektur med PowerPC A2-prosessorer

Se også

  • Strategisk databehandlingsinitiativ _ _

Litteratur

Merknader

  1. ↑ Delivering Insight, 2009 , s. 42.
  2. ↑ 1 2 3 Delivering Insight, 2009 , s. 74.
  3. ↑ Delivering Insight, 2009 , s. 82-85.
  4. ↑ TOP 10 nettsteder for november 1999 . Dato for tilgang: 5. oktober 2013. Arkivert fra originalen 25. september 2013.
  5. ↑ Delivering Insight, 2009 , s. 86.
  6. ↑ Delivering Insight, 2009 , s. 42-44.
  7. ↑ Lawrence Livermore National Laboratory juli/august 2002 (lenke ikke tilgjengelig) . Hentet 31. mai 2013. Arkivert fra originalen 4. oktober 2013. 
  8. ↑ Delivering Insight, 2009 , s. 187.
  9. ↑ Delivering Insight, 2009 , s. 23.
  10. ↑ Sandias ASCI Red, verdens første teraflop superdatamaskin, er tatt ut av drift . Hentet 1. september 2013. Arkivert fra originalen 29. september 2013.
  11. ↑ ASCI Q-systemet i Los Alamos av John Morrison, LANL . Hentet 31. august 2013. Arkivert fra originalen 29. september 2013.
  12. ↑ Sandia Red Storm superdatamaskin forlater verdensscenen . Hentet 21. august 2013. Arkivert fra originalen 23. mars 2014.

Lenker

Kilde — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Advanced_Simulation_and_Computing_Program&oldid=122032042