С 1991 года на компьютерном рынке России т.: 676 0965, 676 0396 Москва, Сосинская ул. 43, м. Волгоградский проспект

Новости от Fujitsu

July 15, 2014
Fujitsu Laboratories Limited

Fujitsu Laboratories разработала технологию уменьшения на 40% числа сетевых коммутаторов в кластере суперкомпьютеров

Сохраняя производительность, снижаем потребление электроэнергии

Fujitsu Laboratories Ltd.

Кавасаки, Япония, 15 июля 2014 — Fujitsu Laboratories Ltd. сегодня объявила, что она разработала технологию, которая уменьшает число сетевых коммутаторв, которое используется в кластерной системе суперкомпьютеров₁, состоящей из нескольких тысяч единиц на 40% при сохранении того же уровня производительности сети.

Существующие кластерные суперсистемы обычно используют топологию сети "утолщенного дерева"₂ при которой, например, 6000 серверов потребуется около 800 коммутаторов, или возможно более 2000 коммутаторов при сетевой производительности, требующей избыточности и других возможностей. На сетевые компоненты приходится до 20% от мощности, потребляемой суперкомпьютерной системой, что означает наличие больших надежд на новые сетевые технологии, поддерживающие хорошую производительность меньшим количеством коммутаторов.

Fujitsu Laboratories использует многоурвневую топологию полной сетки в сочетании с новыми разработанными алгоритмами коммутации, управляющими последовательностями передачи для предотвращения конфликтов данных. Это означает, что, даже при коммутации каждый-к-каждому, которая подвержена образованию узких мест при выполнении приложения, производительность остается на одном уровне с существующей технологией при использовании примерно на 40% меньше коммутаторов, экономя энергию без ущерба для производительности.

Подробная информация о данной технологии представляется на Летнем объединенном симпозиуме по параллельным, распределенным и совместным вычислениям 2014 (SWoPP 2014), открывающемся 28 июля в городе Ниигата, Япония.

Подоплека

Кластерные суперкомпьютеры широко используется в таких областях производства, как проектирование мобильных телефонов, автомобилей и самолетов, а также в технологиях научных вычислений. Однако, они все чаще используются в новых областях, например, при поиске новых силиконовых препаратов и в медицине, а также при анализе землетрясений и погодных явлений, и эти приложения требуют еще более мощные суперкомпьютеров.

Для реализации возрастающей суперкомпьютерной производительности, множество серверов соединяются сетями. Эти серверы оснащены высокопроизводительными вычислительными блоками, состоящими из ускорителей, которые обычно являются мультипроцессорными и при этом имеющими несколько GPGPU₃.

Проблемы технологии

Для того чтобы производительность вычислений суперкомпьютера была доступна для широкого диапазона приложений, объединяющая сервера сеть должна иметь нивысшую производительность. При топологиях сети утолщенного дерева (рис. 1), уровни устанавливаются на основе количества подлежащих объединению серверов и избыточности путей в древовидной топологии сети, соединяющей коммутаторы, что дает в результате высокую производительность сети. Например, система с 6000 серверами потребует для их соединения 800 коммутаторов, каждый из которых имеет 36 портов.

Благодаря избыточности маршрутов в топологии утолщенного дерева при расчетах на кластерном суперкомпьютере, например, при запуске быстрого преобразования Фурье, коммуникация каждый-к-каждому между серверами показывает хорошую производительность сети. Между тем, многоядерные процессоры в отдельных серверах или ускорителях, таких как GPGPU производят серьезные скачки в производительности. Чтобы сохранить сбалансированность с вычислительной производительностью, производительность сети должна быть улучшена, а это требует гораздо больше коммутаторов, но увеличение количества коммутаторов влечет за собой проблему высоких затрат на основные средства, электроэнергию и пространство для установки.

О технологии

То, что сделала Fujitsu Laboratories, заключается в разработке технологии, которая может разместить большое количество серверов при относительно небольшом количестве коммутаторов, рассматривая как будет оптимизирован процесс обмена данными при подключения к кластеру по-новому. Это уменьшает количество коммутаторов, необходимых для подсоединения заданного числа узлов примерно на 40% по сравнению с сетевой топологии утолщенного дерева, сохраняя при этом эквивалентный уровень производительности при максимальной нагрузке коммуникации при модели взаимодействия каждый-с-каждым.

Ключевые особенности технологии заключаются в следующем:

1. Многоуровневая полносеточная топология сети (Рис. 2,3)

   Fujitsu Laboratories разработала структуру, в которой коммутаторы для косвенной связи выстраиваются по периферии основной полносеточного каркаса, который соединяет все коммутаторы непосредственно, а также несколько полносеточных структур соединены друг с другом. По сравнению с топологией сети трехслойного утолщенного дерева на (рис. 1), это исключает целый уровень переключателей, при более эффективном использовании портов коммутаторов и использовании меньшего количества коммутаторов.

2. Обмен данными позволяет избегать путей с конкуренцией

   При коммуникации каждый-к-каждому, когда каждый сервер обменивается данными с любым другим сервером, уменьшение количества коммутаторов также снижает количество путей между серверами, которое может привести к столкновениям. Fujitsu Laboratories удалось добиться производительности коммуникации каждый-к-каждому на одном уровне с топологией утолщенного дерева, воспользовавшись топологией многослойной полной ячеистой сети при процессе передачи данных между серверами. С помощью планирования, серверы, подключенные к различным ключевым коммутаторам (от А до F) будут отклонять к различным ключевым коммутаторам, а также избегать столкновений в путях, которые пересекают различные слои (c a1 до d3).

   Рисунок 2: Многоуровневая полносеточная сетевая топология (фиктивное-3D представление)

   Рисунок 3: Многоуровневая полносеточная сетевая топология (плоское представление)

Результаты

Данная технология позволяет сохранить производительность масштабных кластерных суперкомпьютеров, которая необходима для таких приложений, как создание лекарств и медикаментов, а также ализ землетрясений и погодных явлений, при одновременном снижении затрат средств и затрат на электроэнергию. Это, таким образом, позволяет представить суперкомпьютеры, которые обеспечивают достижение высокой производительности при экономии электроэнергии.

Дальнейшие планы

Fujitsu Laboratories планирует выполнить практическую реализацию этой технологии в течение 2015 финансового года. Она также планирует продолжить исследования топологий для крупномасштабных вычислительных систем, которые не зависят от увеличения числа коммутаторов.

---

• [1] Кластерный суперкомпьютер

  Суперкомпьютер собранный из большого числа PC серверов, объединенных высокоскоростной сетью.

• [2] Топология утолщенного дерева

  Сетевая топология, которая является продолжателем древовидных структур, с уплотненными верхними уровнями. Ключевым преимуществом этой топологии является то, что она избегает сетевой перегруженности.

• [3] GPGPU

  "General-purpose graphic processing unit" специализированный процессор не только для обработки изображений, но также имеющий другое использование, поскольку он обладает способностью выполнять определенные виды вычислений очень быстро. Это сделало их в последнее время очень популярными в среде суперкомпьютеров.

---

---

All company or product names mentioned herein are trademarks or registered trademarks of their respective owners. Information provided in this press release is accurate at time of publication and is subject to change without advance notice.

Date: 15 Jule, 2014
City: Kawasaki, Japan
Company: Fujitsu Laboratories Ltd.