NASA жоғары өнімді есептеу орталығы

Кіріспе

NASA-ның түрлі жобалары үшін есептеу ресурстарын қамтамасыз етеді.

Қазіргі суперкомпьютерлік жүйелер:
Плеядалар – SGI/HPE ICE X суперкластері
Aitken – HPE E Cell жүйесі
Electra – SGI/HPE ICE X & HPE E Cell жүйесі
Endeavour – SGI UV ортақ жады жүйесі
Merope – SGI Altix суперкластері

NASA Advanced Supercomputing (NAS) бөлімшесі NASA Ames Research Center, Moffett Field-те, Калифорния штатының Маунтин-Вью қаласындағы Кремнийлік Аңғардың ортасында орналасқан. Бұл бөлімше шамамен қырық жыл бойы NASA-ның аэродинамика, ғарыш зерттеулері, ауа райы мен мұхит ағыстарын зерттеу, сондай-ақ ғарыш шаттлдары мен ұшақтарды жобалау және әзірлеу миссиялары үшін маңызды суперкомпьютерлік және модельдеу мен симуляция ресурсы болып табылады. Қазіргі уақытта нысанда петаскалалық Pleiades, Aitken және Electra суперкомпьютерлері, сондай-ақ тераскалалық Endeavour суперкомпьютері орналасқан. Жүйелер Intel процессорларымен SGI және HPE архитектурасына негізделген. Бас ғимаратта эксабайттан астам деректерді сақтауға мүмкіндік беретін диск және архивтік таспалар сақтау жүйелері, гиперқабырғалық визуализациялау жүйесі және әлемдегі ең ірі InfiniBand желілік инфрақұрылымдарының бірі де орналасқан. NAS бөлімшесі NASA-ның Барлау технологиясы дирекциясының құрамына кіреді және NASA-ның Жоғары деңгейдегі есептеу мүмкіндіктері (HECC) жобасын басқарады.

Негізін қалау

1970 жылдардың ортасында Эймс зерттеу орталығының аэроғарыш инженерлері тобы, қымбат және көп уақыт алатын жел тоннелінде сынақтар жүргізуден гөрі, сол кездегі коммерциялық үлгілерге қарағанда қуаттырақ суперкомпьютерлерде есептеулік сұйықтық динамикасы (CFD) модельдерін қолдана отырып, симуляцияға негізделген жобалау және инженерияға аэроғарыш зерттеулері мен әзірлемелерін көшіруді қарастыра бастады. Бұл бастама кейіннен Сандық аэродинамикалық симулятор (NAS) жобасы деп аталды және алғашқы компьютер 1984 жылы Эймс зерттеу орталығының орталық есептеу кешеніне орнатылды. 1985 жылдың 14 наурызында CFD сарапшылары, компьютер ғалымдары, визуализация мамандары және желілік және сақтау инженерлері бірлесіп жұмыс істейтін жаңа ғимаратты салу үшін заманауи суперкомпьютерлік кешеннің іргетасы салынды. 1986 жылы NAS толыққанды NASA бөлімшесіне айналды, ал 1987 жылы NAS қызметкерлері мен жабдықтары, соның ішінде екінші суперкомпьютер – Cray 2, Navier деп аталды, жаңа кешенге көшірілді, ол 1987 жылдың 9 наурызында пайдалануға берілді. 1995 жылы NAS өзінің атын Сандық аэроғарыштық симуляция бөліміне, ал 2001 жылы қазіргі атауына өзгертті.

Суперкомпьютерлер тарихы

1987 жылы құрылысы аяқталғаннан бері НАСА-ның жоғары деңгейлі есептеу орталығы әлемдегі ең қуатты суперкомпьютерлердің біріне иелік етеді және оларды пайдаланады. Осы суперкомпьютерлердің көптегені жаңа архитектураны, жабдықтарды немесе желілік конфигурацияларды сынау үшін құрылған, олар кең ауқымда қолданылуы мүмкін. Ең жоғары өнімділік секундтық қалқың нүктелі операциялар (FLOPS) арқылы көрсетіледі. Компьютер атауы Архитектурасы Ең жоғары өнімділік Процессорлар саны Орнату күні Cray XMP 12 210.53 мегафлопс 1 1984 Navier Cray 2 1.95 гигафлопс 4 1985 Chuck Convex 3820 1.9 гигафлопс 8 1987 Pierre Thinking Machines CM2 14.34 гигафлопс 16,000 1987 43 гигафлопс 48,000 1991 Stokes Cray 2 1.95 гигафлопс 4 1988 Piper CDC/ETA 10Q 840 мегафлопс 4 1988 Reynolds Cray Y MP 2.54 гигафлопс 8 1988 2.67 гигафлопс 88 1988 Lagrange Intel iPSC/860 7.88 гигафлопс 128 1990 Gamma Intel iPSC/860 7.68 гигафлопс 128 1990 von Karman Convex 3240 200 мегафлопс 4 1991 Boltzmann Thinking Machines CM5 16.38 гигафлопс 128 1993 Sigma Intel Paragon 15.60 гигафлопс 208 1993 von Neumann Cray C90 15.36 гигафлопс 16 1993 Eagle Cray C90 7.68 гигафлопс 8 1993 Grace Intel Paragon 15.6 гигафлопс 209 1993 Babbage IBM SP 2 34.05 гигафлопс 128 1994 42.56 гигафлопс 160 1994 da Vinci SGI Power Challenge 16 1994 SGI Power Challenge XL 11.52 гигафлопс 32 1995 Newton Cray J90 7.2 гигафлопс 36 1996 Piglet SGI Origin 2000/250 МГц 4 гигафлопс 8 1997 Turing SGI Origin 2000/195 МГц 9.36 гигафлопс 24 1997 25 гигафлопс 64 1997 Fermi SGI Origin 2000/195 МГц 3.12 гигафлопс 8 1997 Hopper SGI Origin 2000/250 МГц 32 гигафлопс 64 1997 Evelyn SGI Origin 2000/250 МГц 4 гигафлопс 8 1997 Steger SGI Origin 2000/250 МГц 64 гигафлопс 128 1997 128 гигафлопс 256 1998 Lomax SGI Origin 2800/300 МГц 307.2 гигафлопс 512 1999 409.6 гигафлопс 512 2000 Lou SGI Origin 2000/250 МГц 4.68 гигафлопс 12 1999 Ariel SGI Origin 2000/250 МГц 4 гигафлопс 8 2000 Sebastian SGI Origin 2000/250 МГц 4 гигафлопс 8 2000 SN1 512 SGI Origin 3000/400 МГц 409.6 гигафлопс 512 2001 Bright Cray SVe1/500 МГц 64 гигафлопс 32 2001 Chapman SGI Origin 3800/400 МГц 819.2 гигафлопс 1,024 2001 1.23 терафлопс 1,024 2002 Lomax II SGI Origin 3800/400 МГц 409.6 гигафлопс 512 2002 Kalpana SGI Altix 3000 2.66 терафлопс 512 2003 Cray X1 204.8 гигафлопс 2004 Columbia SGI Altix 3000 63 терафлопс 10,240 2004 SGI Altix 4700 10,296 2006 85.8 терафлопс 13,824 2007 Schirra IBM POWER5+ 4.8 терафлопс 640 2007 RT Jones SGI ICE 8200, Intel Xeon "Harpertown" процессорлары 43.5 терафлопс 4,096 2007 Pleiades SGI ICE 8200, Intel Xeon "Harpertown" процессорлары 487 терафлопс 51,200 2008 544 терафлопс 56,320 2009 SGI ICE 8200, Intel Xeon "Harpertown"/"Nehalem" процессорлары 773 терафлопс 81,920 2010 SGI ICE 8200/8400, Intel Xeon "Harpertown"/"Nehalem"/"Westmere" процессорлары 1.09 петафлопс 111,104 2011 SGI ICE 8200/8400/X, Intel Xeon "Harpertown"/"Nehalem"/"Westmere"/"Sandy Bridge" процессорлары 1.24 петафлопс 125,980 2012 SGI ICE 8200/8400/X, Intel Xeon "Nehalem"/"Westmere"/"Sandy Bridge"/"Ivy Bridge" процессорлары 2.87 петафлопс 162,496 2013 3.59 петафлопс 184,800 2014 SGI ICE 8400/X, Intel Xeon "Westmere"/"Sandy Bridge"/"Ivy Bridge"/"Haswell" процессорлары 4.49 петафлопс 198,432 2014 5.35 петафлопс 210,336 2015 SGI ICE X, Intel Xeon "Sandy Bridge"/"Ivy Bridge"/"Haswell"/"Broadwell" процессорлары 7.25 петафлопс 246,048 2016 Endeavour SGI UV 2000, Intel Xeon "Sandy Bridge" процессорлары 32 терафлопс 1,536 2013 Merope SGI ICE 8200, Intel Xeon "Harpertown" процессорлары 1.9 петафлопс 1,152 2016 SGI ICE X/HPE SGI 8600 E Cell, Intel Xeon "Broadwell"/"Skylake" процессорлары 4.79 петафлопс 2,304 2017 8.32 петафлопс 3,456 2018 Aitken HPE SGI 8600 E Cell, Intel Xeon "Cascade Lake" процессорлары 3.69 петафлопс 1,150 2019 Компьютер атауы Архитектурасы Ең жоғары өнімділік Процессорлар саны Орнату күні

Since its construction in 1987, the NASA Advanced Supercomputing Facility has housed and operated some of the most powerful supercomputers in the world. Many of these computers include testbed systems built to test new architecture, hardware, or networking set ups that might be utilized on a larger scale. Peak performance is shown in Floating Point Operations Per Second (FLOPS). Computer Name Architecture Peak Performance Number of CPUs Installation Date Cray XMP 12 210.53 megaflops 1 1984 Navier Cray 2 1.95 gigaflops 4 1985 Chuck Convex 3820 1.9 gigaflops 8 1987 Pierre Thinking Machines CM2 14.34 gigaflops 16,000 1987 43 gigaflops 48,000 1991 Stokes Cray 2 1.95 gigaflops 4 1988 Piper CDC/ETA 10Q 840 megaflops 4 1988 Reynolds Cray Y MP 2.54 gigaflops 8 1988 2.67 gigaflops 88 1988 Lagrange Intel iPSC/860 7.88 gigaflops 128 1990 Gamma Intel iPSC/860 7.68 gigaflops 128 1990 von Karman Convex 3240 200 megaflops 4 1991 Boltzmann Thinking Machines CM5 16.38 gigaflops 128 1993 Sigma Intel Paragon 15.60 gigaflops 208 1993 von Neumann Cray C90 15.36 gigaflops 16 1993 Eagle Cray C90 7.68 gigaflops 8 1993 Grace Intel Paragon 15.6 gigaflops 209 1993 Babbage IBM SP 2 34.05 gigaflops 128 1994 42.56 gigaflops 160 1994 da Vinci SGI Power Challenge 16 1994 SGI Power Challenge XL 11.52 gigaflops 32 1995 Newton Cray J90 7.2 gigaflops 36 1996 Piglet SGI Origin 2000/250 MHz 4 gigaflops 8 1997 Turing SGI Origin 2000/195 MHz 9.36 gigaflops 24 1997 25 gigaflops 64 1997 Fermi SGI Origin 2000/195 MHz 3.12 gigaflops 8 1997 Hopper SGI Origin 2000/250 MHz 32 gigaflops 64 1997 Evelyn SGI Origin 2000/250 MHz 4 gigaflops 8 1997 Steger SGI Origin 2000/250 MHz 64 gigaflops 128 1997 128 gigaflops 256 1998 Lomax SGI Origin 2800/300 MHz 307.2 gigaflops 512 1999 409.6 gigaflops 512 2000 Lou SGI Origin 2000/250 MHz 4.68 gigaflops 12 1999 Ariel SGI Origin 2000/250 MHz 4 gigaflops 8 2000 Sebastian SGI Origin 2000/250 MHz 4 gigaflops 8 2000 SN1 512 SGI Origin 3000/400 MHz 409.6 gigaflops 512 2001 Bright Cray SVe1/500 MHz 64 gigaflops 32 2001 Chapman SGI Origin 3800/400 MHz 819.2 gigaflops 1,024 2001 1.23 teraflops 1,024 2002 Lomax II SGI Origin 3800/400 MHz 409.6 gigaflops 512 2002 Kalpana SGI Altix 3000 2.66 teraflops 512 2003 Cray X1 204.8 gigaflops 2004 Columbia SGI Altix 3000 63 teraflops 10,240 2004 SGI Altix 4700 10,296 2006 85.8 teraflops 13,824 2007 Schirra IBM POWER5+ 4.8 teraflops 640 2007 RT Jones SGI ICE 8200, Intel Xeon "Harpertown" Processors 43.5 teraflops 4,096 2007 Pleiades SGI ICE 8200, Intel Xeon "Harpertown" Processors 487 teraflops 51,200 2008 544 teraflops 56,320 2009 SGI ICE 8200, Intel Xeon "Harpertown"/"Nehalem" Processors 773 teraflops 81,920 2010 SGI ICE 8200/8400, Intel Xeon "Harpertown"/"Nehalem"/"Westmere" Processors 1.09 petaflops 111,104 2011 SGI ICE 8200/8400/X, Intel Xeon "Harpertown"/"Nehalem"/"Westmere"/"Sandy Bridge" Processors 1.24 petaflops 125,980 2012 SGI ICE 8200/8400/X, Intel Xeon "Nehalem"/"Westmere"/"Sandy Bridge"/"Ivy Bridge" Processors 2.87 petaflops 162,496 2013 3.59 petaflops 184,800 2014 SGI ICE 8400/X, Intel Xeon "Westmere"/"Sandy Bridge"/"Ivy Bridge"/"Haswell" Processors 4.49 petaflops 198,432 2014 5.35 petaflops 210,336 2015 SGI ICE X, Intel Xeon "Sandy Bridge"/"Ivy Bridge"/"Haswell"/"Broadwell" Processors 7.25 petaflops 246,048 2016 Endeavour SGI UV 2000, Intel Xeon "Sandy Bridge" Processors 32 teraflops 1,536 2013 Merope SGI ICE 8200, Intel Xeon "Harpertown" Processors 1.9 petaflops 1,152 2016 SGI ICE X/HPE SGI 8600 E Cell, Intel Xeon "Broadwell"/"Skylake" Processors 4.79 petaflops 2,304 2017 8.32 petaflops 3,456 2018 Aitken HPE SGI 8600 E Cell, Intel Xeon "Cascade Lake" Processors 3.69 petaflops 1,150 2019 Computer Name Architecture Peak Performance Number of CPUs Installation Date

Дискідегі сақтау

1987 жылы NAS қорғаныс саласының жоғары ғылыми зерттеулер агенттігі (DARPA) және Берклидегі Калифорния университетімен бірлесіп, арзан дискілердің іздестірілген массиві (RAID) жобасын іске қосты, мақсаты – бірнеше дискілік компоненттерді біріктіріп, бір логикалық бірлікке айналдыратын сақтау технологиясын жасау болатын. 1992 жылы аяқталған RAID жобасы қазіргі кезде қолданылып жүрген таратылған деректерді сақтау технологиясына негіз салды. Сондай-ақ, 7,6 петабайт (PB) дискілік кэш пайда болды. 2009 жылы NAS Spectra Logic T950 роботтық таспа жүйелерін енгізді, бұл құрылғының максималды сыйымдылығын 16 петабайтқа дейін арттырып, пайдаланушыларға суперкомпьютерлерден деректерін архивтеуге мүмкіндік берді. 2019 жылдың наурыз айынан бастап NAS Spectra Logic таспа кітапханаларының жалпы архивтік сақтау сыйымдылығын 35% сығымдаумен 1,048 петабайтқа (немесе 1 эксабайтқа) дейін жеткізді. Екінші буын "гиперқабырға 2" 2008 жылы NAS компаниясы Colfax International компаниясымен серіктестікпен әзірленді. Ол 8x16 торға орналастырылған 128 LCD экраннан тұрады, ені 23 фут, биіктігі 10 фут. Бұл жүйе 250 миллион пикселді көрсетуге қабілетті, осылайша әлемдегі ең жоғары ажыратымдылыққа ие ғылыми визуализация жүйесі атанды. Онда 128 түйін бар, әрқайсысында екі төрт ядролы AMD Opteron (Барселона) процессоры және Nvidia GeForce 480 GTX графикалық процессор (GPU) орнатылған, бұл жүйе бойынша 128 терафлоптық ең жоғары өңдеу қуатын қамтамасыз етеді – бастапқы гиперқабырғадан 100 есе қуатты. "Гиперқабырға 2" тікелей InfiniBand желісі арқылы Pleiades суперкомпьютерінің файлдық жүйесіне қосылған, бұл жүйеге файлдарды "гиперқабырға 2" жадына көшірмей, файлдық жүйеден тікелей деректерді оқуға мүмкіндік береді. 2014 жылы гиперқабырға жаңа жабдықпен жаңартылды: 256 Intel Xeon "Ivy Bridge" процессоры және 128 NVIDIA Geforce 780 Ti GPU. Жаңарту жүйенің ең жоғары өңдеу қуатын 9 терафлоптан 57 терафлопқа дейін арттырды және қазір 400 гигабайтқа жуық графикалық жадыға ие. 2020 жылы гиперқабырға тағы да жаңа жабдықпен жаңартылды: 256 Intel Xeon Platinum 8268 (Cascade Lake) процессоры және 128 NVIDIA Quadro RTX 6000 GPU, жалпы 3,1 терабайт графикалық жадымен. Жаңарту жүйенің ең жоғары өңдеу қуатын 57 терафлоптан 512 терафлопқа дейін арттырды.

In 1987, NAS partnered with the Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) and the University of California, Berkeley in the Redundant Array of Inexpensive Disks (RAID) project, which sought to create a storage technology that combined multiple disk drive components into one logical unit. Completed in 1992, the RAID project lead to the distributed data storage technology used today. and 7.6 petabytes (PB) of disk cache. In 2009, NAS brought in Spectra Logic T950 robotic tape systems which increased the maximum capacity at the facility to 16 petabytes of space available for users to archive their data from the supercomputers. As of March 2019, the NAS facility increased the total archival storage capacity of the Spectra Logic tape libraries to 1,048 petabytes (or 1 exabyte) with 35% compression. The second generation "hyperwall 2" was developed in 2008 by NAS in partnership with Colfax International and is made up of 128 LCD screens arranged in an 8x16 grid 23 feet wide by 10 feet tall. It is capable of rendering one quarter billion pixels, making it the highest resolution scientific visualization system in the world. It contains 128 nodes, each with two quad core AMD Opteron (Barcelona) processors and a Nvidia GeForce 480 GTX graphics processing unit (GPU) for a dedicated peak processing power of 128 teraflops across the entire system—100 times more powerful than the original hyperwall. The hyperwall 2 is directly connected to the Pleiades supercomputer's filesystem over an InfiniBand network, which allows the system to read data directly from the filesystem without needing to copy files onto the hyperwall 2's memory. In 2014, the hyperwall was upgraded with new hardware: 256 Intel Xeon "Ivy Bridge" processors and 128 NVIDIA Geforce 780 Ti GPUs. The upgrade increased the system's peak processing power from 9 teraflops to 57 teraflops, and now has nearly 400 gigabytes of graphics memory. In 2020, the hyperwall was further upgraded with new hardware: 256 Intel Xeon Platinum 8268 (Cascade Lake) processors and 128 NVIDIA Quadro RTX 6000 GPUs with a total of 3.1 terabytes of graphics memory. The upgrade increased the system's peak processing power from 57 teraflops to 512 teraflops.

Бір мезгілде бейнелеу

NAS-та әзірленген гиперқабырға технологиясының маңызды ерекшелігі – деректерді "бір уақытта визуализациялауға" мүмкіндік беруі, бұл ғалымдар мен инженерлерге суперкомпьютерлерде есептеулер жүріп жатқанда деректерді талдауға және түсіндіруге мүмкіндік береді. Бұл орындалу уақытын бақылау, басқару және тоқтату үшін есептеудің ағымдағы жағдайын ғана емес, сонымен қатар "кейіннен өңдеуге қарағанда уақыт бойынша жоғары ажыратымдылықта визуализациялауға мүмкіндік береді, себебі I/O және сақтау кеңістігіне қатысты талаптар көбінесе қажет болмайды [және] симуляцияда әйтпесе көрінбейтін ерекшеліктерді көрсетуге болады". NAS визуализациялау тобы 2005 жылы Колумбия суперкомпьютерінде іске қосылған үлкен параллельдікпен жұмыс істейтін болжамдау моделі үшін конфигурацияланатын бір уақыттағы құбыржолды әзірледі. Бұл Ұлттық дауыл орталығы үшін Атлантика мұхитындағы дауыл маусымын болжауға көмектеседі. Болжамдарды тапсыру мерзімдері болғандықтан, визуализациялау процесі симуляцияның жұмысын елеулі түрде бәсеңдетпеуі немесе оның қателікке ұшырауына себеп болмауы маңызды болды.