Введение

Предоставляет вычислительные ресурсы для различных проектов NASA.

Текущие суперкомпьютерные системы:
Плеяды – SGI/HPE ICE X суперкластер
Aitken – HPE E Cell система
Electra – SGI/HPE ICE X & HPE E Cell система
Endeavour – SGI UV система с общей памятью
Merope – SGI Altix суперкластер

Отдел передовых суперкомпьютерных вычислений (NAS) NASA расположен в Исследовательском центре имени Эймса NASA, Моффетт-Филд, в самом сердце Кремниевой долины, в Маунтин-Вью, Калифорния. На протяжении почти сорока лет он являлся основным ресурсом для суперкомпьютерного моделирования и симуляций в рамках миссий NASA в области аэродинамики, исследования космоса, изучения погодных условий и океанических течений, а также проектирования и разработки космических шаттлов и самолетов. В настоящее время в комплексе размещены петаскейловые суперкомпьютеры Pleiades, Aitken и Electra, а также тераскейловый суперкомпьютер Endeavour. Системы построены на архитектуре SGI и HPE с процессорами Intel. В главном здании также находятся дисковые и архивные ленточные системы хранения данных общей емкостью более эксабайта, система визуализации Hyperwall и одна из крупнейших в мире сетевых инфраструктур InfiniBand. Отдел NAS входит в состав Директората по перспективным технологиям NASA и управляет проектом высокопроизводительных вычислений NASA (HECC).

Основание

В середине 1970-х годов группа инженеров-аэрокосмиков из Исследовательского центра Эймса начала изучать возможность переноса исследований и разработок в аэрокосмической отрасли с дорогостоящих и трудоемких испытаний в аэродинамической трубе на проектирование и конструирование на основе моделирования с использованием вычислительной гидродинамики (CFD) на суперкомпьютерах, превосходящих по мощности доступные в то время коммерческие модели. Это начинание впоследствии получило название Проект численного аэродинамического моделирования (NAS), и первый компьютер был установлен в Центральном вычислительном центре Исследовательского центра Эймса в 1984 году. 14 марта 1985 года состоялась церемония закладки фундамента современного суперкомпьютерного комплекса для строительства здания, где эксперты в области CFD, специалисты по компьютерным наукам, специалисты по визуализации, а также инженеры сетевых и хранилищных систем могли бы работать в тесном сотрудничестве. В 1986 году NAS был преобразован в полноценное подразделение NASA, а в 1987 году персонал и оборудование NAS, включая второй суперкомпьютер Cray 2 под названием Navier, были перенесены в новое здание, торжественное открытие которого состоялось 9 марта 1987 года. В 1995 году NAS сменил название на Numerical Aerospace Simulation Division, а в 2001 году – на нынешнее.

История суперкомпьютеров

С момента постройки в 1987 году, NASA Advanced Supercomputing Facility размещал и эксплуатировал одни из самых мощных суперкомпьютеров в мире. Многие из этих компьютеров включали в себя тестовые системы, созданные для испытания новой архитектуры, оборудования или сетевых конфигураций, которые могли быть использованы в большем масштабе. Пиковая производительность указывается в операциях с плавающей точкой в секунду (FLOPS).

Наименование компьютера Архитектура Пиковая производительность Количество процессоров Дата установки
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 MHz 4 гигафлопс 8 1997
Turing SGI Origin 2000/195 MHz 9.36 гигафлопс 24 1997
25 гигафлопс 64 1997
Fermi SGI Origin 2000/195 MHz 3.12 гигафлопс 8 1997
Hopper SGI Origin 2000/250 MHz 32 гигафлопс 64 1997
Evelyn SGI Origin 2000/250 MHz 4 гигафлопс 8 1997
Steger SGI Origin 2000/250 MHz 64 гигафлопс 128 1997
128 гигафлопс 256 1998
Lomax SGI Origin 2800/300 MHz 307.2 гигафлопс 512 1999
409.6 гигафлопс 512 2000
Lou SGI Origin 2000/250 MHz 4.68 гигафлопс 12 1999
Ariel SGI Origin 2000/250 MHz 4 гигафлопс 8 2000
Sebastian SGI Origin 2000/250 MHz 4 гигафлопс 8 2000
SN1 512 SGI Origin 3000/400 MHz 409.6 гигафлопс 512 2001
Bright Cray SVe1/500 MHz 64 гигафлопс 32 2001
Chapman SGI Origin 3800/400 MHz 819.2 гигафлопс 1,024 2001
1.23 терафлопс 1,024 2002
Lomax II SGI Origin 3800/400 MHz 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" Processors 43.5 терафлопс 4,096 2007
Pleiades SGI ICE 8200, Intel Xeon "Harpertown" Processors 487 терафлопс 51,200 2008
544 терафлопс 56,320 2009
SGI ICE 8200, Intel Xeon "Harpertown"/"Nehalem" Processors 773 терафлопс 81,920 2010
SGI ICE 8200/8400, Intel Xeon "Harpertown"/"Nehalem"/"Westmere" Processors 1.09 петафлопс 111,104 2011
SGI ICE 8200/8400/X, Intel Xeon "Harpertown"/"Nehalem"/"Westmere"/"Sandy Bridge" Processors 1.24 петафлопс 125,980 2012
SGI ICE 8200/8400/X, Intel Xeon "Nehalem"/"Westmere"/"Sandy Bridge"/"Ivy Bridge" Processors 2.87 петафлопс 162,496 2013
3.59 петафлопс 184,800 2014
SGI ICE 8400/X, Intel Xeon "Westmere"/"Sandy Bridge"/"Ivy Bridge"/"Haswell" Processors 4.49 петафлопс 198,432 2014
5.35 петафлопс 210,336 2015
SGI ICE X, Intel Xeon "Sandy Bridge"/"Ivy Bridge"/"Haswell"/"Broadwell" Processors 7.25 петафлопс 246,048 2016
Endeavour SGI UV 2000, Intel Xeon "Sandy Bridge" Processors 32 терафлопс 1,536 2013
Merope SGI ICE 8200, Intel Xeon "Harpertown" Processors 1.9 петафлопс 1,152 2016
SGI ICE X/HPE SGI 8600 E Cell, Intel Xeon "Broadwell"/"Skylake" Processors 4.79 петафлопс 2,304 2017
8.32 петафлопс 3,456 2018
Aitken HPE SGI 8600 E Cell, Intel Xeon "Cascade Lake" Processors 3.69 петафлопс 1,150 2019

Хранение на диске

В 1987 году NAS сотрудничал с Агентством передовых исследовательских проектов Министерства обороны (DARPA) и Калифорнийским университетом в Беркли в рамках проекта Redundant Array of Inexpensive Disks (RAID), целью которого было создание технологии хранения данных, объединяющей несколько компонентов дисковых накопителей в единое логическое устройство. Проект RAID, завершенный в 1992 году, привел к созданию технологии распределенного хранения данных, используемой и сегодня, а также располагал 7,6 петабайтами (PB) дискового кэша. В 2009 году NAS внедрил роботизированные ленточные системы Spectra Logic T950, что увеличило максимальную емкость хранилища до 16 петабайт, доступных пользователям для архивирования данных с суперкомпьютеров. По состоянию на март 2019 года NAS увеличил общую емкость архивного хранения данных в ленточных библиотеках Spectra Logic до 1048 петабайт (или 1 эксабайт) с 35%-ным сжатием. Второе поколение "гиперстены 2" было разработано в 2008 году NAS в партнерстве с Colfax International и состоит из 128 ЖК-экранов, расположенных в сетке 8x16 размером 23 фута в ширину и 10 футов в высоту. Она способна отображать четверть миллиарда пикселей, что делает ее системой научной визуализации с самым высоким разрешением в мире. Она содержит 128 узлов, каждый из которых оснащен двумя четырехъядерными процессорами AMD Opteron (Барселона) и графическим процессором Nvidia GeForce 480 GTX, обеспечивающими выделенную пиковую вычислительную мощность 128 терафлопсов для всей системы – в 100 раз больше, чем у оригинальной гиперстены. Гиперстена 2 напрямую подключена к файловой системе суперкомпьютера Плеяды через сеть InfiniBand, что позволяет системе считывать данные непосредственно из файловой системы без необходимости копирования файлов в память гиперстены 2. В 2014 году гиперстена была модернизирована новым оборудованием: 256 процессорами Intel Xeon "Ivy Bridge" и 128 графическими процессорами NVIDIA GeForce 780 Ti. Модернизация увеличила пиковую вычислительную мощность системы с 9 терафлопсов до 57 терафлопсов, а объем графической памяти составил почти 400 гигабайт. В 2020 году гиперстена была дополнительно модернизирована новым оборудованием: 256 процессорами Intel Xeon Platinum 8268 (Cascade Lake) и 128 графическими процессорами NVIDIA Quadro RTX 6000 с общей емкостью 3,1 терабайта графической памяти. Модернизация увеличила пиковую вычислительную мощность системы с 57 терафлопсов до 512 терафлопсов.

Одновременная визуализация

Важной особенностью технологии гиперстены, разработанной в NAS, является возможность "визуализации в реальном времени", которая позволяет ученым и инженерам анализировать и интерпретировать данные непосредственно во время работы вычислений на суперкомпьютерах. Это не только отображает текущее состояние расчета для мониторинга, управления и завершения процесса, но и "обеспечивает визуализацию с более высоким временным разрешением по сравнению с постобработкой, поскольку значительно снижаются требования к вводу-выводу и объему памяти [и] позволяет увидеть детали в симуляции, которые иначе остались бы незамеченными". В 2005 году команда визуализации NAS разработала конфигурируемый конвейер визуализации в реальном времени для работы с масштабируемой параллельной моделью прогнозирования, запущенной на суперкомпьютере Columbia, чтобы помочь Национальному центру ураганов в прогнозировании сезона атлантических ураганов. Учитывая жесткие сроки представления каждого прогноза, было важно, чтобы процесс визуализации не оказывал существенного влияния на ход моделирования и не приводил к его сбоям.