No outono passado, fiz uma excursão pelo supercomputador Blue Waters na Universidade de Illinois. Perguntei se alguém já usou o computador inteiro. Disseram-me que estava sempre trabalhando em vários projetos. Isso me fez pensar sobre a utilidade dos supercomputadores. Talvez o Blue Waters seja incomum, pois precisa ser compartilhado pela indústria e pela universidade - não sei. Suponho que haja alguma sobrecarga no gerenciamento de processadores e memória de um único supercomputador. Seria mais econômico construir computadores menores? Alguém pode me ajudar a entender o valor dos supercomputadores? Ou será que às vezes eles são dedicados a projetos únicos?
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Mitchell Kaplan
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Respostas:
Um trabalho típico na Blue Waters está usando cerca de 10% da máquina e consome um total de 75 horas de nó . O Blue Waters possui cerca de 27500 nós, o que significa que alguns desses trabalhos de "75 nós hora" estão sendo executados em apenas alguns minutos. Isso permite que os cientistas usem a máquina de maneira um pouco interativa. (Você pode ver as médias móveis aqui: http://xdmod.ncsa.illinois.edu/#tg_usage:group_by_Jobs_none )
Supercomputadores são apenas grandes coleções de computadores menores. A principal razão pela qual os reunimos em um só lugar é que podemos compartilhar o custo com mais eficiência dessa maneira. Você está tentando criar um computador que pode dar muito trabalho e para o qual o custo total de propriedade (o custo total do computador, a energia e a manutenção) é minimizado durante a vida útil do computador.
Existem vários fatores envolvidos no custo total de propriedade: O custo do equipamento é um. Para minimizar o custo de propriedade, você deseja que o equipamento faça um trabalho útil na maior porcentagem de tempo possível (idealmente 100% do tempo, realisticamente um pouco menos, como 95% seria considerado bom), até que o equipamento se queime ou se torna obsoleto. Por outro lado, o computador do seu laptop ou telefone provavelmente está em uso menos de 10% do tempo em que você o possui (você está dormindo 33% do tempo, está comendo e relaxando cerca da metade do tempo em que está acordado e mesmo quando você está "usando" o computador, o processador fica ocioso na maioria das vezes.)
O segundo é o custo da energia. Existem várias partes disso: a primeira é o custo do próprio poder. Parte desse custo é consumida no transporte da energia da usina para o computador. Parte disso é perdida na "fonte de alimentação" do computador (que está apenas convertendo a energia CA em energia CC). Um conversor CA-> CC maior geralmente pode ser mais eficiente. Além disso, os computadores transformam energia elétrica útil em calor residual. Então você também precisa pagar para remover o calor. Novamente, os aparelhos de ar condicionado maiores geralmente podem ser mais eficientes do que vários aparelhos de ar condicionado pequenos.
O terceiro é o custo de manutenção. Reunindo vários computadores e projetando-os para que, quando um deles fica parado, o restante continue funcionando, você pode amortizar o custo da equipe de manutenção em um número muito maior de nós de computadores do que você faria se os nós fossem todos diferentes e colocados em edifícios diferentes (ou cidades).
Os detalhes: Blue Waters tem 288 armários. Cada gabinete possui 96 "nós". Cada nó é um computador high-end bastante normal. A maioria dos nós possui 2 processadores AMD Opeteron 6276 em 2,3 GHz e 64 GB de DRAM. Cerca de 1/6 dos nós têm um único AMD Opteron 6276, uma GPU NVidia K20 e 38 GB de DRAM. Se você quiser, poderá comprar algo semelhante a um "nó" por cerca de US $ 3000 ou US $ 4000 e colocá-lo na sua sala de estar para jogar videogame. Blue Waters possui cerca de 27648 nós. https://bluewaters.ncsa.illinois.edu/hardware-summary
Cada nó provavelmente consome um pouco mais de 500 Watts e transforma essa energia em calor. Se você tivesse um nó em sua sala para jogar videogame, isso não seria um grande problema. Ele consumiria eletricidade da tomada e geraria tanto calor quanto um pequeno aquecedor pessoal. No inverno, seria agradável e aconchegante. No verão, você teria que ligar o ar condicionado com mais frequência para manter sua casa confortável. Se você tivesse a potência máxima o dia inteiro, sua conta de eletricidade aumentaria consideravelmente, talvez o dobro do que você está consumindo agora.
Mas quando você junta 27648 deles, ele consome cerca de 15 Megawatts e gera uma quantidade correspondentemente grande de calor. A verdadeira maravilha da engenharia da Blue Waters, como qualquer grande data center, é o próprio edifício. É uma enorme caixa refrigerada. O edifício Blue Waters é particularmente interessante porque é incrivelmente eficiente. Cerca de 85% da energia que entra no prédio é realmente usada para executar os nós. Acredito que li em algum lugar (não consigo encontrá-lo no momento) apenas 15% é perdido na conversão de energia e na remoção do calor residual. Isso é muito melhor do que o que você obteria do computador para jogos de 500 Watts na sua sala de estar. Você provavelmente precisaria de uma "fonte de alimentação" de 750 Watts e mais algumas centenas de Watts para ligar o ar condicionado.
TL; DR
Vamos juntar tudo. Ao reunir milhares de computadores menores e espalhar o uso entre muitas pessoas, mantemos esses computadores funcionando a maior parte do tempo, compartilhando os recursos de uma maneira muito eficiente. Custa muito dinheiro para fornecer às pessoas computadores que ficam ociosos a maior parte do tempo. A melhor maneira de economizar dinheiro com computação é fazer com que as pessoas compartilhem os computadores para que eles estejam ocupados a maior parte do tempo.
O Blue Waters é muito mais do que apenas os computadores dentro dele. Foi especialmente projetado para ser o mais eficiente possível em termos de energia. Parte disso envolve colocá-lo perto de usinas para reduzir as perdas de energia nas linhas de transmissão de energia. Aqui está uma imagem de satélite da parte de Champaign IL contendo Blue Waters para demonstrar:
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supercomputadores são extremamente importantes na pesquisa moderna. eles nem sempre são usados na capacidade total, dependendo de uma dinâmica de fornecimento / demanda / gerenciamento e de um ciclo contínuo de atualização / substituição. existem supercomputadores maciços usados na indústria de defesa para simulações de armas (correspondendo a um dos princípios / ímpetos iniciais para a invenção do computador na Segunda Guerra Mundial, computando trajetórias de projéteis). esse uso não é altamente divulgado. as simulações modernas de armas são para armas nucleares e são altamente classificadas. as simulações permitem que novos projetos de armas sejam "testados" com precisão apenas por meio de simulações computacionais. os EUA até rejeitam a exportação de tecnologia avançada de computação para outros países, como a China, por esse motivo,
existem muitos outros usos. eles podem ser usados para simular a dinâmica do design do produto. por exemplo, a empresa Tide precisava descobrir como misturar ingredientes diferentes em seus sabonetes de maneira ideal, e supercomputadores foram usados para ajudar a calcular a mistura ideal.
a maioria dos supercomputadores envolve a execução de vários projetos diferentes. eles são usados como recursos compartilhados e a gerência possui estratégias para escolher projetos com base em sua carga geral, valor da pesquisa etc.
o valor básico dos supercomputadores é que cálculos em larga escala simplesmente não podem ser executados em computadores "menores" com menos capacidade geral da CPU. mas, na última década, houve uma grande mudança na construção de supercomputadores com a tecnologia "comercial de prateleira" (também conhecida como COTS), que diminui seu preço e ainda tem um desempenho muito alto.
A wikipedia menciona usos básicos de supercomputadores, esta é uma lista parcial.
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