Pokročilá superpočítačová divize NASA - NASA Advanced Supercomputing Division

Pokročilá superpočítačová divize NASA
NASA Advanced Supercomputing Facility.jpg
Přehled agentury
Tvořil1982 (1982)
Předchozí agentury
  • Divize numerické aerodynamické simulace (1982)
  • Numerical Aerospace Simulation Division (1995)
Hlavní sídloVýzkumné centrum NASA Ames, Moffett Field, Kalifornie
37 ° 25'16 ″ severní šířky 122 ° 03'53 ″ Z / 37,42 111 ° N 122,06472 ° Z / 37.42111; -122.06472
Jednatel agentury
  • Piyush Mehrotra, vedoucí divize
Rodičovské odděleníŘeditelství pro výzkumnou technologii Ames Research Center
Mateřská agenturaNárodní úřad pro letectví a vesmír (NASA)
webová stránkawww.nas.nasa.gov
Současné superpočítačové systémy
PlejádyNadkupa SGI / HPE ICE X
Aitken[1]Systém HPE E-Cell
Electra[2]Systém SGI / HPE ICE X a HPE E-Cell
UsilovatSystém sdílené paměti SGI UV
Merope[3]Nadkupa SGI Altix

The Divize NASA Advanced Supercomputing (NAS) se nachází na Výzkumné centrum NASA Ames, Moffett Field v srdci Silicon Valley v horský výhled, Kalifornie. Již více než třicet let je hlavním zdrojem superpočítačů, modelování a simulací pro mise NASA v oblasti aerodynamiky, průzkumu vesmíru, studií meteorologických vzorů a oceánských proudů a vývoje a vývoje raketoplánů a letadel.

Zařízení v současné době sídlí petascale Plejády, Aitken a Electra superpočítače, stejně jako terascale Usilovat superpočítač. Systémy jsou založeny na SGI a HPE architektura s Intel procesory. V hlavní budově jsou také diskové a archivní úložné systémy s kapacitou přes exabyte dat, systém vizualizace hyperwall a jeden z největších InfiniBand síťové struktury na světě.[4] Divize NAS je součástí ředitelství pro průzkum technologií NASA a provozuje projekt NASA High-End Computing Capability (HECC).[5]

Dějiny

Zakládající

V polovině sedmdesátých let začala skupina leteckých inženýrů ve výzkumném středisku Ames hledat přestupy letecký a kosmický průmysl výzkum a vývoj od nákladného a časově náročného testování v aerodynamickém tunelu po simulační návrh a technické využití výpočetní dynamika tekutin (CFD) modely na superpočítačích výkonnější než ty, které jsou komerčně dostupné v té době. Tato snaha byla později pojmenována jako projekt Numerical Aerodynamic Simulator (NAS) a první počítač byl nainstalován v Centrálním výpočetním zařízení v Ames Research Center v roce 1984.

Průlom v nejmodernějším superpočítačovém zařízení se uskutečnil 14. března 1985, aby bylo možné postavit budovu, kde by v prostředí spolupráce mohli být pod jednou střechou odborníci na CFD, počítačoví vědci, specialisté na vizualizaci a inženýři v oblasti sítí a úložišť. V roce 1986 přešel NAS na plnohodnotnou divizi NASA a v roce 1987 zaměstnanci a vybavení NAS, včetně druhého superpočítače, Cray-2 s názvem Navier, byli přemístěni do nového zařízení, které bylo zasvěceno 9. března 1987.[6]

V roce 1995 změnil NAS svůj název na Numerical Aerospace Simulation Division a v roce 2001 na název, který má dnes.

Špičkové inovace v oboru

NAS je jedním z předních inovátorů ve světě superpočítačů a vyvíjí mnoho nástrojů a procesů, které se široce používají v komerčních superpočítačích. Mezi tyto první patří:[7]

  • Nainstalováno Cray je první UNIX - superpočítač na bázi[8]
  • Implementován model klient / server propojující superpočítače a pracovní stanice za účelem distribuce výpočtu a vizualizace
  • Vyvinuto a implementováno vysokorychlostní rozsáhlá síť (WAN) připojení superpočítačových zdrojů ke vzdáleným uživatelům (AEROnet)
  • Spoluvyvinutá první metoda NASA pro dynamickou distribuci produkčních zátěží napříč superpočítačovými prostředky v geograficky vzdálených lokalitách (NASA Metacenter)
  • Realizováno TCP / IP síťování v superpočítačovém prostředí
  • Vyvinut a dávkový systém řazení do fronty pro superpočítače (NQS)
  • Vyvinut hierarchický systém velkokapacitního úložiště na bázi UNIX (NAStore)
  • Vyvinuto společně (se společností SGI) jako první IRIX jediný obraz systému 256-, 512- a 1024-procesorové superpočítače
  • Vyvinuto společně (se společností SGI) jako první Linux - jednosystémový superpočítač s 512 a 1024 procesory na bázi obrazu
  • 2048 procesorů sdílená paměť životní prostředí
Obrázek tokového pole kolem raketoplánu, pohybujícího se na Mach 2,46 a ve výšce 20 000 m. Povrch vozidla je zbarven tlakovým součinitelem a šedé obrysy představují hustotu okolního vzduchu vypočítanou pomocí kódu OVERFLOW.

Vývoj softwaru

NAS vyvíjí a přizpůsobuje software, aby „doplnil a zdokonalil práci vykonanou na svých superpočítačích, včetně softwaru pro podporu systémů, monitorovacích systémů, zabezpečení a vědecké vizualizace“, a tento software často poskytuje svým uživatelům prostřednictvím dohody NASA o otevřených zdrojích ( NOSA).[9]

Několik důležitých vývojových softwarů z NAS zahrnuje:

  • Paralelní benchmarky NAS (NPB) byly vyvinuty k hodnocení vysoce paralelních superpočítačů a napodobování charakteristik rozsáhlých CFD aplikací.
  • Přenosný dávkový systém (PBS) byl první dávkový software pro zařazování do fronty pro paralelní a distribuované systémy. To bylo propuštěno komerčně v roce 1998 a je stále široce používán v průmyslu.
  • PLOT3D byl vytvořen v roce 1982 a je programem počítačové grafiky, který se dodnes používá k vizualizaci sítí a řešení strukturovaných datových souborů CFD. Tým PLOT3D získal čtvrtou největší cenu, jakou kdy NASA Space Act Program udělil za vývoj jejich softwaru, který znamenal revoluci ve vědecké vizualizaci a analýze 3D CFD řešení.[6]
  • RYCHLE (Flow Analysis Software Toolkit) je softwarové prostředí založené na PLOT3D a slouží k analýze dat z numerických simulací, které, i když jsou šité na míru vizualizaci CFD, lze použít k vizualizaci téměř jakéhokoli skalární a vektor data. To bylo uděleno NASA Software of the Year Award v roce 1995.[10]
  • INS2D a INS3D jsou kódy vyvinuté inženýry NAS k řešení nekomprimovatelných Navier-Stokesovy rovnice ve dvou- a trojrozměrných zobecněných souřadnicích pro ustálený stav a časově proměnlivý tok. V roce 1994 získal INS3D cenu NASA Software of the Year Award.[6]
  • Košík3D je vysoce věrný analytický balíček pro aerodynamický design, který umožňuje uživatelům provádět automatizované CFD simulace na složitých formách. Stále se používá v NASA a dalších vládních agenturách k testování koncepčních a předběžných návrhů leteckých a kosmických lodí.[11] Tým Cart3D vyhrál v roce 2002 cenu NASA Software of the Year.
  • PŘETÉKAT (Overset grid flow solver) je softwarový balíček vyvinutý pro simulaci proudění tekutin kolem pevných těles pomocí Reynoldsových průměrovaných Navier-Stokesových rovnic CFD. Jednalo se o první univerzální kód CFD NASA pro nadměrné (Chimera) mřížkové systémy a byl vydán mimo NASA v roce 1992.
  • Chimera Grid Tools (CGT)je softwarový balíček obsahující řadu nástrojů pro přístup Chimera overet grid k řešení problémů CFD generování povrchové a objemové mřížky; stejně jako manipulace s mřížkou, vyhlazování a projekce.

Historie superpočítačů

Od svého založení v roce 1987, NASA Advanced Supercomputing Facility sídlí a provozuje jedny z nejvýkonnějších superpočítačů na světě. Mnoho z těchto počítačů zahrnuje testovací postel systémy postavené za účelem testování nové architektury, hardwaru nebo síťových nastavení, které lze využít ve větším měřítku.[6][8] Špičkový výkon je uveden v Operace s pohyblivou řádovou čárkou za sekundu (FLOPS).

Název počítačeArchitekturaŠpičkový výkonPočet CPUDatum instalace
Cray XMP-12210,53 megaflops11984
NavieruCray 21,95 gigaflops41985
ChuckKonvexní 38201,9 gigaflops81987
PierreMyšlenkové stroje CM214,34 gigaflops16,0001987
43 gigaflops48,0001991
StokesCray 21,95 gigaflops41988
DudákCDC / ETA-10Q840 megaflops41988
ReynoldsCray Y-MP2,54 gigaflops81988
2,67 gigaflops881988
LagrangeIntel iPSC / 8607,88 gigaflops1281990
GamaIntel iPSC / 8607,68 gigaflops1281990
von KarmanKonvexní 3240200 megaflops41991
BoltzmannThinking Machines CM516,38 gigaflops1281993
SigmaIntel Paragon15,60 gigaflops2081993
von NeumannCray C9015,36 gigaflops161993
OrelCray C907,68 gigaflops81993
MilostIntel Paragon15,6 gigaflops2091993
BabbageIBM SP-234,05 gigaflops1281994
42,56 gigaflops1601994
da VinciSGI Moc výzva161994
SGI Power Challenge XL11,52 gigaflops321995
NewtonCray J907,2 gigaflops361996
SeleSGI Origin 2000/250 MHz4 gigaflopy81997
TuringSGI Origin 2000/195 MHz9,36 gigaflops241997
25 gigaflops641997
FermiSGI Origin 2000/195 MHz3,12 gigaflops81997
NásypkaSGI Origin 2000/250 MHz32 gigaflops641997
EvelynSGI Origin 2000/250 MHz4 gigaflopy81997
StegerSGI Origin 2000/250 MHz64 gigaflops1281997
128 gigaflops2561998
LomaxSGI Origin 2800/300 MHz307,2 gigaflops5121999
409,6 gigaflops5122000
LouSGI Origin 2000/250 MHz4,68 gigaflops121999
ArielSGI Origin 2000/250 MHz4 gigaflopy82000
SebastianSGI Origin 2000/250 MHz4 gigaflopy82000
SN1-512SGI Origin 3000/400 MHz409,6 gigaflops5122001
JasnýCray SVe1 / 500 MHz64 gigaflops322001
ChapmanSGI Origin 3800/400 MHz819,2 gigaflops1,0242001
1,23 teraflops1,0242002
Lomax IISGI Origin 3800/400 MHz409,6 gigaflops5122002
Kalpana[12]SGI Altix 3000 [13]2,66 teraflops5122003
Cray X1[14]204,8 gigaflops2004
ColumbiaSGI Altix 3000[15]63 teraflops10,2402004
SGI Altix 470010,2962006
85,8 teraflops[16]13,8242007
SchirraIBM POWER5 +[17]4,8 teraflops6402007
RT JonesSGI ICE 8200, Procesory Intel Xeon „Harpertown“43,5 teraflops4,0962007
PlejádySGI ICE 8200, procesory Intel Xeon „Harpertown“[18]487 teraflopů51,2002008
544 teraflopů[19]56,3202009
SGI ICE 8200, Intel Xeon „Harpertown“ /"Nehalem" Procesory[20]773 teraflopů81,9202010
SGI ICE 8200/8400, Intel Xeon „Harpertown“ / „Nehalem“ /"Westmere" Procesory[21]1,09 petaflops111,1042011
SGI ICE 8200/8400 / X, Intel Xeon „Harpertown“ / „Nehalem“ / „Westmere“ /"Sandy Bridge" Procesory[22]1,24 petaflops125,9802012
SGI ICE 8200/8400 / X, Intel Xeon „Nehalem“ / „Westmere“ / „Sandy Bridge“ /"Most z břečťanu" Procesory[23]2,87 petaflops162,4962013
3,59 petaflops184,8002014
SGI ICE 8400 / X, Intel Xeon "Westmere" / "Sandy Bridge" / "Ivy Bridge" /"Haswell" Procesory[24]4,49 petaflops198,4322014
5,35 petaflops[25]210,3362015
SGI ICE X, Intel Xeon „Sandy Bridge“ / „Ivy Bridge“ / „Haswell“ /"Broadwell" Procesory[26]7,25 petaflops246,0482016
UsilovatSGI UV 2000, Procesory Intel Xeon „Sandy Bridge“[27]32 teraflops1,5362013
MeropeSGI ICE 8200, procesory Intel Xeon „Harpertown“[23]61 teraflopů5,1202013
SGI ICE 8400, procesory Intel Xeon „Nehalem“ / „Westmere“[24]141 teraflops1,1522014
ElectraSGI ICE X, procesory Intel Xeon „Broadwell“[28]1,9 petaflops1,1522016
SGI ICE X / HPE SGI 8600 E-Cell, Intel Xeon "Broadwell" /"Skylake" Procesory[29]4,79 petaflops2,3042017
8,32 petaflops [30]3,4562018
AitkenHPE SGI 8600 E-Cell, Intel Xeon „Cascade Lake“ Procesory[31]3,69 petaflops1,1502019
Název počítačeArchitekturaŠpičkový výkonPočet CPUDatum instalace

Prostředky úložiště

Úložiště disku

V roce 1987 NAS uzavřel partnerství s Agentura pro obranné výzkumné projekty (DARPA) a University of California, Berkeley v Nadbytečné pole levných disků (RAID) projekt, jehož cílem bylo vytvořit technologii úložiště, která spojila více komponent diskové jednotky do jedné logické jednotky. Projekt RAID, který byl dokončen v roce 1992, vedl k dnes používané technologii úložiště distribuovaných dat.[6]

V zařízení NAS je v současné době uloženo diskové velkokapacitní úložiště na paralelním klastru DMF SGI s vysoce dostupným softwarem skládajícím se ze čtyř 32-procesorových front-end systémů, které jsou připojeny k superpočítačům a archivnímu páskovému úložišti. Systém má 192 GB paměti na front-end[32] a 7,6 petabajtů (PB) diskové mezipaměti.[4] Data uložená na disku se pravidelně migrují do páskových archivních úložných systémů v zařízení, aby se uvolnilo místo pro další uživatelské projekty spuštěné na superpočítačích.

Archivní a úložné systémy

V roce 1987 vyvinul NAS první hierarchický systém velkokapacitního úložiště na bázi UNIX, pojmenovaný NAStore. Obsahovala dva StorageTek 4400 kazetových páskových robotů, každý s úložnou kapacitou přibližně 1,1 terabajtu, zkracuje dobu načítání pásky ze 4 minut na 15 sekund.[6]

S instalací superpočítače Pleiades v roce 2008 nedokázaly systémy StorageTek, které NAS používaly po dobu 20 let, uspokojit potřeby většího počtu uživatelů a zvětšování velikostí souborů jednotlivých projektů datové sady.[33] V roce 2009 přinesl NAS Spectra Logic Robotické páskové systémy T950, které zvýšily maximální kapacitu zařízení na 16 petabajtů prostoru dostupného pro uživatele k archivaci dat ze superpočítačů.[34] V březnu 2019 zařízení NAS zvýšilo celkovou kapacitu archivního úložiště páskových knihoven Spectra Logic na 1048 petabajtů (nebo 1 exabyte) s 35% kompresí.[32] SGI's Data Migration Facility (DMF) a OpenVault spravují migraci dat z disku na pásku a de-migraci z pásky na disk pro zařízení NAS.

Od března 2019 je v archivním úložném systému NAS uloženo více než 110 petabajtů jedinečných dat.[32]

Systémy vizualizace dat

V roce 1984 společnost NAS zakoupila 25 grafických terminálů SGI IRIS 1000, což je začátek jejich dlouhého partnerství se společností se sídlem v Silicon Valley, což významně ovlivnilo postprocesing a vizualizaci výsledků CFD spuštěných na superpočítačích v zařízení.[6] Vizualizace se stala klíčovým procesem v analýze simulačních dat běžících na superpočítačích, což umožnilo technikům a vědcům prohlížet si jejich výsledky prostorově a způsoby, které umožňovaly lepší pochopení CFD sil při práci na jejich návrzích.

Hyperwall zobrazující více obrázků
Hyperwall zobrazující jeden jediný obrázek
Vizualizační systém hyperwall v zařízení NAS umožňuje vědcům zobrazit více simulací spuštěných na superpočítačích nebo jediný velký obrázek nebo animaci.

Hyperwall

V roce 2002 odborníci na vizualizaci NAS vyvinuli vizualizační systém s názvem „hyperwall“, který zahrnoval 49 propojených LCD panely, které vědcům umožnily prohlédnout si komplex datové sady na velkém, dynamickém poli obrazovky sedm ku sedmi. Každá obrazovka měla svůj vlastní výpočetní výkon, který každému umožňoval zobrazovat, zpracovávat a sdílet datové sady, aby bylo možné zobrazit jeden obrázek na všech obrazovkách nebo nakonfigurovat tak, aby bylo možné data zobrazit v „buňkách“ jako obrovskou vizuální tabulku.[35]

Druhá generace „hyperwall-2“ byla vyvinuta v roce 2008 NAS ve spolupráci s Colfax International a je tvořena 128 LCD obrazovkami uspořádanými do mřížky 8x16 23 stop široký a 10 stop vysoký. Je schopen vykreslit čtvrt miliardy pixelů, což z něj činí vědecký vizualizační systém s nejvyšším rozlišením na světě.[36] Obsahuje 128 uzlů, každý se dvěma čtyřjádry AMD Opteron (Barcelona ) procesory a a Nvidia GeForce 480 GTX grafická jednotka (GPU) pro vyhrazený špičkový výkon zpracování 128 teraflopů v celém systému - stokrát výkonnější než původní hyperwall.[37] Hyperwall-2 je přímo připojen k souborovému systému superpočítače Plejády přes síť InfiniBand, což umožňuje systému číst data přímo ze souborového systému, aniž by bylo nutné kopírovat soubory do paměti hyperwall-2.

V roce 2014 byla hyperwall upgradována o nový hardware: 128 procesorů Intel Xeon „Ivy Bridge“ a NVIDIA Geforce 780 Ti GPU. Upgrade zvýšil špičkový výkon systému z 9 teraflops na 57 teraflops a nyní má téměř 400 gigabajtů grafické paměti.[38]

Souběžná vizualizace

Důležitým rysem technologie hyperwall vyvinuté na NAS je to, že umožňuje „souběžnou vizualizaci“ dat, což umožňuje vědcům a technikům analyzovat a interpretovat data, zatímco výpočty probíhají na superpočítačích. To nejen ukazuje aktuální stav výpočtu pro monitorování, řízení a ukončení běhu, ale také "umožňuje vizualizaci vyššího časového rozlišení ve srovnání s následným zpracováním, protože požadavky na I / O a úložný prostor jsou do značné míry odstraněny ... [a ] může v simulaci zobrazit prvky, které by jinak nebyly viditelné. “[39]

Vizualizační tým NAS vyvinul konfigurovatelný souběžný systém potrubí pro použití s ​​masivně paralelním modelem předpovědi spuštěným na superpočítači Columbia v roce 2005, který pomůže předpovědět sezónu hurikánů v Atlantiku pro Národní hurikánové centrum. Z důvodu termínů pro odeslání každé z prognóz bylo důležité, aby proces vizualizace významně nebránil simulaci nebo nezpůsobil její selhání.

Reference

  1. ^ „Domovská stránka superpočítače Aitken“. NAS.
  2. ^ „Domovská stránka superpočítače Electra“. NAS.
  3. ^ „Domovská stránka superpočítače Merope“. NAS.
  4. ^ A b "Advanced NASA Supercomputing Division: Advanced Computing" (PDF). NAS. 2019.
  5. ^ „Domovská stránka NAS - O divizi NAS“. NAS.
  6. ^ A b C d E F G „Brožura k 25. výročí pokročilé superpočítačové divize NASA (PDF)“ (PDF). NAS. Archivovány od originál (PDF) dne 02.03.2013.
  7. ^ „Domovská stránka NAS: Historie divize“. NAS.
  8. ^ A b „Historie vysoce výkonného počítače NAS“. Mřížkové body: 1A – 12A. Jaro 2002.
  9. ^ „Software a datové sady NAS“. NAS.
  10. ^ „Softwarová sada pro analýzu toku NASA“. NASA.
  11. ^ „Domovská stránka NASA Cart3D“.
  12. ^ „NASA pojmenuje superpočítač po astronautovi Kolumbii“. NAS. Květen 2005.
  13. ^ „NASA Ames instaluje první superpočítač Alitx 512 na světě“. NAS. Listopad 2003.
  14. ^ „Nový systém Cray X1 přichází na NAS“. NAS. Duben 2004.
  15. ^ „NASA představuje svůj nejnovější a nejvýkonnější superpočítač“. NASA. Říjen 2004.
  16. ^ „Domovská stránka superpočítače Columbia Supercomputer“. NASA.
  17. ^ „NASA si vybrala IBM pro superpočítačové aplikace nové generace“. NASA. Červen 2007.
  18. ^ „Superpočítač NASA patří mezi nejrychlejší na světě - listopad 2008“. NASA. Listopadu 2008.
  19. ^ "'Živá 'integrace Plejády Rack šetří 2 miliony hodin ". NAS. Únor 2010.
  20. ^ „Superpočítač NASA zdvojnásobuje kapacitu, zvyšuje efektivitu“. NASA. Červen 2010.
  21. ^ „Superpočítač Plejády NASA patří mezi nejrychlejší na světě“. NASA. Červen 2011.
  22. ^ „Superpočítač Plejády získává trochu víc Oomph“. NASA. Červen 2012.
  23. ^ A b „Superpočítač Pleiades NASA upgradován, uzly Harpertown změněny“. NAS. Srpen 2013.
  24. ^ A b „Superpočítač Pleiades NASA upgradován, zvýší výkon o jeden petaflops“. NAS. Října 2014.
  25. ^ „Výkon superpočítače Pleiades klesl na 5,35 Petaflops s nejnovější expanzí“. NAS. Ledna 2015.
  26. ^ „Špičkový výkon superpočítače Plejády zvýšen, kapacita dlouhodobého skladování ztrojnásobena“. NAS. Červenec 2016.
  27. ^ „Domovská stránka zdroje superpočítače Endeavour“. NAS.
  28. ^ „NASA Ames odstartuje modulární superpočítačové zařízení Pathfinding“. NAS. Února 2017.
  29. ^ „Nedávno rozšířený, první modulární superpočítač NASA je na 15. místě v USA na seznamu TOP500“. NAS. Listopad 2017.
  30. ^ „Superpočítač Electra NASA stoupá na 12. místo v USA na seznamu TOP500“. NAS. Listopadu 2018.
  31. ^ „Pokročilá superpočítačová divize NASA: Modulární superpočítač“ (PDF). NAS. 2019.
  32. ^ A b C „Domovská stránka zdroje archivního úložného systému HECC“. NAS.
  33. ^ „Upgrady NAS Silo, Tape Drive a Storage - SC09“ (PDF). NAS. Listopad 2009.
  34. ^ „Instalace nového systému pro archivaci dat NAS byla dokončena“. NAS. 2009.
  35. ^ „Mars Flyer debutuje na Hyperwall“. NAS. Září 2003.
  36. ^ „NASA vyvíjí vizualizační systém s nejvyšším rozlišením na světě“. NAS. Červen 2008.
  37. ^ „Přehled vizualizačních systémů NAS“. NAS.
  38. ^ „Vizualizační systém hyperwall NAS byl upgradován na uzly Ivy Bridge“. NAS. Října 2014.
  39. ^ Ellsworth, David; Bryan Green; Chris Henze; Patrick Moran; Timothy Sandstrom (září – říjen 2006). „Souběžná vizualizace v produkčním superpočítačovém prostředí“ (PDF). Transakce IEEE na vizualizaci a počítačové grafice. 12 (5).

externí odkazy

Pokročilé superpočítačové zdroje NASA

Další online zdroje