High-Performance Computing

High-performance computing (HPC) – kõrgjõudlusega arvutamine kasutab superarvuteid ning arvutite klastreid eesmärgiga likvideerida keerulisi arvutusprobleeme. Tänapäeval loetakse HPC arvutite hulka arvuteid, mille suutlikkus sekundis tehteid teha on vähemalt teraFLOPS’i tasemel.

Viide

Ülevaade

Termin „high-performance computing (HPC)“ on kasutuses kõige enam teaduslikes uurimustöödes või arvutiteaduses. Seotud termineid „high-performance technical computing (HPTC)“ viitab tavaliselt insenerlike klastripõhiliste andmetöötlustega seotud toimingutele (arvutipõhine füüsika (computational fluid dynamics), liiklusõnnetuste simuleerimine ning hoonete projekteerimine ja ehitamine virtuaalsete platvormidena). Tänapäeval on HPC jõudnud kohaneda ka nö juriidilistes kasutusvaldkondades – andmebaasid, ärialased toimingud ning tehingute töötlemised.

Termin HPC tekkis pärast mõistet „supercomputing“. HPC-d vastandatakse mõnikord ka mõistega „supercomputing“, kuid muus kontekstis, „supercomputer“-it kasutatakse rohkem võimsamate isendite kirjeldamisel – „high-performance computers“. Ja termin „supercomputing“ tuleneb mõistest „high-performance computing“. Ehk siis segadus kolme termini vahel on täiesti mõistetav.

Top500

Nimekirja kõige võimekamatest arvutitest leiab TOP500 nimekirjast. Eelnevalt nimetatud nimekiri on koostatud High Performance Linpack (HPL) benchmark tehnoloogia abil. Seal nimekirjas ei kajastu paraku kõik maailma võimekaimad arvutid. Põhjus seisneb selles, et nad on sobimatud (ei ole võimelised jooksutama HPL bencmark-i testi) või nende arvutite omanikud ei ole avaldanud HPL-i tulemust (ei ole soovitud riskida oma arvutite võimekustestide tulemuste avalikustamisega turvalisuse huvides). Samas kui arutleda selle testi objektiivsuses, siis on tulemused vastuolulised, sest mitte ükski test, ka eelnevalt nimetatud test ei ole võimeline hindama 100%-liselt superarvuti võimeid. Selleks, et ületada Linpack testi piiranguid, tellis USA valitsus, eesotsas dr Jack Dongarra Tennessee Ülikoolilt rakendustekomplekti, mis sisaldaks endas Linpack testi ja muuhulgas ka teisi sarnaseid teste, mis saaks nimeks HPC Challenge Benchmark Suite. Eelnevalt nimetatud testi on isegi kasutatud teatud HPC hangete juures, kuid testikogumik ei ole taandatav ühe kindla testi peale, siis seetõttu ei ole see testikogumik suutnud saavutada ametlikku positsiooni superarvuti võimete hindamisel. Top500 nimekirja uuendatakse kaks korda aastas – kõigepealt ISC European Supercomputing Conference üritusel, mis toimub juunis ning siis taaskord US Supercomputing Conference ürituse ajal novembris.

Viide

Microsoft Windows HPC Server 2008 R2

Windows HPC Server 2008 R2, Microsofti kolmanda generatsiooni HPC platvorm, mis pakub põhjalikku ja tasuvat lahendust „high-performance“ arvutitele. Out-of-the-box lahendus, mis on esmaklassiliste lahendustega, lubades rahuldada nii personaalseid kui ka hiigelsuurte klastrite nõudmisi. Klientidel on võimalus vähendada nii hooldus kui kapitaalkulusid, kui (a) osta täielik „end-to-end“ lahendus, mis välistab võimalusi mittekokkusobivuste tekkimist riist – ja tarkvaraliste seadmete vahel, (b) kasutades olemasolevaid tehnoloogiaid, investeeringuid ning samuti ka töötajate oskusi, (c) ostes odava hinnapoliitikaga tooteid ja (d) kasutades võimalusterikkaid ning tuttavaid Windows Serveri baasiga administratiivseid tööriistu, mis suurendab süsteemiadministraatorite tootlikkust. Windows HPC Server 2008 R2 integreerub väga lihtsalt olemasoleva IT infrastruktuuriga, lubades lõpp-kasutajatel kogeda äratundmisrõõmu, eeldades eelnevat kogemust Windowsi laadsete lahendustega. Rääkides veel tihedast integratsioonist, siis pakub Windows HPC Server 2008 R2 arendustööriistu, tuues näiteks Visual Studio 2010, andes arendajatele võimaluse luua lihtsalt ja kiirelt HPC-rakenduste abil kaugõppe programm. Windows HPC Server 2008 R2 on varustatud rikkaliku ökosüsteemiga (ISV ja OSS lahendused) ning samuti ka tugevad sidemed kohaliku SI ja OEM partneritega, võimaldades kasutajatele ligipääsu neid huvitavatele rakendustele ning pakkudes ressurssi, et neid nauditavalt kasutada. Windows HPC Server 2008 R2 Suite on talletatud kahele DVD-le. Esimene DVD sisaldab Windows Server 2008 R2 HPC Edition-i ning teine DVD on Microsoft HPC Pack 2008 R2 Enterprise – kombinatsioon olulistest liidestest ning tööriistadest, mis võimaldavad luua Windowsil baseeruvaid HPC klastreid.

Viide

Riistvaralised nõudmised

Protsessor

X64 arhitektuuriga arvuti, mis on varustatud Intel Pentium või Xeon perekonda kuuluva protsessoriga koos Intel Extendend Memory 64 Technology (EM64T) protsessori tehnoloogiaga; AMD Opteron perekonna protsessorid; AMD Phenom perekonna protsessorid; AMD Athlon 64 perekonna protsessorid.

Muutmälu

512 MB

Multiprotsessori toetus

Windows Server 2008 R2 HPC Edition ja Windows Server 2008 R2 Standard toetavad kuni 4 protsessorit (füüsilist) ühe serveri kohta. Windows Server 2008 R2 Enterprise toetab kuni 8 protsessorit ühe serveri kohta. Windows Server 2008 R2 Datacenter toetab kuni 64 protsessorit ühe serveri kohta. NB: HPC Pack 2008 R2 suudab üles adresseerida kuni 64 tuuma ühe serveri kohta hoolimata serveri väljaandest.

Miinimum kettamaht

50 GB

Kettad

Ketas peab olema määratletud kui Master Boor Record (MBR). Lisakettad võivad olla määratletud nii MBR-ina kui ka GUID Partition Table (GPT) arhitektuurina.

Võrgukaart

Vähemalt üks võrgukaart (NIC) on nõutav. Kui kasutuses on privaatvõrk, siis sellisel juhul nõuab võrgu „head node“ vähemalt kahte võrgukaarti ja „compute node“ vajab vähemalt ühte.

Tarkvaralised nõudmised

Järgnevalt on välja toodud erinevad nõudmised hierarhiliste töökoormuste kohta:

„Head nodes*“: X64 arhitektuurilised versioonid – Windows Server 2008 R2 Standard, Enterprise, Datacenter või HPC väljaanded.

„Compute nodes“: X64 arhitektuurilised versioonid – Windows Server 2008 või Windows Server 2008 R2 Standard, Enterprise, Datacenter või HPC väljaanded.

„Broker nodes*“: X64 arhitektuuriga versioonid: Windows Server 2008 R2 Standard, Enterprise, Datacenter või HPC väljaanded.

„Workstation nodes“: X86 kui ka X64 arhitektuurilised versioonid: Windows 7 Professional või Enterprise.

NB: Et võimaldada „failover clustering“, siis sellisel juhul peab operatsioonisüsteem „Head nodes“ või „Broker nodes“ kas Windows Server 2008 R2 Enterprise või Datacenter väljaanne olema.

Administraatori - ja kasutajakonsool on automaatselt installeeritud „head node“-ile. Neid komponente saab ka teistele arvutitele installida lubades kaughaldust klient-arvutitelt. Kaughalduse komponente installeerida lubavad operatsioonisüsteemid on järgmised:

Windows 7 Professional, Windows 7 Enterprise, Windows 7 Ultimate (X86/X32);

Windows Vista Enterprise, Windows Vista Business, Windows Vista Home või Windows Vista Ultimate;

Windows XP Professional koos Service Pack 3-ega või hilisem(X86/X32);

Windows Server 2008 R2 Standard, Windows Server 2008 R2 Enterprise, Windows Server 2008 R2 HPC Edition (X86/X32);

Windows Server 2008 Standard, Windows Server 2008 Enterprise, Windows Server 2008 HPC Edition (X86/X32);

Windows Server 2003 R2 Standard Edition või Windows Server 2003 R2 Enterprise Edition (X86/X32);

Windows Server 2003 Compute Cluster Edition, Windows Server 2003 Standard Edition, or Windows Server 2003 Enterprise Edition Service Pack 2-ega või hilisem (X86/X32).

Toetatavad keeled

Windows HPC Server 2008 R2 Suite saadaolevad keeled: inglise keel, (simplified) hiina ja jaapani keel.

Microsoft HPC Pack 2008 R2 Express ja Enterprise erinevused

Windows HPC Server 2008 R2 Suite on Microsofti kolmas väljalase HPC arvutite vallas. Windows HPC Server 2008 R2 kombineerib Windows Server 2008 R2 HPC võimu Microsoft HPC Pack 2008 R2-ega - kombinatsioon olulistest liidestest ning tööriistadest, mis võimaldavad luua Windowsil baseeruvaid HPC klastreid. Koos R2 väljaandega jaguneb Microsoft HPC Pack kahte väljaandesse: Express ja Enterprise. Express väljaande liitmisega lisanduvad madalate kulutustega hädavajalikud funktsionaalsusvõimalused: töö planeerimine, positsioonide jagamine, tööde ja juhtkonna haldamine, MS MPI ning „high-speed“ võrk Windows HPC-l baseeruval klastri loomisel. Enterprise pack on kui Express Edition-i „superset“, mis sisaldab täiendavaid lisasid, millest täpsemalt räägitakse allpool.

Microsoft HPC Pack 2008 Enterprise sisaldab järgmisi parandusi/edasiminekuid:

Parandatud kasutajamugavus – „out-of-the-box“ paigaldamine, lihtsad klastrite haldamisvõimalused (olgu võrgusõlmkohti 1000 või enam);

Uued konfiguratsioonivõimalused ja „deployment“ tööriistad – füüsilise andmekandjata boot, läbiv operatsioonisüsteemide tugi klastrite loomisel ( nt Windows Server 2008 ja Windows Server 2008 R2) ja teotus „remote head node“ andmebaasi.

Parandatud süsteemihaldus, diagnostika ning probleemide protokollimine – võimalus luua põhjalikumaid süsteemidiagnostika raporteid.

Parandatud toetus spetsiifiliste teenuste arhitektuuridele (SOA) – sisaldades tuletõrje süsteemide andmebaase, täiustatud Java integratsioonivõime, automaatsed taaskäivitused ning vigadeparandused võrgutõrgete korral, parandatud monitoorimine, diagnostika ning „debugging“ funktsioonid.

„Message-passing interface“ (MPI) liides ning võrgustiku lisaseadmed – sisaldades Inteli uue „Nehalem“ protsessori optimeeringuid, täiendatud toetus RDMA-le ning „Infiniband“-ile, parandatud MPI „debugging“ ja „pushbutton“ LINPACK-i optimiseerimimisnõustaja.

Microsoft HPC Pack 2008 R2 Enterprise sisaldab järgmisi parandusi/edasiminekuid:

Võimalus laiendada Windowsi põhiste HPC klastrite mahtu, suurendadas samal ajal olemasoleva tehnoloogia investeeringute kasumeid, lisades samal ajal alakoormusega töötavaid Windows 7 masinaid üldisesse HPC klastri infrastruktuuri. „Head node“-is töötav Microsoft HPC Pack 2008 R2 Enterprise suudab lisada enda haldusse Windows 7 töölauad, mis on tegelikult Microsoft HPC Pack 2008 R2 jaoks litsenseeritud.