PDF de programación - El Supercomputador MareNostrum

El Supercomputador MareNostrum

Microprocesadores para Comunicaciones





Omar El-Asmar Moreno

El supercomputador MareNostrum



Microprocesadores para Comunicaciones



Indice

1. Introducción……………………………………………….. Pag 2

2. Centro Nacional de Supercomputación de Barcelona…..Pags 2-4

3. El supercomputador MareNostrum………………………Pags 4-12

3.1 MareNostrum I…………………………………….Pags 4-6

3.2 MareNostrum II……………………………………Pags 6-8

3.3 MareNostrum III…………………………………..Pags 8-12

4. Aplicaciones………………………..……………………...Pags 14-15

5. Noticias de uso……………………..………………………Pag 15



































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El supercomputador MareNostrum



Microprocesadores para Comunicaciones



1. Introducción

El supercomputador MareNostrum está situado en el Centro Nacional de

Supercomputación de Barcelona

(BSC-CNS) y

actualmente

es

el

supercomputador más potente de España y uno de los más potentes del

mundo. Así lo ratifica el puesto 29 que ocupaba en junio de 2013 en la lista

TOP500 que recoge los superordenadores más potentes del mundo. Su nombre

(‘Mar Nuestro’ en latín) fue escogido tanto para representar el lugar donde se

encuentra como para representar los grandes recursos informáticos de los que

dispone.

Su construcción nace a partir del BSC-CNS, que es quien se encarga de su

manejo y mantenimiento, de manera que a lo largo de los últimos años ha

sufrido una serie de modificaciones que han mejorado sus prestaciones y

capacidad de cálculo de manera impresionante. Actualmente forma parte del

proyecto europeo PRACE cuya misión es permitir los descubrimientos

científicos de alto impacto y la investigación en ingeniería, a la vez que mejora

de la eficiencia energética de los sistemas de computación y la reducción de su

impacto ambiental.

En este trabajo analizaremos cómo surgió la idea para construirlo, veremos las

diferentes actualizaciones que ha sufrido y explicaremos las aplicaciones que

tiene en la actualidad.



2. Centro Nacional de Supercomputación de Barcelona (BSC-CNS)

El BSC-CNS ha recorrido un largo camino durante estas dos últimas décadas

para convertirse en lo que es actualmente. Básicamente, ha heredado la

tradición del Centro Europeo Paralelismo de Barcelona (CEPBA), un centro de

investigación, desarrollo e innovación en tecnologías de cómputo eficientes

tanto para el mundo académico y la industria. Esta institución, perteneciente a

la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC), estaba patrocinada por la CICYT

española (Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología) y el CIRIT catalán

(Consell Interdepartamental de Recerca i Innovació Tecnològica).

En 1991 CEPBA

inició sus actividades, recopilando experiencia y

las

necesidades de los diferentes departamentos de la UPC. El Departamento de



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Arquitectura de Computadores (DAC) se encargó de proporcionar

la

experiencia en el nivel más bajo del sistema informático (núcleos numéricos,

sistemas operativos y arquitectura). Otros cinco departamentos de la UPC con

alta demanda de cómputo se unieron para configurar el CEPBA .

Del año 1995 al 2000 el CEPBA coordinó sus actividades con el CESCA (Centre

de Serveis Cientifics i Acadèmics De Catalunya) a través del C4 (Centro de

Computación y Comunicaciones de Cataluña), fundado por el CIRIT, la

Fundación Catalana de Investigación y la UPC.





En el año 2000 CEPBA firmó un acuerdo con IBM para crear el Instituto de

Investigación CEPBA-IBM. Los objetivos de este acuerdo iban encaminados a la

investigación sobre temas relacionados con Deep Computing, y el apoyo a la

investigación local en otras áreas de la ciencia y la ingeniería. Esta Asociación

de Investigación y Desarrollo tenía un compromiso inicial para 4 años.









En el año 2004 el Ministerio de Educación, la Generalitat de Catalunya y la

Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) tomaron la iniciativa de crear un

Centro de Supercomputación en Barcelona, llamado Barcelona Supercomputing

Center - Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS). En marzo de ese

mismo año el Gobierno de España y la empresa IBM firmaron un acuerdo para

construir unos de los ordenadores más potentes de Europa.

La principal misión del BSC-CNS consiste en investigar y desarrollar todo tipo

de información tecnológica para facilitar el progreso científico en general. En

este ámbito, se tiene una dedicación especial en las áreas de Ciencias de la

Tierra, Ciencias de la vida y aplicaciones computacionales para la ciencia y la

ingeniería.



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En el año 2005 se constituyó oficialmente el BSC-CNS comenzando sus

actividades de

investigación y desarrollo. En ese mismo año, el

supercomputador MareNostrum fue construido como la máquina más potente

de Europa.



3. El supercomputador MareNostrum

Desde su inauguración en el año 2005, el supercomputador MareNostrum ha

sufrido dos modificaciones que han mejorado sus prestaciones de memoria y

capacidad de cálculo enormemente. A continuación, analizaremos

las

prestaciones de las tres versiones y veremos las modificaciones que se han ido

produciendo.



3.1 MareNostrum I

El MareNostrum I fue construido en dos meses en el Centro Técnico de IBM en

San Fernando de Henares (Madrid). Tras realizar las pruebas pertinentes y

ejecutar el test LINPACK para su inclusión en la lista TOP500, fue trasladado al

BSC-CNS donde se encuentra en la actualidad.







FIGURA 1. Interior de la capilla donde se encuentra el MareNostrum



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El ordenador está físicamente instalado en el interior de la Capilla de Torre

Girona, una edificación románica de principios del siglo XX que se encuentra en

el Campus Nord de la Universidad Politécnica de Catalunya. Se encuentra en el

interior de un cubo de cristal de 9 x 18 x 5 metros construido con más de

19 toneladas de cristal y 26 de hierro. El supercomputador ocupa una

instalación de 170 metros cuadrados y pesa 40 000 kg. En la Figura 1 podemos

ver de manera más clara su ubicación.

Para hacernos una idea del gran potencial del que disponía, vamos a ver un
resumen de las características del sistema:





a) Estaba formado por 2282 nodos de computación JS20 de IBM. Dentro de

cada nodo había dos procesadores mononúcleo PowerPC 970FX, de

arquitectura RISC de 64 bits a 1.6 GHz o 2.2 GHz, compartiendo 4 Gb de

memoria.

De esta forma, se tenían 4812 procesadores y un total de 9128 Gb de

memoria principal. A continuación, podemos ver el interior de un nodo

JS20:





b) Cada nodo individual JS20 disponía también 40 GB de almacenamiento

además de un almacenamiento en red de 128 TB. Estos nodos estaban

repartidos en 163 armarios, llamados BladeCenters, teniendo cada

armario 14 nodos. En la imagen siguiente podemos ver el aspecto de un

BladeCenter de IBM:

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c) Cuando se puso en marcha de forma definitiva se midió su rendimiento

obteniendo un total de 27'91 GigaFlops, desde los anteriores 20'53

GigaFlops obtenidos en pruebas durante su construcción.



Como se puede comprobar, las características que presentaba la primera

versión de MareNostrum eran asombrosas, no obstante, el BCS-CNS no quería

que el proyecto se quedara ahí y apenas un año después se presentó una

segunda versión del supercomputador, que mejoraría con creces

las

prestaciones que ya tenía.



3.2 MareNostrum II

Debido a la amplia demanda de uso que tenía el MareNostrum por parte de

numerosos proyectos científicos, en el año 2006 el BSC-CSN decidió sacar una

segunda versión del supercomputador, doblando su capacidad de cálculo.

FIGURA 2. Distribución de los racks en el MareNostrum II



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El nuevo sistema estaba formado por un total de 44 racks de los cuales 31 eran

dedicados a capacidad de cálculo y los demás formaban la red de interconexión

y control del sistema. En la figura 2 podemos ver la forma en que se

distribuyen los racks.



Para poder analizar las modificaciones sufridas respecto a la versión anterior,

vamos a ver un resumen de las características del sistema:

a) En total estaba formado por 2560 nodos JS21 de IBM con procesadores de

doble núcleo PowerPC 970MP de 64 bits funcionando a una velocidad de

2'3 GHz. Cada nodo dispone de 2 procesadores (4 núcleos), 8 GB de

memoria principal y 36 GB de almacenamiento local.

b) Los nodos JS21 están enfundados en armarios BladeCenter en grupos de

14, y a su vez estos BladeCenter están enfundados en los racks en grupos

de 6. Cada rack tenía un consumo de 23 KW.

En total por rack suman hasta 336 núcleos, juntando así entre los 31 racks

dedicados a operaciones de cálculo los 10.024 procesadores que

conforman el sistema. Esto nos da en total una capacidad de cálculo de

63'83 TeraFlops pudiendo alcanzar picos de 94'21 TeraFlops con un

consumo de 700 KW.

c) En cuanto al sistema de memoria del ordenador, cuenta c