Подразделение NASA Advanced Supercomputing


Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из средства NASA Advanced Supercomputing )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Подразделение NASA Advanced Supercomputing (NAS) расположено в исследовательском центре NASA Ames Research Center , Моффетт-Филд, в самом сердце Кремниевой долины в Маунтин-Вью , штат Калифорния . Это был главный ресурс суперкомпьютеров, моделирования и моделирования для миссий НАСА в области аэродинамики, исследования космоса, изучения погодных условий и океанских течений, а также проектирования и разработки космических челноков и самолетов на протяжении почти сорока лет.

Объект в настоящее время находится в petascale Плеяды , Эйткен, и Electra суперкомпьютеров , а также TeraScale Endeavor суперкомпьютер. Системы основаны на архитектуре SGI и HPE с процессорами Intel. В главном здании также находятся дисковые и архивные ленточные системы хранения данных с емкостью более эксабайта данных, система визуализации гиперволла и одна из крупнейших сетевых структур InfiniBand в мире. [4] Подразделение NAS является частью Управления исследовательских технологий НАСА и управляет проектом НАСА по высокопроизводительным вычислительным возможностям (HECC). [5]

История

Основание

В середине 1970-х группа аэрокосмических инженеров из Исследовательского центра Эймса начала изучать возможность перевода аэрокосмических исследований и разработок от дорогостоящих и трудоемких испытаний в аэродинамической трубе к проектированию и проектированию на основе моделирования с использованием моделей вычислительной гидродинамики (CFD) на суперкомпьютерах. более мощные, чем коммерчески доступные в то время. Это начинание позже было названо Проектом численного аэродинамического симулятора (NAS), и первый компьютер был установлен в Центральном вычислительном центре в Исследовательском центре Эймса в 1984 году.

14 марта 1985 г. был заложен современный суперкомпьютерный комплекс, в котором было построено здание, где специалисты по вычислительной гидродинамике, компьютерные специалисты, специалисты по визуализации, инженеры по сетям и системам хранения данных могли бы находиться под одной крышей в среде для совместной работы. В 1986 году NAS было преобразовано в полноценное подразделение NASA, а в 1987 году персонал и оборудование NAS, включая второй суперкомпьютер Cray-2 под названием Navier, были переведены в новый объект, который был открыт 9 марта 1987 года. [ 6]

В 1995 году NAS изменило свое название на Подразделение численного аэрокосмического моделирования, а в 2001 году - на нынешнее.

Ведущие в отрасли инновации

NAS был одним из ведущих новаторов в мире суперкомпьютеров, разработав множество инструментов и процессов, которые стали широко использоваться в коммерческих суперкомпьютерах. Некоторые из этих первых включают: [7]

  • Установлен первый суперкомпьютер Cray на базе UNIX [8]
  • Реализована модель клиент / сервер, связывающая суперкомпьютеры и рабочие станции вместе для распределения вычислений и визуализации.
  • Разработал и внедрил высокоскоростную глобальную сеть (WAN), соединяющую суперкомпьютерные ресурсы с удаленными пользователями (AEROnet).
  • Соавтор разработал первый метод НАСА для динамического распределения производственных нагрузок между суперкомпьютерными ресурсами в географически удаленных местах (NASA Metacenter)
  • Реализована сеть TCP / IP в суперкомпьютерной среде.
  • Разработал пакетную систему массового обслуживания суперкомпьютеров (NQS).
  • Разработал основанную на UNIX иерархическую систему хранения данных (NAStore).
  • Со развитой (с SGI) первого IRIX одного образа системы 256-, 512- и 1024-процессор суперкомпьютеры
  • Совместно с SGI разработал первый односистемный суперкомпьютер на базе Linux с 512 и 1024 процессорами.
  • Среда с общей памятью на 2048 процессоров
Изображение поля обтекания ракеты-носителя "Спейс Шаттл", движущейся со скоростью 2,46 Маха на высоте 66 000 футов (20 000 м). Поверхность транспортного средства окрашена в соответствии с коэффициентом давления, а серые контуры представляют плотность окружающего воздуха, рассчитанную с использованием кода OVERFLOW.

Разработка программного обеспечения

NAS разрабатывает и адаптирует программное обеспечение, чтобы «дополнять и улучшать работу, выполняемую на его суперкомпьютерах, включая программное обеспечение для поддержки систем, систем мониторинга, безопасности и научной визуализации», и часто предоставляет это программное обеспечение своим пользователям в рамках Соглашения об открытом исходном коде NASA ( НОСА). [9]

Некоторые из важных разработок программного обеспечения NAS включают:

  • NAS Parallel Benchmarks (NPB) были разработаны для оценки высокопараллельных суперкомпьютеров и имитации характеристик крупномасштабных приложений CFD.
  • Portable Batch System (PBS) была первым программным обеспечением пакетной обработки очередей для параллельных и распределенных систем. Он был выпущен в продажу в 1998 году и до сих пор широко используется в промышленности.
  • PLOT3D был создан в 1982 году и представляет собой программу для компьютерной графики, которая до сих пор используется для визуализации сеток и решений структурированных наборов данных CFD. Команда PLOT3D была удостоена четвертого по величине приза, когда-либо полученного программой NASA Space Act за разработку своего программного обеспечения, которое произвело революцию в научной визуализации и анализе решений 3D CFD. [6]
  • FAST (Flow Analysis Software Toolkit) - это программная среда, основанная на PLOT3D и используемая для анализа данных численного моделирования, которые, хотя и адаптированы для визуализации CFD, могут использоваться для визуализации практически любых скалярных и векторных данных. В 1995 году он был удостоен награды НАСА «Программное обеспечение года» [10].
  • INS2D и INS3D - это коды, разработанные инженерами NAS для решения уравнений Навье-Стокса несжимаемой жидкости в двух- и трехмерных обобщенных координатах, соответственно, для стационарного и изменяющегося во времени потока. В 1994 году INS3D получил награду НАСА «Программное обеспечение года». [6]
  • Cart3D - это пакет высокоточного анализа для аэродинамического проектирования, который позволяет пользователям выполнять автоматическое моделирование CFD на сложных формах. Он до сих пор используется в НАСА и других правительственных учреждениях для тестирования концептуальных и предварительных проектов самолетов и космических аппаратов. [11] Команда Cart3D получила награду НАСА «Программное обеспечение года» в 2002 году.
  • OVERFLOW (вытесненный поток сетки решатель) представляет собой пакет программного обеспеченияразработанного для имитации жидкости обтекания твердых телиспользованием Рейнольдс усредненных, уравнения Навье-Стокса CFD. Это был первый универсальный CFD-код НАСА для систем координатной сетки с перекрытием (Химера), выпущенный за пределами НАСА в 1992 году.
  • Chimera Grid Tools (CGT) - это программный пакет, содержащий множество инструментов для подхода с заменой сетки Chimera для решения задач CFD построения поверхностных и объемных сеток; а также манипуляции с сеткой, сглаживание и проекция.
  • HiMAP Трехуровневый (внутри- / междисциплинарный, многоканальный) параллельный процесс высокоточного многодисциплинарного анализа (жидкости, структуры, элементы управления), [12] [13]

История суперкомпьютеров

С момента постройки в 1987 году Advanced Supercomputing Facility NASA размещало и эксплуатировало одни из самых мощных суперкомпьютеров в мире. Многие из этих компьютеров включают в себя испытательные стенды , созданные для тестирования новой архитектуры, оборудования или сетевых настроек, которые могут использоваться в более крупных масштабах. [6] [8] Пиковая производительность показана в операциях с плавающей запятой в секунду (FLOPS) .

Ресурсы для хранения

Дисковое хранилище

В 1987 году NAS в партнерстве с Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны (DARPA) и Калифорнийским университетом в Беркли в проекте создания избыточного массива недорогих дисков (RAID), который стремился создать технологию хранения, объединяющую несколько компонентов дисковых накопителей в один логический. Ед. изм. Завершенный в 1992 году проект RAID привел к созданию технологии распределенного хранения данных, используемой сегодня. [6]

В настоящее время в системе NAS размещается дисковое хранилище на параллельном DMF-кластере SGI с программным обеспечением высокой доступности, состоящим из четырех 32-процессорных интерфейсных систем, которые подключены к суперкомпьютерам и архивной ленточной системе хранения. В системе имеется 192 ГБ памяти на интерфейс [34] и 7,6 петабайт (ПБ) дискового кэша. [4] Данные, хранящиеся на диске, регулярно переносятся в ленточные архивные системы хранения на предприятии, чтобы освободить место для других пользовательских проектов, выполняемых на суперкомпьютерах.

Системы архива и хранения

В 1987 году NAS разработала первую иерархическую систему хранения данных на основе UNIX, получившую название NAStore. Он содержал двух ленточных роботов StorageTek 4400, каждый из которых имел емкость примерно 1,1 терабайта, сокращая время извлечения ленты с 4 минут до 15 секунд. [6]

С установкой суперкомпьютера Pleiades в 2008 году системы StorageTek, которые NAS использовала в течение 20 лет, не смогли удовлетворить потребности большего числа пользователей и увеличить размеры файлов наборов данных каждого проекта . [35] В 2009 году NAS представила роботизированные ленточные системы Spectra Logic T950, которые увеличили максимальную емкость объекта до 16 петабайт пространства, доступного пользователям для архивации своих данных с суперкомпьютеров. [36] По состоянию на март 2019 года, хранилище NAS увеличило общую емкость архивного хранилища ленточных библиотек Spectra Logic до 1048 петабайт (или 1 эксабайт) при 35% сжатии. [34] Средство переноса данных SGI (DMF) и OpenVault управляют переносом данных с диска на ленту и переносом с ленты на диск для устройства NAS.

По состоянию на март 2019 года в системе архивного хранения NAS хранится более 110 петабайт уникальных данных. [34]

Системы визуализации данных

В 1984 году NAS приобрела 25 графических терминалов SGI IRIS 1000, что положило начало их долгому партнерству с компанией из Кремниевой долины, которое оказало значительное влияние на постобработку и визуализацию результатов CFD, выполняемых на суперкомпьютерах на предприятии. [6] Визуализация стала ключевым процессом в анализе данных моделирования, выполняемых на суперкомпьютерах, позволяя инженерам и ученым просматривать свои результаты пространственно и таким образом, который позволил лучше понять силы CFD, действующие в их проектах.

Система визуализации гиперволлы на объекте NAS позволяет исследователям просматривать несколько симуляций, запущенных на суперкомпьютерах, или одно большое изображение или анимацию.

Гиперволла

В 2002 году специалисты по визуализации NAS разработали систему визуализации, названную «гиперволой», которая включала 49 связанных ЖК- панелей, которые позволяли ученым просматривать сложные наборы данных на большом динамическом массиве экранов размером семь на семь. У каждого экрана была собственная вычислительная мощность, позволяющая отображать, обрабатывать и обмениваться наборами данных, чтобы одно изображение могло отображаться на всех экранах или настраиваться так, чтобы данные могли отображаться в «ячейках», как гигантская визуальная электронная таблица. [37]

Второе поколение «гиперволлы-2» было разработано NAS в 2008 году в партнерстве с Colfax International и состоит из 128 ЖК-экранов, расположенных по сетке 8x16 шириной 23 фута и высотой 10 футов. Он способен отображать четверть миллиарда пикселей , что делает его самой высокой в ​​мире системой научной визуализации с самым высоким разрешением. [38] Он содержит 128 узлов, каждый с двумя четырехъядерными процессорами AMD Opteron ( Barcelona ) и графическим процессором (GPU) Nvidia GeForce 480 GTX для выделенной пиковой вычислительной мощности 128 терафлопс по всей системе - в 100 раз мощнее. чем исходный гиперволл. [39] Гиперволл-2 напрямую подключен к файловой системе суперкомпьютера Pleiades через сеть InfiniBand, что позволяет системе считывать данные непосредственно из файловой системы без необходимости копировать файлы в память гиперволла-2.

В 2014 году гиперволл был обновлен за счет нового оборудования: 256 процессоров Intel Xeon «Ivy Bridge» и 128 графических процессоров NVIDIA Geforce 780 Ti. Обновление увеличило пиковую вычислительную мощность системы с 9 терафлопс до 57 терафлопс и теперь имеет почти 400 гигабайт графической памяти. [40]

В 2020 году гиперволл был дополнительно модернизирован с помощью нового оборудования: 256 процессоров Intel Xeon Platinum 8268 (Cascade Lake) и 128 графических процессоров NVIDIA Quadro RTX 6000 с общим объемом графической памяти 3,1 терабайта. Обновление увеличило пиковую вычислительную мощность системы с 57 терафлопс до 512 терафлопс. [41]

Параллельная визуализация

Важной особенностью технологии гиперволлы, разработанной в NAS, является то, что она позволяет «одновременную визуализацию» данных, что позволяет ученым и инженерам анализировать и интерпретировать данные, пока вычисления выполняются на суперкомпьютерах. Это не только показывает текущее состояние вычислений для мониторинга, управления и завершения времени выполнения, но также «обеспечивает визуализацию с более высоким временным разрешением по сравнению с постобработкой, поскольку требования к вводу-выводу и пространству для хранения в значительной степени устраняются ... [и ] может отображать в моделировании особенности, которые в противном случае были бы невидимы ". [42]

Группа визуализации NAS разработала настраиваемый параллельный конвейер для использования с массивно-параллельной моделью прогноза, запущенной на суперкомпьютере Columbia в 2005 году, чтобы помочь спрогнозировать сезон ураганов в Атлантике для Национального центра ураганов . Из-за крайних сроков подачи каждого из прогнозов было важно, чтобы процесс визуализации не сильно затруднял моделирование или не приводил к его сбою.

использованная литература

  1. ^ "Домашняя страница суперкомпьютера Aitken" . NAS.
  2. ^ "Домашняя страница суперкомпьютера Electra" . NAS.
  3. ^ "Домашняя страница суперкомпьютера Merope" . NAS.
  4. ^ a b «НАСА Advanced Supercomputing Division: Advanced Computing» (PDF) . NAS. 2019.
  5. ^ "Домашняя страница NAS - Об отделе NAS" . NAS.
  6. ^ a b c d e f g "Брошюра к 25-летию Advanced Supercomputing Division НАСА (PDF)" (PDF) . NAS. Архивировано из оригинального (PDF) 2 марта 2013 года.
  7. ^ "Домашняя страница NAS: История Отдела" . NAS.
  8. ^ a b "История высокопроизводительных компьютеров NAS". Точки привязки : 1A – 12A. Весна 2002 г.
  9. ^ «Программное обеспечение NAS и наборы данных» . NAS.
  10. ^ "Набор инструментов программного обеспечения анализа потока НАСА" . НАСА.
  11. ^ "Домашняя страница NASA Cart3D" . Архивировано из оригинала на 2002-06-02.
  12. ^ NASA.gov
  13. ^ NASA.gov
  14. ^ "НАСА назовет суперкомпьютер в честь астронавта Колумбии" . NAS. Май 2005 г.
  15. ^ «НАСА Эймс устанавливает первый в мире суперкомпьютер Alitx с 512 процессорами» . NAS. Ноябрь 2003 г.
  16. ^ "Новая система Cray X1 прибывает в NAS" . NAS. Апрель 2004 г.
  17. ^ «НАСА представляет свой новейший и самый мощный суперкомпьютер» . НАСА. Октябрь 2004 г.
  18. ^ "Домашняя страница Columbia Supercomputer Legacy" . НАСА.
  19. ^ «НАСА выбирает IBM для суперкомпьютерных приложений следующего поколения» . НАСА. Июнь 2007 г.
  20. ^ «Суперкомпьютер НАСА входит в число самых быстрых в мире - ноябрь 2008 г.» . НАСА. Ноябрь 2008 г.
  21. ^ « « Живая »интеграция стойки Pleiades экономит 2 миллиона часов» . NAS. Февраль 2010 г.
  22. ^ «Суперкомпьютер НАСА удваивает мощность, увеличивает эффективность» . НАСА. Июнь 2010 г.
  23. ^ «Суперкомпьютер НАСА Pleiades входит в число самых быстрых в мире» . НАСА. Июнь 2011 г.
  24. ^ "Суперкомпьютер Pleiades становится немного более мощным" . НАСА. Июнь 2012 г.
  25. ^ a b "Суперкомпьютер НАСА" Плеяды модернизирован, узлы Харпертауна перепрофилированы " . NAS. Август 2013.
  26. ^ a b "Суперкомпьютер НАСА Pleiades обновлен, получил ускорение на один петафлопс" . NAS. Октябрь 2014 г.
  27. ^ "Производительность суперкомпьютера Pleiades подскочила до 5,35 Петафлопс с последним расширением" . NAS. Январь 2015 г.
  28. ^ «Пиковая производительность суперкомпьютера Pleiades увеличена, емкость долгосрочной памяти увеличена втрое» . NAS. Июль 2016 г.
  29. ^ "Домашняя страница ресурсов суперкомпьютера Endeavour" . NAS.
  30. ^ "НАСА Эймс запускает модульную суперкомпьютерную установку Pathfinding" . NAS. Февраль 2017 г.
  31. ^ «Недавно расширенный первый модульный суперкомпьютер НАСА занимает 15-е место в США в списке TOP500» . NAS. Ноябрь 2017 г.
  32. ^ "Суперкомпьютер НАСА Electra поднялся на 12-е место в США в списке TOP500" . NAS. Ноябрь 2018.
  33. ^ "НАСА Advanced Supercomputing Division: Модульные суперкомпьютеры" (PDF) . NAS. 2019.
  34. ^ a b c "Домашняя страница ресурсов системы архивного хранения HECC" . NAS.
  35. ^ «Обновления бункера NAS, накопителя на магнитной ленте и хранилища - SC09» (PDF) . NAS. Ноябрь 2009 г.
  36. ^ «Установка новой системы архива данных NAS завершена» . NAS. 2009 г.
  37. ^ "Марс Флаер Дебюты на Гиперволле" . NAS. Сентябрь 2003 г.
  38. ^ «НАСА разрабатывает систему визуализации с самым высоким разрешением в мире» . NAS. Июнь 2008 г.
  39. ^ "Обзор систем визуализации NAS" . NAS.
  40. ^ "Система визуализации гиперволла NAS, обновленная с помощью узлов Ivy Bridge" . NAS. Октябрь 2014 г.
  41. ^ "Системы визуализации NAS: гиперволла" . NAS. Декабрь 2020.
  42. Ellsworth, Дэвид; Брайан Грин; Крис Хенце; Патрик Моран; Тимоти Сэндстром (сентябрь – октябрь 2006 г.). «Параллельная визуализация в производственной суперкомпьютерной среде» (PDF) . IEEE Transactions по визуализации и компьютерной графике . 12 (5).

внешние ссылки

Ресурсы NASA по продвинутым суперкомпьютерам

  • Домашняя страница NASA Advanced Supercomputing (NAS) Division
  • Домашняя страница вычислительной среды NAS
  • Домашняя страница суперкомпьютера NAS Pleiades
  • Домашняя страница суперкомпьютера NAS Aitken
  • Домашняя страница суперкомпьютера NAS Electra
  • Домашняя страница систем архивации и хранения NAS
  • Домашняя страница NAS Hyperwall-2

Другие онлайн-ресурсы

  • Официальный сайт НАСА
  • Домашняя страница программы NASA High-End Computing Program
  • Домашняя страница проекта NASA High-End Computing Capability Project
  • Официальный сайт TOP500
Источник « https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=NASA_Advanced_Supercomputing_Division&oldid=1036519755 »