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解读Top500新冠军K计算机架构全揭秘

发布时间:2020-06-30 17:20:50 阅读: 来源:立丝岩棉板厂家

第37届高性能计算Too500的榜单揭晓后,相信很多人都对来自日本理化所的K计算机(又名“京”)心存疑惑,这台“巨兽”究竟是如何实现每秒8,162万亿次浮点运算的速度?如此强大的超级计算系统的构成和配置情况怎样?本文将从计算、网络、文件系统、机架组成等角度对“京”进行全面的解读,揭秘其制胜的法宝。

K计算机的系统包装和配置

整个“京”高性能计算系统整合了68,544个中央处理器(CPU),每颗CPU上有8个核,内核总数为548352个。整个系统包含了714个重约1000kg的机架,每个机架上放了24个系统板,每个系统板上包含了4个双核CPU。据富士通称,该款超级计算机仍在建造之中,将于2012年11月投入运行,届时处理器数量将增加到8万个。

▲“京”的系统包装情况

▲“京”的系统配置

标量型CPU

K计算机的一个系统板上装有四个CPU和四个ICC,系统使用标量型CPU(SPARC64 VIIIfx, 8 核, 128 giga_ops,具有世界最佳的每瓦特性能),采用45nm CMOS工艺制作。

标量型(scalar-type)超级计算机是一系列通过网络连接的具有标量CPU的计算结点。CPU对小块数据按顺序进行操作。标量型超级计算机是目前常见的一种超级计算机,在全世界范围内使用。这些超级计算机非常适合复杂数据处理的计算,例如纳米设备的结构分析,以及基因和蛋白质结构数据分析等。

为了实现高性能和高扩展,来支持超大规模的系统,系统的CPU还将支持SIMD(Single Instruction and Multiple Data,单指令多数据)处理,并且将会具有指令重试的功能,以及详尽的错误检测/更正功能,这提高了在大量CPU系统的环境中应用执行高性能和可靠性。

三维环面网络

K计算机系统的计算结点之间的网络采用直连网络,确保高度的灵活性和扩展性,并使得大规模的链接成为可能。用户可以创建适用于一维、二维或者是三维的环面网的应用程序,提升了系统利用率、容错能力和互操作性。

连接网络的类型一般有两种:直连网络和非直连网络。在直连网络中,整个网络由大量的直接连接的成对结点组成。在非直连网络中,在多个结点之间有一个交换器。三维的环面网是直连网络的一种,在三维环面网中,计算结点被组织成三维结构,每一个结点分别于相邻的其他六个结点互联,并且,每个维度都是一个环状结构。

两级文件系统

京采用具有超强功能的超大规模文件系统,可扩展到数百PB级。

系统采用了具有并行/分布式功能的两级文件系统——本地文件系统和全局文件系统,并且为用户提供了一个自动升级功能,用来实现全局文件系统和本地文件系统之间的文件迁移。

电源供应和制冷系统

该系统平台有九个电源模块单位提供给每个机架运行,同时采用全冗余设计,保证整个系统有持续的电源支持,有效防止单一电源故障带来的宕机问题。

对于高密度机架设备而言,稳定的运算是关键。K Computer超级计算机采用空气制冷代替水冷,通过优化设备内部空气流量来保证提供高性能运算环境。为了达到加速内部空气流量的目的,系统主板采用倾斜方式安装。

为了保证系统稳定运行,通过水冷管道对系统处理器和ICC有些制冷,通过传感器来实时监测水压,温度以及制冷状况。

来源:IT168 作者:唐蓉

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