Siang Wun Song - IME/USP e Universidade Federal do ABC. MAC setembro de 2010

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Luiz Guilherme Martini Deluca
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1 Evolução da Computação de Alto Desempenho sob a Ótica da Lista TOP500 ou (Se um processador já é rápido, imaginem um sistema com processadores :-) Siang Wun Song - IME/USP e Universidade Federal do ABC MAC setembro de 2010

2 Evolução da Computação O Mark I tinha ciclo de 0,3 segundos; o ENIAC 200 micro-segundos Processador hoje: vários GHz - menos de um nanosegundo de ciclo Processador de hoje é vezes mais rápido que Mark I quase mais rápdio que o ENIAC Computação paralela usa um grande número de processadores, aumentando mais ainda o poder computacional. Veremos a importância da computação paralela e a sua evolução na ótica da lista TOP500.

000 vezes mais rápido que Mark I quase 1.000.000 mais rápdio que o ENIAC Computação paralela usa um grande

3 Computação de Alto Desempenho Medida de desempenho: 1 FLOPS = uma operação ponto flutuante por segundo KFLOPS = 2 10 = aprox op/s MFLOPS = 2 20 = aprox op/s GFLOPS = 2 30 = aprox op/s TFLOPS = 2 40 = aprox op/s

= aprox. 1.000 op/s MFLOPS = 2 20 = aprox. 1.000.000 op/s GFLOPS = 2 30 = aprox.

4 Lista TOP500 Lista dos 500 computadores mais poderosos do mundo Divulgada duas vezes por ano: em junho e novembro Interesse tanto para fabricantes como para compradores potenciais Benchmark: LINPACK - solução de um sistema linear de n equações a n incógnitas (e.g. n = 1000). Os 500 computadores com melhor desempenho LINPACK entram na lista TOP500. Muito material é disponível no site:

solução de um sistema linear de n equações a n incógnitas (e.g. n = 1000).

5 O computador mais veloz do mundo - em junho 2010 Cray XT5 Jaguar (DOE) processadores ou cores - Opteron Six Core 2.6 GHz LINPACK: 1,759 PFLOPS - Velocidade de pico: 2,331 PFLOPS O segundo colocado: Dawning TC3600 da China processadores ou cores - Intel X5650 e NVidea C2050 GPUs LINPACK: 1,271 PFLOPS - Velocidade de pico: 2,980 PFLOP Voces verão muitos GPUs nas próximas listas TOP500...

6 GHz LINPACK: 1,759 PFLOPS - Velocidade de pico: 2,331 PFLOPS O segundo colocado: Dawning TC3600 da

6 O computador mais veloz do mundo - em junho 2010 Cray XT5 Jaguar (DOE) processadores ou cores - Opteron Six Core 2.6 GHz LINPACK: 1,759 PFLOPS - Velocidade de pico: 2,331 PFLOPS O segundo colocado: Dawning TC3600 da China processadores ou cores - Intel X5650 e NVidea C2050 GPUs LINPACK: 1,271 PFLOPS - Velocidade de pico: 2,980 PFLOP Voces verão muitos GPUs nas próximas listas TOP500...

7 Alguns campeões anteriores Blue Gene (IBM) - hoje 38 o lugar Earth Simulator (NEC) - hoje 37 o lugar Roadrunner (IBM) - hoje 3 o lugar

8 Qual será o primeiro colocado... em novembro/2010? Em novembro/2010 sai uma nova lista TOP500 e tudo pode mudar :-)

9 Máquinas no Brasil na TOP500 Posição 86 (Universidade Federal do Rio de Janeiro/COPPE) Galileu - SUN blade x6048 Xeon 2.8GHz processadores (64,63 TFLOPS Linpack) Em listas anteriores, várias máquinas no Brasil já entraram na lista Top500: INPE (Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos), Petrobrás, USP, Correios e Telégrados. Para entrar na lista TOP500, o último colocado apresenta 24,67 TFLOPS Linpack.

464 processadores (64,63 TFLOPS Linpack) Em listas anteriores, várias máquinas no Brasil já entraram na

10 Desempenho ao longo do tempo

11 Perguntas Esse foi um exercício de uma disciplina que eu dei em 2007: Pergunta: O que vem depois de TFLOPS? Resposta: PFLOPS (Peta Flops) 1 PFLOPS = 2 50 = aprox op/s Pergunta: Em que ano teremos computadores de desempenho de PFLOPS? O exercício pode ser feito com a próxima figura. Mas com o aparecimento do RoadRunner e do Jaguar esse exercício não faz mais sentido :-)

000.000.000.000 op/s Pergunta: Em que ano teremos computadores de desempenho de PFLOPS?

12 Perguntas Esse foi um exercício de uma disciplina que eu dei em 2007: Pergunta: O que vem depois de TFLOPS? Resposta: PFLOPS (Peta Flops) 1 PFLOPS = 2 50 = aprox op/s Pergunta: Em que ano teremos computadores de desempenho de PFLOPS? O exercício pode ser feito com a próxima figura. Mas com o aparecimento do RoadRunner e do Jaguar esse exercício não faz mais sentido :-)

13 Perguntas Esse foi um exercício de uma disciplina que eu dei em 2007: Pergunta: O que vem depois de TFLOPS? Resposta: PFLOPS (Peta Flops) 1 PFLOPS = 2 50 = aprox op/s Pergunta: Em que ano teremos computadores de desempenho de PFLOPS? O exercício pode ser feito com a próxima figura. Mas com o aparecimento do RoadRunner e do Jaguar esse exercício não faz mais sentido :-)

14 Perguntas Esse foi um exercício de uma disciplina que eu dei em 2007: Pergunta: O que vem depois de TFLOPS? Resposta: PFLOPS (Peta Flops) 1 PFLOPS = 2 50 = aprox op/s Pergunta: Em que ano teremos computadores de desempenho de PFLOPS? O exercício pode ser feito com a próxima figura. Mas com o aparecimento do RoadRunner e do Jaguar esse exercício não faz mais sentido :-)

15 Projeção do Desempenho Podemos perguntar quando aparecerá uma máquina com mais de um EXAFLOPES? e ZETTAFLOPS, YOTTAFLOPS?

16 Países Compradores

17 Aplicações

18 Evolução das Fabricantes Área de alta competição. Difícil prever qual melhor rumo a seguir. Algumas empresas permanecem; outras não.

19 Fabricantes

20 Número de Processadores

21 Arquitetura de Computador Um só processador. SMP - Symmetric Multi Processor. MPP - Massively Parallel Processor. Cluster - Um agregado ou uma rede de workstations. Constelation - cluster of clusters.

22 Arquitetura

23 Família de Processadores

24 Sistema Operacional

25 Avanço da Microeletrônica - tecnologia VLSI O avanço do hardware em termos de: Capacidade de processamento e armazenamento. Tamanho. Preço. Esse avanço está relacionado ao avanço da tecnologia de microeletrônica ou VLSI (Very Large Scale of Integration).

26 Avanço da Microeletrônica - pastilhas de silício Processador e memória são feitos de um mesmo material: pastilha de silício. O elemento básico dos circuitos digitais é o transistor MOS (Metal Oxide Semiconductor). Um transistor MOS é uma espécie de chave interruptora minúscula, de ordem de alguns micrômetros quadrados de área. Presença de carga elétrica (voltagem alta) no gate permite a condução de eletricidade entre os pontos D e S, ao passo que a ausência de carga (voltagem baixa) no gate impede a condução.

27 Lei de Moore "O número de transistores em uma pastilha dobra a cada 18 meses".

28 Tamanho de um Transistor MOS Tamanho (largura) de um transistor: µm µm µm ,1 µm Ilustramos a seguir essa evolução, imaginando que um chip contém, ao invés de circuitos, ruas e praças de uma região geográfica.

29 tamanho 24 µm

30 tamanho 5 µm Source: Google Maps

31 tamanho 1 µm

32 tamanho 0,1 µm

33 Um chip com mais de 2 bilhões de transistores Intel Tukwila quad-core chip(2008): mais de 2 bilhões de transistores - Technologia de 65 nm ou 0,065 micrômetro. Processador Intel Core i7 usa CMOS de 45 nm ou 0,045 micrômetro.

34 Comentários finais sobre computação paralela O que já temos ou que está no horizonte: Sistemas de computação maciçamente paralelos serão cada vez mais comuns. Clusters Beowulf baseados em arquiteturas abertas tornam o uso da Computação Paralela cada vez mais popular. Novas arquiteturas de processadors: multi-core: Intel já anunciou o lançamento de um chip com 80 processadores, um trilhão de operações aritméticas por segundo (1 TFLOPS). Médio ou longo prazo: Novas arquiteturas eficientes em energia e tecnologias que não são baseadas em silício.

35 Computação Paralela - Desafios Computação Paralela será regra e não exceção. Necessidade de formar profissionais capazes de projetar algoritmos paralelos eficientes e escaláveis. Descobrir novas aplicações com alta demanda computacional que podem tirar proveito do paralelismo maciço. Criar novos (?) modelos de computação, novos (?) paradigmas de programação paralela ou novas (?) linguagens de programação paralela.

36 Como será daqui a 6-8 anos? No evento Supercomputing de 2009 em Hamburg, falava-se: em 6 a 8 anos, teremos um chip com 50 bilhões de transistores, o que daria para fabricar um chip com cores, o que obviamente parece uma bobagem :-)

37 Como será daqui a 6-8 anos? O desafio é como vamos explorar toda essa capacidade de computação... Fica o desafio. Obrigado pela atenção.

38 Como será daqui a 6-8 anos? O desafio é como vamos explorar toda essa capacidade de computação... Fica o desafio. Obrigado pela atenção.

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