Evolução da Computação de Alto Desempenho sob a Ótica da Lis. ou (Se um processador já é rápido, imaginem um sistema com processadores :-)

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Manuel Lobo Bento
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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 <song@ime.usp.br> IME-USP

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 Mega FLOPS = 2 20 = 10 6 op. aritméticas por segundo Giga FLOPS = 2 30 = 10 9 Tera FLOPS = 2 40 = Peta FLOPS = 2 50 = Exa FLOPS = 2 60 = Zetta FLOPS = 2 70 = Yotta FLOPS = 2 80 = 10 24

aritméticas por segundo Giga FLOPS = 2 30 = 10 9 Tera FLOPS = 2 40 = 10 12

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. Os 500 computadores com melhor desempenho LINPACK entram na lista TOP500. Muito material é disponível no site:

LINPACK - solução de um sistema linear de n equações a n incógnitas.

5 O número 1 da lista TOP500 - em junho 2015 Tianhe-2 (China) nós cada um com 2 Intel Ivy Bridge Xeon e 3 Xeon Phi Total de processadores ou cores LINPACK 33,86 PFLOPS Velocidade de pico 54,90 PFLOPS Custo US$ ,00

6 O número 2 da lista TOP500 - em junho 2015 Fonte: ORLN Titan Cray XK7 Processadores Opteron C Total de cores LINPACK 17,59 PFLOPS Velocidade de pico 27,11 PFLOPS

7 O número 3 da lista TOP500 - em junho 2015 Sequoia BlueGene/Q Processadores IBM Power BQC Total de cores LINPACK 17,17 PFLOPS Velocidade de pico 20,13 PFLOPS

8 Alguns campeões anteriores K Computer (Japão Fujitsu) SPARC64 (TOP 1 - Novembro 2011) Jaguar Cray XT5 Opteron (TOP 1 - Junho 2010) Roadrunner IBM PowerXCell (TOP 1 - Junho 2009)

9 Qual será o primeiro colocado... em novembro/2015? Em novembro/2015 sai uma nova lista TOP500 e um novo TOP 1 pode surgir.

10 Máquinas no Brasil na TOP500 de junho 2013 Posição Petrobrás Grifo04 Itautec Cluster Xeon - NVIDIA cores - 251,5 TFLOPS Linpack Posição 145 INPE Tup Cray XE6 Opteron cores - 214,2 TFLOPS Linpack Posição Petrobrás Grifo04 Itautec Cluster Xeon - NVIDIA cores - 160,3 TFLOPS Linpack Pergunta: quantas dessas máquinas ainda estão na lista TOP500 de junho de 2015? Os curiosos podem consultar o site top500. Na lista TOP500 de novmebro/2006 a USP estava na posição 363, com 3,182 TFLOPS Linpack :-) A alegria só durou 6 meses pois saiu da lista em Siang junho/2007 Wun Song <song@ime.usp.br> - :-(

104 cores - 214,2 TFLOPS Linpack Posição 219 - Petrobrás Grifo04 Itautec Cluster Xeon - NVIDIA 2075 10.

11 Máquinas no Brasil na TOP500 de junho 2013 Posição Petrobrás Grifo04 Itautec Cluster Xeon - NVIDIA cores - 251,5 TFLOPS Linpack Posição 145 INPE Tup Cray XE6 Opteron cores - 214,2 TFLOPS Linpack Posição Petrobrás Grifo04 Itautec Cluster Xeon - NVIDIA cores - 160,3 TFLOPS Linpack Pergunta: quantas dessas máquinas ainda estão na lista TOP500 de junho de 2015? Os curiosos podem consultar o site top500. Na lista TOP500 de novmebro/2006 a USP estava na posição 363, com 3,182 TFLOPS Linpack :-) A alegria só durou 6 meses pois saiu da lista em Siang junho/2007 Wun Song <song@ime.usp.br> - :-(

12 Máquinas no Brasil na TOP500 de junho 2013 Posição Petrobrás Grifo04 Itautec Cluster Xeon - NVIDIA cores - 251,5 TFLOPS Linpack Posição 145 INPE Tup Cray XE6 Opteron cores - 214,2 TFLOPS Linpack Posição Petrobrás Grifo04 Itautec Cluster Xeon - NVIDIA cores - 160,3 TFLOPS Linpack Pergunta: quantas dessas máquinas ainda estão na lista TOP500 de junho de 2015? Os curiosos podem consultar o site top500. Na lista TOP500 de novmebro/2006 a USP estava na posição 363, com 3,182 TFLOPS Linpack :-) A alegria só durou 6 meses pois saiu da lista em Siang junho/2007 Wun Song <song@ime.usp.br> - :-(

13 Máquinas no Brasil na TOP500 de junho 2013 Posição Petrobrás Grifo04 Itautec Cluster Xeon - NVIDIA cores - 251,5 TFLOPS Linpack Posição 145 INPE Tup Cray XE6 Opteron cores - 214,2 TFLOPS Linpack Posição Petrobrás Grifo04 Itautec Cluster Xeon - NVIDIA cores - 160,3 TFLOPS Linpack Pergunta: quantas dessas máquinas ainda estão na lista TOP500 de junho de 2015? Os curiosos podem consultar o site top500. Na lista TOP500 de novmebro/2006 a USP estava na posição 363, com 3,182 TFLOPS Linpack :-) A alegria só durou 6 meses pois saiu da lista em Siang junho/2007 Wun Song <song@ime.usp.br> - :-(

14 Desempenho ao longo do tempo

15 O primeiro se torna o último em 6 anos

Meu computador já foi TOP 1 O desktop que eu tinha na minha sala da UFABC :-) Duas placas NVIDIA Geforce GTX-680: 3.072 processadores, veloc. pico de 4,5 TFLOPS.

16 Meu computador já foi TOP 1 O desktop que eu tinha na minha sala da UFABC :-) Duas placas NVIDIA Geforce GTX-680: processadores, veloc. pico de 4,5 TFLOPS. Fonte: NVIDIA O número 1 da TOP500 no período 1997 a 2000 é o Intel ASCI Red com veloc. de pico de 1,3 TFLOPS. Esse meu computador seria o número 1 da TOP500 até novembro 2000 :-)

Fonte: NVIDIA O número 1 da TOP500 no período 1997 a 2000 é o Intel ASCI Red com

17 Perguntas Para pensar: O que vem depois de PFLOPS? Resposta: ExaFLOPS 1 ExaFLOPS = 2 60 = Em que ano teremos computadores de desempenho de ExaFLOPS? O exercício pode ser feito com a próxima figura.

18 Perguntas Para pensar: O que vem depois de PFLOPS? Resposta: ExaFLOPS 1 ExaFLOPS = 2 60 = Em que ano teremos computadores de desempenho de ExaFLOPS? O exercício pode ser feito com a próxima figura.

19 Perguntas Para pensar: O que vem depois de PFLOPS? Resposta: ExaFLOPS 1 ExaFLOPS = 2 60 = Em que ano teremos computadores de desempenho de ExaFLOPS? O exercício pode ser feito com a próxima figura.

20 Perguntas Para pensar: O que vem depois de PFLOPS? Resposta: ExaFLOPS 1 ExaFLOPS = 2 60 = Em que ano teremos computadores de desempenho de ExaFLOPS? O exercício pode ser feito com a próxima figura.

21 Projeção do Desempenho

22 Países Compradores

23 Aplicações

24 Interconexão

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

26 Fabricantes

27 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.

28 Arquitetura

29 Família de Processadores

30 Sistema Operacional

31 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).

32 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.

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

34 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.

35 tamanho 24 µm

36 tamanho 5 µm Source: Google Maps

37 tamanho 1 µm Source: Siang Google WunMaps Song <song@ime.usp.br>

38 tamanho 0,1 µm

39 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. O avanço continua. Como será a situação hoje (agosto de 2015)?

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Siang Wun Song - IME/USP e Universidade Federal do ABC. MAC 412 - setembro de 2010

Evolução da Computação de Alto Desempenho sob a Ótica da Lista TOP500 ou (Se um processador já é rápido, imaginem um sistema com 224.162 processadores :-) Siang Wun Song - IME/USP e Universidade Federal