Супер компьютер ба өндөр бүтээмжит тооцоолол /Super computer and High performance computing/

Супер компьютер ба өндөр бүтээмжит тооцоолол

Super computer and High performance computing

Цахимжсан эрин үед мэдээллийг хадгалах, болосруулах, хүний амьралын нийгэмд ашиглах гэдэг нь цаанаа асар төвөгтэй процессын үр дүнд бий болж байдаг. Мэдээний шинээр үүсэх хурд байгаа мэдээллийн хэрэггүй болж устах хурдаас хэд дахин их байгаа өнөө үед өндөр багтаамжтай мэдээллийн агуулах /data center/ асар чухал хэрэгцээтэй цогцолбор болж байгаа юм. Мэдээллийн аюулгүй байдал, цогцолборын ажиллагааг найдвартай байлгахын тулд их хэмжээний эрчим хүч зарцуулж байна. Мэдээн дундаас мэдлэг нь буурдаггүй үргэлж нэмэгдэж байдаг нь мэдээллийн технологийн хөгжлийг ганцралруу /онцгой/ хөтөлсөөр байна. Улс орон болгон өөрийн үндэсний аюулгүй байдал, хүн амын сантай холбоотой мэдээллийг дотоодын хэрэгцээнд ашиглаж, бусад газруудад алдчихгүйн тулд өндөр хамгаалалттайгаар хадгалж байдаг. Гэтэл Монгол улсад мэдээллийн сан, агуулах байдаг эсэхийг дуулаагүй юм байна. иргэний бүртгэл мэдээллийн газар ямар агуулахтайг мэдэхгүй юм. Ганц мэдээ хадгалах нь супер компьютер, агуулахын үүрэг биш юм. Цаг уурыг урьчилан магадлах, судалгааны шинжилгээний тооцоолол хийх, эдийн засгийн болоод хотын замын хөдөлгөөн, ачаа тээврийн зохицуулалт, том онцгой байгууламжийн гэрэл цахилгаан, халаалт, усны системийг удирдах гэх мэт маш оллон тооцооллын төрлийн ажлуудыг өндөр хурдтай гүйцэтгэхийн тулд супер компьютер хэрэгтэй. 

ExaScaler and PEZY Computing - Shoubu system B

Монголд супер компьютер мөрөөдөж яваа залуус бий л байх. Хэзээ хэдийд тэд уулзацгааж мөрөөдлөө цогцлоох юм бол бүү мэд....

Супер компьютерийн тухай, түүнийг ашиглаж үзэх тухай бодол 2 жилийн өмнөөс бодогдож эхэлсэн бол одоо өөрчлөгдөж хийж үзэх юмсан гэсэн мөрөөдөл болж хувирдаг юм байна. Мөрөөдөх болсон энгийн бодит шаардлага нь шингэний динамикийн тооцоолол үйлдэхэд энгийн компьютер дээр олон цаг зарцуулж хийх ба гарч байгаа үр дүн нь асар их хэмжээтэй файлыг үүсгэдэг учир компьютерийн санах ой дороо дүүрчих гээд байгаа юм. Жаахан бодитой жишээ ярьвал үерийн усны таамаг гаргах, үерийн тархалтын загварчлал үйлдэх, усан сангийн ажиллагааг загварчлах гэх мэт том хэмжээтэй бодлогуудыг энгийн компютер дээр хийвэл сараас наашгүй, жилээс наашгүй юм болж таарна. Хэрэв энгийн ком дээр ажилладаг загварыг боловсрууллаа гэхэд нарийвчлал муу болж ирнэ. Өөрөөр хэлбэл ерөнхий тооцооллын шинжлэх ухаанд нарийвчлалыг ихэсгэвэл тооцооллын өртөг өсдөг шууд хамааралтай. Тооцооллын шинжлэх ухаан зөвхөн цаг уур, усны инженерчлэлд байдаг юм биш л дээ. Математик, физик хэрэглэгддэг бүхий л салбарт байж байдаг. Зарим нь төвөгтэй боловч өртөг хямд, зарим нь энгийн боловч өртөг өндөр гэх мэт. 

Яг супер компьютер ашиглаж үзээгүй ч НТС-ийн Ерөнхий зориулалтын График болосвруулах нэгжийг (GPGPU), Төв боловсруулах нэгжийн цогцолборыг (CPU Cluster) ашиглаж амтыг нь үзсэн хойно ашиглаж үзэх юмсан гэдэг мөрөөдөл маань бүтээж үзэх юмсан гэсэн мөрөөдөл болж томордог юм байна.

Өөр нэг супер компьютер бүтээх юмсан гэсэн мөрөөдлийг минь улам хурцалж өгсөн нэг лекцийн зурагнуудыг энд хуувалцах гэж байна л даа. 

Үүний дараа манай сургууль дээр шинээр суурилуулсан төв болосруулах нэгжийн цогцолборын тухай сургалтын товчуудыг хүргэх болно. 

Дэлхийг шинэчлэх Экса хэмжээст тооцоолол

EXA scale computing to transform the world

世界を変革する、エクサスケールコンピューティング

Энэ лекц нь олон нийтэд зориулсан ба НТС-ийн 40 жилийн ойн хүрээнд зохион байгуулагдсан юм. Лекцийг доктор Мотоаки Саито уншсан ба тэрээр рентген шинжээч эмч хүн юм байна. Өөрийн залуу үедээ тархины эмгэгийг рентгенээр судалдаг байсан ба сүүлд тэр аппарадныхаа компьютерийг сайжруулахаар ажиллаж улмаар Японы супер компьютер бүтээгчдийн нэг болсон байна. Тэрээр дан ганц зохион бүтээгч биш ирээдүйг зөгнөгч, мөрөөдөгч гэдгээрээ алдартай Япон залуу бүтээлчдийн нэг юм байна. Энэ хүний лекцийг сонсох нь тэр тусмаа Экса хэмжээст тооцооллын тухай, технологийн тухай сонсох нь азтай завшаан бөгөөд Мотоаки гуай Нийгата мужид төрж өссөн нь яамай даа гэж бодогдож байлаа. Хамгийн сонирхолтой баримтууд гэх юм бол энэ Мотоаки гуай 2010 онд ПЕЗИ тооцоолол (PEZY Computing) гэдэг компани байгуулаад 2015 он гэхэд хэд хэдэн процессор, хатуу дискнүүдээс гадна дээрх зурган дээр харагдаж байгаа шингэн хөргөлттэй Шойбиу систем В гэдэг супер компьютерийг 2015 онд угсарч дуусаад дэлхийн шилдэг ногоон супер комнуудын шилдэг нь болж чадсанд л байгаа юм. Лекцийн үеэрх нэг сонирхолтой баримт нь ихэнх нь хөгшчүүл ирж сонссон ба асуулт хариултаар уралдаад л биднийг залуу байхад симуляци хийхэд гэж ирээд л асуулт тавиад байсан. Хөгшөрсөн ч ухаан нь шинжлэх ухаанд шигдээстэй Япон өвгөчүүл овоо юмаа л гэж бодогдож байлаа. За ингээд зурагнуудыг зарим тайлбартай нь сонирхоно уу. 

Лекц эхлэхийн өмнө

НТС-ийн өмнөх ба одоогийн захирлууд. Нийхара ба Азума багш нар

Лекцийн сэдэв

Сургуулийн захирал үг хэлж байна. 

Илтгэгч Мотоаки гуай

Онцгой ойрхон байна гэсэн зөгнөлт зохиол

Алдарт зөгнөгч, мөрөөдөгч, хиймэл оюун ухаан, машин судлагч Рэй Курзвэлтэй хамт Японы мөрөөдөгч, супер компьютер бүтээгч мөн Онцгой-гийн тухай ном бичсэн Мотоаки гуай. 

Онцгой-гийн тухай нилээд хэдэн ном буй. Мэдээллийн технологиор суралцагч, хиймэл оюун ухаан судлагч, машин сонирхогч нар уншууштай байх. Би мөн уншина гэж бодоод номыг нь олоод авчихсан байгаа. 

ПЕЗИ-гийн бүтээгдэхүүн

Шойбиу систем В супер компьютер

4.95Гега Плофоор дэлхийд 2-р байранд орсон бичиг

Рикен нь Японы шинжлэх ухааны судалгааны том байгууллага. Нихониумыг үелэх системд оруулсан гэж дуулсан.

Энэ мэдлэгийн муруйн дээр л онцгой харагдаж байгаа юм даа. 

Юмсын интернэт, Гүнзгий суралцах, тэгээд онцгойгын орчим юу байгааг таахын аргагүй. Моорийн хууль.

Энэ Меган гэдэг охины өвчин цор ганц тохиолдол гэж байгаа. Зураг дээрх хүүхэд 20 настай гэж байгаа. 14 хоногоор нутаж барьдаг аюултай хачин тархины эмгэг гэсэн. 

Урд хөршийн маань Тэнгэрийн заадас -2

Алдарт Японы К компьютер. 

Тархи машины харилцар

бүх зүйлийн учир начрийг тайлах

Асуулт тавьж байгаа ахмадууд

Талархал болгож бэлэг сэлт гардуулав.

Ирсэн гийчэд буцаж байна. Зарим нь хоорондоо хэлэлцээд завгүйл байв.

Бүх ирсэн гийчдэд, үзэгчдэд энэхүү номыг дусгасан юм. Хэзээ нэгэн цагт Япон хэлтэй болчихоод уншина даа. 

ПЕЗИ тооцоолол гэдэг компани нь дараах 4-н үгний эхний үсгүүдийн товчлол гэдгийг бодож олоод нэтээр хайсан чинь мөн байсан юм. 

peta-scale  - 10¹⁵ Тунамал

exa-scale  - 10¹⁸- Их ингүүмэл

zetta-scale  -  10²¹-Ялгаруулагч

yotta-scale  -  10²⁴ -Их эвэр дээр

гэсэн тоонууд юм. Өөрөөр хэлбэл ПЕЗИ тооцоолол компаний хэтийн зорилго нь Их эвэр дээр хэмжээсийн тооцооллыг үйлдэх супер компьютер бүтээг гэдэг нь нэрнээс нь харагдаж байна. Одоо энэ компанийн хувьд П, Е үсэгнүүд биелэлээ олж мөрөөдөл биесэн байгаа гэсэн үг юм. Тооцооллын шинжлэх ухаанд компьютерийн тооцоолох хурдны хамгийн дээд хэмжээ нь энэ Ёотта болж байгаа юм. Үүнээс цааш юм байгаа эсэхийг урьдчилан хэлэх боломжгүй. Эдгээр тоонууд нь ямар учиртай вэ гэхээр компьютерийн тооцон бодох ухрдыг илэрхийлж байгаа юм. Тухайлбал одоо энэ дэлхийн гол оргил болоод байгаа экса хэмжээсийн комнууд нь секундэд 10¹⁸ зэрэгт бутархай тооны үйлдлийг гүйцэтгэх чадалтай гэсэн үг юм. Үүнийг дагаад мэдээллийн дамжуулах хурд мөн асар өндөр байж таарна. 5 жилийн дотор Их ингүүмэлийн тооцоолол хийх чадалтай Шойбиу систем В хэмээх супер комыг бүтээсэн байхад Манай улс одооноос оролдвол 2030 он гэхэд Тунамалтай байж ч болох юм шүү дээ. 

Ингээд Шойбиу системийн танилцуулгыг доорхи бичлэгнээс харна уу. 

Одоо манай сургууль дээрх төв боловсруулах нэгжийн цогцолборыг авч үзье ээ. 

Нагаока Технологийн Их сургууль дээрх тооцонгийн техникийн бололцоо

Манай сургууль дээрх GPGPU -ийн тухай нийтлэлүүд энэ блогноос олдоно. Энэ системийн хүчин чадал нь 552.56Гега Плоф (10⁹) гэж байгаа. 

Харин шинээр суурилуулсан SGI cluster нь хоёр системтэй буюу толгойтой бөгөөд тус бүр

pine 

17.92TFLOPS

Intel(R) Xeon(R) CPU E7-8867 v3 @ 2.50GHz

448core(28CPU)

7TB

larch

2.56TFLOPS

Intel(R) Xeon(R) CPU E7-8867 v3 @ 2.50GHz

64core(4CPU)

1TB

Тера гэдэг чинь 10¹² зэрэг шүү дээ. Энэ хоёр системийг оюутан багш нар судалгаандаа ашиглаж болох ба 2016 оны 12 сард цуврал танилцуулах сургалтууд болж түүнд нь хамрагдсан юм. 

Системүүдийг ЭсЖиАй компаниас суурилуулж ашиглалтыг нь манай сургуульд шилжүүлж өгсөн байгаа. Эдгээр хоёр системтэй хоблогдоходоо системээр ТераТерм, Хвинг, Винс гэх мэт холбооны програмуудаар холбогдож тооцооллыг хийнэ. ЭсЖиАй компани өөрөө дэлхийн 500 супер компьютерийн жагсаалтанд орох Чиеэннэ /Cheyenne/ гэдэг супер комтой энэ төрлийн технологийн том компаниудын нэг юм. 

1-р удаагын танилцуулах сургалт

Энэ сургалтаар Хоёр системийг танилцуулж, яаж холбогдох аргуудын талаар тайлбарласан. Эдгээр хоёр системд дараах програм хангамж, хөрвүүлэгчүүд суусан байна. 

• Ансис - Механикийн иж бүрдэл
• Флиүнт - Шингэний дианмикийн тооцооны бүрдэл
• Математика - Волфрамийн бүрдэл
• Гауссиан09 - Хими, электроникийн тооцооны бүрдэл
• Вэбмо - Интернэт хуудас
• Матлаб - Математикийн иж бүрдэл
• Gromacs8 Gamess, Mopac, Tinker, Marc, Marc mentat, Nastran, Dytran гэх мэт хэрэглээний програмаас гадна
• Intel C/C++, Fortran
• Intel MKL
• OpenMP 4.0 C/C++, Fortran
• gdb based debugger гэх мэт хөрвүүлэгч согог илрүүлэгчүүд суусан байна. 

Системүүдийг ашиглахдаа том тооцоо хийх үед урьдчилан захиалдаг байна. Энэ үед яаж захиалах, тооцоо дуусаж байгаа эсэхийг яаж шалгах гэх мэт ажилбаруудыг заав. OpenMP болон MPI яаж ашиглаж зэрэгцээ тооцоолол хийх тухай таницлуулга хийв. 

Эхний сургалтын хөтөлбөр

2-р удаагын танилцуулах сургалт

Энэ сургалтаар системийн үйлдлийн системийг танлцуулж зэрэгцээ тооцоолол хэрхэн хийхийг жишээгээр авч таницлуулсан юм. Ингэхдээ MPI нь өөрсдийн SGI компаниас гаргасан MPT гэдэг хувилбараар кодлогдохыг анхааруулав. 

Системд хэрэглэх чухал коммандуудыг мөн нэг бүрчлэн тайлбарласан болно. Мөн кодыг хөрвүүлэхдээ яаж автомат зэрэгцээ тооцоололд шүлжүүлэх гэх мэтийг тайлбарлав. OpenMP болон MPI гэх хоёр өөр зэрэгцээ тооцооллын техникүүдийг хослуулж hybrid зэрэгцээ тооцооллын код яаж бичихийг, хөрвүүлэхийг жишээн дээр харуулав. Кодонд ашиглаж болон математик болон физикийн, програмчлалын сангууудыг танилцуулсан болно. Үүнд Intel Math Kernel library байсан. 

Мөн зэрэгцээ тооцооллын үр ашгийг хэрхэн тооцож үнэлж болох талаар харуулсан. Энэ сэдвээр буюу зэрэгцээ тооцооллын ашигт үйл, хурдсалт, ажиллагааны чанар гэх мэтээр удахгүй бүрэн нийтлэл бичигдэх болно. 

удахгүй энэ системийг ашиглаж амт шимтийг нь хүртэнээ. 

Супер компьютер, Өндөр бүтээмжит тооцооллын эрэлт хэрэгцээ монголд бий. Өөрийн салбараар авч үзвэл усны салбарт өндөр бүтээмжтэй тооцоолол үйлдэх асах их шаардлага байна. Одоогийн хэрэгжиж байгаа ажлууд, төслүүд шинжлэх ухааны бус ерөнхий ажиглалтын судалгаанууд аястай явагдаж байна. Эдгээрийг монгол судлаачид гүн гүнзгий судалж системтэй явбал супер компьютерийн эрэлт гарч ирнэ. Тухайлбал Улаан баатар хотын агаарын загварчлалыг өвлийн 3 сараар хийе гэвэл энгийн ком дээр нүсэр ажил болно. 5 ба 10 жилээр агаарын бохирдлыг бууруулах тооцоо гаргаж үнэлье гэвэл бүр ч дийлдэхгүй. Интернэт, үүрэн холбооны бүх мэдээлэлийг өөрийн нутаг дэвсгэрт, аюулгүй хадгалах шаардлага бидэнд одоо хэрэгтэй. Үүнийг супер ком дээрх хийх боломжтой.