多核心平行運算技術之應用領域與成功案例

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1 多核心平行運算技術之應用領域與成功案例兆軒科技產品經理陳思成

2 研討會議程表及活動說明

3 兆軒簡介成立於 2004 年 7 月資訊系統專業整合廠商, 資深顧問服務團隊核心 : 跨平台系統整合資料儲存備份產品應用 : 高速叢集運算虛擬化應用目標 : 學術研究單位及晶片設計產業獲得多家知名廠商的青睞並締結為策略性夥伴經營理念 : 專業而熱忱的服務來自於卓越的技術養成, 及良好的銷售品質

4 兆軒簡介 2007 與國網中心合辦多場叢集運算技術研討會 2008 與舉辦雲端與叢集技術研討會並邀請台灣 Google 葉平博士與台大劉邦鋒老師參與座談 2009 邀請美國 LLNL HPC 計畫負責人 Dr. Mark Seager 來台參與 HPC 2009 Asia, 並於台大舉辦研討會中發表演說 2011, 2012 與 AMD, Dell 舉辦多核心平行運算技術研討會於各大專院校已有許多成功案例

5 什麼是平行運算同時間使用一個以上的處理單元, 來處理工作

6 運算力的高速成長 Top500 高效能運算排行榜目前的榜首 : K computer ( 日本 RIKEN) 約 55 萬個核心! 國網中心 60 名, 採用 AMD 12 核心 CPU 共個核心第 500 名約有 7200 個核心

7 運算力的高速成長

8 架構上的演變

9 兩種平行運算模式 SMP 單一主機內有多個處理器 Cluster 主機間用網路連接溝通網路連結 SMP 共用記憶體 cluster 分散記憶體, 網路存取

10 叢集運算的優缺點優點與缺點都來自數量藉由增加主機數量, 來增加整體效能並不是所有事情都是數量越大就越快! 大量機器的管理不但需要事前規劃, 更需要有軟硬體的搭配及豐富的經驗網路使用者運算管理儲存

11 從多處理器到多核心 x86 世界的第一個單晶雙核心 : AMD Athlon X2 (2005/04/21) x86 世界的第一個多晶雙核心 : Intel Pentium-D (2005/04) x2

12 從多處理器到多核心多處理器, 進化至單處理器多核心將平行運算的技術與效能, 下放到 PC 領域多處理器單核心, 進化至多處理器多核心不須使用 MPP 專屬技術, 或是 cluster 技術就能在單一主機內獲得更多核心

13 核心越來越多, 但是關鍵在軟體! 運算工作的類型, 是否能被平行化? 也可以同時間處理多種不同的工作處理單一工作分割處理多重工作

14 CPU 的效能需要其他組件配合電腦內部各處的速度存在差異記憶體頻寬 (~10 GB/s) 內部匯流排 (HT3.1: 25.6GB/s, PCIe 2.0 x16: 8GB/s) 外部網路 (GbE: 1Gb/s, IB 4X QDR: 32Gb/s)

15 與叢集運算架構的比較結構上有相似之處網路是最大的瓶頸增加節點的核心數量, 反過來說, 可以減少網路傳輸的必要性 4 台主機, 各 12 核心 vs. 1 台主機, 48 核心核心數量相同, 但主機僅一台 -> 不須網路傳輸, 且管理容易

16 如何獲得更多的核心? 選用核心更多的 CPU x86 目前單顆 CPU, 最多有 16 個核心 (AMD Opteron 6200 系列 ) 選用能安裝更多 CPU 的主機一般 x86 伺服器, 最多可安裝 4 個 CPU (4-way) 增加主機數量 ( 叢集架構 ) 視需求增加數量, 採用網路互連

17 各種做法的比較採用多核心 CPU: 不會增加主機方面的成本選用能安裝更多 CPU 的主機 4-way 很好, 但是增加主機數量 ( 叢集架構 ) 彈性大, 但管理及架設難度較高需特別注意網路造成的效能瓶頸

系列 x2 ( 最多 12 核心 ) 記憶體支援 DDR3-1600 x32, 最大 1TB

18 4-way 機種的優點單一主機上擁有更多可支配資源機種 Dell R815 Dell R710 CPU 支援 AMD Opteron 6200 系列 x4 ( 最多 64 核心 ) Intel Xeon 5600 系列 x2 ( 最多 12 核心 ) 記憶體支援 DDR x32, 最大 1TB DDR x18, 最大 192GB 擴充插槽 PCIe 2.0 x6 PCIe 2.0 x4 外型機架型 2U 機架型 2U

19 4-way 機種的優點更高的運算資源密度, 占用較少空間在相同的總核心數量時, 需要的主機數量較少, 管理較容易, 配線等也較簡單

20 4-way 機種的優點對於共享記憶體型的平行運算來說, 由於不能跨越主機運算, 單台主機的運算能力越強越好對於分散記憶體型的平行運算來說, 可避免網路傳輸造成的效能影響執行虛擬化應用時, 資源更容易調配

21 4-way 機種的考量重點主要點還是在價格 AMD vs. Intel

22 4-way 機種的考量重點 Intel 的 2-way 與 4-way 是不同的產品線 4-way 稅金 Intel 2-way Intel 4-way AMD 2~4-way 型號 Xeon 5600 系列 Xeon E7 系列 Opteron 6200 系列核心數量 4 / 6 6 / 8 / 10 8 / 12 CPU 價格帶 USD 188~1663 USD 856~3600+ USD 266~1386 Dell 參考機型 R610 R710 R810 R910 R715 (2-way) R815 (4-way)

23 應用領域誰需要大量運算力?

24 基礎或應用科學研究應用領域 : 地球科學物理化學生物其他

25 運算的規模

26 基本浮點運算 HPL ( 線性代數效能測試軟體, Top500 測試根據 4.00E E E E+02 Gflops 2.00E E+02 AMD Opteron GHz Intel Xeon GHz Opteron 6272, Open64, ACML-FMA 1.00E E E cores CentOS 5.7, HPL 2.0, Open , ACML 4.4.0, MPICH p1

27 記憶體頻寬測試 STREAM ( 記憶體系統頻寬 (MB/s) AMD Opteron 6272 x4, 8GB *32 Intel Xeon X5650 x2, 4GB*12 cores Copy Scale Add Triad AMD: Open64 compiler 4.3.2, Intel: Intel compiler 12

28 電腦繪圖 POV-RAY ( 3.7 版開始內建平行運算能力

29 電腦繪圖 Dell R815 Opteron GHz 16cores x4, 256GB RAM Dell R610 Intel x GHz 4cores x2, 48GB RAM Relative speed GCC Open Intel Open cores CentOS 6.2, Pov-RAY 3.7 RC5 with built-in benchmark

30 凝態物理 VASP ( 使用者眾多的 DFT 準位能 / 平面波基底函數軟體

31 凝態物理 Opteron 6172, 2.1GHz 12cores x4, 256GB RAM Opteron 6262, 2.1GHz 16cores x4, 256GB RAM Xeon 5650, 2.66GHz 6cores x2, 64GB RAM Relative speed Opteron GHz Xeon GHz Opteron GHz, FMA cores CentOS 5.7, VASP , compiled with Intel compiler 12, MKL 10.3 nanotube case, uses ~50GB of RAM. Binary of 6272 with ACML FMA.

32 地球科學 SPECFEM3D ( 地震波模擬計算軟體

33 地球科學 SPECFEM3D Opteron GHz x4 128GB RAM, 16 cores Intel Xeon GHz x2 32GB RAM, 2 nodes, 16 cores Time (m:s) 34: : 平行逆推程式 (courtesy of Dr. S.J Lee, IES, Academia Sinica) Opteron GHz x4 128GB RAM, 16 cores Intel Xeon GHz x2 32GB RAM, 2 nodes, 16 cores Time (m:s) 42: : CentOS 5.7, both codes compiled with GCC 4.1.2

34 生物化學 GROMACS ( 開源碼分子動力學計算軟體

35 生物化學 Dell R815 Opteron 6272, 2.1GHz 16cores x4, 256GB ns / day cores CentOS 5.7, GROMACS compiled with Intel compiler 12, MKL 10.3

36 AMD 多核心系統成功案例中央研究院物理研究所主要執行軟體 : VASP Dell R815 (Opteron GHz x4, 256GB RAM)

37 AMD 多核心系統成功案例成功大學生物資訊中心主要執行軟體 : Applied Biosystems LifeScope Dell R815 (Opteron GHz x4, 512GB RAM)

38 AMD 多核心系統成功案例中央研究院地球科學所主要執行軟體 : SPECFEM2D, SPECFEM3D, POV-Ray 及其他使用者自行撰寫的軟體 Dell R815 (Opteron GHz x4, 128GB RAM) x14

39 結語 Do more with less! 多核心平行運算技術能對研究及運算工作產生實際幫助對傳統的叢集運算使用者而言, 使用多核心主機能提升每個節點的運算力, 減少節點數量, 提升管理效率對運算量較小的使用者而言, 使用多核心主機能發揮以一擋多的效益, 同時間處理更多工作 AMD 的多核心運算解決方案, 能以更經濟的方式讓使用者獲得更強大的運算能力

40 提問 / 討論時間 mike@joinet.com.tw

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