Inne i Tsubame - Nvidia GPU Superdator

När du går in i datorrummet på andra våningen i Tokyo Institute of Technologys datorbyggnad, blir du inte omedelbart drabbad av storleken på Japans näst snabbaste superdator. Du kan inte se Tsubame-datorn för de industriella klimatanläggningarna som står på väg, men det här i sig säger. Med mer än 30 000 bearbetningskärnor som surrar, förbrukar maskinen en megawatt ström och behöver hållas cool.

Tsubame rankades som 29: e snabbaste superdator i världen i den senaste Top 500-rankningen med en hastighet på 77,48T Flops flytande punktoperationer per sekund) på branschstandard Linpack benchmark.

Medan positionen är relativt bra är det inte det som gör det så speciellt. Det intressanta med Tsubame är att det inte är beroende av den processorkapacitet som CPU: erna (centrala processorenheter) ensam har för att få jobbet gjort. Tsubame innehåller hundratals grafikprocessorer av samma typ som används i konsument-datorer, som arbetar tillsammans med processorer i en blandad miljö som vissa säger är en modell för framtida superdatorer som betjänar discipliner som materialkemi.

[Ytterligare läsning: Bästa NAS-lådor för media streaming och backup]

Grafikkprocessorer (GPU) är mycket bra att snabbt utföra samma beräkning på stora mängder data, så att de kan göra korta arbeten med några problem på områden som molekylär dynamik, fysiksimuleringar och bildbehandling.

"Jag tror att de allra flesta intressanta problemen i framtiden innebär att de problem som påverkar mänskligheten där effekten kommer från naturen … kräver förmåga att manipulera och beräkna på en mycket stor datamängd", säger Jen-Hsun Huang, VD av Nvidia, som pratade vid universitetet i veckan. Tsubame använder 680 av Nvidias Tesla grafikkort.

Hur stor skillnad gör GPU: erna? Takayuki Aoki, professor i materialkemi vid universitetet, sade att simuleringar som brukade ta tre månader nu tar 10 timmar på Tsubame.

Tsubame själv - när man flyttar förbi luftkonditioneringsapparaterna - är uppdelad i flera rum i två golv i byggnaden och består till stor del av rackmonterade Sun x4600 system. Det finns 655 av dessa, som alla har 16 AMD Opteron CPU-kärnor inuti det, och Clearspeed CSX600-acceleratorbrädor.

Grafikkchipsen finns i 170 Nvidia Tesla S1070 rackmonterade enheter som har slits in mellan Solsystem. Var och en av 1U Nvidia-systemen har fyra GPU: er inuti, var och en har 240 bearbetningskärnor för totalt 960 kärnor per system.

Tesla-systemen tillsattes till Tsubame under ungefär en vecka medan datorn fungerade.

"Folk trodde vi var galen", sa Satoshi Matsuoka, chef för det globala vetenskapliga informations- och datacentret vid universitetet. "Det här är en superdator på 1 miljard dollar (11 miljoner USD) som förbrukar en megawatt av makt, men vi visade tekniskt att det var möjligt."

Resultatet är vad universitetets personal kallar version 1.2 av Tsubams superdator.

Jag tror att vi borde ha kunnat uppnå 85 [T Flops], men vi slutade med tiden så att det var 77 [T Flops] ", sa Matsuoka av de benchmarks som utfördes på systemet. Vid 85T Flops skulle det ha stigit ett par platser i Top 500 och rankats snabbast i Japan.

Det finns alltid nästa gång: En ny Top 500-lista är på plats i juni 2009 och Tokyo Institute of Technology ser också ut längre fram.

"Detta är inte slutet på Tsubame, det är bara början på GPU-accelerationen som blir vanligt", sa Matsuoka. "Vi tror att i världen kommer det att finnas superdatorer som registrerar flera petaflops under de kommande åren, och vi skulle vilja följa med."

Tsubame 2.0, som han kallade nästa uppgradering, borde vara här inom de närmaste två åren och kommer att skryta en hållbar prestanda av minst en petaflop (en petaflop är 1000 teraflops), sa han. Den grundläggande konstruktionen för maskinen är fortfarande inte färdig, men den fortsätter den heterogena databasbasen för blandning av processorer och GPU: er, sa han.