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Eurora Cineca Aurora Tigon

Cineca, Eurotech e nVidia: il progetto Eurora entra nel vivo

Con la messa in opera del supercomputer Aurora Tigon, maturano i frutti del progetto Eurora. Cineca mette al servizio della comunità scientifica la nuova soluzione ibrida di Eurotech con le Gpu Nvidia. Parola d’ordine: ottimizzare consumi e prestazioni per avere più potenza quando serve spendendo meno

Fa un certo effetto vedere al centro della sala computer del Cineca di Bologna il nuovo supercomputer Aurora Tigon che ruba la scena a Fermi. Nella classifica di fine 2012 Fermi, la soluzione Blu Gene di Ibm, era risultato il nono computer più potente al mondo nella Top 500. Ma oggi la prima donna è ‘lei’, la soluzione di Eurotech Aurora Tigon con le Gpu Nvidia basate su architettura Kepler.  E’ con questa soluzione che entra nel vivo il progetto Eurora (la E iniziale non è un errore, ma è utile a distinguere il progetto dal supercomputer), del valore di oltre un milione di euro finanziato, nell’ambito Prace 2IP, da Comunità Europea e Cineca che mette a disposizione della comunità scientifica la propria potenza di calcolo per elaborazioni ad altissime prestazioni.

Un progetto ambizioso, Eurora, nato nell’agosto del 2011 e entrato nella fase più calda a luglio del 2012 con il ‘procurement’ dell’hardware. Un progetto non meramente volto a ottenere record nella potenza di calcolo. E infatti tra gli obiettivi principali Carlo Cavazzoni, del dipartimento Cineca High Performance Systems, preferisce snocciolare, il superamento di alcuni limiti dell’ HPC mettendo in risalto i rapporti Flops/Watt, Flops/m2 e quindi Flops/Dollar, le tecnologie di raffreddamento a liquido caldo (Hot Water Cooling), i vantaggi delle tecnologie di accelerazione ibride (con Nvidia Kepler e Intel Xeon Phi), con Gpu accanti a normalissime Gpu, e la tecnologia 3D Torus nell’ambito networking e della comunicazione tra i diversi nodi.

Al momento, l’installazione al Cineca con Eurotech Aurora Tigon è in cima alle classifiche di efficienza mondiali, vedremo se riuscirà a tenere la posizione fino al prossimo aggiornamento a primavera inoltrata. Cineca sfrutterà l’installazione di Eurotech Aurora Tigon in vari campi della scienza computazionale, per lo studio dei costituenti della materia, la fisica della materia condensata, per l’astrofisica, e lo studio del meteo. Ma l’aspetto più importante è proprio che il progetto Eurora e la macchina Aurora Tigon, stabiliscono un nuovo punto di riferimento per la computazione ad alte prestazioni, ma anche ad alta efficienza energetica. Con il sistema Hpc Aurora Cineca, Eurotech e Nvidia vogliono estendere l’adozione di sistemi ibridi con Gpu a una vasta gamma di discipline, restando però ben ancorati anche alle esigenze reali e commerciali del computing.

E’ una scommessa da vincere, insomma, per Cineca, quella di avvicinare al calcolo sulle proprie macchine, un numero di realtà sempre maggiore, dimostrando la migliore efficienza applicativa e quindi reali vantaggi economici e un notevole risparmio di costi. La scommessa si avvale di dati di testing più che confortanti, che riportiamo in dettaglio nel nostro slideshow. La macchina del progetto Eurora è del 30 percento più efficiente dell’installazione al top della classifica Green 500, con 3150 MFlop/s per Watt e “1.700 Sustained GFlop/s per nodo”. Significa che ogni nodo dell’installazione Aurora Tigon è in grado di eseguire 1.700.000.000.000 operazioni in virgola mobile al secondo con un’efficienza rispetto a un normale desktop di oltre 15 volte superiore. Con questi dati, basati su HPL Benchmark, l’installazione del progetto è attualmente il sistema X86 più efficiente in assoluto (il primo in classifica si ferma a 2400 MFlops/W) e con un PUE (Power usage effectiveness) da record di appena 1,05.

Aurora Tigon al Cineca

Al centro della sala Aurora Tigon al Cineca che ruba la scena a Ibm BlueGene (Fermi)

Come è fatto Aurora Tigon con nVidia nell’installazione al Cineca

La postazione Aurora Tigon (il nome è a sua volta l’ibrido delle parole Tiger e Lion) del progetto Eurora al Cineca nasce ed è stata progettata tenendo al centro alcuni capisaldi fondamentali. Lasciamo parlare le immagini del nostro slideshow ma è importante qui sviscerare alcune delle linee guida del design: in ogni nodo non c’è un solo componente superfluo. Per questo sono del tutto assenti le ventole. Non ce ne è nemmeno una. A vantaggio di silenziosità ed efficienza. Tutti i componenti sono saldati sulla scheda madre, compresa la memoria Ram. L’architettura è assolutamente ‘densa’ e il design del nodo, come si vede nelle immagini lo dimostra.

Il sistema di raffreddamento è ovviamente il vero punto di forza di Aurora Tigon. Viene utilizzata acqua de-ionizzata, filtrata, cui sono aggiunti glicoli e poi utilizzata a temperatura fino a 50-55 gradi, con pressione tra i 2 e i 4 bar, per lasciare lavorare la macchina a una temperatura ottimale di circa 80 gradi con la possibilità di gestire in modo assolutamente separato i carichi delle Cpu e delle due Gpu. Questo significa anche nei mesi estivi la possibilità di raffreddare a costi operativi davvero molto bassi, con livelli di inquinamento minimo senza bisogno di “chillers” che sono opzionali. L’acqua viene convogliata direttamente in apposite barre del rivestimento metallico che sormonta ogni nodo, le pompe lavorano per portare il liquido dal basso verso l’alto, mentre l’alimentazione di 100 Kw per il rack arriva dall’alto. L’acqua viene poi raffreddata nel modo più semplice in assoluto e cioè attraverso un percorso naturale all’interno di radiatori, più che sufficienti per riportarla alla temperatura necessaria.

Ogni nodo può lavorare con due processori Intel Xeon  E5 Series, e quindi 16 core. Nello specifico si parla di due Intel Xeon E5-2687W per un TDP di 150 watt. Gestiscono sino a 16 threads paralleli contemporaneamente con frequenza di clock standard di 3,1 GHz, ma al Cineca per il record di efficienza i processori vengono “downclockati” fino a 1,7 GHz.  Due sono le opzioni per quanto riguarda l’accelerazione. La prima è quella che abbiamo visto noi con 2 Nvidia  Tesla (Kepler) K20 (ogni core grafico è in grado di offrire prestazioni di 3,52 TFlops), ma è possibile anche sfruttare Intel Xeon Phi 5120D. Il modello Tesla K20X di Nvidia vanta 2688 Cuda core con 6 Gbyte di memoria video.

Ogni nodo monta poi fino a 64 Gbyte di Ram Ecc Ddr3. L’architettura prevede 8 nodi affiancati in blade per chassis e fino a 16 chassis per ogni rack (noi abbiamo visto montato mezzo rack per 128 Cpu e 128 Gpu). Aurora Tigon arriva a poter montare fino a 2.048 Cpu Core per rack. Il sistema di monitoraggio e controllo è un sistema Linux che sfrutta 3 sensori indipendenti ridondanti sul network, con il controllo di alimentazione per ognuno degli slot Gpu. Il sistema mostrato a seconda delle configurazioni può avere un prezzo tra 1,4 milioni e 2,4 milioni di euro (al Cineca è installato mezzo rack completo, del valore quindi ovviamente inferiore a quello del progetto complessivo). Dal punto di vista delle interconnessioni  Aurora Tigon lavora su interfaccia base Infiniband di 40 Gbps QDR IB. E’ opzionale il controller 3D Torus o 3D mesh BW:240+240 Gbps. Lo storage in locale è minimo con un’unità SSD Intel da 160 Gbyte per nodo. In una sala dedicata invece trovano spazio presso Cineca 5 Petabyte di storage di cui 3,5 sono usati da Fermi.

Lo sforzo ora per Cineca e per chi sfrutta la potenza di calcolo è quello di riuscire a far lavorare le oltre 1000 applicazioni nel modo più idoneo a sfruttare i vantaggi di un’architettura ibrida con Cpu e Gpu che lavorano insieme.

 

Mario De Ascentiis
Autore: Mario De Ascentiis
Editor
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