titan
Titan, nuovo re dei super computer
Art. postato da F. Melis su smanettando, 30\10\2012, h. 20.05.

Da Repubblica del 30 ottobre 2012

http://www.repubblica.it/scienze/2012/10/29/news/titan_nuovo_re_dei_super_computer_ha_un_cuore_grafico-45522727/?ref=HRERO-1

grazie a un cuore tutto "grafico"
E americano il nuovo super computer pi potente del mondo, con una
velocit di calcolo doppia rispetto al computer giapponese K. Il suo
segreto  il calcolo parallelo su schede grafiche, come ci spiegano i
responsabili di Nvidia, azienda che ha realizzato le unit di calcolo
nel cuore del potentissimo elaboratore
di MASSIMILIANO RAZZANO

TITAN, 20 petaflop. E questo limpressionante biglietto da visita del
nuovo super computer presentato oggi allOak Ridge National Laboratory 1
in Tennessee. Con una simile potenza di calcolo, Titan supera il
computer giapponese K 2, balzando in testa alla classifica dei super
computer pi potenti del mondo. Ma a differenza di molti suoi cugini
elettronici, Titan sfrutta in maniera massiccia la potenza di calcolo
offerta dalle schede grafiche, particolarmente adatte per il calcolo
parallelo. Il cuore di Titan  infatti costituito da oltre 18 mila
schede Tesla K20 prodotte da NVIDIA 3, lazienda californiana leader nel
settore delle schede grafiche e della grafica computerizzata. Lenorme
potenza offerta da questo nuovo super computer aiuter gli scienziati a
studiare molti complessi problemi in vari campi della ricerca moderna,
dalla medicina allo studio dei cambiamenti climatici.

Dai videogiochi alla scienza - Per avere computer sempre pi veloci, una
strategia molto sfruttata  quella del calcolo parallelo. Invece di far
svolgere un compito ad una singola unit processore (CPU), si suddivide
il lavoro fra molti processori, che lavorano in maniera coordinata,
ciascuno svolgendo una piccola parte del calcolo iniziale. E questa la
tecnologia usata in molti super computer e persino nei nostri personal
computer, che possono essere dual-core o simili, ed avere cio due,
quattro o persino otto unit di calcolo.

Ma secondo gli esperti, la rivoluzione nel calcolo parallelo non
arriver da sofisticati progetti scientifici, bens da un campo
completamente diverso: quello dei videogiochi. La grafica
tridimensionale dei videogiochi moderni richiede infatti una grande
quantit di operazioni, ad esempio per calcolare gli effetti di ombre e
di luci sugli oggetti. Per questo motivo sono state sviluppate delle
schede grafiche dotate di moltissimi processori capaci di svolgere
singoli calcoli in parallelo. Queste unit di accelerazione grafica,
dette Graphics Processing Unit (GPU) contengono centinaia di processori
paralleli capaci di svolgere semplici operazioni in modo molto rapido.
Le potenzialit delle schede GPU non sono di certo sfuggite agli
scienziati, che hanno imparato a programmarle per eseguire simulazioni e
calcoli scientifici.

Tra le molte soluzioni presenti sul mercato, le schede NVIDIA sono
estremamente utilizzate per il calcolo scientifico, grazie anche allo
sviluppo di CUDA, un apposito linguaggio di programmazione che permette
di programmare in maniera relativamente semplice queste schede. Siccome
poi queste schede sono inoltre prodotte su grande scala per il mercato
dei videogiochi, la tecnologia GPU  risultata relativamente a basso
costo, altro punto di forza.

Lazienda di Santa Clara ha quindi iniziato un percorso di grande
successo, che dalle schede grafiche per videogiochi ha portato allo
sviluppo di schede apposite per il calcolo scientifico, come le schede
Tesla K20 che costituiscono il cuore di Titan. Titan  un punto
significativo nella corsa verso il calcolo allesascala, ovvero la
realizzazione di computer da 1000 petaflop.

Ma quali sono i segreti e le potenzialit del nuovo super computer
Titan? Lo abbiamo chiesto a Sumit Gupta, General Manager della Tesla
Accelerated Computing Unit di NVIDIA.

Come possiamo confrontare Titan con gli altri super computer nel mondo?
Essendo il super computer pi veloce per la ricerca scientifica, Titan
sta aprendo la via ad una nuova era di super-calcolo accessibile ed
efficiente, lEra del calcolo accelerato. In questa era, i super
computer aggiungono acceleratori grafici, come le GPU, alle CPU x86 per
aumentare in modo significativo la velocit delle applicazioni
scientifiche e commerciali. Titan risalta fra i molti super computer
tradizionali perch una porzione significativa delle sue capacit di
calcolo sono fornire dalle GPU. La maggior parte degli esperti in questo
campo crede che i cluster tradizionali, basati solamente sulle CPU x86,
non siano abbastanza efficienti da portarci nel futuro del
super-calcolo. Questa nuova era  appena iniziata. Secondo la classifica
Top500 pubblicata a giugno 2012, il numero di super computer che
sfruttano gli acceleratori GPU  cresciuto del 400% nel giro di un anno.
Una delle caratteristiche chiave di Titan  luso di processori e
acceleratori GPU standard e preconfezionato. Il computer K in Giappone
o il super computer Sequoia negli Stati Uniti, basato sul sistema IBM
Blue Gene/Q System, sono basati su tecnologie proprietarie realizzate
appositamente per lindustria del calcolo ad alte prestazioni. A causa
dei grandi costi e del basso volume di produzione, i sistemi proprietari
stanno lasciando il passo a sistemi GPU pi efficienti ed accessibili.

Quali sono i vantaggi principali delluso delle GPU in Titan?
Le prestazioni di picco di Titan sono di pi di 20 petaflop, ovvero 20
milioni di miliardi di operazioni in virgola mobile al secondo (la
potenza di K  circa 10.5 petaflop, ndA). Circa il 90% di questa potenza
viene dalle 18688 schede GPU Tesla K20 della NVIDIA. Titan  circa dieci
volte pi veloce e cinque volte pi efficiente del suo predecessore, il
sistema Jaguar da 2,3 petaflop. Soprattutto, le GPU hanno trasformato
Jaguar nel pi potente strumento per gli scienziati per accelerare il
passo di scoperta ed innovazione in un intervallo di campi scientifici,
dalla predizione degli impatti degli uragani ad una migliore precisione
nel trovare cure per il cancro. Gli scienziati nel settore di ricerca
sulla combustione stanno gi iniziando ad usare Titan per accelerare la
scoperta di idrocarburi pi efficienti, riducendo i tempi di simulazione
dai mesi alle settimane.

Quanto tempo ha richiesto la progettazione costruzione e test di Titan?
Titan era un progetto a pi fasi iniziato un anno fa quando 56 dei 200
cabinet del sistema Jaguar sono stati aggiornati alla pi recente
architettura Cray XK6. OAk Ridde ha installato le 18,688 schede Tesla in
meno di un mese.

Quali sono alcuni esempi di applicazioni scientifiche?
In aggiunta alle ricerche sulla combustione, due altri esempi di
applicazioni scientifiche sono lo studio nel settore nucleare e dei
cambiamenti climatici. Lenergia nucleare fornisce circa il 20% del
consumo di elettricit degli Stati Uniti. Gli scienziati di Oak Ridge
usano le simulazioni per migliorare la sicurezza e le prestazioni delle
centrali nucleari. Con Titan, le simulazioni 3D di un reattore nucleare
sono completate nel giro di ore anzich settimane. Gli scienziati del
Centro Nazionale per la Ricerca Atmosferica 5 stanno tracciando
limpatto del cambiamento climatico simulando il sistema Terra con
latmosfera, gli oceani, le terre emerse ed i ghiacciai. In un singolo
giorno di simulazione, Titan permette agli scienziati di simulare 1-5
anni di dati confrontati con i soli 3 mesi di dati su Jaguar.

Titan sar accessibile a tutti gli scienziati?
Come parte del programma INCITE del Dipartimento dellEnergia, Oak
Ridge ha accettato proposte dagli scienziati di tutto il mondo ed ha
assegnato tempo di calcolo su Titan a 32 progetti. Questi sono altri
ricercatori che avranno ampio accesso a Titan nel 2013.

(29 ottobre 2012)
