i-008 PlayStation 3 Gravity Grid

Оригинальная статья была опубликована Гауравом Кана

Sony PlayStation 3 имеет ряд уникальных черт, которые делают ее особо пригодной для научных вычислений. Во-первых, PS3 – открытая платформа, что подразумевает, что вы можете запускать на ней другое ПО (*С МАРТА 2010 ЭТОТ ЗАКОН НЕ ДЕЙСТВУЕТ*) например: PowerPC Linux. Во-вторых, система оснащена мощным процессором Cell processor, разработанным Sony, IBM и Toshiba. Этот процессор имеет главный CPU (называемый PPE) и несколько (шесть(6) для PS3) специальных вычислительных устройств (называемых SPE) для грубых вычислений. Более того, каждый SPE совершает векторные операции, что подразумевает, что он может проводить вычисления разнообразных данных за один шаг (SIMD). И наконец, ее низкая цена делает систему очень привлекательной в качестве научного вычислительного узла – части научного кластера. На самом деле, очень вероятно, что грубые вычисления производительность-за-доллар, которые предлагает PS3, сегодня занимают на рынке гораздо более высокое положение, чем что-либо еще.

Благодаря щедрой, спонсорской помощи Sony, мы имеем шестнадцать (16) PS3 кластеров в нашем отделе, которые мы называем PS3 Модулятором Гравитации. Картинки кластера вы найдете здесь: 1) прибытие PS3; 2) прибытие rack; 3) оригинальный кластер – вид спереди; 4) оригинальный кластер – вид сбоку; 5) усовершенствованный кластер – вид спереди; 6) усовершенствованный кластер – вид сбоку. Если вы хотите узнать, как этот кластер был сконструирован, пожалуйста зайдите на сайт нашего партнера: ps3cluster.org.


Проекты

- Бинарное слияние черных дыр с использованием теории пертурбации (GK)

Этот проект тесно связан с оценкой свойств гравитационных волн, образованных слиянием двух черных дыр. Гравитационные волны – “небольшая зыбь” во временном пространстве, которая путешествует со скоростью света. Наличие таких волн было теоретически предсказано теорией относительности Эйнштейна, но никто и никогда не наблюдал их практически. В настоящее время ведутся активные поиски таких волн, в частности, организованные лабораторией NSF LIGO и некоторыми другими обсерваториями в Европе и Азии. ESA и NASA также подготавливают проект — миссия LISA — целью проекта будет выявление гравитационных волн. Чтобы узнать больше о гравитационных волнах и последних попытках найти их, пожалуйста зайдите на сайт LISA mission website.

Компьютерный код для решения лимита этой проблемы – экстремальной относительной массы (также называемой EMRI) – на самом деле решающая неоднородное волновое уравнение программа, которая включает математически сложный источник. Источник описывает, как небольшая черная дыра (или звезда) генерирует гравитационные волны, когда двигается во временном пространстве большой черной дыры. Из-за математической сложности источника, это наиболее сложная часть расчетов. На процессоре PS3's Cell processor, это как раз та часть вычислений, которая “выдается” в шесть (6) SPE. Этот процесс действительно сокращает временные затраты на вычисления источника и ускоряет вычисления в шесть (6) раз по сравнению с PPE-только. Нужно заметить, что мы говорим о двухэтапном вычислении. При обычных одноэтапных вычислениях скорость значительно выше. Более того, мы распространяем этот вычислительный домен среди шестнадцати (16) PS3 с использованием MPI (прохождение сообщения) распараллеливания. Это позволяет каждому PS3 работать на своей части домена и сообщать связанные данные другим, если это необходимо, on-the-fly. В общем, производительность нашего PS3 Gravity Grid можно сравнить примерно со 100 ядерным oпроцессором Intel Xeon или с 500 узлами суперкомпьютера IBM Blue Gene.

– Радиоактивные "хвосты" Черных дыр (GK)

Это исследование посвящено развитию понимания запоздалого поведения физических полей (скалярного, векторного, тензорного), эволюционирующих во вращающиеся (Керр) черные дыры временного пространства. Хорошо известно, что в далеком будущем такие поля начнут демонстрировать спад по степенному закону, но в настоящее время индекс степенного закона "хвостового" поведения несколько неоднозначен — различные исследователи цитируют различные результаты в научно популярной литературе. Цель этого проекта – провести вычисления очень высокой точности для получения качественных количественных данных, которые помогут разрешить возникшее противоречие. Эти вычисления потребуют не только высокой аккуратности, но также высокой точности плавающей запятой, например, четверная (128-bit) и восьмеричная (256-bit) точность, чтобы получить данные такой высокой точности, как требует это исследование.

На SPEs процессора Cell мы использовали высокоточные вычисления плавающей запятой, путем разработки масштабированного порта LBNL QD Library. Такой подход дает выигрыш в производительности в четыре (4) раза по сравнению с вычислениями PPE-только и фактор в тринадцать (13) раз по сравнению с производительностью родного длинного двойного типа данных на PPE.

– HPL – кластерная мера стандартного суперкомпьютера (GK)

Этот проект связан с созданием кластерной меры стандартного суперкомпьютера LINPACK на наших шестнадцати (16) PS3 кластерах. Это критерий, который используется сайтом top500.org, где перечислены самые мощные компьютеры в мире. Мы сотрудничали с IBM чтобы портировать их QS22 Cell BE код на наш кластер PS3. Наш PS3 Gravity Grid генерирует общую производительность 40 GFLOP/сек (40 биллионов вычислений в секунду). Стоит заметить, что этот стандарт работал с двойной точностью, и из-за ограниченного RAM на каждом PS3 нам удалось подобрать только размер матрицы 10K на целом кластере. Т.е., эти условия тестирования далеки от оптимальных. Даже со 40 GFLOP/сек, наш кластер PS3 хорошо проявляет себя (в смысле производительности-за-доллар) по сравнению с другими, дешевыми кластерами. Стандартный код со специфичными патчами Cell доступен здесь: HPL.

Вопросы? Пожалуйста напишите Gaurav Khanna об этом исследовании и PS3 Gravity Grid.