Глинский Б.М.   Караваев Д.А.   Куликов И.М.   Кучин Н.В.   Снытников Н.В.  

Масштабируемые вычисления с применением гибридного кластера

Докладчик: Глинский Б.М.

В докладе рассматриваются, на примере некоторых задач, возможности гибридного кластера, установленного в Сибирском суперкомпьютерном центре для масштабируемых вычислений. Кластер состоит из 40 серверов HP SL390s с тремя GPU NVIDIA Tesla M2090 на каждом, пиковая производительность  84 ТФлопс, в том числе 79 ТФлопс на GPU. С применением CUDA, в соответствии с архитектурой GPU, поддерживается модель параллельных вычислений SIMD, в отличие от MPI, ориентированого на MIMD.
В основе параллельного алгоритма для решения задач механики сплошной среды лежит трехмерная декомпозиция расчетной области, реализованная с помощью комбинации технологий MPI и CUDA. Эффективность такой гибридной декомпозиции возможна только при независимом вычислении потоков через границы ячеек, например, с использованием методов типа Годунова. Алгоритм теоретически имеет бесконечную масштабируемость.
Для численного 3D моделирования сейсмических полей в неоднородных упругих средах проведена разработка параллельного алгоритма, на основе разностного метода, и программы для вычислений на гибридном кластере. Программа использует GPU для реализации вычислительной части алгоритма посредством CUDA и CPU для обменов данными между  GPU с использованием MPI. В расчетах использовалось более 30 тыс. ядер.
Параллельный алгоритм для решения уравнения Пуассона основан на методе трехмерной декомпозиции области, частичном предвычислении сеточной функции Грина и расчете потенциала выделенного слоя. Он реализован средствами MPI на CPU-подсистеме гибридного кластера. Для решения уравнения Власова
используется метод частиц в ячейках, реализованный на GPU-подсистеме средствами CUDA. Алгоритм позволяет проводить расчеты на сетке с миллиардами узлов и сотнями миллиардов модельных частиц.
Обсуждаются технологические аспекты применения гибридных кластеров для масштабируемых вычислений.