Завдання на мільйон ядер: Незвичайний рекорд від американського вченого
Джозеф Ніколс (Joseph Nichols) з Центру дослідження турбулентності в Стенфорді з використання обчислювальної техніки для наукових розрахунків. Він застосував суперкомп'ютер і мільйони його ядер для вирішення складної гідродинамічної завдання - прогнозування шуму, що створюється надзвуковим реактивним двигуном.
Рекорд поставлений на суперкомп'ютері IBM Sequoia, встановленому в Ліверморської національної лабораторії. Суперкомп'ютер, розроблений компанією IBM для Національної адміністрації США з ядерної безпеки (NNSA) в рамках Програми передових обчислень і моделювання (ASC), має 1 572 864 обчислювальних ядер і 1,6 петабайт пам'яті. В даний час він займає другий рядок у рейтингу суперкомп'ютерів TOP500.
Авіаційний двигун, що працює на злітній режимі, є одним з найбільш потужних штучних джерел звуку. Такий шум створює серйозну небезпеку для здоров'я працівників аеродромів навіть при використанні ними найсучасніших засобів захисту органів слуху. Шум створює серйозний дискомфорт для жителів і є причиною падіння вартості нерухомості в населених пунктах, розташованих поблизу аеродромів.
Проектуючи нові двигуни, розробники намагаються знизити рівень шуму в порівнянні з попередниками.
Це може бути досягнуто за рахунок оптимізації конструкції сопла двигуна за допомогою комп'ютерного моделювання що відбуваються поблизу сопла процесів.
Подібне моделювання є неймовірно складним, і тільки з появою суперкомп'ютерів, що мають тисячі процесорних ядер, з'явилася можливість забезпечити прийнятну точність і швидкість обчислень. Але для цього пам'ять, обчислення та обмін даними в системі повинні бути ретельно збалансовані. При моделювання складних процесів на суперкомп'ютері одна велика завдання розбивається на тисячі підзадач, які можуть вирішуватися одночасно. Чим більше кількість ядер, тим швидше можуть проводитися обчислення.
Однак збільшення обчислювальної потужності викликає ускладнення самих обчислень з-за необхідності розподілу їх між великою кількістю ядер. Коли кількість ядер досягає мільйона, компоненти програм, що при меншому числі ядер абсолютно нешкідливими, несподівано можуть перетворитися в гальмуючі роботу «пляшкові горла».
У своїй роботі Ніколс використовував комп'ютерний код CharLES, розроблений колишнім співробітником Стенфордського університету Френком Хемом (Frank Ham).
На фото вгорі:
Сірий колір - сопло двигуна, червоний/оранжевий - температура стікали газів, синій - звукове поле. Знижений рівень шуму досягнуто за рахунок форми сопла, поліпшує турбулентне змішування.