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슈퍼컴퓨터 최신 동향 및 기상청 슈퍼컴퓨터 3 호기 소개

슈퍼컴퓨터 최신 동향 및 기상청 슈퍼컴퓨터 3 호기 소개. 2010 년 7 월. 슈퍼컴퓨터란 무엇인가 ?. 보통 컴퓨터보다 연산 속도가 수천 배 이상 빠르며. 일반컴퓨터와 매우 달리 , 대량의 정보를 짧은 시간 안에 처리해야 하는 기상 , 물리 , 생물 , 천문 , 지리 , 금융 등 자연과학 , 첨단공학분야 뿐만 아니라 보험 , 석유 , 영화 등 다양한 산업분야 에 활용되는 기본계산 장비로써. 세계 슈퍼커퓨터 성능 순위 는 초당연산능력기준으로

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슈퍼컴퓨터 최신 동향 및 기상청 슈퍼컴퓨터 3 호기 소개

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  1. 슈퍼컴퓨터 최신 동향 및 기상청 슈퍼컴퓨터 3호기 소개 2010년 7월

  2. 슈퍼컴퓨터란 무엇인가 ? 보통 컴퓨터보다 연산 속도가 수천 배 이상 빠르며 일반컴퓨터와 매우 달리,대량의 정보를 짧은 시간 안에 처리해야 하는 기상, 물리, 생물, 천문, 지리, 금융 등 자연과학,첨단공학분야 뿐만 아니라 보험, 석유, 영화 등 다양한 산업분야에 활용되는 기본계산 장비로써 세계 슈퍼커퓨터 성능 순위는 초당연산능력기준으로 매년 2번씩 TOP500(http://www.top500.org)에서 발표하며, 1997년 테라컴퓨팅(초당 조번 )시대를 시작으로, 2008년 6월 마침내 페타컴퓨팅(초당 천조번)시대를 맞이함

  3. 1. 슈퍼컴퓨터 최신 기술 동향은 어때 ? 슈퍼컴퓨터의 종류 ? CPU 타입에 의한 구분 Scalar 형, Vector 형 메모리 접근방식에 의한 구분 SMP(symmetric multiprocessing) - 공유 메모리 시스템(multi cpu / Node) MPP(massively parallel processing) - 분산 메모리 시스템 (1 cpu / Node) 클러스터 - 분산 메모리 시스템 (multi cpu / Node) 스칼라 CPU 이론성능 산정식 (AMD, Intel사의 CPU) GHz × core수 × factor  =  GFlops   - factor :　2010년 6월 현재 Intel, AMD 모두 factor=4  - SSE4 : Streaming SIMD(단일 명령어 복수 데이터 방식(single instruction, multiple data) Extension 4

  4. 목 차 1. 슈퍼컴퓨터 관련 최신 동향 (2010.6) 2. 국가기상슈퍼컴퓨터센터 소개 3. 기상청 슈퍼컴퓨터 3호기 도입 현황 World Best 365 하늘을 친구처럼, 국민을 하늘처럼

  5. 1. 슈퍼컴퓨터관련 최신 동향

  6. 슈퍼컴퓨터 최신 기술 동향은 ? • HPC 최신 추세 • ○ 에너지 소비 효율화를 위한 그린 컴퓨팅 • - CPU 클럭(GHz) 보다는 멀티코어를 이용한 효과적인 컴퓨팅 성능 구현 • - 슈퍼컴퓨터 도입 시 TCO(유지보수비, 전기세등 운영비용 대비 슈퍼컴성능) 적용 • ○ 클러스터 및 클라우드 컴퓨팅 • - MPP 및 클러스터 시스템의 고성능 I/O 장치(Infiniband, 10GE 등) • ○ 대용량 및 고성능 자료저장장치 • - SSD, 스토리지 가상화, GPU 등 World Best 365 하늘을 친구처럼, 국민을 하늘처럼

  7. (Green IT) 기상청 슈퍼컴퓨터 단위성능( 1 TF ) 당 전력사용량 비교 슈퍼컴퓨터 2호기 CRAY X1E : 20,540kWh/TF (2005년 설치) 슈퍼컴퓨터 3호기 초기분 CRAY XT5 : 11,756kWh/TF 슈퍼컴퓨터 3호기 최종분 CRAY Baker(XE6)  : 2,603kWh/TF (2010년 설치) 10 배 5 배 1 배

  8. TOP Highlight 2010.6 • 중국 슈퍼컴퓨터 급부상 • “Nebulae” [Dawning TC3600 Blade system with Intel X5650 processors and NVidia Tesla C2050 GPUs ] • 이론성능이 가장 높은 슈퍼컴퓨터(이론성능 2.98PF/ Linpack 실제성능 1.271PF) • 세계 1위 슈퍼컴퓨터 “Jaguar system”(Oak Ridge National Laboratory) • 실제성능 1위 (이론성능 2.33PF / Linpack 실제성능 1.75 PF) • 4. Intel 전체 슈퍼컴 시장의 81.6 % • Intel Core i7 (Nehalem-EP) processors 싸이트 186 개로 급증 / 2009년 11월 기준 95개 싸이트) • 5. AMD GPU와 Intel Xeon hybrid 시스템 7위 (중국, Tianhe-1 system) • 6. 전세계 슈퍼컴퓨터 시스템 성능 및 수량 IBM 1위 (2009년 IBM성능 1위 / HP가 수량 1위) • 대규모 연구센터에서의 Cray’s XT system 인기 ( 전세계 TOP50(1~50위) 중 10개) • 참고 : 기상청 슈퍼컴퓨터 3호기와 같은 시스템 아키텍쳐

  9. Power consumption of supercomputers 1. 전세계 1위 “Jaguar” 가 최대 전력 사용( 6.95 Mwatt ) . 2. TOP500(1~500위) 평균 전력소비량은 397 kWatt 현재 평균 195 Mflops/Watt (1년 전 150 Mflops/Watt) 3. TOP10(1~10위) 평균 전력소비량은 2.89 MWatt(1년 전 2.45 MWatt) 현재 평균 300 Mflops/Watt (1년 전 280 Mflops/Watt) 참고 : 기상청 슈퍼컴퓨터 3호기 CRAY XE6(Baker) 350.6 Mflops/Watt 4. 현재 가장 전력효율이 좋은 시스템 (독일,IBM PowerXCell processor blades, 774 Mflop/Watt)

  10. General highlights from the Top 500 since the last edition • Quad-core processors 425대/500대 • Dual-core processors 48대/500대 • 6 or more cores processors 25대/500대 • 500위 최소 기준 성능 ( Linpack 실제성능 24.7 TF / 6개월전 20 TF ) • 참고 : 기상청 2호기(7.5TF X 2대) • 6개월 전 357위가 현재 500위 ( 6개월 동안 전세계적으로 약 150대의 새로운 시스템이 구축되었다는 의미) • 6. 전체 500개 시스템 성능합 32.4 PFlop/s ( 6개월전 27.6 PF , 1년전 22.6 PF ) • 7. 100위 기준 Linpack 실제성능 52.84 TF ( 6개월 전 47.72 TF) / 50위 기준 102.8TF • 전체 500위 내 시스템당 평균 core 수 10,267 cores/system ( 6개월 전 9,174core, 1년 전 8,210 core ) • 9. 전체 50위 내 시스템당 평균 core 수 49,080 cores/system ( 6개월 전 44,338 cores, 1년 전 40,871 core) • Interconnect 기술 1위 Gigabit Ethernet (244 systems) • Interconnect 기술 2위 InfiniBand (205 systems) • 하지만 시스템 성능합은 Infiniband 구성 시스템이 gigabit에 비해 2배 (15.8 PF : 7.8 PF) • 11. 슈퍼컴 제조사별 전체 슈퍼컴 싸이트 수(1위 IBM 39.8%, 2위 HP 37%, 3위 Cray 4.2%, 4위 SGI 3.4%) • 슈퍼컴 제조사별 전체 슈퍼컴 성능합 ( 1위 IBM 33.6%, 2위 HP 20.4%, 3위 Cray 14.8%, 4위 SGI 6.6%)

  11. Top 500 순위(1위~15위), 2010. 6월 기준

  12. HPC관련 TOP500의 몇 몇 차트를 통한 최신 동향분석 • HPC 는 미국이 항상 1등 • 영국 2등 • 프랑스 3등 • 중국 4등 ( 다크호스 ) • 독일 5등 (과거 부동의 3위) • 일본 6등 (과거 부동의 2위) • 한국은 … World Best 365 하늘을 친구처럼, 국민을 하늘처럼

  13. HPC관련 TOP500의 몇 몇 차트를 통한 최신 동향분석 World Best 365 하늘을 친구처럼, 국민을 하늘처럼

  14. HPC관련 TOP500의 몇 몇 차트를 통한 최신 동향분석 • 기상분야에는 슈퍼컴퓨터가 필수적인데 … • 시스템 숫자는 점점 줄어듬 … • - 기상분야는 대용량 시스템이 필요하기 때문에 시스템 성능은 대용량인 반면 TOP500안에 드는 시스템 숫자는 상대적으로 작은 편임 World Best 365 하늘을 친구처럼, 국민을 하늘처럼

  15. HPC관련 TOP500의 몇 몇 차트를 통한 최신 동향분석 분야별 설치 시스템 수 순위는 등외 분야별 성능 순위 9위 World Best 365 하늘을 친구처럼, 국민을 하늘처럼

  16. 1. 슈퍼컴퓨터 최신 기술 동향은 어때 ? HPC관련 TOP500의 몇 몇 차트를 통한 최신 동향분석 • IBM, HP가 대세 … SUN, DELL 도 HPC에 도전 • - 최근 IBM은 시스템 숫자뿐만 아니라 전세계에 설치된 슈퍼컴퓨터 성능합에서도 1위를 차지하고 있으나, HP는 시스템 숫자 및 성능합에서도 2위 • 슈퍼컴퓨터의 대명사인 NEC, SGI 급락 • - 벡터 CPU로 전성기를 이루던 NEC, CRAY는 스칼라 CPU가 대세인 요즘 시스템 숫자가 급속히 감소(CRAY 3위)… 하지만 최근 CRAY 슈퍼컴퓨터가 다시 여러 싸이트에 스칼라 형태의 대규모 시스템을 설치하면서 부상 중 World Best 365 하늘을 친구처럼, 국민을 하늘처럼

  17. HPC관련 TOP500의 몇 몇 차트를 통한 최신 동향분석 HP CRAY IBM CRAY HP CRAY IBM World Best 365 하늘을 친구처럼, 국민을 하늘처럼

  18. HPC관련 TOP500의 몇 몇 차트를 통한 최신 동향분석 • <여기서 잠깐 > • 벡터 컴퓨터가 왜 시장에서 죽었을까… World Best 365 하늘을 친구처럼, 국민을 하늘처럼

  19. HPC관련 TOP500의 몇 몇 차트를 통한 최신 동향분석 Vector Scalar Vector Scalar World Best 365 하늘을 친구처럼, 국민을 하늘처럼

  20. HPC관련 TOP500의 몇 몇 차트를 통한 최신 동향분석 • MPP, 클러스터가 어떻게 하나의 슈퍼컴퓨터(노드) 시스템 처럼 동작 할 수 있을까… • 수천개의 계산 노드를 하나의 시스템처럼 연결해 주는 … • 슈퍼컴퓨터의 고성능 I/O를 보장해 줄 수 있는 Infiniband, 10GE 과 같은 계산 노드에 대한 인터컨넥트 네트워크의 급격한 발전 World Best 365 하늘을 친구처럼, 국민을 하늘처럼

  21. HPC관련 TOP500의 몇 몇 차트를 통한 최신 동향분석 World Best 365 하늘을 친구처럼, 국민을 하늘처럼

  22. HPC관련 TOP500의 몇 몇 차트를 통한 최신 동향분석 • 싱글 CPU, SMP의 몰락 • 클러스터,MPP가 대세 World Best 365 하늘을 친구처럼, 국민을 하늘처럼

  23. HPC관련 TOP500의 몇 몇 차트를 통한 최신 동향분석 World Best 365 하늘을 친구처럼, 국민을 하늘처럼

  24. HPC관련 TOP500의 몇 몇 차트를 통한 최신 동향분석 • 기상청 슈퍼컴퓨터 4호기 성능은 얼마 ? 기상청 슈퍼컴퓨터 4호기는 10~15PF World Best 365 하늘을 친구처럼, 국민을 하늘처럼

  25. 왜 멀티코어 인가 ? • 엄청난 성능의 CPU 한 개로 모든 업무를 처리할 수 있다면 … • 사용자의 병렬 프로그램 작성 노력도필요 없고 … • 관리자의 시스템 관리, 시스템 구성의 복잡성도 없어질 텐데 … 1. 반도체 집적도의 한계 2. CPU 클럭(성능)과 소비전력 상관 관계 World Best 365 하늘을 친구처럼, 국민을 하늘처럼

  26. 왜 멀티코어 인가 ? • 반도체 집적도의 한계 < 출처 : Intel > 집적도 [集積度] : 한 변이 수 밀리미터(mm)인 실리콘 등의 칩(chip) 위에 반도체 기술을 이용하여 트랜지스터나 다이오드 등의 부품으로 회로를 구성할 때에 칩 당 소자(素子)의 수

  27. 왜 멀티코어 인가 ? • CPU 클럭(성능)과 소비전력 관계 World Best 365 하늘을 친구처럼, 국민을 하늘처럼

  28. 왜 멀티코어 인가 ? • CPU 클럭(성능)과 소비전력 관계

  29. 왜 멀티코어 인가 ? • CPU 클럭(성능)과 소비전력 관계

  30. 왜 멀티코어 인가 ? • CPU 클럭(성능)과 소비전력 관계 장점 : 전체 성능을 보장하면서 에너지 효율은 극대화 !!! 단점 : But, 사용자 어플리케이션이 가지는 확장성 극복은 프로그래머 몫

  31. 2. 국가기상슈퍼컴퓨터센터

  32. 국가기상슈퍼컴퓨터센터 • 공사기간 : 2008. 6. ~ 2010.1. • 부지위치 : 충북 청원군 오창읍 양청리 802번지 • 총사업비 : 253억원 • 부지 : 23,092㎡(6,985평) • 건축 연면적 : 7,052㎡(2,133평)

  33. 국가기상슈퍼컴퓨터센터 세부내용 (건축) • 총 건 축 면 적 : 7,052 ㎡(2,133평) • 전산시설 : 2,074㎡(627평), 기반시설 : 2,506㎡(758평) • 업무시설 : 779㎡(236평), 공용시설 : 1,693㎡(512평) 국가기상슈퍼컴퓨터센터 전산실 도면

  34. 국가기상슈퍼컴퓨터센터 전기/기계 기반시설 전기설비 주요특징 • 오창 변전소에서 수전용량 8,000KVA 지중선로 2회선구성 • 주요설비 : 수배전반 8,000KVA, 발전기 6,750KW, UPS 5,700KVA • 정전 시 30분간 시스템 정상 운영을 지원하는 냉각시설구축 • 주요설비 : 냉동기 1,800RT, 냉각탑 2,160RT, 항온항습기 525RT, 지열 시스템 80RT 기계설비 주요특징

  35. 국가기상슈퍼컴퓨터센터 주요 기반 시설 냉동기 냉수배관 발전기 (경유 8,600리터로 2일간 센터 자체 운영 가능) UPS 밧데리 (4,800개) 수배전반 UPS

  36. 국가기상슈퍼컴퓨터센터 슈퍼컴동 전산실환경 전산실 분전반(UPS, STS) 전산실 이중마루(깊이 1m, 국내 2위) 전산실 분전반 내부(UPS, STS) 전산실 엑세스 플로어(타공판)

  37. 국가기상슈퍼컴퓨터센터 슈퍼컴동 운영 환경 현업 운영실(영상회의시설) 방재실(CCTV 모니터링 등) 홍보실 (멀티영상시스템) 국가기상슈퍼컴퓨터센터 사무동 시설 강의실 사무실 국제회의실(영상회의시설)

  38. 3. 슈퍼컴퓨터 3호기 도입 현황

  39. 슈퍼컴퓨터 3호기 도입 사업 개요 • 계약명 • 계약일자 • 설치 위치 - Supercomputer(기상용 슈퍼컴퓨터 3호기), etc - 2009년 9월 7일 - 국가기상슈퍼컴퓨터센터 (오창)

  40. 슈퍼컴퓨터 3호기 전체 시스템 논리적 구성도 Cray XT5/Baker Login Server Deployment Servers Lustre Global Storage Pool Tier 0 Pre/Post Server Back Up System Tier 1

  41. 전산실 시스템 최적 배치를 위한 CFD 모의 결과 • 그림 (상) – 이중마루 하부 균등한 풍압으로 시스템 냉각에 필요한 풍량을 적절히 공급하고 있음 • 그림 (하) • 수평 온도 분포는 전체적으로 공급 온도 기준 (10 ~ 16℃)를 만족하고 있으며, 서버랙 상부까지 양호한 냉기 공급을 보여 줌

  42. 인터림 슈퍼컴퓨터 시스템 용량및 구축 현황 최종분(Baker) 시스템 인터림(XT5) 시스템 인터림(XT5) 시스템 초기분(XT5) 시스템 2009년 2009년 2010년 5월 2010년 12월 CRAY XT5

  43. 슈퍼컴퓨터 3호기 인터림 시스템 설치 과정

  44. 슈퍼컴퓨터 3호기 인터림 시스템 설치 완료 (2009.12)

  45. 초기분 슈퍼컴퓨터 시스템 용량및 구축 현황 최종분(Baker) 시스템 인터림(XT5) 시스템 초기분(XT5) 시스템 초기분(XT5) 시스템 2010년 5월 2009년 2010년 2010년 12월 CRAY XT5 로그인, 전-후처리 시스템 (6대) 계산시스템 (캐비닛 4조) 백업저장장치 (4.5PB) 공유저장장치 (2,430TB)

  46. 슈퍼컴퓨터 3호기 계산시스템(XT5) 설치 사진 및 케이블링 사진 (2010.2.15) 계산시스템(XT5) 후면 슈퍼컴퓨터 3호기 초기분 계산시스템(XT5) 계산시스템(XT5) 전면

  47. 시스템 구축 사진 (2010.2.16) 전산실(Hall 2) 전산실(Hall 1) 47

  48. 최종분 슈퍼컴퓨터 시스템 용량및 설치 계획 최종분(Baker) 시스템 최종분(Baker) 시스템 인터림(XT5) 시스템 초기분 (XT5) 시스템 2010년 12월 2009년 2010년 5월 2010년 CRAY XE6(Baker) 현업백업 및 연구용 계산시스템 (캐비닛 20조) 현업용 계산시스템 (캐비닛 20조)

  49. (Gflps) <참고> 기상청 슈퍼컴퓨터 시스템 성능 변화 10,000,000 1,000,000 100,000 10,000 1,000 100 10 1 기상청 슈퍼컴퓨터 3호기 CRAY XE6 2010. 11 682.9 Tflops (341 Tflops X 2대) 5억 5천 3백만명이 1년간 계산할 양을 1초만에 계산할 수 있는 성능 1500만명이 1년간 계산할 양을 1초만에 계산할 수 있는 성능 기상청 슈퍼컴퓨터 2호기 CRAY X1E 2005. 11 18.5 Tflops (9.25 Tflops X 2대) 기상청 시험기 Fujitsu VPX 220 1995. 6 1.25 Gflops 기상청 슈퍼컴퓨터 1호기 NEC SX-5 2000. 6 224 Gflops 16만명이 1년간 계산할 양을 1초만에 계산할 수 있는 성능 Cyber 932 1988.

  50. 슈퍼컴퓨터 2, 3호기 성능 비교(계속) 88배 (22배) 37배 49배 30배 27.6배 4.5배 90,240 CORE 2.430PB 682.9TF 34.29TF 119.8TB 4.5PB 슈퍼컴퓨터 3호기 시스템명 : Cray XE6 설치시기 : 2010년 1PB 0.088PB 4TB 18.5TF 0.7TF 슈퍼컴퓨터 2호기 시스템명 : Cray X1E 설치시기 : 2005년 4,096 SSP 1024 MSP Core 수 이론성능 BMT 실제성능 메모리용량 공유저장장치 백업용량

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