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Evolução da Computação de AltoDesempenho na Ótica da Lista TOP500
ou(Se um processador já é rápido, imaginem um
sistema com 131.072 processadores :-)
MAC 412- Organizãção de Computadores- Siang W. Song
Fonte: http://www.top500.org/
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Evolução da Computação
Os primeiros processadores (como o Mark I)tinham ciclos da ordem de alguns segundosProcessador hoje: vários GHz - menos deum nanosegundo de cicloProcessador de hoje é 1.000.000.000 vezesmais rápidoComputação paralela usa um grandenúmero de processadores, aumentandomais ainda o poder computacional.Veremos a importância da computaçãoparalela e a sua evolução na ótica da listaTOP500.
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Computação Paralela - Oportunidade
O que já temos ou que está no horizonte:
Sistemas de computação maciçamente paralelosserão cada vez mais comuns.Clusters Beowulf baseados em arquiteturas abertastornam o uso da Computação Paralela cada vez maispopular.Novas arquiteturas de processadors: multi-core: Inteljá anunciou o lançamento de um chip com 80processadores, um trilhão de operações aritméticaspor segundo (1 TFLOPS).Médio ou longo prazo: Novas arquiteturas eficientesem energia e tecnologias que não são baseadas emsilício.
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Computação Paralela - Dificuldades
Dificuldade de lidar com paralelismo: comoprojetar um programa eficiente paracentenas ou milhares de processadores?Uma forma é o desenvolvimento decompiladores que fazem a paralelizaçãoautomática a partir de um código sequencial.
É a forma ideal.Mas temos muito pouco progresso.
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Outra forma: para cada problema, um algoritmoparalelo
Para cada problema com alta demandacomputacional, projetar um programaparalelo eficiente.
O progresso também deixa a desejar.Conseguimos lidar com aplicações trivialmenteparalelizáveis.Para muitas aplicações, levamos tempo demais para obteruma solução paralela eficiente.Muitos algoritmos paralelos desenvolvidos não sãoescaláveis.
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Computação Paralela - Desafios
Computação Paralela será regra e não exceção.
Necessidade de formar profissionaiscapazes de projetar algoritmos paraleloseficientes e escaláveis.Descobrir novas aplicações com altademanda computacional que podem tirarproveito do paralelismo maciço.Criar novos (?) modelos de computação,novos (?) paradigmas de programaçãoparalela ou novas (?) linguagens deprogramação paralela.
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Computação de Alto Desempenho
Medida de desempenho:1 FLOPS = uma operação ponto flutuante porsegundo
KFLOPS = 210 = aprox. 1.000 op/sMFLOPS = 220 = aprox. 1.000.000 op/sGFLOPS = 230 = aprox. 1.000.000.000 op/sTFLOPS = 240 = aprox. 1.000.000.000.000op/s
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Lista TOP500
Lista dos 500 computadores mais poderosos domundo
Divulgada duas vezes por ano: em junho enovembroInteresse tanto para fabricantes como paracompradores potenciaisBenchmark: LINPACK - um sistema linearde 1000 equações a 1000 incógnitas.Computadores com melhor desempenhoLINPACK entram na listaMuito material é disponível no site:http://www.top500.org/
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O Primeiro Colocado ... hoje
O computador mais veloz do mundo (emjunho/2007):
IBM BlueGene (DOE)131.072 processadoresLINPACK: 280,6 TFLOPSVelocidade pico: 367 TFLOPSTecnologia CMOS de 0,25 micron
Em novembro/2007 sai uma nova TOP500 etudo pode mudar :-)
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O Primeiro Colocado ... hoje
O computador mais veloz do mundo (emjunho/2007):
IBM BlueGene (DOE)131.072 processadoresLINPACK: 280,6 TFLOPSVelocidade pico: 367 TFLOPSTecnologia CMOS de 0,25 micron
Em novembro/2007 sai uma nova TOP500 etudo pode mudar :-)
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Dois Brasileiros na TOP500 de junho/2007
Posição 215 (Petrobrás) - Cluster HP Platform 3000BL460c Xeon 2.33GHz 1024 processadores (6,210TFLOPS Linpack)Posição 416 (INPE/CPTEC) - Cluster NEC/Sun Sun Firex2200 M2 Opteron 2.6GHz1100 processadores (4,512 TFLOPS Linpack)
Para entrar na lista TOP500, o último colocado apresenta4,005 TFLOPS Linpack (ocupava posição 216 na lista denovembro/2006).Na lista TOP500 de novmebro/2006 a USP estava na posição363, com 3,182 TFLOPS Linpack.A alegria só durou 6 meses :-(
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Dois Brasileiros na TOP500 de junho/2007
Posição 215 (Petrobrás) - Cluster HP Platform 3000BL460c Xeon 2.33GHz 1024 processadores (6,210TFLOPS Linpack)Posição 416 (INPE/CPTEC) - Cluster NEC/Sun Sun Firex2200 M2 Opteron 2.6GHz1100 processadores (4,512 TFLOPS Linpack)
Para entrar na lista TOP500, o último colocado apresenta4,005 TFLOPS Linpack (ocupava posição 216 na lista denovembro/2006).Na lista TOP500 de novmebro/2006 a USP estava na posição363, com 3,182 TFLOPS Linpack.A alegria só durou 6 meses :-(
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Dois Brasileiros na TOP500 de junho/2007
Posição 215 (Petrobrás) - Cluster HP Platform 3000BL460c Xeon 2.33GHz 1024 processadores (6,210TFLOPS Linpack)Posição 416 (INPE/CPTEC) - Cluster NEC/Sun Sun Firex2200 M2 Opteron 2.6GHz1100 processadores (4,512 TFLOPS Linpack)
Para entrar na lista TOP500, o último colocado apresenta4,005 TFLOPS Linpack (ocupava posição 216 na lista denovembro/2006).Na lista TOP500 de novmebro/2006 a USP estava na posição363, com 3,182 TFLOPS Linpack.A alegria só durou 6 meses :-(
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Dois Brasileiros na TOP500 de junho/2007
Posição 215 (Petrobrás) - Cluster HP Platform 3000BL460c Xeon 2.33GHz 1024 processadores (6,210TFLOPS Linpack)Posição 416 (INPE/CPTEC) - Cluster NEC/Sun Sun Firex2200 M2 Opteron 2.6GHz1100 processadores (4,512 TFLOPS Linpack)
Para entrar na lista TOP500, o último colocado apresenta4,005 TFLOPS Linpack (ocupava posição 216 na lista denovembro/2006).Na lista TOP500 de novmebro/2006 a USP estava na posição363, com 3,182 TFLOPS Linpack.A alegria só durou 6 meses :-(
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Desempenho ao longo do tempo
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Perguntas
Pergunta: O que vem depois de TFLOPS?Resposta: PFLOPS (Peta Flops)1 PFLOPS = 250 = aprox. 1.000.000.000.000.000 op/s
Previsão do FuturoPergunta: Em que ano teremos computadores dedesempenho de PFLOPS?
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Perguntas
Pergunta: O que vem depois de TFLOPS?Resposta: PFLOPS (Peta Flops)1 PFLOPS = 250 = aprox. 1.000.000.000.000.000 op/s
Previsão do FuturoPergunta: Em que ano teremos computadores dedesempenho de PFLOPS?
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Perguntas
Pergunta: O que vem depois de TFLOPS?Resposta: PFLOPS (Peta Flops)1 PFLOPS = 250 = aprox. 1.000.000.000.000.000 op/s
Previsão do FuturoPergunta: Em que ano teremos computadores dedesempenho de PFLOPS?
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Predicção do Desempenho
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Compradores
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Aplicações
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Países Compradores
Localização dos primeiros 100 da lista (clicar aqui).
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Evolução das Fabricantes
Área de alta competição.Difícil prever qual melhor rumo a seguir.Algumas empresas permanecem; outrasnão.
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Fabricantes
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Tecnologia de Fabricação
ECL - Emitter Coupled Logic: rápida e dealto custo.Tecnologia MOS - Metal OxideSemiconductor.
Primeiros processadores de PCs (e.g. Z80): NMOS.Hoje: CMOS.
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Tecnologia
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Arquitetura de Computador
Um só processador.SMP - Symmetric Multi Processor.MPP - Massively Parallel Processor.SIMD - Single Instruction Multiple Data.Cluster - Network of Workstations.Constelation - “cluster of clusters´´.
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Família de Processadores
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Arquitetura
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Arquitetura do Processador
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Sistema Operacional
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Notável Avanço em Hardware
O rápido avanço em hardware então vairesolver tudo?
Não obstante a rápida evolução do hardware, agrande dificuldade está no desenvolvimento dealgoritmos para explorar efetivamente opotencial computacional.Não adianta termos 131.072 processadores, seapenas poucos fazem trabalhas úteis a cadamomento.
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Notável Avanço em Hardware
O rápido avanço em hardware então vairesolver tudo?
Não obstante a rápida evolução do hardware, agrande dificuldade está no desenvolvimento dealgoritmos para explorar efetivamente opotencial computacional.Não adianta termos 131.072 processadores, seapenas poucos fazem trabalhas úteis a cadamomento.
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Notável Avanço em Hardware
O rápido avanço em hardware então vairesolver tudo?
Não obstante a rápida evolução do hardware, agrande dificuldade está no desenvolvimento dealgoritmos para explorar efetivamente opotencial computacional.Não adianta termos 131.072 processadores, seapenas poucos fazem trabalhas úteis a cadamomento.
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O Vilão é a Comunicação
Um algoritmo sequencial não gasta tempocom comunicação com outroscomputadores.(Quando só voce está trabalhando, voce nãofica falando sozinho :-)Um algoritmo paralelo, dependendo daaplicação, precisa fazer comuicação comoutros computadores.(Quando o trabalho é em grupo, em geral acomunicação se torna essencial.)Computador paralelo de memóriadistribuída: cada processador tem suamemória local.Comunicação é feita através de troca demensagens.
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Granularidade
Granularidade fina: quando um processadorfaz pouca computação e depois já precisafazer comunicação.Granularidade grossa: quando umprocessador faz muita computação antes deprecisar fazer comunicação.Modelo de computação de granularidadegrossa (Coarse-Grained Multicomputer -CGM).Objetivo: minimizar o número de rodadas decomunicação.
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Conclusões
Computação de alto desempenho caminhapara a computação paralela.A tecnologia usada é a CMOS.Fabricantes enfrentam alta competição.Algumas arquiteturas são mais adequadaspara numerosos processadores.O novo lugar na lista TOP500 dos Clusters(373 em 500 são clusters).
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