Cуперкластерная система

Для того чтобы эффективно управлять и распределять ресурсы вычислительной системы Earth Simulator, ее организовали в виде двухуровневого кластера, назвав его суперкластерной системой.

Набор из 640 узлов разбит на 40 кластеров, по 16 узлов на кластер. Предусмотрено два типа кластеров — S-кластер (один на всю конфигурацию системы Earth Simulator) и L-кластеры (остальные 39). S-кластер имеет два специализированных узла для интерактивной обработки; другие узлы S-кластера используются для относительно небольших пакетных заданий. Только S-кластер содержит «пользовательские» диски суммарной емкостью 255 Тбайт.

Помимо узлов кластер содержит управляющую станцию кластера CCS, управляющую станцию ввода-вывода IOCS и системные диски суммарной емкостью 415 Тбайт. CCS осуществляет общее управление кластером, включая IOCS, а та, в свою очередь, отвечает за передачу данных между системными дисками и подсистемой массовой памяти на магнитных лентах суммарной емкостью 1,5 Петабайт.

На самом верхнем уровне находится «супервизор» — управляющая станция суперкластера SCCS, которая управляет всеми 40 кластерами, обеспечивая представление системы Earth Simulator как единого целого. Строго говоря, SCCS представлена в четырех экземплярах (две пары с общей дисковой памятью), что дополнительно повышает надежность.

Системы NEC SX имели высокие показатели на тестах Linpack с длинными векторами. Близкие к ним показатели демонстрируются и на аналогичных приложениях. Так, в спектральном методе для глобальной атмосферной циркуляции в модели, специально разработанной в рамках проекта Earth Simulator, удалось достигнуть производительности 26,6 Tflops, т.е. около 65% пикового значения, что сопоставимо с 36 Tflops, полученными при прогоне типового теста Linpack parallel. В то же время, на коротких векторах (n=100) на тестах Linpack процессоры SX-6 уступали обычным процессорам Pentium 4 уже на тактовой частоте 2,5 Ггц. При скалярной обработке системы SX-6, SX-7 сильно уступают современным массовым процессорам: достаточно вспомнить, что тактовая частота процессора SX-6 равна всего 500 Мгц. Наконец, по пиковой производительности 8 Gflops процессор SX-6 лишь немного опережал устанавливаемый в обычные персональные компьютеры процессор Pentium 4/3,4 Ггц (6,8 Gflops), а процессор IBM PowerPC 970fx/2 Ггц вообще уже достиг тех же самых 8 Gflops.

Поэтому вычислительные системы SX-6, SX-7 наиболее эффективно выполняют научно-технические приложения, работающие с длинными векторами и требующие большой пропускной способности оперативной памяти.

Основные технологии параллельного программирования, используемые при работе на системе Earth Simulator: Message Passing Interface (MPI), High Performance Fortran, OpenMP и векторизация циклов компилятором.

"Разрешающая способность" большинства современных климатических моделей, то есть размер элементарных ячеек, из которых построена модель, составляет сотни квадратных километров. В отличие от них, вычислительная система Earth Simulator способна оперировать моделями, сегмент которых имеет сторону всего около 10 км. Последнее даёт возможность моделировать климатические процессы с невиданным ранее уровнем детализации, например, наблюдать за локальными циклонами и ураганами на ранних стадиях их образования.

Имеющиеся системы погодного прогнозирования уже сейчас способны достаточно точно предвидеть характер изменений погоды, однако их способность "заглядывать в будущее" ограничивается десятками или, в лучшем случае, сотнями часов. Система Earth Simulator открыла новую эру в прогнозировании погоды, поскольку благодаря внушительной вычислительной мощности способна моделировать целые "годы климата".

Некоторые учёные сравнивают перспективы системы Earth Simulator в моделировании климата Земли с возможностями, которые появились у исследователей космоса благодаря запуску космического телескопа Хаббл. Учёные надеются, что с помощью вычислительной системы Earth Simulator удастся спрогнозировать, насколько вероятно увеличение количества и силы ураганов в связи с глобальным потеплением, а также в каких областях планеты этот эффект может проявляться наиболее сильно.

Кроме прогнозирования предстоящих изменений климата, на вычислительной системе Earth Simulator также можно моделировать климат прошлого, что позволит установить большое количество весьма любопытных фактов. Так, британские ученые из Бристольского университета, например, собираются смоделировать изменение климата на планете на протяжении последних 20 тыс. лет. Затем эти результаты предполагают сравнить с реальными результатами, полученными при изучении оледенений, годичных колец на деревьях и сталактитов.

Ещё один аспект использования данной вычислительной системы - моделирование землетрясений.