High Performance IBM

Transcription

1 High Performance IBM Olivier Multon HPC Business Development Executive

2 Agenda Les défis du HPC et l innovation chez IBM Actualité du Power6 et annonce du p575 P6 Nouveautés clusters IBM x86 et systèmes idataplex 2

3 Croissance soutenue du HPC, principalement des clusters (IDC) 19% de croissance du budget HPC grâce à 17.0% de croissance des clusters Puissance de calcul insuffisante pour traiter la charge totale de travaux. 3 raisons principales du choix des clusters: prix/performance, puissance en charge, progrès scientifiques attendus. Challenges reconnus par les utilisateurs: Contraintes d alimentation et de refroidissement 1 watt = $1 par an, soit $2K par serveur (650W) sur 3 ans Coût des licences logiciels. Coût de la migration de plateforme. Utilisateurs prêts à 20% de surcoût en cas de plus value technologique: Alimentation, refroidissement et qualité de l interconnexion (B/W, latency, etc). Service, disponibilité et facilité de gestion sont reconnus à moindre valeur. Complexité du déploiement et de la gestion des installations Manque de maturité des applications. 3

4 Les challenges déjà adressés par IBM La consommation électrique: BLUE GENE/L DOE LLNL dissipe 1.5MW pour une puissance de 280TFLOPS (à comparer à 2MW pour TERA (CEA) qui déploie une puissance de 50 TFLOPS. Le refroidissement et la pollution acoustique. Portes arrières réfrigérantes «Cool Blue» pour rack et idataplex Side Car Cooling pour absorber la chaleur et le bruit. La densité: BLUE GENE/L : 4000 processeurs (14 TFlops) dans un rack. Maîtrise du DUAL CORE depuis 2001(p575 /16CPUS POWER5+ dans 2U). Introduction en 2006 du Blade Center 2 (224 CPUS par châssis). 84 serveurs soit 672 cœurs Intel Xéons par rack idataplex CELL Architecture (8 CPUS on Chip) (alliance Sony, Toshiba, IBM). La performance: P5+ en 2006,1.9GHz (dual-core) et 2.2GHz (SINGLE CORE) (90nm). Actuellement le 4.7GHz (2007 / 65nm). La facilité de gestion Outils d administration (IBM Director, CSM) Facilité et efficacité d accès aux données (GPFS, DCV) 4

5 Agenda Les défis du HPC et l innovation chez IBM Actualité du Power6 et annonce du p575 P6 Nouveautés clusters IBM x86 et systèmes idataplex 5

6 Power6 annoncé en mai 2007! Primary design goal : High Frequency maintaining low energy Reach 4.7 Ghz with same energy as 2.2 Ghz Power5+ Simplification of the CPU core In-order execution New instruction issue, dispatch and grouping And new features (VMX, Decimal FPU, ) Still Binary compatible Outstanding performance: 62Gflops Linpack performance on 4 cores 6

7 POWER6 Architecture POWER Design GHz POWER6 Characteristics Ultra-high frequency Dual-Core chip: > 3.5 GHz 7-way superscalar, 2-way SMT core Up to five instructions for one thread, up to two for the second thread Nine execution units 2LS, 2FP, 2FX, 1VMX, 1DP, BCX 790M transistors, 341 mm2 die Up to 64-core SMP systems 2 x 4 MB on-chip L2 point of coherency On-chip L3 directory and controller Two memory controllers on-chip Technology CMOS 65nm lithography, SOI Cu >750M transistors Alti Vec L3 L3 Ctrl.065 micron POWER6 Core POWER6 Core 4 MB L2 4 MB L2 Alti Vec Fabric Bus Controller Memory Cntrl GX Bus Cntrl High-speed elastic bus interface at 2:1 frequency GX+ Bridge Full error checking and recovery Dynamic power saving: advanced clock gating 7 Memory+

8 POWER6: Efficacité du multi-thread simultané FX0 FX1 Thread0 active Pas dactivité Thread Thread1 active LSO LS1 FP0 Fait apparaitre le double de processeurs au système d exploitation (AIX V5.3 et Linux) FP1 BRZ CRL System throughput POWER6 POWER5 Enhanced Simultaneous Simultaneous Multi-Threading Multithreading ST POWER5 POWER6 SMT SMT Tire parti des cycles des unités d exécution inutilisés Utilisation de transistors existants plutôt que d ajouter des transistors Présente au programmeur de multiples coeurs de calcul en mémoire partagée Distribue 2 threads par processeurs: exactement comme doubler le nombre de processeurs Bénéfices: Amélioration de performance Meilleure utilisation des processeurs 8

9 Lame JS22 Power6 pour BladeCenter Description Technique Architecture Mémoire DASD / Baies Carte Mère Integrated Features Support Fibre Alimentation Redondante Refroidissement Redt Service Processor POWER6-based Blade Single Wide Form Factor Linux 9 Virtualisation 4.0 GHz Power6 SCM 4 coeurs (2 processeurs x 2 Coeurs) Single Wide (30mm) 4 emplacements DIMM mémoire 2GB à 32Go DDR2 (Chip Kill) 0 ou 1 disque SAS (73 ou 146 GB) Legacy, SFF, ou DC Clavier, Video et Souris Dual Port Ethernet 1Gb Controleur SAS USB Oui (via BladeCenter) Oui (via BladeCenter) Oui (via BladeCenter) FSP1 (IPMI, SOL) AIX 5L V5.3 & Linux; i5/os (Feb 08) Advanced Power Virtualization (Standard) Integrated Virtualization Manager IBM Director ou CSM Système de Management EMPATH pour la gestion de l alimentation OS Supportés AIX 6.1 Linux RHEL 4.5 & 5.1, SLES 10 SP1 Support NEBS Oui

10 Performance JS22 dual-core versus Xeon quad-core Leadership JS22 Performance STREAM Triad, SPECompM2001, SPECfp Rate JS22/AIX JS22/Linux Xeon 2x4core blade GB/s, Rate(k), Rate STREAM Triad 10 SPECompM 2001 SPECfp Rate 2006

11 Caractéristiques du serveur p550-p6 Le noeud de calcul entrée de gamme Tower or Rack System Architecture DDR2 Memory DASD / Bays Expansion 11 Up to 8 Cores, 3.5GHz/4.2GHz Up to 256GB 6 DASD PCI-X / PCIe / GX Integrated SAS Yes Integrated SATA Yes Integrated Ports USB, HMC, and System ports Integrated Ethernet Optional on planar / Virtualized Remote IO Drawers Yes

12 Annonce p575 - Performance, Modularité et Densité Designed to tackle the world s most challenging problems Le Power6 le plus rapide dans le chassis le plus dense: Conçu pour résoudre les problèmes les plus exigeants! Innovations IBM System p 575 La performance de 448 POWER6 et de 3.5To de mémoire par armoire La modularité de noeuds au format 2U avec le support de 14 noeuds par armoire 5X la puissance GFlops par noeud du POWER5+ Conçu pour supporter plusieurs milliers de cpus par cluster 12

13 Noeud p575 Power6 Noeud p575 large SMP 32 Coeurs Architecture 1 à 14 noeuds/rack (448 Cores ) Cache 4.7 GHz L3: 32MB par dual-coeur DDR2 mémoire 4 à 256 Go ( Buffered ) Disque interne 2 SAS SFF DASD ( 2.5 ) Extension PCIe: jusqu à 4 emplacements SAS intégré Extension I/O Ethernet AIX 5.3 Alimentation Oui Double adaptateur GX Bus 2 doubles 10/100/1000 Ethernet En option: Double 10Gb Support de N+1 1 à 4 noeuds 2 cables 5+ noeuds Refroidissement Linux Tiroirs IO supplémentaires 13 4 cables Combination Water / Air Oui Quantité: 1 PCI-X ( 20 Slots & 16 DASD )

14 Bandes passantes du p575 P6 Memory Bandwidth L1 ( Data ) L2 / Chip Intra-Node Buses (32 core) 67.2 GB/sec 188 GB/sec 3008 GB/sec 37.6 GB/sec GB/sec 32 GB/sec 512 GB/sec GB/sec Single Node Internal I/O Bus GX Bus Slot 1 GX Bus Slot GB/sec 4.7 GB/sec 6.27 GB/sec Total I/O Bandwidth GB/sec 32 cores L3 / Chip 32 cores Memory / Chip 32 cores Calculations for 4.7 GHz processors and 667 MHz memory 14

15 Le p575 est conçu pour le HPC haute performance, disponibilité et haute densité v Node 2U, 24 X 51 deep, full width drawer 32 X 4.7GHz POWER6 cores per node 256 GB memory per node v Rack Frame Size 42U, 24 rack frame 14 nodes per rack frame 448 cores per rack frame 3.5 TB memory per rack frame v Environment AIX & Linux Water cooled Data Center environment v Strengths 15 3x price performance gain over p X denser packaging drives environmental savings 1.5-2X performance improvement drives scalability Water cooling reduces large data center costs

16 Noeud p575 P6 Processor Unit I/O Section PCI Riser (2 x PCIe or 1x PCIe, 1x PCI-X DDR2) 32 x DIMM 32 x DIMM I/O Unit (Lite or FF) 16x DCM (p6 + L3) Air Moving Device (Fans) PCI Riser (2 x PCIe or 1x PCIe, 1x PCI-X DDR2) Cold Plate Dual 2 port 4x Host Channel Adapter (Displaces Lower PCI Slot) 16

17 Comparaison des systèmes de refroidissement: bénéfices évidents aux systèmes refroidis à l eau! Taille totale réduite de 33% Moins à acheter, installer, gérer et maintenir... 82% de diminution de chaleur à évacuer par les climatisations Nombre d unités d air conditionné diminue de 18 à 2! Bilan Final Réduction de 19% de la puissance totale nécessaire! * Comparison of water cooled system versus a comparable air cooled system providing equivalent system performance 17

18 Les performances du p575 P6 à votre service et au service de l environnement +3X efficacité énergétique 5x performance (une armoire rack) GFlops GFlops / kw 120 9,000 8,000 7, ,000 5, ,000 3, ,000 1, POWER5 (8-core) POWER5 (16core) POWER6 (32Core) (8x Single Core) (8x Dual Core) (16x Dual Core) 0 POWER5 (8-Core) POWER5 (16-Core) POWER6 (32-Core) (8x Single Core) (8x Dual Core) (16x Dual Core) 18

19 Gaussian 03 Rev. D.01 td_sp_a Benchmark Elapsed Time in seconds (A lower number indicates better performance) Platforms IBM Power GHz POWER6 IBM System p GHz POWER5+ Physical Cores / Computational Threads 16 / 32 / 32 / 1/1 2/2 4/4 8/ Simultaneous multithreading (SMT) is used where appropriate IBM data current as of March 15,

20 Agenda Les défis du HPC et l innovation chez IBM Actualité du Power6 et annonce du p575 P6 Nouveautés clusters IBM x86 et systèmes idataplex 20

21 Les nœuds de calcul x86 d IBM x3755 x3850 4U, 4 Socket 3U, 4 Socket HS21/LS21/LS41/JS22/QS22 Processeurs Opteron/Xeon ou POWER Proc: Opteron QC Proc: Xeon MP Mem: 32 DIMM / 128GB Mem: 16 DIMM / 64GB HDD: 4 SAS HS HDD: 6 SAS HS 2,5 PCI: 4 PCI-E, 2 PCI-X, 1HT PCI: 6 Acitve PCI-X Alim: 2 HS Alim: 2 HS x3455 x3550 x3650 x3655 1U, 2 Socket 1U, 2 Socket 2U, 2 Socket 2U, 2Socket x3450 1U, 2 Socket Proc: Opteron QC Proc: Xeon DC & QC Proc: Xeon DC & QC Proc: Opteron Proc: Xeon DC & QC Mem: 12 DIMM / 48GB Mem: 8 DIMM / 32GB Mem: 12 DIMM / 48GB Mem:16 DIMM / 64GB Mem: 16 DIMM / 64GB HDD: 2 SATA SS HDD: 2 SATA SS ou 4 SAS HS 2,5 HDD: 6 SAS HS 3,5 ou 8 SAS HS 2,5 HDD: 6 SAS HS 3,5 ou 8 SAS HS 2,5 HDD: 2 SATA SS PCI: 2 PCI-E PCI: 4 PCI-E PCI: 3 PCI-E et 1 HT Alim: 2 HS Alim: 2 HS Alim: 2 HS PCI: 2 PCI-E Alim: 1 fixe 21 PCI: 1 PCI-E Alim: 1 fixe

22 Serveur IBM x3450 Xeon Stoakley Noeud de calcul HPC compact et puissant > Intel Stoakley Quad-core (Harpertown) et Dual-core (Wolfdale) avec Front Side Bus à 1600MHz > Large mémoire adressable (16 emplacements) avec 4 canaux de FBDIMMS DDR2 667MHz > Serveur 1U Maximum de performance à moindre coût > Coût optimisés pour les configurations clusters > Disques 3.5 SATA pour 1.5To de stockage interne > Diagnostics simplifiés Power Efficiency for rack cluster deployments Feature List: Intel Xeon 5400 Series 1600MHz FSB max Quad-Core & Dual-Core 16 FB-DIMMs / 64GB max DDR2 667 w/four channels Integrated SATA and EIDE non-hs HDDs Dual GB Ethernet IOAT 1 PCI-e x16 Gen 2 FH/FL Intel BMC w/full IPMI W non-redundant power Diagnostic LEDs > Alimentation 600W avec 80% d efficacité > Système de gestion BMC avec IPMI 2.0, IBM Director et Lightpath Performance améliorée pour les clusters de calcul! 22

23 Un cluster : une intégration complexe Catal yst 3500 SERIES XL PWR SD Catal yst 3500 SERIES XL SD PWR Power Supply-0 CI S CO S Y S TE MS SD Power Supply-1 Catalyst 8500 Series SD NK NK NK NK NK NK NK LI LI LI LI LI LI LI LI NK ST AT US WS-X6408-GBIC 8 PORTS GIGABIT ETHERNET Switch Processor Catal yst BaseT /100BaseT x SYSTEM RPS 1X 2X 3X 4X 5X 6X 7X 8X 9X 10X 11X 12X 13X SERIESXL SD 100BaseFX 14X 15X 16X 17X 18X 19X 20X 21X 22X MODE Système parallèle (optionnel) Management système : :CSM Systèmede defichier fichier parallèle: :GPFS GPFS (optionnel) Management système CSM Autres logiciels (SCALI, MPI, OpenPBS, LoalLeveller, Autres logiciels (SCALI, MPI, OpenPBS, LoalLeveller,librairies,etc..) librairies,etc..) 23

24 Le marché des serveurs lames: les lames représentent une tendance de fond x86 Revenue by Form Factor 100% 80% 60% Non-Rack Optimized Rack-optimized Blade 40% 20% 0% Source IDC

25 Le BladeCenter simplifie l intégration Storage U O EN IBM IBM BladeCenter BladeCenter AUT OP Servers VIR T MIC NO INTE ED AT IZED AL GR Applications Networking L intégration aide à réduire les coûts d infrastructure 25

26 IBM BladeCenter les lames. le châssis Jusqu à 4 procs par lames Jusqu à 14 lames par chassis La lame dispose de : Le Châssis permet le partage de Processeur Console de management, Mémoire Clavier, écran, souris (KVM) Disque Alimentation Connexion Ethernet Ventilation Cartes I/O optionnelles I/O: Switchs réseau, SAN, Infiniband et jusqu à 6 chassis (7U) par rack soit 84 serveurs! DVD, Disquette, port USB 26

27 HS4X Blade HS2X Blade Introduced 2002 Up to two Xeon 3.0GHz / Up to 14 per chassis Introduced 2003 Up to four Xeon 3.0GHz / JS2X Blade Up to 7 per chassis POWER6 4.0GHz Introduced 2004 Up to two Up to 14 per chassis LS2X Blade Introduced 2005 Cell Blade QS22 18 cores per blade Up to 7 per chassis Flexibilité et évolutivité BladeCenter 3nd génération de lames 27 Up to four AMD Opteron Up to 14 per chassis LS4X Blade Introduced 2005 Up to eight AMD Opteron Up to 7 per chassis

28 Le problème Densité / Alimentation / Dissipation Les besoins des CPU en énergie diminuent avec les nouvelles technologies pour le moment Alimentation Systèmes certains composants consomment moins, d autres pas La problèmatique d alimentation sur les serveurs Rack implique d augmenter la densité des composants CPU Vous êtes ici Rack Power - watts Thousands CPU Power - watts Rack 125 Other 44% Memory 11% HDD 6% Processor 30% Standby 2% PCI Planar 3% 4%

29 Comparaisons de flux d air BladeCenter H 265 CFM* par chassis à <25 C 28 processeurs (14 lames bi-proc) 9.5 CFM par processeur (16m3 air/h) xserver 1U 37 CFM par serveur à <25 C 2 processeurs 18 CFM par processeur (30m3 air/h) xserver 2U 52 CFM par serveur à <25 C 2 processeurs 26 CFM par processeur (44m3 air/h) 29 * CFM = Cubic Feet per Minute (1 CFM = 1,699m3/heure)

30 Avantages BladeCenter IBM Accélération du ROI Economies d énergie Changements technologiques maitrisés Pérennité de format chassis/lames depuis + 4 ans Compatibilité serveurs & options depuis + 4 ans Intégration des dernières technologies du marché Choix unique de solutions lames & options Simplicité de mise en oeuvre et de gestion 30

31 Vision d IBM pour les Green Data Centers Avant la fin de la décennie, IBM aura Réduit la consommation des serveurs de 50% Diminution des coûts par une meilleure gestion de l énergie Supprimé les indispensables centrales de climatisation Amélioré la densité des calculateurs d un facteur 10 Puissance de calcul décuplée sans nouvelle construction Recyclé les anciennes générations de serveurs 31

32 idataplex: l innovation IBM pour les clusters x86! 32

33 Offre idataplex disponible depuis mi-2008 Rack idataplex optimisé pour les centres de calcul en termes de refroidissement, densité et facilité de déploiement Economie d espace et d énergie: 138% d amélioration de densité (100U) 50%+ de réduction de la surface au sol 75% de ventilateurs en moins 66% de puissance pour le refroidissement Simple à mettre en oeuvre et à piloter: 47.2 Accès aux serveurs et au câblage en face avant rack idataplex 672 core INTEL Xéons (Stoackley) 23.6 Top View 8.1TFLOPS 30kW 33 AIR FLOW AIR FLOW

34 Nouveau format plus dense et efficace Rack Management Appliance 2U Chassis idataplex Rear Door Heat Exchanger Web Server HPC Server Switches Storage Tray Storage Drives & Options I/O Tray PDUs 3U Chassis 34

35 Réduction d espace et de la consommation Top View 42U Enterprise Rack 1 42U Enterprise Rack 2 Optional Rear Door Heat Exchanger Typical Enterprise Rack idataplex x3550 (1U) vs. idataplex Impedance Curve Per 1U Half fan air depth 1 Doublement du nombre de serveurs par armoire Racks de 50% de profondeur sur 200% de largeur 100U d espace utile - 84U de serveurs + 16U composants d interconnexion Economie d espace, réduction de TCO, etc Impedance (inh 2O) Full fan air depth 0.7 idataplex has 30-40% lower airflow impedance Efficacité des alimentations et des systèmes de ventilation Profondeur réduite 20% de réduction des coûts de refroidissement Option de porte réfrigérée Elimination totale de la dissipation calorifique jusqu à BTUs Air Flow per 1U (CFM) idataplex 2 Planar Node x3550

36 Empreinte au sol réduite de 20% à 240% Schéma par dalle de plancher 400 CFM par dalle Allée froide Allée froide Std Std X sq. ft Refroidi Rack Rack w/ 1U s w/ 1U s à l air x sq. ft Refroidi à l air Densité réduite de 2.4x 0.42x sq. ft Porte à eau Allée froide IDPx Rack IDPx Rack Allée Chaude Allée Chaude Allée Chaude IBM Confidential

37 Réduction des coûts liée au nouveau chassis High-Efficiency Shared Power Supply High-efficiency Shared Cooling Fans Half the Server Fan Power for 1Us! Dual Independent Motherboards 50 Améliorations dans environnement existant Chassis idpx 2U nécessite 2 fois moins de refroidissement que 2 serveurs 1U Ventilateurs idpx consomment 2% de la puissance 10 totale du serveur (au lieu de 10%) 0 idpx est compatible avec les flux d air déjà utilisés dans le centre de calcul Standard 1U idataplex (Est.) Watts Fan Wattage-Max 37 BladeCenter H Fan Wattage-Typical

38 Nouvelles alimentations Utilisation efficace de la puissance électrique: Rendement de 90% des alimentations 375W & 900W Support des processeurs standards où à faible consommation BIOS optimisé 375W Single-zone System* 1U Server idataplex Minimum power draw 222W 138W Maximum power draw 288W 195W 40% d économie! 900W Dual-zone * Dual Intel LV Processors, 8GB Memory (4x 2GB), 4x 500GB SATA Disks, 1U server w/ 450W P.S. and idataplex w/ 375W P.S. 38

39 Refroidissement efficace à coût réduit Réduction des coûts par consolidation des unités de refroidissement et de ventilateurs optimisés Industry Standard idataplex Delta FFB0812UHE Delta QFR0812UHE Maximum Pressure: Maximum Airflow: Maximum Speed: 7500 RPM: inh2 O 102 CFM 7500 rpm 18 W Maximum Pressure: Maximum Airflow: Maximum Speed: 9000 RPM: inh2 O 105 CFM 9000 rpm 13 W

40 Noeud de calcul idataplex dx360 Serveur optimisé pour le HPC Jusqu à 64Go de mémoire Bi-processeur quadri-coeur avec 16 emplacements mémoires Intel Xeon Quad Core Harpertown Ethernet Dual 1Gbit 1600 MHz FSB E5472 (3.0GHz), 5462 (2.8GHz) 1333 MHz FSBLV 5420 (2.5GHz) Ethernet chipset Intel A2563 EB dual port Chipset Intel 5400 (Seaburg 1600MHz FSB) SATA Storage, ports Intel ESB2 SATA, 6 ports, SATA2 Northbridge Intel 5400 MCH USB 3 USB2.0, 2 external, 1 internal Southbridge Intel ESB2E 6321 Serial port 1@ 9-pin D Memory Type DDR-2 Fully Buffered DIMM s, ECC Motherboard size 12 x 13 Memory Size 16 FB-DIMM s, max. 64GB Slots 1U riser PCIe x16 elect., x16 mech Memory Speed PC Slots 2U riser 2@PCIe x8 elect., x16 mech Memory Bus 4 channels Validated Operating Systems Red Hat Linux Enterprise Server 5 64 bit, SUSE Enterprise Linux 10 SP1 64 bit Video Controller ATI ES1000, 32MB SDRAM CPU Types 40

41 Ensemble de noeuds de calcul, d I/O ou mixtes Optimized for Compute Density Two server nodes in a 2U Chassis Dedicated PCIe and storage capability Optimized for Storage Choice of Five 3.5 (SAS / SATA) or eight 2.5 SAS Drives per Server node Optimized for I/O One server node in a 2U Chassis Two PCIe I/O Slots Choice of two 3.5 (SAS / SATA) or four energy efficient 2.5 SAS Drives Storage Rich Server One server node in 3U Chassis Additional twelve GB hotswap drives for total of 9TB with optional Raid-5 Outstanding $/GB affordability 41

42 Concept de l IBM Portable Modular Data Center Container de 40 fermé 18 IBM idataplex avec 84 servers chacun 18 IBM idataplex échangeurs à porte froide 42 IBM Confidential

43 Concept du PMDC Avantages Solution de calcul à très haute densité Jusqu à 18 racks de 32kW/rack pour 1512 serveurs idataplex Composants standards disponibles partout Utilisation efficace de l espace Refroidissement efficace Déploiement rapide: Build once, deploy anywhere, reuse anywhere, replicate as needed Duplicable sur plusieurs sites Configuration possible avec des racks 19 standards et d autres types de serveurs. Facile à déplacer (camion, train, avion) Compute / Install Position 43 Flexible, modulaire et recyclable Support IBM IBM Confidential

44 Questions? 44