NASA 高度スーパーコンピューティング部門

NASA_Advanced_Supercomputing_Division

NASAの高度なスーパーコンピューティング (NAS) 部門は、カリフォルニア州マウンテンビューのシリコン バレーの中心にあるモフェット フィールドのNASA エイムズ研究センターにほぼ 40 年間、空力学、宇宙探査、気象パターンと海流の研究、スペースシャトルと航空機の設計と開発における NASA ミッションの主要なスーパーコンピューティング、モデリング、およびシミュレーション リソースでした。
NASA 高度スーパーコンピューティング部門
代理店概要
形成された
1982年 ( 1982 )
前身代理店
数値空力シミュレーション部門 (1982)
数値航空宇宙シミュレーション部門 (1995)
本部
NASA エイムズ研究センター、モフェット フィールド、カリフォルニア州37°25′16″N 122°03′53″W / 北緯37.42111度 西経122.06472度 / 37.42111; -122.06472
エージェンシー エグゼクティブ
Piyush Mehrotra、課長
親部門
エイムズ研究センター探査技術部門
親会社
米国航空宇宙局 (NASA)
Webサイト
www .nas .nasa .gov
現在のスーパーコンピューティング システム
プレアデス SGI/HPE ICE X スーパークラスター
エイトケン
HPE E-Cell システム
エレクトラ
SGI/HPE ICE X & HPE E-Cell システム
努力 SGI UV共有メモリシステム
メロペ
SGI Altix スーパークラスター
この施設には現在、ペタスケールの プレアデス、エイトケン、エレクトラの各スーパーコンピューターと、テラスケールのエンデバースーパーコンピューターが収容されています。システムは、 Intelプロセッサを搭載したSGIおよびHPEアーキテクチャに基づいています。本館には、データ容量が 1エクサバイトを超えるディスクおよびアーカイブ テープ ストレージ システム、ハイパーウォール ビジュアライゼーション システム、世界最大級のInfiniBandネットワーク ファブリックも収容されています。 NAS 部門は、NASA の探査技術局の一部であり、NASA のハイエンド コンピューティング機能 (HECC) プロジェクトを運営しています。
コンテンツ
1 歴史
1.1 創業 1.2 業界をリードするイノベーション 1.3 ソフトウェア開発
2 スーパーコンピューティングの歴史
3 ストレージ リソース
3.1 ディスク ストレージ 3.2 アーカイブおよびストレージ システム
4 データ可視化システム
4.1 ハイパーウォール 4.2 同時可視化
5 参考文献
6 外部リンク
6.1 NASA の高度なスーパーコンピューティング リソース 6.2 その他のオンライン リソース

歴史

創業
1970 年代半ば、エイムズ研究センターの航空宇宙エンジニアのグループは、航空宇宙の研究開発を、コストと時間のかかる風洞試験から、スーパーコンピューターで計算流体力学(CFD) モデルを使用したシミュレーションベースの設計とエンジニアリングに移行することを検討し始めました。当時市販されていたものよりも強力です。この試みは後に数値空力シミュレーター (NAS) プロジェクトと名付けられ、1984 年に最初のコンピューターがエイムズ研究センターの中央計算施設に設置されました。
1985 年 3 月 14 日に最先端のスーパーコンピューティング施設の起工式が行われ、CFD の専門家、コンピューター サイエンティスト、視覚化の専門家、ネットワークおよびストレージのエンジニアが 1 つの屋根の下で共同作業を行うことができる建物が建設されました。
NAS は 1995 年にその名前を Numerical Aerospace Simulation Division に変更し、2001 年に現在の名前に変更しました。

業界をリードするイノベーション
NAS は、スーパーコンピューティングの世界をリードするイノベーターの 1 つであり、商用スーパーコンピューティングで広く使用されるようになった多くのツールとプロセスを開発しています。これらの最初のいくつかが含まれます:
Crayの最初のUNIXベースのスーパーコンピューターをインストール
スーパーコンピュータとワークステーションをリンクして計算と可視化を分散するクライアント/サーバー モデルを実装
スーパーコンピューティングリソースをリモートユーザーに接続する高速広域ネットワーク(WAN) を開発および実装 (AEROnet)
地理的に離れた場所にあるスーパーコンピューティング リソース間で生産負荷を動的に分散するための NASA 初の方法を共同開発しました (NASA メタセンター)
スーパーコンピューティング環境に実装されたTCP/IPネットワーク
スーパーコンピュータ用バッチキューイングシステム（NQS）を開発
UNIXベースの階層型大容量ストレージシステム（NAStore）を開発
最初のIRIX シングル システム イメージ256、512、および 1，024 プロセッサ スーパーコンピュータを (SGI と) 共同開発
最初のLinuxベースの単一システム イメージの 512 プロセッサおよび 1，024 プロセッサ スーパーコンピュータを (SGI と) 共同開発しました。
2，048 プロセッサの共有メモリ環境
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マッハ 2.46、高度 66，000 フィート (20，000 m) で飛行するスペース シャトル ロケット周辺の流れ場の画像。車両の表面は圧力係数によって色付けされ、灰色の等高線は、OVERFLOW コードを使用して計算された周囲の空気の密度を表します。

ソフトウェア開発
NAS は、「システム サポート、監視システム、セキュリティ、および科学的視覚化のためのソフトウェアを含む、スーパーコンピューターで実行される作業を補完および強化する」ために、ソフトウェアを開発および適応させ、多くの場合、NASA オープン ソース契約 ( NOSA)。
NAS からの重要なソフトウェア開発には、次のようなものが
NAS Parallel Benchmarks (NPB)は、高度に並列化されたスーパーコンピューターを評価し、大規模な CFD アプリケーションの特性を模倣するために開発されました。
Portable Batch System (PBS)は、並列分散システム用の最初のバッチ キューイング ソフトウェアです。1998 年に製品化され、現在も業界で広く使用されています。
PLOT3Dは 1982 年に作成され、構造化された CFD データセットのグリッドとソリューションを視覚化するために今日でも使用されているコンピューター グラフィックス プログラムです。PLOT3D チームは、3D CFD ソリューションの科学的視覚化と分析に革命をもたらしたソフトウェアの開発に対して、NASA Space Act Program から史上 4 番目に大きな賞を受賞しました。
FAST (Flow Analysis Software Toolkit)は、PLOT3D に基づくソフトウェア環境であり、数値シミュレーションからのデータを分析するために使用されます。これは、CFD 視覚化に合わせて調整されていますが、ほぼすべてのスカラーおよびベクトルデータを視覚化するために使用できます。1995 年に NASA ソフトウェア オブ ザ イヤー賞を受賞しました。
INS2DとINS3Dは、NAS エンジニアによって開発されたコードで、定常状態と時変フローについて、それぞれ 2 次元と 3 次元の一般化された座標で非圧縮性のナビエストークス方程式を解きます。1994 年、INS3D は NASA ソフトウェア オブ ザ イヤー賞を受賞しました。
Cart3Dは、空力設計用の忠実度の高い解析パッケージであり、ユーザーは複雑な形状で自動 CFD シミュレーションを実行できます。NASA やその他の政府機関で、航空機や宇宙船の概念的および予備的な設計をテストするために今でも使用されています。 Cart3D チームは、2002 年に NASA ソフトウェア オブ ザ イヤー賞を受賞しました。
OVERFLOW (オーバーセット グリッド フロー ソルバー) は、レイノルズ平均、ナビエストークス CFD 方程式を使用して、固体周囲の流体の流れをシミュレートするために開発されたソフトウェア パッケージです。これは、オーバーセット (キメラ) グリッド システム用の最初の汎用 NASA CFD コードであり、1992 年に NASA 外でリリースされました。
Chimera Grid Tools (CGT)は、サーフェスおよびボリューム グリッド生成の CFD 問題を解決するための Chimera オーバーセット グリッド アプローチ用のさまざまなツールを含むソフトウェア パッケージです。グリッド操作、スムージング、およびプロジェクションと同様に。
HiMAP 3 つのレベル (分野内/分野間、マルチケース) の並列高忠実度 マルチ分野 (流体、構造、制御) 分析プロセス、

スーパーコンピューティングの歴史
1987 年の建設以来、NASA Advanced Supercomputing Facility は、世界で最も強力なスーパーコンピューターのいくつかを収容し、運用してきました。これらのコンピューターの多くには、大規模に利用される可能性のある新しいアーキテクチャ、ハードウェア、またはネットワークのセットアップをテストするために構築されたテストベッドシステムが含まれています。 ピーク パフォーマンスは、1 秒あたりの浮動小数点演算数 (FLOPS)で示されます。
コンピュータネーム
建築
ピークパフォーマンス
CPU の数
設置日
クレイ XMP-12
210.53メガフロップ1 1984年
ナビエ
クレイ2
1.95ギガフロップス4 1985年
チャック
コンベックス 3820
1.9ギガフロップス8 1987年
ピエール
シンキング・マシーンズ CM2
14.34ギガフロップス16，000 1987年
43ギガフロップス48，000 1991年
ストークス
クレイ2
1.95ギガフロップス4 1988年
パイパー
CDC/ETA-10Q
840メガフロップ4 1988年
レイノルズ
クレイY-MP
2.54ギガフロップス8 1988年
2.67ギガフロップス88 1988年
ラグランジュ
インテル iPSC/860
7.88ギガフロップス128 1990年
ガンマ
インテル iPSC/860
7.68ギガフロップス128 1990年
フォン・カルマン
コンベックス 3240
200メガフロップ4 1991年
ボルツマン
シンキング・マシーンズ CM5
16.38 ギガフロップス128 1993年
シグマ
インテル パラゴン
15.60 ギガフロップス208 1993年
フォン・ノイマン
クレイ C90
15.36 ギガフロップス16 1993年 鷲
クレイ C90
7.68ギガフロップス8 1993年
グレース
インテル パラゴン
15.6ギガフロップス209 1993年
バベッジ
IBM SP-2
34.05 ギガフロップス128 1994年
42.56 ギガフロップス160 1994年
ダ・ヴィンチ
SGI パワーチャレンジ16 1994年
SGI パワーチャレンジ XL
11.52ギガフロップス32 1995年
ニュートン
クレイ J90
7.2ギガフロップス36 1996年
ピグレット
SGIオリジン2000/250MHz
4ギガフロップス8 1997年
チューリング
SGIオリジン 2000/195MHz
9.36 ギガフロップス24 1997年
25ギガフロップス64 1997年
フェルミ
SGIオリジン 2000/195MHz
3.12ギガフロップス8 1997年
ホッパー
SGIオリジン2000/250MHz
32ギガフロップス64 1997年
エブリン
SGIオリジン2000/250MHz
4ギガフロップス8 1997年
ステガー
SGIオリジン2000/250MHz
64ギガフロップス128 1997年
128ギガフロップス256 1998年
ロマックス
SGIオリジン 2800/300MHz
307.2 ギガフロップス512 1999年
409.6 ギガフロップス512 2000年
ルー
SGIオリジン2000/250MHz
4.68ギガフロップス12 1999年
アリエル
SGIオリジン2000/250MHz
4ギガフロップス8 2000年
セバスチャン
SGIオリジン2000/250MHz
4ギガフロップス8 2000年 SN1-512
SGIオリジン 3000/400MHz
409.6 ギガフロップス512 2001年
明るい
Cray SVe1/500MHz
64ギガフロップス32 2001年
チャップマン
SGIオリジン 3800/400MHz
819.2 ギガフロップス
1，024人 2001年 1.23 テラフロップス
1，024人 2002年 ロマックスⅡ
SGIオリジン 3800/400MHz
409.6 ギガフロップス512 2002年
カルパナ
SGI アルティックス 3000
2.66テラフロップス512 2003年
クレイX1
204.8 ギガフロップス 2004年 コロンビア
SGI アルティックス 3000
63テラフロップス10，240 2004年
SGI アルティックス 470010，296 2006年
85.8 テラフロップス13，824 2007年
シラー
IBM POWER5+
4.8テラフロップス640 2007年
RT・ジョーンズ
SGI ICE 8200、Intel Xeon「Harpertown」プロセッサ
43.5テラフロップス4，096 2007年
プレアデス
SGI ICE 8200、Intel Xeon “”Harpertown”” プロセッサ
487テラフロップス51，200 2008年
544 テラフロップス56，320 2009年
SGI ICE 8200、Intel Xeon「Harpertown」/ 「Nehalem」プロセッサ
773 テラフロップス81，920 2010年
SGI ICE 8200/8400、Intel Xeon “”Harpertown””/””Nehalem””/ “”Westmere””プロセッサ
1.09ペタフロップス111，104 2011年
SGI ICE 8200/8400/X、Intel Xeon “”Harpertown””/””Nehalem””/””Westmere””/ “”Sandy Bridge””プロセッサ
1.24ペタフロップス125，980 2012年
SGI ICE 8200/8400/X、Intel Xeon「Nehalem」/「Westmere」/「Sandy Bridge」/ 「Ivy Bridge」プロセッサ
2.87ペタフロップス162，496 2013年
3.59ペタフロップス184，800 2014年
SGI ICE 8400/X、Intel Xeon「Westmere」/「Sandy Bridge」/「Ivy Bridge」/ 「Haswell」プロセッサ
4.49ペタフロップス198，432 2014年
5.35 ペタフロップ210，336 2015年
SGI ICE X、Intel Xeon「Sandy Bridge」/「Ivy Bridge」/「Haswell」/ 「Broadwell」プロセッサ
7.25ペタフロップス246，048 2016年
努力
SGI UV 2000、Intel Xeon「Sandy Bridge」プロセッサ
32テラフロップス1，536 2013年
メロペ
SGI ICE 8200、Intel Xeon “”Harpertown”” プロセッサ
61テラフロップス5，120 2013年
SGI ICE 8400、Intel Xeon「Nehalem」/「Westmere」プロセッサ
141テラフロップス1，152 2014年
エレクトラ
SGI ICE X、Intel Xeon “”Broadwell”” プロセッサ
1.9ペタフロップス1，152 2016年
SGI ICE X/HPE SGI 8600 E-Cell、Intel Xeon「Broadwell」/ 「Skylake」プロセッサ
4.79ペタフロップス2，304 2017年
8.32 ペタフロップ3，456 2018年
エイトケン
HPE SGI 8600 E-Cell、Intel Xeon 「Cascade Lake」プロセッサー
3.69ペタフロップス1，150 2019年
コンピュータネーム
建築
ピークパフォーマンス
CPU の数
設置日

ストレージ リソース

ディスク ストレージ
1987 年、NAS は国防総省高等研究計画局(DARPA) およびカリフォルニア大学バークレー校と提携して、安価なディスクの冗長アレイ(RAID) プロジェクトで、複数のディスク ドライブ コンポーネントを 1 つの論理ドライブに結合するストレージ テクノロジを作成しようとしました。単位。1992 年に完了した RAID プロジェクトは、今日使用されている分散型データ ストレージ テクノロジにつながりました。
NAS 施設は現在、スーパーコンピューターとアーカイブ テープ ストレージ システムに接続された 4 つの 32 プロセッサ フロントエンド システムで構成される高可用性ソフトウェアを備えた SGI 並列 DMF クラスター上にディスク大容量ストレージを収容しています。このシステムには、フロントエンドごとに 192 GB のメモリと 7.6 ペタバイト (PB) のディスク キャッシュがディスクに保存されたデータは、施設のテープ アーカイブ ストレージ システムに定期的に移行され、スーパーコンピュータで実行されている他のユーザー プロジェクトのためにスペースが解放されます。

アーカイブおよびストレージ システム
1987 年、NAS は、NAStore という名前の最初の UNIX ベースの階層型大容量ストレージ システムを開発しました。これには、ストレージ容量が約 1.1 テラバイトのStorageTek 4400 カートリッジ テープ ロボットが 2 台含まれており、テープの検索時間が 4 分から 15 秒に短縮されました。
2008 年の Pleiades スーパーコンピューターの設置により、NAS が 20 年間使用してきた StorageTek システムは、ユーザー数の増加と各プロジェクトのデータセットのファイル サイズの増加のニーズを満たすことができなくなりました。 2009 年、NAS はSpectra Logic T950 ロボット テープ システムを導入しました。これにより、施設の最大容量が 16 ペタバイトに増加し、ユーザーはスーパーコンピューターからデータをアーカイブできました。 2019 年 3 月の時点で、NAS 施設は、Spectra Logic テープ ライブラリの総アーカイブ ストレージ容量を、35% の圧縮で 1，048 ペタバイト (または 1 エクサバイト) に増やしました。 SGI の Data Migration Facility (DMF) と OpenVault は、NAS 機能のディスクからテープへのデータ移行とテープからディスクへのデマイグレーションを管理します。
2019 年 3 月の時点で、NAS アーカイブ ストレージ システムには 110 ペタバイトを超える一意のデータが保存されています。

データ可視化システム
1984 年に、NAS は 25 台の SGI IRIS 1000 グラフィックス ターミナルを購入しました。これは、シリコン バレーに本拠を置く会社との長いパートナーシップの始まりであり、施設のスーパーコンピューターで実行される CFD 結果の後処理と視覚化に大きな影響を与えました。可視化は、スーパーコンピューターで実行されるシミュレーション データの分析における重要なプロセスとなり、エンジニアや科学者が結果を空間的に表示し、設計で作用する CFD の力をより深く理解できる方法で表示できるようになりました。
Hyperwall displaying multiple images
  Hyperwall displaying one single image
  NAS 施設のハイパーウォール可視化システムにより、研究者はスーパーコンピューターで実行された複数のシミュレーション、または 1 つの大きな画像やアニメーションを表示できます。

ハイパーウォール
2002 年、NAS 視覚化の専門家は「ハイパーウォール」と呼ばれる視覚化システムを開発しました。これには、科学者が大規模で動的な 7 x 7 スクリーン アレイで複雑なデータセットを表示できるようにする 49 個のリンクされたLCDパネルが含まれていました。各画面には独自の処理能力があり、それぞれがデータセットを表示、処理、共有できるため、単一の画像をすべての画面に表示したり、データを巨大なビジュアル スプレッドシートのように「セル」に表示できるように構成したりできます。
第 2 世代の「hyperwall-2」は、NAS が Colfax International と提携して 2008 年に開発したもので、幅 23 フィート、高さ 10 フィートの 8×16 グリッドに配置された 128 個の LCD 画面で構成されています。25 億ピクセルのレンダリングが可能で、世界最高の解像度の科学的視覚化システムです。これには 128 のノードが含まれ、それぞれに 2 つのクアッドコアAMD Opteron (バルセロナ) プロセッサとNvidia GeForce 480 GTX グラフィックス プロセッシング ユニット(GPU) が搭載されており、システム全体で 128 テラフロップスの専用ピーク処理能力 (100 倍強力) を実現します。元のハイパーウォールより。 hyperwall-2 は InfiniBand ネットワークを介して Pleiades スーパーコンピューターのファイルシステムに直接接続されているため、システムは hyperwall-2 のメモリにファイルをコピーする必要なく、ファイルシステムから直接データを読み取ることができます。
2014 年に、ハイパーウォールは新しいハードウェアでアップグレードされました。256 個の Intel Xeon “”Ivy Bridge”” プロセッサと 128 個の NVIDIA Geforce 780 Ti GPU です。このアップグレードにより、システムのピーク処理能力が 9 テラフロップスから 57 テラフロップスに増加し、現在では約 400 ギガバイトのグラフィックス メモリを備えています。
2020 年、ハイパーウォールは新しいハードウェアでさらにアップグレードされました。256 個の Intel Xeon Platinum 8268 (Cascade Lake) プロセッサと 128 個の NVIDIA Quadro RTX 6000 GPU で、合計 3.1 テラバイトのグラフィックス メモリを備えています。このアップグレードにより、システムのピーク処理能力が 57 テラフロップスから 512 テラフロップスに増加しました。

同時可視化
NAS で開発されたハイパーウォール技術の重要な特徴は、データの「同時可視化」を可能にすることです。これにより、科学者やエンジニアは、計算がスーパーコンピューターで実行されている間にデータを分析および解釈できます。これは、実行時の監視、ステアリング、および終了の計算の現在の状態を示すだけでなく、「I/O およびストレージ容量の要件が大幅に不要になるため、後処理と比較してより高い時間分解能の視覚化を可能にします… それ以外の場合は表示されないシミュレーションの機能が表示される場合が””
NAS ビジュアライゼーション チームは、2005 年にコロンビア スーパーコンピューターで実行された超並列予測モデルで使用する構成可能な同時パイプラインを開発し、国立ハリケーン センターの大西洋ハリケーン シーズンの予測に役立てました。各予測の提出期限があるため、視覚化プロセスがシミュレーションを著しく妨げたり、失敗させたりしないことが重要でした。

参考文献
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^ 「エレクトラスーパーコンピュータのホームページ」 . NAS。
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外部リンク

NASA の高度なスーパーコンピューティング リソース
NASA Advanced Supercomputing (NAS) 部門のホームページ
NASコンピューティング環境ホームページ
NAS プレアデス スーパーコンピュータ ホームページ
NAS Aitken スーパーコンピュータのホームページ
NASエレクトラスーパーコンピュータホームページ
NAS アーカイブおよびストレージ システムのホームページ
NAS hyperwall-2 ホームページ

その他のオンライン リソース
NASAの公式ウェブサイト
NASA のハイエンド コンピューティング プログラムのホームページ
NASA のハイエンド コンピューティング機能プロジェクトのホームページ
TOP500公式サイト”