Xeon Phi

多 様 化 するHPCプラットフォームの
選 択 ガイドライン
2013 年 7 月 30 日
富 士 通 株 式 会 社
次 世 代 テクニカルコンピューティング 開 発 本 部
第 二 システム 開 発 統 括 部 第 一 開 発 部
マネージャー 長 塚 雅 明
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話 の 流 れ
• 多 様 化 するHPCプラットフォーム
• 専 用 スパコン
• PCクラスタ
• コプロセッサの 活 用 例 と 比 較
•GROMACS
•Himeno
• コプロセッサ 活 用 のポイント
無 FUJITSU 断 での 引 用 CONFIDENTIAL
、 転 載 を 禁 じます。 1
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多 様 化 するHPCプラットフォーム
PCクラスタに 加 え、GPGPU, Xeon Phiの 登 場 ・
台 頭 により、 裾 野 がさらに 拡 大
先 端 研 究 機 関
スーパーコンピュータ
( 専 用 スパコン)
民 間 企 業
GPGPU
PCクラスタ
(PCサーバ)
Xeon Phi
無 断 での 引 用 、 転 載 を 禁 じます。 2
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専 用 スパコンの 特 長
( 例 :スーパーコンピュータ「 京 」)
• 10.51 Peta FLOPS • ノードMTBF 290 年 以 上 !!
•88,128ノード
•Linpack 29 時 間 連 続 稼 働
•CPU: SPARC64 VIIIfx
•ネットワーク: ICC (Tofu)
高 性 能 & 高 信 頼
無 断 での 引 用 、 転 載 を 禁 じます。
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専 用 スパコンの 性 能 例
Sustained Performance (TF)
60
50
40
30
20
10
0
K-asis
K-tune
BX900-asis
Helios-asis
Helios-tune
プラズマ 乱 流 シミュレーション
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
cores
[Y.Idomura et al., Int. J. HPC Appl. in press]
日 本 原 子 力 研 究 開 発 機 構 井 戸 村 泰 宏 様 ご 提 供
京
PCクラスタ
万 を 超 える
並 列 計 算 で
スケール
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PCクラスタ(PCサーバ)の 特 長
★ 多 数 のPCサーバを 束 ねて、「スパコン」に 匹 敵
する 性 能 を 確 保
• PCクラスタの 特 長
PCクラスタ
1コストパフォーマンスに 優 れたCPU・ネットワーク
CPU: Intel Xeon、ネットワーク: InfiniBand
2オープン 性 が 高 く、ISVソフト・OSSが 豊 富
→ 様 々な 広 い 分 野 で 活 用 しやすい
→ 利 用 方 法 などのノウハウ・ 知 見 が 豊 富
分 散 並 列 処 理
高 速 ネットワーク
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Portfolio value ($m)
様 々な 分 野 で 使 われるPCクラスタ
CAE (Computer Aided Engineering)
衝 突 解 析 流 体 解 析 構 造 解 析
金 融 サービス
金 融 工 学
車 の 衝 突 解 析 、
携 帯 電 話 の 落 下 解 析
….
ボディー 空 気 抵 抗 解 析 、
部 品 の 冷 却 解 析
….
材 料 ・ 部 品 の 応 力 解 析
高 層 建 築 の 地 震 応 答 解 析
….
オプションプライシング
リスク 分 析
….
44
42
40
38
36
34
32
30
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Trading day
創 薬 開 発
材 料 開 発
コンピュータグラフィックス
バイオインフォマティックス
創 薬 開 発 の 解 析
材 料 の 解 析
レンダリング
バイオインフォマティックス
薬 剤 候 補 スクリーニング
薬 剤 候 補 化 合 物 の 物 性 計 算
….
半 導 体 や 金 属 等 の 電 機
特 性 解 析 。
光 デバイスの 特 性 解 析
….
アニメーション
ゲームコンテンツ 作 成
….
遺 伝 子 解 析
タンパク 質 構 造 解 析
….
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6
6
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2010 FUJITSU LIMITED

PCクラスタの 性 能 例
• 衝 突 解 析 ソフト LS-DYNAのスケーラビリティ 性 能
• 16 並 列 128 並 列 で、5.84 倍 の 性 能 向 上
スピードアップ
9
8
7
6
128 並 列
5
4
スケーラビリティ
3
2
16 並 列
1
0
0 20 40 60 80 100 120 140
並 列 数
※ 試 験 データ : car2car
• 複 数 のPCサーバで 一 つの 計 算 処 理 を 行 うことにより、
処 理 時 間 の 大 幅 な 短 縮 が 可 能
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話 の 流 れ
• 多 様 化 するHPCプラットフォーム
• 専 用 スパコン
• PCクラスタ
• コプロセッサの 活 用 例 と 比 較
•GROMACS
•Himeno
• コプロセッサ 活 用 のポイント
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絶 対 性 能 ・ 電 力 あたり 性 能
コプロセッサの 特 長
• 高 性 能
• 高 コストパフォーマンス
• 導 入 の 容 易 性
• 移 植 ・チューニングが 必 要
Xeon
(E5-2690)
GPU
Xeon Phi
(5110P)
Xeon Phi
GPU
(K20X)
コア 数 (スレッド 数 ) 8 (16) 60 (240) 14 (2688)
倍 精 度 演 算 性 能 [GFlops] 186 1,011 1,312
ピークメモリバンド 幅 [GB/s] 51 320 208
電 力 (TDP) [W] 135 225 235
メモリ 容 量 [GB] ~ 数 百 8 6
キャッシュ 容 量 (last level) [MB] 20 30 1.54
Future
Xeon
使 い 易 さ
プログラム 記 述 いろいろ Native / Offload CUDA/OpenACC
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コプロセッサ 活 用 例 : GROMACS
• 分 子 動 力 学 シミュレーションを 行 うフリーソフト 「GROMACS」
たんぱく 質 の 分 子 構 造 をシミュレーションし、 性 質 を 探 る
⇒GROMACSのコミュニティーは、ソースコードの 性 能 チューニングが 非 常 に 活 発
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GPGPU 性 能 例 : GROMACS
• GPGPUをアクセラレータとして 使 用 し、ホストと 協 調 計 算 をする
対 応 が 済 み。 公 開 サイトからダウンロード 可 能
• GPGPUを 搭 載 するに 従 って、 性 能 が 向 上 する。
GPGPU 1 枚 当 たりの 性 能 向 上 は、2 枚 の 時 がベスト
(dhfr-solv-RF-1nm.bench 問 題 の 場 合 )
180
160
140
CPUのみ K20X x 1 K20X x 2 K20X x 4
91.076 101.146 144.156 168.79
120
100
80
60
40
20
CPU
K20X x 1
K20X x 2
K20X x 4
0
CPU K20X x 1 K20X x 2 K20X x 4
• 自 らソースをGPGPU 向 けに 修 正 するのは 大 変 。
既 にGPGPU 化 されたOSSやISVは 活 用 に 値 する。
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Xeon Phi 性 能 例 : GROMACS
• Xeon(E5シリーズ)に 対 して、AVX 命 令 を 直 接 アセンブラコーディングする
チューニングにより、8.6 倍 の 性 能 向 上 が 実 現 されている
• Xeon Phi 向 けのチューニングもコミュニティで 進 行 中 。SIMD 化 等 の
チューニングにより、16 倍 程 度 の 性 能 向 上 を 期 待 。そのあかつきには、
Xeonの2.7 倍 の 性 能 。
⇒ ただし、 現 時 点 ではXeon(+GPGPU)が 得 策 。
160
140
120
SIMD 化 とアセンブラ 化 で
Xeon Phi 対 応 されると、
Xeonの2.7 倍 ()の 性 能
100
80
60
コンパイラ
SIMD
40
20
0
Xeon
XeonPhi
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Himeno BMT 測 定 結 果
• 問 題 サイズ : M
• プログラム 記 述 (チューニング 済 みソース)
• Xeon(E5-2690)、Xeon Phi(5110p) native : C(OpenMP)
• Xeon Phi(5110p) explicit offload : C(OpenMP + Offload)
• GPGPU(K20)、GPGPU(C2075) : C+CUDA
Xeonを1としたときの 相 対 値
4
3
2
3
2
プログラム 行 数
性 能
1
0
1
0
プログラム 行 数 性 能 (GFlops)
Xeon 447 21.2
Xeon Phi native 447 46.7
Xeon Phi explicit offload 507 43.2
GPGPU(K20) 944 71.6
GPGPU(C2075) 944 46.6
無 断 での INTERNAL 引 用 、 転 USE 載 を ONLY 禁 じます。 13
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コプロセッサ 活 用 のまとめ
自 作 コードの 場 合
使 いやすさ
性 能
Xeon ◎ ×
Xeon Phi
○(チューニングしない)
△(チューニングする)
GPGPU ×
(CUDA 化 はたいへん)
△(チューニングしない)
○(チューニングする)
◎
コプロセッサ 対 応 済 みISV/OSSの 場 合
使 いやすさ
性 能
Xeon ◎ ×
Xeon Phi ◎ ○
GPGPU ◎ ◎
無 断 での INTERNAL 引 用 、 転 USE 載 を ONLY 禁 じます。
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富 士 通 ブースご 紹 介
富 士 通 ブースでは 講 演 でご 紹 介 した、 各 種 最 新 プラットフォームに 関 するパンフレットと、
最 新 サーバの 実 機 展 示 をご 用 意 してお 待 ちいたしております。
[パンフレット/ 検 証 レポート]
Hall B No.16
弊 社 ブース
本 セミナー 会 場
[ 最 新 サーバ 実 機 展 示 ]
4GPU 搭 載 可 能
FUJITSU HX2560 M1
※ 2Uサイズに4GPU(K20/K20X) 搭 載 可 能 です。
是 非 Hall B No.16 富 士 通 ブースまで、お 越 しください。
アンケートご 回 答 者 に、エコグッズ( 針 なしホチキス) 差 し 上 げます!
無 断 での 引 用 、 転 載 を 禁 じます。
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