El Supercomputador MareNostrum Microprocesadores para
Comunicaciones Omar El-Asmar Moreno
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Indice 1. Introduccin 2. Centro Nacional de Supercomputacin de
Barcelona (BSC-CNS) 3. El supercomputador MareNostrum 3.1
MareNostrum I 3.2 MareNostrum II 3.3 MareNostrum III 4.
Aplicaciones 5. Noticias recientes
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1.Introduccin El supercomputador MareNostrum est situado en el
Centro Nacional de Supercomputacin de Barcelona (BSC-CNS) y
actualmente es el supercomputador ms potente de Espaa y uno de los
ms potentes del mundo. As lo ratifica el puesto 29 que ocupaba en
junio de 2013 en la lista TOP500 que recoge los superordenadores ms
potentes del mundo.
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1.Introduccin Su construccin nace a partir del BSC-CNS, que es
quien se encarga de su manejo y mantenimiento, de forma que a lo
largo de los ltimos aos ha sufrido una serie de modificaciones que
han mejorado sus prestaciones y capacidad de clculo de manera
impresionante. Su nombre fue escogido tanto para representar el
lugar donde se encuentra como para representar los grandes recursos
informticos de los que dispone.
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1.Introduccin Actualmente forma parte del proyecto europeo
PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe) cuya misin es
permitir descubrimientos cientficos de alto impacto y la
investigacin en ingeniera, a la vez que mejora de la eficiencia
energtica de los sistemas de computacin. El proyecto PRACE esta
formado por 25 miembros de la Unin Europea, entre ellos el BSC-CNS
en representacin de Espaa.
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2. Centro Nacional de Supercomputacin de Barcelona (BSC-CNS) La
principal misin del BSC-CNS consiste en investigar y desarrollar
todo tipo de informacin tecnolgica para facilitar el progreso
cientfico en general. En este mbito, se tiene una dedicacin
especial en aplicaciones computacionales para la ciencia y la
ingeniera. Ha recorrido un largo camino durante estas dos ltimas
dcadas para convertirse en lo que es actualmente.
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2. Centro Nacional de Supercomputacin de Barcelona (BSC-CNS)
Bsicamente, ha heredado la tradicin del Centro Europeo Paralelismo
de Barcelona (CEPBA), un centro de investigacin, desarrollo e
innovacin en tecnologas de cmputo eficientes perteneciente a la
UPC. En 1991 CEPBA inici sus actividades, recopilando las
necesidades de los diferentes departamentos de la UPC, as como la
experiencia en el nivel ms bajo del sistema informtico (ncleos
numricos, sistemas operativos y arquitectura).
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2. Centro Nacional de Supercomputacin de Barcelona (BSC-CNS)
Del ao 1995 al 2000 el CEPBA coordin sus actividades con el CESCA
(Centre de Serveis Cientifics i Acadmics De Catalunya) a travs del
C4 (Centro de Computacin y Comunicaciones de Catalua), fundado por
el CIRIT, la Fundacin Catalana de Investigacin y la UPC.
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2. Centro Nacional de Supercomputacin de Barcelona (BSC-CNS) En
el ao 2000 CEPBA firm un acuerdo con IBM para crear el Instituto de
Investigacin CEPBA-IBM, cuyos objetivos iban encaminados a la
investigacin local en reas de la ciencia y la ingeniera. Esta
Asociacin de Investigacin y Desarrollo tena un compromiso inicial
para 4 aos.
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2. Centro Nacional de Supercomputacin de Barcelona (BSC-CNS) En
el ao 2004 el Ministerio de Educacin, la Generalitat de Catalunya y
la Universidad Politcnica de Catalua (UPC) tomaron la iniciativa de
crear un Centro de Supercomputacin en Barcelona. En marzo de ese
mismo ao el Gobierno de Espaa y la empresa IBM firmaron un acuerdo
para construir unos de los ordenadores ms potentes de Europa.
Finalmente, en el ao 2005 se constituy oficialmente el BSC-CNS
comenzando sus actividades de investigacin y desarrollo, y el
supercomputador MareNostrum fue construido como la mquina ms
potente de Europa.
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3. El supercomputador MareNostrum Desde su inauguracin en el ao
2005, el supercomputador MareNostrum ha sufrido varias
modificaciones que han mejorado sus prestaciones de memoria y
capacidad de clculo enormemente. A continuacin, analizaremos las
prestaciones de las tres versiones y veremos las modificaciones que
se han ido produciendo.
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3.1 MareNostrum I El MareNostrum I fue construido en dos meses
en el Centro Tcnico de IBM en San Fernando de Henares (Madrid).
Tras realizar las pruebas pertinentes para su inclusin en la lista
TOP500, fue trasladado al BSC-CNS donde se encuentra en la
actualidad. El ordenador est fsicamente instalado en el interior de
la Capilla de Torre Girona, una edificacin romnica de principios
del siglo XX que se encuentra en el Campus Nord de la Universidad
Politcnica de Catalua, ocupando un rea de 170 metros
cuadrados.
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3.1 MareNostrum I
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3.1.1 Caractersticas a) Estaba formado por 2282 nodos de
computacin JS20 de IBM. Dentro de cada nodo haba dos procesadores
mononcleo PowerPC 970FX, de arquitectura RISC de 64 bits a 1.6 GHz
o 2.2 GHz, compartiendo 4 Gb de memoria. De esta forma, se tenan
4812 procesadores y un total de 9128 Gb de memoria principal.
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3.1.1 Caractersticas b) Cada nodo individual JS20 dispona
tambin 40 GB de almacenamiento adems de un almacenamiento en red de
128 TB. Estos nodos estaban repartidos en 163 armarios, denominados
BladeCenters, teniendo cada armario 14 nodos.
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3.1.1 Caractersticas c) Cuando se puso en marcha de forma
definitiva se midi su rendimiento obteniendo un total de 27'91
GigaFlops, desde los anteriores 20'53 GigaFlops obtenidos en
pruebas durante su construccin. Como se puede comprobar, las
caractersticas que presentaba la primera versin de MareNostrum eran
asombrosas, no obstante, el BCS-CNS no quera que el proyecto se
quedara ah y apenas un ao despus se present una segunda versin del
supercomputador, que mejorara con creces las prestaciones que ya
tena.
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3.2 MareNostrum II El nuevo sistema estaba formado por un total
de 44 racks de los cuales 31 eran dedicados a capacidad de clculo y
los dems formaban la red de interconexin y control del sistema. De
esta manera se lograba duplicar la capacidad de computacin.
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3.2.1 Caractersticas a) En total estaba formado por 2560 nodos
JS21 de IBM con procesadores de doble ncleo PowerPC 970MP de 64
bits funcionando a una velocidad de 2'3 GHz. Cada nodo dispona de 2
procesadores (4 ncleos), 8 GB de memoria principal y 36 GB de
almacenamiento local.
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3.2.1 Caractersticas b) Los nodos JS21 estaban enfundados en
armarios BladeCenter en grupos de 14, y a su vez estos BladeCenter
estn enfundados en los racks en grupos de 6. Cada rack tena un
consumo de 23 KW. En total por rack suman hasta 336 ncleos,
juntando as entre los 31 racks dedicados a operaciones de clculo
los 10.024 procesadores que conforman el sistema. Esto nos da en
total una capacidad de clculo de 63'83 TeraFlops pudiendo alcanzar
picos de 94'21 TeraFlops con un consumo de 700 KW.
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3.2.1 Caractersticas c) Los 2560 nodos se comunican entre s a
travs de una red de interconexin de alta velocidad llamada Myrinet,
que ocupa 4 racks dentro del sistema y en total est formada por ms
de 63 kilmetros de fibra ptica.
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3.2.1 Caractersticas d) Para acceder al almacenamiento en red
se utiliza una red Gigabit Ethernet, que se encuentra en uno de los
racks del sistema y emplea 7,5 Km de fibra ptica, ofreciendo una
cantidad total de 288 puertos de conexin. Esta red incluye GPFS
(Global Parallel File System), un software de IBM que permite que
cualquier usuario desde cualquiera de los nodos tenga acceso a los
datos, pueda modificarlos y eso no cree conflictos con otros
usuarios que estn accediendo a los mismos datos.
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3.2.1 Caractersticas e) En cuanto al sistema de memoria del
ordenador, cuenta con 20 TB de memoria principal y 390 + 90
terabytes de almacenamiento en red, que se encuentran en 7 racks
del sistema. f) El sistema utiliza el entorno SUSE Linux, una de
las distribuciones de Linux existentes a nivel mundial ms sencillas
de instalar y administrar, ya que cuenta con varios asistentes
grficos que facilitan el desarrollo de las diferentes tareas.
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3.3 MareNostrum III En el ao 2007 se renov el acuerdo entre el
BSC-CNS e IBM, donde se tipificaba el desarrollo y la compra de un
nuevo supercomputador, a cambio del cual IBM financiara diversos
proyectos de investigacin del BSC. La idea era actualizar el
supercomputador a su tercera versin lo antes posible, pero
numerosos problemas a los que se aadi el inicio de la crisis
econmica espaola, hicieron que se retrasara varios aos.
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3.3 MareNostrum III Tras varios aos funcionando con la segunda
versin, finalmente en el ao 2012 llego la tercera actualizacin del
sistema, MareNostrum III, que se encuentra an vigente. Esta nueva
versin es 10 veces ms potente que su predecesora y tiene una
complejidad mucho mayor estando formada por 52 racks, de los cuales
36 estn dedicados para la realizacin de clculos. El sistema se ha
renovado por completo y ahora est basado en procesadores Intel
SandyBridge, racks de computacin iDataPlex y una red de
interconexin Infiniband.
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3.3.1 Caractersticas a) El sistema est formado por 3056 nodos,
cada uno de los cuales contiene 2 procesadores Intel SandyBridge
(cada uno con 8 ncleos) a 2,6 GHz. De esta manera tenemos en total
48896 procesadores trabajando en conjunto, lo que nos da una
capacidad de clculo de 1,1 PetaFlops por segundo con un consumo
total de 1 MW.
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3.3.1 Caractersticas
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3.3.1 Caractersticas b) Todos estos procesadores estn
almacenados en 36 racks de clculo IBM iDataPlex, de manera que
tenemos una capacidad de cmputo de 27,95 TeraFlops por rack, con un
consumo de 28 KW por rack. Si nos damos cuenta, este consumo es
mayor que en el caso del MareNostrum 2, lo que implica un cambio en
los sistemas de refrigeracin del sistema.
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3.3.1 Caractersticas c) Por otro lado, cada uno de los racks
iDataPlex est formado por 84 nodos de cmputo IBM dx360 M4.
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3.3.1 Caractersticas La estructura interna de cada uno de los
nodos es la siguiente. En la parte izquierda de la imagen podemos
ver los dos procesadores Intel. d) Cada nodo dx360 M4 est formado
por una estructura 2U, de manera que cada uno de ellos incluye dos
nodos de computacin.
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3.3.1 Caractersticas e) Con las nuevas redes de comunicacin se
ha multiplicado por 40 la velocidad de comunicacin. Cada nodo est
conectado a 4 redes, dos de gestin y dos de datos: e.1) En cuanto a
las redes de gestin una de ellas nos permite encender y apagar los
nodos, mientras que la otra permite que los nodos tomen la imagen
del sistema operativo.
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3.3.1 Caractersticas e.2) En cuanto a las redes de datos la
primera de ellas es una red Infiniband que permite conectar todos
los nodos a una velocidad de 40 Gbps empleando aproximadamente 71
km de fibra ptica. La segunda de ellas, es la que implementa GPFS,
que como ya vimos en la versin anterior nos permite mover datos
hacia el sistema de almacenamiento de manera paralela sin molestar
a otros usuarios.
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3.3.1 Caractersticas f) En cuanto al almacenamiento tenemos
100,8 TeraBytes de memoria principal y aproximadamente 2 PetaBytes
de almacenamiento en disco repartidos en 30 servers. g) El sistema
operativo que se ha montado sobre esta computadora es el SUSE Linux
versin 10.
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3.3.1 Caractersticas Como podemos observar, en la tercera
versin del supercomputador se ha realizado una remodelacin total
respecto a las versiones anteriores. Esto ha permitido, no solo
mejorar las prestaciones de cmputo del supercomputador, sino tambin
emplear las tecnologas ms innovadores en lo que se refiere a
unidades de procesamiento y redes de interconexin. Todas estas
mejoras han supuesto un salto en la calidad de las aplicaciones que
se pueden realizar en el supercomputador.
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4. Aplicaciones Como ya hemos podido comprobar, las capacidades
de computacin que ofrece el MareNostrum son muy buenas, por ello,
sus servicios se prestan para investigaciones cientficas que
requieren clculos tremendamente complejos. Su uso est disponible
para la comunidad cientfica nacional e internacional, controlada
por un comit de asignacin que asigna tiempo de cmputo en funcin de
la vala de los proyectos a realizar.
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4. Aplicaciones As las diferentes versiones del MareNostrum han
sido esenciales para desarrollar importantes proyectos de
investigacin en diversas reas: METEOROLOGA Y CLIMA. El departamento
de ciencias de la Tierra del BSC-CNS utiliza la supercomputacin
para mejorar la prediccin meteorolgica, los estudios de calidad del
aire y las investigaciones sobre el clima. CUERPO HUMANO. El
departamento de ciencias de la vida puede estudiar, gracias al
MareNostrum, cmo actan las protenas en el interior de las clulas y
desarrollar proyectos de genmica.
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4. Aplicaciones ENERGA ELICA. El BSC y la compaa Iberdrola
tienen una colaboracin cientfica para mejorar el diseo de los
molinos de viento a partir de simulaciones informticas de la
interaccin entre los flujos de aire y las turbinas. PETRLEO. Repsol
y el BSC han creado un centro de investigacin conjunto para
utilizar la supercomputacin con el objetivo de mejorar la deteccin
de depsitos de hidrocarburos y su explotacin. SUPERCOMPUTACIN.
Algunas de las compaas lderes en el sector de los superordenadores,
como IBM, Intel y Nvidia, tienen acuerdos de colaboracin estable
con el BSC para mejorar sus productos. INFORMTICA PERSONAL.
Microsoft y el BSC han creado un centro de investigacin conjunto
para mejorar la computacin en ordenadores personales y dispositivos
mviles.
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4. Aplicaciones A continuacin podemos ver un resumen del uso
del MareNostrum en un ao por parte de diferentes fuentes:
Aplicaciones instaladas permanentemente en el MareNostrum 259
Usuarios del MareNostrum en 1 ao 650
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5. Noticias recientes Un corazn en 3D : el supercomputador
MareNostrum clave para simular el rgano El Barcelona Supercomputing
Center-Centro Nacional de Supercomputacin trabaja actualmente en
una simulacin 3D del corazn. En el proyecto intervienen mdicos del
hospital de Sant Pau y de la Universidad de Lleida y cientficos del
Centro de Visin por Computador de la Universidad Autnoma de
Barcelona, que proporciona las imgenes que ayudan a reproducir el
funcionamiento del corazn.
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5. Noticias recientes El superordenador MareNostrum simular las
neuronas en el Human Brain Project El Human Brain Project (proyecto
del cerebro humano, HBP en sus siglas en ingls) est considerado el
proyecto neurocientfico ms ambicioso del mundo con una inversin de
1.200 millones de euros. Segn han informado los responsables del
BSC, el reto de este macroproyecto cofinanciado por la Unin Europea
es el de comprender y simular el funcionamiento del cerebro humano
en sus diferentes capas, desde el genoma y niveles celulares a
neuronas, circuitos, regiones del cerebro y finalmente el cerebro
entero.
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6. Bibliografa Informacin general sobre el MareNostrum
http://es.wikipedia.org/wiki/MareNostrum
http://www.bsc.es/marenostrum-support-services/documentation
Noticias
http://www.lavanguardia.com/tecnologia/20121027/54353933541/mare-
nostrum-3-superordenador-barcelona.htmlhttp://www.lavanguardia.com/tecnologia/20121027/54353933541/mare-
nostrum-3-superordenador-barcelona.html
http://www.rtve.es/noticias/20131007/superordenador-marenostrum-
simulara-neuronas-proyecto-human-brain/759744.shtmlhttp://www.rtve.es/noticias/20131007/superordenador-marenostrum-
simulara-neuronas-proyecto-human-brain/759744.shtml
http://www.noticias24.com/tecnologia/noticia/568/marenostrum-la-
supercomputadora/http://www.noticias24.com/tecnologia/noticia/568/marenostrum-la-
supercomputadora/
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6. Bibliografa Vdeos http://shelf3d.com/lwFccNUwWpQ#Corporate
Video in English http://www.youtube.com/watch?v=1qOYIZwVUqc
http://www.youtube.com/watch?v=wTVuhQkUb6Y
http://www.youtube.com/watch?v=D8vGWoKtYCk