高性能計算のための低電力・高密度クラスタMegaProto

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  • コウセイノウ ケイサン ノ タメ ノ テイデンリョク コウミツド クラスタ MegaProto
  • MegaProto: A Low-power and Compact Cluster for High-performance Computing

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抄録

現在進行中の研究プロジェクト「低電力とモデリング技術によるメガスケールコンピューティング」において，我々は百万プロセッサ規模の並列システムは低電力コモディティプロセッサの高密度実装によってのみ実現可能であると主張し，それを実証するためのプロトタイプMegaProto を開発している．また同時にMegaProto は，プロジェクトで開発中の低電力化コンパイル技術，高信頼・高性能ネットワーク技術，高信頼クラスタ構築技術，多重並列プログラミング技術などを実証するためのプラットフォームとしても機能する．MegaProto は19 インチラックに搭載可能な1U サイズのクラスタユニットを単位として構成され，1 つのユニットには16 個の低電力プロセッサと，それらを結合するプロセッサあたり2Gbps の高バンド幅ネットワークが搭載される．ユニットあたりのピーク性能は第1 バージョンで14.4GFlops，第2 バージョンで32.0GFlops であり，ユニット内およびユニット間のネットワークバンド幅はそれぞれ32Gbps，16Gbps である．また，消費電力は待機時で150W，最大計算負荷を課した条件でも300～320W と小さく，従来型の1U サーバ，たとえばハイエンドのデュアルプロセッササーバと同等以下である．一方NPB による性能評価の結果，第1バージョンにおいても4 つのベンチマークでデュアルプロセッササーバを大きく凌駕し，最大2.8 倍の高い性能を発揮することが明らかになっており，コモディティ技術により高密度・低消費電力・高性能が同時に達成できることが実証された．

MegaProto is a proof-of-concept prototype for our project “Mega-Scale Computing Based on Low-Power Technology and Workload Modeling”, implementing our key idea that a millionscale parallel system should be built with densely mounted low-power commodity processors. It also serves as a platform to implement and evaluate our new technologies such as power conscious compilation, highly reliable and high performance networking, highly dependable cluster management, and multi-level scalable parallel programming. The building block of the MegaProto is a 1U-high 19 inch-rack mountable motherboard unit on which 16 low-power, one-dollar note-sized, commodity PC-architecture daughterboards are mounted with a high bandwidth, 2Gbps per processor network based on Gigabit Ethernet. The peak performance of each unit is 14.4GFlops for the first version and will improve to 32.0GFlops in the second version through a processor/daughterboard upgrade. The intra- and inter-unit network bandwidths are 32Gbps and 16Gbps respectively. As for power consumption, the entire unit idles at less than 150W and consumes 300-320W maximum under extreme computational stress; this is comparable to or better than conventional 1U servers comprised of dual high-performance, power hungry processors, while benchmarks exhibit up to 279% superior performance for some NPB programs. This demonstrates that higher performance can be achieved with low-power, densely populated architectures with commodity components.

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