プレアデス（スーパーコンピュータ）

プレアデス
アクティブ	2008年～現在
スポンサー	アメリカ航空宇宙局（NASA）、米国
オペレーター	NAS、HPE
位置	NASAエイムズ研究センター、カリフォルニア州モフェットフィールドのNASA先進スーパーコンピューティング部門
建築	158台のHPE/SGI Altix ICE Xラック（11,207ノード）、239,616個のIntel Xeonプロセッサ、InfiniBand FDRインターコネクト
オペレーティング·システム	SUSE Linuxエンタープライズサーバー
メモリ	926テラバイト。
ストレージ	29ペタバイト（RAID）
スピード	5.95 ペタフロップス (持続)、7.09 ペタフロップス (ピーク)
ランキング	TOP500 : 132、2023年11月
遺産	2008年11月、TOP500 LINPACKで487テラフロップスで第3位にランクイン
Webサイト	NAS プレアデスホームページ

プレアデス（/ ˈ p l aɪ ə d iː z、ˈ p l iː ə -/ ）は、カリフォルニア州マウンテンビュー近郊のモフェットフィールドにあるNASAエイムズ研究センターのNASA先進スーパーコンピューティング（NAS）施設に収容されているペタスケールのスーパーコンピュータです。^[3]NASAとパートナーのヒューレット・パッカード・エンタープライズ（旧シリコングラフィックス・インターナショナル）およびインテルによって保守されています。

2019年11月現在、LINPACK評価5.95ペタフロップス（1秒あたり5.95京回の浮動小数点演算）^[2]と最新のハードウェアアップグレードによるピーク性能7.09ペタフロップスで、 TOP500リストで32番目に強力なコンピュータにランクされています。 ^{[4]このシステムはNASA最大のスーパーコンピューティングリソースとして機能し、}航空学、有人宇宙飛行、天体物理学、地球科学のミッションをサポートしています。 ^[5]

歴史

2008年に構築され、プレアデス星団にちなんで名付けられたこのスーパーコンピュータは、487テラフロップスで世界で3番目に強力なスーパーコンピュータとしてデビューしました。^[6]当初は、 12,800個のIntel XeonクアッドコアE5472 Harpertownプロセッサを搭載した100台のSGI Altix ICE 8200EXラックが、20マイルを超えるInfiniBandダブルデータレート（DDR）ケーブルで接続されていました。^[7]

2009年にクアッドコアX5570 Nehalemプロセッサのラックが10台追加されたことで、Pleiadesは2009年11月のTOP500で、544テラフロップスで動作する14,080個のプロセッサで6位にランクされました。^[8] 2010年1月、NASの科学者とエンジニアは、スーパーコンピュータがまだフルワークロードを実行している間に、新しいラックのInfiniBandデュアルポートファブリックを44本のファイバーケーブルで接続することにより、別のICE 8200ラックの「ライブ統合」を正常に完了し、そうでなければ失われていたであろう200万時間の生産性を節約しました。^[9]

2010年のさらなる拡張では、Intel Xeon 6コアX5670 Westmereプロセッサを搭載した 32 台の新しい SGI Altix ICE 8400 ラックが追加され、最大 18,432 台のプロセッサ (144 ラックに 81,920 コア) が理論上のピーク 973 テラフロップス、LINPACK 評価 773 テラフロップスになりました。^[10] NASA は Pleiades のエネルギー効率を維持することにも重点を置き、各拡張で電力効率を高めたため、2010 年には、当時最も電力効率が高かった 2008 年の元のコンポーネントの 3 倍の電力効率になりました。6 コアの Westmereノードの統合には、新しいクアッドデータレート (QDR) とハイブリッド DDR/QDR InfiniBand ケーブルも必要になり、ケーブル長が 65 マイルを超える世界最大の InfiniBand 相互接続ネットワークができました。^[10]

2011年にWestmereプロセッサを搭載したICE 8400ラックがさらに14台追加された後、Pleiadesは同年6月にLINPACK評価で1.09ペタフロップス、つまり1秒あたり1.09京回の浮動小数点演算を達成し、TOP500リストで7位にランクされました。^[11]

InfiniBand DDR および QDR ファイバーケーブルは、すべてのノードを相互に接続するために使用され、NAS の大容量ストレージシステムやハイパーウォール視覚化システムにも使用され、65 マイルを超える InfiniBand ファブリックで構成されたネットワークを作成します。これは、この種のものとしては世界最大です。Pleiades は、部分的な 11 次元ハイパーキューブトポロジで構築されており、各ノードは 11 個の他のノードと 11 個の接続を持ち、一部のノードは最大 12 個の接続を持ち、12 次元ハイパーキューブを形成します。^[12]

2012年、NASAとパートナーのSGIおよびIntelは、クアッドコアHarpertownプロセッサを搭載した元のAlitx 8200ラック27台を置き換えるために、Intel Xeon 8コアE5-2760 Sandy Bridgeプロセッサを搭載した新しいAltix ICE Xラック24台の統合に取り組み始めました。合計126,720個のプロセッサコアと233テラバイトを超えるRAMを備えた182ラックの拡張により、Pleiadesの利用可能なコンピューティング容量は40％増加しました。^[13]新しいSandy Bridgeノードごとに、14データレート（FDR）InfiniBandケーブルを使用した4つのネットワークリンクがあり、合計転送帯域幅は毎秒56ギガビット（約7ギガバイト）です。^[14]

2013年初頭、Pleiadesのより大規模なハードウェア更新作業が開始され、最終的に元の4コアHarpertownプロセッサがすべて削除され、10コアIntel Xeon E5-2680V2（Ivy Bridge）プロセッサを搭載した46台のSGI ICE Xラックが追加されました。2013年8月に設置が完了したとき、システム全体のピーク性能は1.78ペタフロップスから2.87ペタフロップスへと62％向上しました。^[15]システムは2014年1月から4月にかけて再びゆっくりとアップグレードされ、さらに29ラックのIvy Bridgeノードが追加され、システムの理論上の計算能力は3.59ペタフロップスに増加しました。^[16]拡張のためのスペースを確保するために、システムに残っていたすべてのNehalemノードと12のWestmereノードが削除されました。

2014年後半には、新しいIntel Xeon Haswellプロセッサ用のスペースを確保するために、さらに多くのWestmereノードが削除され、理論上の処理能力が1ペタフロップス増加して4.49ペタフロップスになりました。^[17] 2015年1月には、追加のHaswellノードがインストールされてユーザーにリリースされ、Pleiadesの新しいピーク理論処理能力は5.35ペタフロップスになりました。^[4] 2016年6月に完了したアップグレードでは、6コアのIntel Xeon X5670（Westmere）プロセッサを搭載したノードを含む残りのラックがすべて、14コアのIntel Xeon E5-2680v4（Broadwell）プロセッサを使用したノードを含むラックに置き換えられました。これにより、理論上のピーク性能が7.25ペタフロップスに向上しました。^[4]

NASAでの役割

プレアデスはNASAのハイエンドコンピューティング能力（HECC）プロジェクトの一部であり、NASAのスーパーコンピューティング要件を満たすNASAの最先端技術を表しており、NASAの科学者とエンジニアが地球研究、宇宙科学、航空学研究、および人間とロボットによる宇宙探査におけるNASAのミッションのために高精度のモデリングとシミュレーションを実施できるようにしています。^[3]^[18]

プレアデスで実行されている科学および工学プロジェクトには、次のようなものがあります。

ケプラー宇宙望遠鏡ミッションは、地球のような惑星を見つけるために2009年3月に打ち上げられた宇宙観測所で、20万個以上の恒星を含む宇宙の一部を監視し、30分ごとに高解像度の画像を撮影しています。オペレーションセンターがこのデータを収集した後、これらの恒星の周りの惑星のサイズ、軌道、位置を計算するためにプレアデスにパイプラインで送られます。^[19] 2012年2月現在、ケプラーミッションは1,235個の惑星を発見しており、そのうち5つは地球とほぼ同じサイズで、水が3つの形態（固体、液体、気体）すべてで存在できる「居住可能領域」内を軌道上を回っています。 ^[20]宇宙船を正しい方向に向ける役割を果たすケプラーの4つの反応ホイールのうち2つが故障した後、2013年にケプラーチームはデータパイプライン全体をプレアデスに移し、既存のケプラーデータからの光度曲線分析を継続しています。^[21]
プレアデスでは、最先端の解析ツールと数値流体力学（CFD）モデリングおよびシミュレーションを使用して、次世代の宇宙打ち上げ機の研究開発が行われており、より効率的で手頃な価格の宇宙打ち上げシステムと機体設計を作成することを目的としています。また、CFDコードアプリケーションを使用して構造内の騒音源を検出し、航空機の着陸装置によって発生する騒音を低減する研究も行われています。^[22]
銀河の形成に関する天体物理学の研究はプレアデスで行われ、私たちの天の川銀河がどのように形成されたか、そしてどのような力によって特徴的な円盤形状に形成されたのかをシミュレーションしています。^{[23]プレアデスは}暗黒物質の研究とシミュレーションのためのスーパーコンピューティングリソースでもあり、粒子数で言えば史上最大のシミュレーションの1つで、銀河内の重力で束縛された暗黒物質の「塊」を発見するのに役立っています。^[24]
MITとカリフォルニア州パサデナにあるNASAジェット推進研究所間の海洋循環と気候の推定（ECCO）プロジェクトのためにNASAが構築したデータ合成モデルを使用した地球の海流の視覚化。NASAによると、「ECCOモデルデータ合成は、地球規模の炭素循環における海洋の役割を定量化し、極地の海洋の最近の進化を理解し、地球システムのさまざまな構成要素内および構成要素間の時間とともに変化する熱、水、化学物質の交換を監視し、その他多くの科学アプリケーションに使用されています。」^[25]

ギャラリー

プレアデススーパーコンピュータの外観
Pleiades Westmere ベースのラック。Westmere ノードと Nehalem ノードの追加により、Pleiades で利用可能なコンピューティング能力が 170% 増加しました。
ネットワーク機器
2008年12月、NASA、SGI、Intelの代表者らが参加した、オリジナルのプレアデスシステムの完成を祝うテープカット式典。
オリジナルのハーパータウンベースのシステムを構成する 1 列の計算キャビネットのクローズアップ画像
Tフィニティストレージ
その他のキャビネット
建物内に設置されたD-Wave量子コンピュータ
複数の GPU でサポートされ、視覚化に使用されるスクリーンの壁

大衆文化では

2015年の映画『オデッセイ』では、天体力学者のリッチ・パーネルがプレアデス・スーパーコンピュータを使って宇宙船の重力アシスト操作の計算を検証し、火星に取り残された宇宙飛行士を救出します。映画とは異なり、計算を実行するためにラックの中に物理的に存在する必要はありません。ジョブを送信するには、ユーザーはSecurIDを使用して、ssh経由でリモートから接続できます。^[26]

参考文献

^ 「プレアデス・スーパーコンピューター」NASA . 2020年3月19日閲覧。
^ ab 「Pleiades - SGI ICE X、Intel Xeon E5-2670/E5-2680v2/E5-2680v3/E5-2680v4 2.6/2.8/2.5/2.4 GHz、Infiniband FDR」。トップ500のリスト。 2020年3月19日閲覧。
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^ 「RSA SecurID パスコードと NAS パスワードを使用した 2 段階接続 - HECC ナレッジベース」。

外部リンク

NASA プレアデスホームページ
NASA 先進スーパーコンピューティング部門のホームページ
NASA の HECC プロジェクトのホームページ
NASAホームページ

[Pleiades_Resource-1] 「プレアデス・スーパーコンピューター」NASA . 2020年3月19日閲覧。

[TOP500_2019-2] 「Pleiades - SGI ICE X、Intel Xeon E5-2670/E5-2680v2/E5-2680v3/E5-2680v4 2.6/2.8/2.5/2.4 GHz、Infiniband FDR」。トップ500のリスト。 2020年3月19日閲覧。

[NYT-20170508-3] Fortin, Jacey (2017年5月8日). 「天才募集：NASA、スーパーコンピューターの高速化にプログラマーに挑戦」ニューヨーク・タイムズ. 2017年5月8日閲覧。

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[26] 「RSA SecurID パスコードと NAS パスワードを使用した 2 段階接続 - HECC ナレッジベース」。