NASA 슈퍼컴퓨팅 부문

NASA Advanced Supercomputing Division
NASA 슈퍼컴퓨팅 부문
NASA Advanced Supercomputing Facility.jpg
에이전시 개요
형성된1982 (1982)
선행기관
  • 수치 공기역학적 시뮬레이션 부문 (1982)
  • 수치항공우주 시뮬레이션 부문 (1995)
본부캘리포니아 모펫 필드의 NASA 에임스 연구 센터
37°25′16″N 122°03′53″W/37.42111°N 122.06472°W/ 37.42111; -122.06472
기관 임원
  • 피유시 메흐로트라 사단장
모과아메스 연구 센터 탐사 기술 이사
모회사미국 항공우주국(NASA)
웹사이트www.nas.nasa.gov
현재 슈퍼컴퓨팅 시스템
플레이아데스 SGI/HPE ICE X 슈퍼클러스터
아이트켄[1] HPE E-Cell 시스템
엘렉트라[2] SGI/HPE ICE X & HPE E-Cell 시스템
인데버 SGI UV 공유 메모리 시스템
메로페[3] SGI Altix 슈퍼클러스터

NASA 어드밴스드 슈퍼컴퓨팅(NAS) 사업부는 캘리포니아 마운틴뷰의 실리콘밸리 중심부에 있는 모펫 필드의 NASA 에임스 연구센터에 있다.그것은 거의 40년 동안 항공 역학, 우주 탐사, 날씨 패턴과 해류 연구, 우주 왕복선과 항공기 설계와 개발에서 NASA 임무의 주요 슈퍼컴퓨팅 및 모델링과 시뮬레이션 자원이 되어왔다.

이 시설에는 현재 페타스케일 플레이아데스, 에이트켄, 일렉트라 슈퍼컴퓨터와 테라스케일 인데버 슈퍼컴퓨터가 입주해 있다.이 시스템은 인텔 프로세서가 장착된 SGI와 HPE 아키텍처를 기반으로 한다.본관에는 엑사바이트 이상의 데이터 용량을 갖춘 디스크 및 아카이브 테이프 스토리지 시스템, 하이퍼월 시각화 시스템, 세계 최대 규모의 InfiniBand 네트워크 패브릭도 들어 있다.[4]NAS 부서는 NASA의 탐사 기술 책임자의 일부로서 NASA의 HECC(High-End Computing Capability) 프로젝트를 운영하고 있다.[5]

역사

창간

1970년대 중반, Ames Research Center의 항공우주 엔지니어 그룹은 상업적으로 이용 가능한 것보다 더 강력한 슈퍼컴퓨터의 CFD 모델을 사용하여 항공우주 연구 개발을 비용이 많이 들고 시간이 많이 소요되는 풍동실험에서 시뮬레이션 기반 설계 및 엔지니어링으로 이전하는 것을 검토하기 시작했다.시간이 노력은 후에 수치 공기역학 시뮬레이터(NAS) 프로젝트로 명명되었고 최초의 컴퓨터는 1984년 아메스 연구 센터의 중앙 컴퓨팅 시설에 설치되었다.

CFD 전문가, 컴퓨터 과학자, 시각화 전문가, 네트워크 및 스토리지 엔지니어가 협업 환경에서 한 지붕 아래 있을 수 있는 건물을 건설하기 위해 1985년 3월 14일 최첨단 슈퍼컴퓨팅 시설에 대한 기공이 이루어졌다.1986년 NAS는 NASA의 본격적인 사업부로 전환되었고, 1987년에는 두 번째 슈퍼컴퓨터인 Navier라는 이름의 Cray-2를 포함한 NAS 인력과 장비가 1987년 3월 9일에 전용되었던 새로운 시설로 이전되었다.[6]

1995년 NAS는 수치 항공우주 시뮬레이션 부서로, 2001년에는 현재의 명칭으로 명칭을 변경하였다.

업계 최고의 혁신

NAS는 상업용 슈퍼컴퓨팅에서 널리 사용되게 된 많은 도구와 프로세스를 개발하면서 슈퍼컴퓨팅 세계에서 선도적인 혁신자 중 한 명이었다.이러한 첫 번째 사항 중 일부는 다음과 같다.[7]

  • 크레이의 첫 UNIX 기반 슈퍼컴퓨터[8] 설치
  • 슈퍼컴퓨터와 워크스테이션을 서로 연결하여 계산 및 시각화를 배포하는 클라이언트/서버 모델 구현
  • 슈퍼컴퓨팅 리소스를 원격 사용자에게 연결하는 고속 광역 네트워크(WAN) 개발 및 구현(AEROnet)
  • NASA는 지리적으로 멀리 떨어진 곳에 있는 슈퍼컴퓨팅 자원에 걸쳐 생산 부하를 동적으로 분배하는 방법을 최초로 공동 개발했다(NASA Metacenter).
  • 슈퍼 컴퓨팅 환경에서 TCP/IP 네트워킹 구현
  • 슈퍼컴퓨터(NQS) 일괄처리 시스템 개발
  • UNIX 기반 계층형 대용량 스토리지 시스템(NASTORE) 개발
  • 최초의 IRIX 단일 시스템 이미지 256-, 512- 및 1,024-프로세서 슈퍼컴퓨터 공동 개발(SGI 포함)
  • 최초의 Linux 기반 단일 시스템 이미지 512 및 1,024 프로세서 슈퍼컴퓨터 공동 개발(SGI 포함)
  • 2,048-프로세서 공유 메모리 환경
마하 2.46에서 고도 2만 m(6만 6천 피트)로 이동하는 우주왕복선 발사체 주위의 유량장 이미지.차량 표면은 압력 계수에 의해 색상이 변하며, 회색 윤곽선은 오버플로 코드를 사용하여 계산한 대로 주변 공기의 밀도를 나타낸다.

소프트웨어 개발

NAS는 "시스템 지원, 모니터링 시스템, 보안, 과학적 시각화를 위한 소프트웨어를 포함한 슈퍼컴퓨터에서 수행된 작업을 보완하고 향상시키기 위해 소프트웨어를 개발, 채택하고 있으며, NASA 오픈소스 계약(NASA Open Source Agreement, NOSA)을 통해 이 소프트웨어를 사용자에게 제공하는 경우가 많다.[9]

NAS로부터 개발된 몇 가지 중요한 소프트웨어 개발은 다음과 같다.

  • NAS 병렬 벤치마크(NPB)는 병렬 슈퍼컴퓨터를 평가하고 대규모 CFD 애플리케이션의 특성을 모방하기 위해 개발되었다.
  • PBS(Portable Batch System)는 병렬 및 분산 시스템을 위한 최초의 배치 대기열 소프트웨어였다.1998년에 상업적으로 출시되었으며, 여전히 업계에서 널리 사용되고 있다.
  • 플로트3D는 1982년에 만들어졌으며, 구조화된 CFD 데이터세트의 그리드 및 솔루션을 시각화하기 위해 오늘날에도 여전히 사용되는 컴퓨터 그래픽 프로그램이다.플롯3D 팀은 3D CFD 솔루션의 과학적 시각화와 분석에 혁명을 일으킨 그들의 소프트웨어 개발로 NASA 우주법 프로그램이 수여한 네 번째로 큰 상을 받았다.[6]
  • FAST(Flow Analysis Software Toolkit)는 MLAT3D를 기반으로 하는 소프트웨어 환경으로 CFD 시각화에 맞춤화되었지만 거의 모든 스칼라 및 벡터 데이터를 시각화하는 데 사용할 수 있는 수치 시뮬레이션 데이터를 분석하는 데 사용된다.그것은 1995년에 NASA 올해의 소프트웨어 상을 받았다.[10]
  • INS2D와 INS3D는 NAS 엔지니어가 정상 상태와 시간의 변화된 흐름을 위해 각각 2차원 일반화된 좌표와 3차원 일반화된 좌표에서 압축 불가능한 Navier-Stok크스 방정식을 해결하기 위해 개발한 코드다.1994년에 INS3D는 NASA 올해의 소프트웨어상을 수상했다.[6]
  • Cart3D는 공기역학 설계를 위한 고신뢰성 분석 패키지로 복잡한 형태에서 자동 CFD 시뮬레이션을 수행할 수 있다.그것은 여전히 NASA와 다른 정부 기관에서 개념적이고 예비적인 항공 및 우주선 디자인을 시험하기 위해 사용된다.[11]카트3D 팀은 2002년에 NASA 올해의 소프트웨어 상을 받았다.
  • 오버플로우(Overset grid flow solver)는 레이놀즈-평균화, 나비에-스토크스 CFD 방정식을 이용해 고체체 주변의 유체 흐름을 시뮬레이션하기 위해 개발된 소프트웨어 패키지다.그것은 오버셋(치메라) 그리드 시스템을 위한 최초의 범용 NASA CFD 코드였으며, 1992년에 NASA 외부에서 출시되었다.
  • CGT(Chimera Grid Tools)는 표면 및 볼륨 그리드 생성의 CFD 문제 해결을 위한 키메라 오버셋 그리드 접근방식에 대한 다양한 도구와 그리드 조작, 스무딩 및 투영 등이 포함된 소프트웨어 패키지다.
  • HiMAP A 3단계(내부/간격 부문, 다중 효소) 병렬 HIGH 충실도 다학제(Fluids, Structures, Controls) 분석 프로세스,[12][13]

슈퍼컴퓨팅 히스토리

1987년 건설된 이래로 NASA 첨단 슈퍼컴퓨팅 시설은 세계에서 가장 강력한 슈퍼컴퓨터를 수용하고 운영해왔다.이러한 컴퓨터들 중 다수는 더 큰 규모로 활용될 수 있는 새로운 아키텍처, 하드웨어 또는 네트워킹 설정을 테스트하기 위해 구축된 테스트베드 시스템을 포함한다.[6][8]피크 성능은 FLOPS(Floating Point Operation Per Second)에 표시된다.

컴퓨터 이름 건축 최고 성능 CPU 수 설치 날짜
크레파스 XMP-12 210.53 메가플롭스 1 1984
나비에르 크레파스 2 1.95기가플롭스 4 1985
척 볼록스 3820 1.9기가플롭스 8 1987
피에르 생각하는 기계 CM2 14.34 기가플롭스 16,000 1987
43기가플롭스 48,000 1991
스톡스 크레파스 2 1.95기가플롭스 4 1988
파이퍼 CDC/ETA-10Q 840 메가플롭스 4 1988
레이놀즈. 크레이 Y-MP 2.54 기가플롭스 8 1988
2.67 기가플롭스 88 1988
라그랑주 인텔 iPSC/860 7.88 기가플롭스 128 1990
감마 인텔 iPSC/860 7.68 기가플롭스 128 1990
폰 카르만 볼록스 3240 200 메가플롭스 4 1991
볼츠만 생각하는 기계 CM5 16.38 기가플롭스 128 1993
시그마 인텔 파라곤 15.60 기가플롭스 208 1993
폰 노이만 크레용 C90 15.36 기가플롭스 16 1993
독수리 크레용 C90 7.68 기가플롭스 8 1993
그레이스 인텔 파라곤 15.6 기가플롭스 209 1993
배비지 IBM SP-2 34.05 기가플롭스 128 1994
42.56 기가플롭스 160 1994
다빈치 SGI 파워 챌린지 16 1994
SGI 파워 챌린지 XL 11.52 기가플롭스 32 1995
뉴턴 크레용 J90 7.2 기가플롭스 36 1996
피글릿 SGI 오리진 2000/250MHz 4기가플롭스 8 1997
튜링 SGI 오리진 2000/195 MHz 9.36 기가플롭스 24 1997
25기가플롭스 64 1997
페르미 SGI 오리진 2000/195 MHz 3.12 기가플롭스 8 1997
호퍼 SGI 오리진 2000/250MHz 32기가플롭스 64 1997
에블린 SGI 오리진 2000/250MHz 4기가플롭스 8 1997
스테거 SGI 오리진 2000/250MHz 64기가플롭스 128 1997
128기가플롭스 256 1998
로맥스 SGI 오리진 2800/300MHz 307.2 기가플롭스 512 1999
409.6 기가플롭스 512 2000
루 SGI 오리진 2000/250MHz 4.68 기가플롭스 12 1999
아리엘 SGI 오리진 2000/250MHz 4기가플롭스 8 2000
세바스티안 SGI 오리진 2000/250MHz 4기가플롭스 8 2000
SN1-512 SGI 오리진 3000/400MHz 409.6 기가플롭스 512 2001
밝은 크레용 SVe1/500 MHz 64기가플롭스 32 2001
채프먼 SGI 오리진 3800/400MHz 819.2 기가플롭스 1,024 2001
1.23 테라플롭스 1,024 2002
로맥스 2세 SGI 오리진 3800/400MHz 409.6 기가플롭스 512 2002
칼파나[14] SGI Altix 3000[15] 2.66 테라플롭스 512 2003
크레용 X1[16] 204.8기가플롭스 2004
컬럼비아 SGI Altix 3000[17] 63테라플롭스 10,240 2004
SGI Altix 4700 10,296 2006
85.8 테라플롭스[18] 13,824 2007
시라 IBM POWER5+[19] 4.8 테라플롭스 640 2007
RT 존스 SGI ICE 8200, Intel Xeon "Harpertown" 프로세서 43.5 테라플롭스 4,096 2007
플레이아데스 SGI ICE 8200, Intel Xeon "Harpertown" 프로세서[20] 487 테라플롭스 51,200 2008
544 테라플롭스[21] 56,320 2009
SGI ICE 8200, Intel Xeon "Harpertown"/"Nehalem" 프로세서[22] 773 테라플롭스 81,920 2010
SGI ICE 8200/8400, Intel Xeon "Harpertown"/"Nehalem"/"Westmere" 프로세서[23] 1.09 페타플롭스 111,104 2011
SGI ICE 8200/8400/X, Intel Xeon "Harpertown"/"Nehalem"/"Westmere"/"Sandy Bridge" 프로세서[24] 1.24 페타플롭스 125,980 2012
SGI ICE 8200/8400/X, Intel Xeon "Nehalem"/웨스트미어"/"샌디 다리"/"아이비 브리지" 프로세서[25] 2.87 페타플롭스 162,496 2013
3.59 페타플롭스 184,800 2014
SGI ICE 8400/X, Intel Xeon "Westmere"/"Sandy Bridge"/"아이비 브리지"/"해스웰" 프로세서[26] 4.49 페타플롭스 198,432 2014
5.35 페타플롭스[27] 210,336 2015
SGI ICE X, Intel Xeon "Sandy Bridge"/"아이비 브리지"/"해스웰"/"브로드웰" 프로세서[28] 7.25 페타플롭스 246,048 2016
인데버 SGI UV 2000, Intel Xeon "Sandy Bridge" 프로세서[29] 32 테라플롭스 1,536 2013
메로페 SGI ICE 8200, Intel Xeon "Harpertown" 프로세서[25] 61 테라플롭스 5,120 2013
SGI ICE 8400, Intel Xeon "Nehalem"/"Westmere" 프로세서[26] 141 테라플롭스 1,152 2014
엘렉트라 SGI ICE X, Intel Xeon "브로드웰" 프로세서[30] 1.9 페타플롭스 1,152 2016
SGI ICE X/HPE SGI 8600 E-Cell, Intel Xeon "브로드웰"/"Skylake" 프로세서[31] 4.79 페타플롭스 2,304 2017
8.32 페타플롭스 3,456 2018
아이트켄 HPE SGI 8600 E-Cell, Intel Xeon "Cascade Lake" 프로세서[33] 3.69 페타플롭스 1,150 2019
컴퓨터 이름 건축 최고 성능 CPU 수 설치 날짜

스토리지 리소스

디스크 저장소

1987년, NAS는 DARPA(Dedundant Array of Licensive Disks, RAID) 프로젝트에서 캘리포니아 대학교 버클리와 제휴하여 여러 개의 디스크 드라이브 구성요소를 하나의 논리 단위로 결합하는 스토리지 기술을 개발하고자 하였다.1992년에 완공된 RAID 프로젝트는 오늘날 사용되는 분산형 데이터 스토리지 기술로 이어진다.[6]

NAS 시설은 현재 SGI 병렬 DMF 클러스터에 디스크 대용량 저장소를 내장하고 있으며, 슈퍼컴퓨터와 아카이브 테이프 스토리지 시스템에 연결된 4개의 32프로세서 프런트 엔드 시스템으로 구성된 고가용성(HA) 소프트웨어를 갖추고 있다.이 시스템은 프런트[34] 엔드당 192GB의 메모리와 7.6PB의 디스크 캐시를 가지고 있다.[4]디스크에 저장된 데이터는 슈퍼컴퓨터에서 실행 중인 다른 사용자 프로젝트를 위한 공간을 확보하기 위해 시설의 테이프 아카이브 스토리지 시스템으로 정기적으로 마이그레이션된다.

아카이브 및 스토리지 시스템

1987년에 NAS는 NAStore라는 이름의 UNIX 기반의 첫 번째 계층적 대용량 스토리지 시스템을 개발했다.2개의 저장소가 들어 있었다.Tek 4400 카트리지 테이프 로봇은 각각 약 1.1테라바이트의 저장 용량을 갖추고 있어 테이프 검색 시간을 4분에서 15초로 단축했다.[6]

2008년 플레이아데스 슈퍼컴퓨터 설치로 스토리지NAS가 20년 동안 사용해온 Tek 시스템은 더 많은 사용자 수와 각 프로젝트 데이터셋의 파일 크기 증가를 충족시킬 수 없었다.[35]2009년에 NAS는 Spectrum Logic T950 로보틱 테이프 시스템을 도입하여 사용자가 슈퍼컴퓨터의 데이터를 보관할 수 있는 16페타바이트의 공간으로 시설의 최대 용량을 늘렸다.[36]NAS 설비는 2019년 3월 현재 Spectrum Logic 테이프 라이브러리의 총 아카이브 스토리지 용량을 35% 압축으로 1,048페타바이트(1엑사바이트)로 늘렸다.[34]SGI의 DMF(Data Migration Facility) 및 OpenVault는 NAS 시설의 D2T(Disk-to-Disk) 데이터 마이그레이션 및 Tape-Disk 디마이그레이션을 관리한다.

2019년 3월 현재, NAS 아카이브 스토리지 시스템에는 110페타바이트 이상의 고유한 데이터가 저장되어 있다.[34]

데이터 시각화 시스템

1984년, NAS는 실리콘 밸리에 본사를 둔 회사와의 오랜 파트너십의 시작인 25개의 SGI IRIS 1000 그래픽 단말기를 구입하여, 설비 내 슈퍼컴퓨터에서 실행되는 CFD 결과의 후처리 및 시각화에 큰 영향을 주었다.[6]시각화는 슈퍼컴퓨터에서 실행되는 시뮬레이션 데이터 분석에서 핵심 프로세스가 되었으며, 엔지니어와 과학자는 설계에서 작업 중인 CFD 힘을 더 잘 이해할 수 있는 공간적, 그리고 방식으로 결과를 볼 수 있게 되었다.

Hyperwall displaying multiple images
Hyperwall displaying one single image
NAS 시설의 하이퍼월 시각화 시스템은 연구자들이 슈퍼컴퓨터에서 실행되는 여러 시뮬레이션 또는 하나의 큰 이미지나 애니메이션을 볼 수 있게 해준다.

하이퍼월

2002년에 NAS 시각화 전문가는 "하이퍼월"이라고 불리는 시각화 시스템을 개발했는데, 여기에는 과학자들이 크고 역동적인 7x7 스크린 배열에서 복잡한 데이터셋을 볼 수 있게 해주는 49개의 링크된 LCD 패널이 포함되어 있었다.각 화면에는 자체 처리 능력이 있어 각 화면마다 데이터셋을 표시, 처리, 공유할 수 있어 하나의 이미지가 모든 화면에 표시되거나 데이터가 거대한 비주얼 스프레드시트처럼 "셀"로 표시될 수 있도록 구성됐다.[37]

2세대 '하이퍼월-2'는 NAS가 콜팩스 인터내셔널과 손잡고 2008년 개발한 것으로 가로 23피트, 세로 10피트인 8x16 격자로 배열된 128개의 LCD 화면으로 구성됐다.25억 화소를 렌더링할 수 있어 세계 최고 해상도의 과학 시각화 시스템으로 꼽힌다.[38]128개의 노드를 포함하고 있으며, 각각 2개의 쿼드 코어 AMD Opteron(바르셀로나) 프로세서와 Nvidia GeForce 480 GTX GTX 그래픽 처리 장치(GPU)를 갖추고 있어 전체 시스템에 걸쳐 128테라플롭스의 전용 피크 처리 능력을 갖추고 있으며, 이는 원래의 하이퍼월보다 100배 더 강력하다.[39]하이퍼월-2는 InfiniBand 네트워크를 통해 플레이아데스 슈퍼 컴퓨터의 파일 시스템에 직접 연결되어 있어, 시스템이 파일을 하이퍼월-2의 메모리에 복사할 필요 없이 파일 시스템에서 직접 데이터를 읽을 수 있다.

2014년에는 새로운 하드웨어인 인텔 Xeon "Ivy Bridge" 프로세서 256개와 NVIDIA Geforce 780Ti GPU 128개로 하이퍼월을 업그레이드했다.업그레이드로 시스템의 최고 처리 능력이 9테라플롭스에서 57테라플롭으로 증가했으며, 현재 400기가바이트에 가까운 그래픽 메모리를 보유하고 있다.[40]

2020년에는 총 3.1테라바이트의 그래픽 메모리를 가진 256개의 인텔 Xeon Platinum 8268 (Cascade Lake) 프로세서와 128개의 NVIDIA Quadro RTX 6000 GPUs라는 새로운 하드웨어로 하이퍼월을 더욱 업그레이드했다.업그레이드로 시스템의 최고 처리 능력이 57테라플롭에서 512테라플롭으로 향상되었다.[41]

동시 시각화

NAS에서 개발된 하이퍼월 기술의 중요한 특징은 과학자와 엔지니어가 슈퍼컴퓨터에서 계산이 실행되는 동안 데이터를 분석하고 해석할 수 있도록 하는 데이터의 "동류 시각화"를 허용한다는 것이다.이는 런타임 모니터링, 조향 및 종료에 대한 계산의 현재 상태를 보여줄 뿐만 아니라 "I/O 및 저장 공간 요구사항이 대부분 제거되기 때문에 후 처리와 비교하여 더 높은 시간 분해능 시각화를 허용한다...[그리고] 그렇지 않으면 볼 수 없는 특징을 시뮬레이션에서 보여줄 수 있다."[42]

NAS 시각화 팀은 국립 허리케인 센터의 대서양 허리케인 시즌을 예측하는 것을 돕기 위해 2005년 콜롬비아 슈퍼 컴퓨터에서 실행된 대규모 병렬 예측 모델과 함께 사용할 수 있는 구성 가능한 동시 파이프라인을 개발했다.각 예측을 제출하는 마감일 때문에 시각화 프로세스가 시뮬레이션을 크게 방해하거나 실패하게 하지 않는 것이 중요했다.

참조

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외부 링크

NASA 고급 슈퍼컴퓨팅 리소스

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