Università degli Studi di Napoli Federico II
Progetto Lauree Scientifiche
a.a. 2011/2012
prof. Giuliano Laccetti
PLS - Prolusione - prof. Giuliano LACCETTI - a.a. 2011/2012
1
PLS - Prolusione - prof. Giuliano LACCETTI - a.a. 2011/2012
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1
Problema risolto
esistenza di un “metodo”, cioè un algoritmo, per
risolverlo
?
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Problema risolto
esistenza di un “metodo”, cioè un algoritmo, per
risolverlo
+
esecuzione dell’algoritmo !!
Uso del calcolatore !!
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2
Algoritmo = Tecnologia
efficienza ed affidabilità degli algoritmi registrano in
genere un incremento ben superiore a quello della
tecnologia in senso stretto !
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Qual è l’uso prevalente dei milioni di calcolatori
(piccoli o grandi) utilizzati in Italia e nel mondo (e
forse lo scopo per cui nacquero i primi moderni
calcolatori) ?
Risolvere problemi che rappresentano situazioni
reali (della scienza, della tecnica, dell’economia, …)
veramente da risolvere !!
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3
La Computational Science
Fisica
Chimica
Biologia
Medicina
…
Computer science,
numerical analysis,mathematics
computer system
La Computational Science
Fisica
Chimica
Biologia
Medicina
Computational
Science
…
Computer science,
numerical analysis,mathematics
computer system
4
La Computational Science
Fisica
Chimica
Biologia
Medicina
Applicazioni
…
Middleware
Hardware
Approccio computazionale
Terzo pilastro dell’indagine scientifica e tecnologica
(oltre all’approccio teorico e sperimentale)
teorico
sperimentale
computazionale
simulazione alcalcolatore di complessi esperimenti o di situazioni e
problemi del mondo reale
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5
La computational Science
Permette di affermare….
“The computer is providing a new window
through which we can observe the
natural world in exquisite detail …”
[Rapporto NSF, 2000]
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Sistemi avanzati di calcolo + algoritmi/software
Prestazioni di supercalcolo (da 1.000 miliardi a 100.000 miliardi di
operazioni al secondo ops;
In genere si tiene conto delle op. floating-pont (flop): 1 Teraflops-100
Teraflops)
1 Tflops = 1012 op fl. point al sec
flops= operazioni floating-point al secondo
Rapida evoluzione: in una automobile del segmento medio c’è molta più potenza
di calcolo di quella presente sulla nave Apollo 11
Rapida evoluzione: una piattaforma per videogiochi (250-300 euro) ha maggiore
potenza di un supercalcolatore di 20-25 anni fa (decine e decine di milioni di
dollari)
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6
Il termine “supercalcolatore” si riferisce ad un
sistema che fornisce le prestazioni più elevate
(in quel dato momento).
(’80s)
La prestazione è misurata dal tempo necessario per
risolvere una particolare applicazione
(application-dependent).
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Dal 1993 …
- TOP 500: lista dei calcolatori più veloci nel
mondo
- Rmax : performance misurata dai
benchmark
di LINPACK per la risoluzione di AX=B
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7
•
problema che richiede 3.15 x 1015 flop
• tempo di risoluzione su di un CRAY 1 (1980) con
prestazioni di 100 Mflops = 1 anno (~3.15 x 107 secs)
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GFlop/s
Anni ’90-’92: I calcolatori più veloci
50
45
40
35
30
25
20
15
10 Cray
5 Y-MP (8)
0
1990
TMC
CM-2
(2048)
Fujitsu
VP-2600
1992
1994
1996
1998
2000
Un calcolo che nel 1980 durava 1 anno (CRAY 1, 100 Mflops)
può essere effettuato ora (CM-2, 10 Gflops) in circa 90 ore
8
Anni ’90-’98: I calcolatori più veloci
Hitachi
CP-PACS
(2040)
Intel
Paragon
(6788)
GFlop/s
500
450
400
350
300
250
200
150
100
Cray
50 Y-MP
(8)
0
1990
Fujitsu
VP-2600
TMC
CM-2
(2048)
1992
NEC
SX-3
(4)
Fujitsu
VPP-500
(140)
TMC
CM-5
(1024)
1994
1996
1998
2000
Un calcolo che nel 1980 durava 1 anno, può essere effettuato
ora (Hitachi, 400 GFlops) in circa 2 ore!
35000
367 Tflops ! (peak performance) Blue Gene/L (65536 dual powerPC procs)
- Jaguar Cray XT4-XT3 (11508 dual core AMD
opteron procs
- NEC-SX6 Earth Simulator (5120 Nec SX6)
7000
Intel ASCI White (8192)
Anni 2004-2005-2006
Intel ASCI Red Xeon (9632)
ASCI Blue Pacific SST(5808)
2000
SGI ASCI Blue Mountain (5040)
1500
GIGAFLOPS
Teraflops
1000
Intel ASCI Red (9152)
750
Hitachi CP-PACS (2040)
500
Intel Paragon (6788)
Fujitsu VPP-500 (140)
TMC CM-5 (1024)
TMC CM-2NEC SX-3 (4)
250
100
0
Fujitsu VP-2600 (2048)
Cray Y-MP
(8)
Programmazione
I - Prolusione - prof. Giuliano LACCETTI - a.a. 2010/2011
91
93
Year
95
97
18
99
.. 07
9
8.7 Petaflops peak performance
35000
K computer - Fujitsu
2331 Tflops peak performance
2011
(548352 cores)
Jaguar - Cray XT5-HE (224162 cores)
Road Runner
1456 Tflops (peak performance)
(129 600 cores)
Blue Gene/L (65536 dual powerPC procs)
7000
2010
IntelASCI
ASCIWhite
Red Xeon
(9632)
Intel
(8192)
2008-2009
ASCI Blue Pacific SST(5808)
2000
SGI ASCI Blue Mountain (5040)
1500
Teraflops
FLOPS
1000
Intel ASCI Red (9152)
750
Hitachi CP-PACS (2040)
500
Intel Paragon (6788)
Fujitsu VPP-500 (140)
TMC CM-5 (1024)
TMC CM-2NEC SX-3 (4)
250
100
0
Fujitsu VP-2600 (2048)
Cray Y-MP
(8)
Programmazione
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91
93
Year
95
97
19
99
.. 09
Un calcolo che nel 1980 durava 1 anno, può
essere effettuato ora
(K computer - Fujitsu, 8.7 Pflops di picco)
in circa 35 centesimi di secondo!!!
10
Un calcolatore parallelo e’...
Fujitsu K computer
Processore:
SPARC64 VIIIfx 2000 MHz (16 GFlops)
Performance sostenuta: 8162TFlops
Picco di performance: 8773 Tflops
Calcolatore Parallelo
1 Tflop = 1012 flop/sec
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(www.top500.org)
Top 3 + … … (giugno 2011)
Cost.
1
Fujitsu
computer
K computer
sito
Ncores
Riken Adv Inst Comp
Sci (AICS), Kobe,
Japan
548352
186368
Intel EM64T Xeon X56xx
(Westmere-EP) 2930 MHz
(11.72 GFlops)
Linpack bench.
(Tflops)
8162.00
SPARC64 VIIIfx 2000
MHz (16 GFlops)
2
NUDT
NUDT TH MPP,
X5670 2.93Ghz 6C,
NVIDIA GPU, FT1000 8C
National
Supercomputing
Center Tianjin (Cina)
3
CRAY
Jaguar
DOE-Oak Ridge Lab
(USA)
54
IBM
IBM iDataPlex
Bologna-CINECA
3072 proc Intel EM64T
Xeon X56xx (WestmereEP) 2400 MHz (9.6
GFlops)
142.7
2005
NEC
(2005)
Earth Simulator
(2005)
Yokohama
Giappone
(2005)
5120 proc. NEC SX/6
(2005)
35.86
(2005)
4040.00
1759.00
22
11
Vittorie nei Grand Challenges (grandi sfide)
ricostruzione della mappa del genoma umano
modello globale del clima
mercati finanziari (!?)
………………..
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Il tratto fondamentale e distintivo di quella che oggi possiamo
chiamare società dell’informazione è l’accesso istantaneo
(per via telematica) alle informazioni e agli strumenti di
calcolo
la rete (internet, web) alimentata dall’innovazione nelle
tecnologie dell’informazione e delle comunicazioni, rende
possibile l’accesso all’informazione
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Alcuni numeri
La rete:
- connette miliardi di calcolatori
- contiene miliardi e miliardi di pagine web
- la sua crescita è esponenziale (il traffico raddoppia circa
ogni 100 giorni !)
- reddito generato : migliaia di miliardi di euro
Crescita esponenziale anche per sistemi di calcolo e discipline
informatiche
legge di Moore
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Rete geografica (Wide Area Network – WAN)
connette reti locali in modo da formare
reti nazionali e internazionali
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13
GARR: la rete nazionale degli enti di ricerca
La rete GARR connette
♦ università statali e non
statali
♦ enti di ricerca (CNR, ENEA,
INFN, ASI, …)
♦ consorzi per il calcolo (CILEA,
CINECA, CASPUR)
♦ altri organismi di ricerca
ed è connessa alle reti di ricerca
mondiali
1994
1998
2002
2006
2Mbit/sec
32Mbit/sec
2.5Gbit/sec
10Gbit/sec
GARR = Gruppo Armonizzazione Reti di Ricerca
Docente del corso
Prof. Giuliano LACCETTI
Dipartimento di Matematica e Applicazioni “Renato Caccioppoli”
(http://www.dma.unina.it)
Email: [email protected]
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