Progetto Lauree Scientifiche a.a. 2011/2012

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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 2 1

Problema risolto esistenza di un metodo, cioè un algoritmo, per risolverlo? PLS - Prolusione - prof. Giuliano LACCETTI - a.a. 2011/2012 3 Problema risolto esistenza di un metodo, cioè un algoritmo, per risolverlo + esecuzione dell algoritmo!! Uso del calcolatore!! PLS - Prolusione - prof. Giuliano LACCETTI - a.a. 2011/2012 4 2

Algoritmo = Tecnologia efficienza ed affidabilità degli algoritmi registrano in genere un incremento ben superiore a quello della tecnologia in senso stretto! PLS - Prolusione - prof. Giuliano LACCETTI - a.a. 2011/2012 5 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!! PLS - Prolusione - prof. Giuliano LACCETTI - a.a. 2011/2012 6 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 Applicazioni Biologia Medicina 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 PLS - Prolusione - prof. Giuliano LACCETTI - a.a. 2011/2012 10 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] PLS - Prolusione - prof. Giuliano LACCETTI - a.a. 2011/2012 11 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 = 10 12 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) PLS - Prolusione - prof. Giuliano LACCETTI - a.a. 2011/2012 12 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). PLS - Prolusione - prof. Giuliano LACCETTI - a.a. 2011/2012 13 Dal 1993 - TOP 500: lista dei calcolatori più veloci nel mondo - Rmax : performance misurata dai benchmark di LINPACK per la risoluzione di AX=B PLS - Prolusione - prof. Giuliano LACCETTI - a.a. 2011/2012 14 7

problema che richiede 3.15 x 10 15 flop tempo di risoluzione su di un CRAY 1 (1980) con prestazioni di 100 Mflops = 1 anno (~3.15 x 10 7 secs) PLS - Prolusione - prof. Giuliano LACCETTI - a.a. 2011/2012 15 GFlop/s 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Anni 90-92: I calcolatori più veloci Cray Y-MP (8) Fujitsu VP-2600 TMC CM-2 (2048) 1990 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

GFlop/s 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 Anni 90-98: I calcolatori più veloci Cray Y-MP (8) 0 Fujitsu VP-2600 TMC CM-2 (2048) NEC SX-3 (4) Fujitsu VPP-500 (140) TMC CM-5 (1024) Intel Paragon (6788) Hitachi CP-PACS (2040) 1990 1992 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 GIGAFLOPS 1500 1000 750 Teraflops SGI ASCI Blue Mountain (5040) Intel ASCI Red (9152) 500 250 100 0 Hitachi CP-PACS (2040) Intel Paragon (6788) Fujitsu VPP-500 (140) TMC CM-5 (1024) TMC CM-2 NEC SX-3 (4) Fujitsu VP-2600 (2048) Cray Y-MP Programmazione (8) I - Prolusione - prof. Giuliano LACCETTI - a.a. 2010/2011 18 91 93 Year 95 97 99.. 07 9

35000 7000 2000 2011 8.7 Petaflops peak performance K computer - Fujitsu (548352 cores) 2331 Tflops peak performance Jaguar - Cray XT5-HE (224162 cores) 1456 Tflops (peak performance) Road Runner (129 600 cores) Blue Gene/L (65536 dual powerpc procs) 2010 2008-2009 Intel Intel ASCI ASCI White Red Xeon (8192) (9632) ASCI Blue Pacific SST(5808) 1500 1000 FLOPS 750 Teraflops SGI ASCI Blue Mountain (5040) Intel ASCI Red (9152) 500 250 100 0 Hitachi CP-PACS (2040) Intel Paragon (6788) Fujitsu VPP-500 (140) TMC CM-5 (1024) TMC CM-2 NEC SX-3 (4) Fujitsu VP-2600 (2048) Cray Y-MP Programmazione (8) I - Prolusione - prof. Giuliano LACCETTI - a.a. 2010/2011 19 91 93 Year 95 97 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 = 10 12 flop/sec Programmazione I - Prolusione - prof. Giuliano LACCETTI - a.a. 2011/2012 21 Top 3 + (giugno 2011) (www.top500.org) Cost. computer sito Ncores Linpack bench. (Tflops) 1 Fujitsu K computer Riken Adv Inst Comp Sci (AICS), Kobe, Japan 548352 SPARC64 VIIIfx 2000 MHz (16 GFlops) 8162.00 2 NUDT NUDT TH MPP, X5670 2.93Ghz 6C, NVIDIA GPU, FT- 1000 8C National Supercomputing Center Tianjin (Cina) 3 CRAY Jaguar DOE-Oak Ridge Lab (USA) 186368 Intel EM64T Xeon X56xx (Westmere-EP) 2930 MHz (11.72 GFlops) 4040.00 1759.00 54 IBM IBM idataplex Bologna-CINECA 3072 proc Intel EM64T Xeon X56xx (Westmere- EP) 2400 MHz (9.6 GFlops) 2005 NEC (2005) Earth Simulator (2005) Yokohama Giappone (2005) 5120 proc. NEC SX/6 (2005) 142.7 35.86 (2005) 22 11

Vittorie nei Grand Challenges (grandi sfide) ricostruzione della mappa del genoma umano modello globale del clima mercati finanziari (!?).. PLS - Prolusione - prof. Giuliano LACCETTI - a.a. 2011/2012 23 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 PLS - Prolusione - prof. Giuliano LACCETTI - a.a. 2011/2012 24 12

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 PLS - Prolusione - prof. Giuliano LACCETTI - a.a. 2011/2012 25 Rete geografica (Wide Area Network WAN) connette reti locali in modo da formare reti nazionali e internazionali PLS - Prolusione - prof. Giuliano LACCETTI - a.a. 2011/2012 26 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 2Mbit/sec 1998 32Mbit/sec 2002 2.5Gbit/sec 2006 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: giuliano.laccetti@unina.it PLS - Prolusione - prof. Giuliano LACCETTI - a.a. 2011/2012 28 14