Quad-Core Xeon 2node 16CPUコア Gaussian GAMESS (大学様の導入事例)

お客様の状況

2006-Q4にDual-Core Xeon １台をGaussian GAMESS用途で納入

お客様は大学の理論化学系の研究室様です。研究室には約150CPU程の計算機を所有されており、アプリケーションとしてはGaussian GAMESSなどを使用されているそうです。これらを約２０名ほどの研究者や学生さんたちで共同利用されます。この研究室へ2006年のQ4に写真のDual-Core Xeon 4コアを搭載した2Uサーバ１台をお納めしました。

お納めした計算機 : DPe2950

構成 : Dual-Core Xeon 3.0GHz 2CPU 4コア 8GBメモリ
1TBスクラッチディスク (RAID0)
用途 : Gaussian、GAMESS

実際に利用されると、新世代Xeonの計算速度の速さには驚かれたそうです。これ以前に購入された旧世代のDual-Core Xeon 2.8GHzと新Dual-Core Xeon 3.0GHzを比較されたところ１．５倍も高速であったとのことでした。「とにかく速いのが気に入った。」と絶賛されていました。

１コアで走らせても速いし、４コアで走らせても速く、GAMESSのHF計算では１コアの計算速度に対して４コアの計算速度が約３．７倍だったそうです。

そこで、なぜ速度が向上したのかを理解していただくために、以下に簡単な比較表を作成し、新旧Xeonの違いを確認できるようにしてみました。表には、コアそのものの改善とメモリI/Oの改善が平行して行われおり、Quad-Core XeonがHPCプラットホームの主力になった理由が読み取れます。

【参考】２ソケットの新旧での簡易性能比較表

	２ソケット
	Dual-Core Xeon	Dual-Core Xeon	Quad-Core Xeon
	旧	新	新
アーキテクチャ	NetBurst	Intel Coreマイクロ
コア毎のクロックあたりの同時実行可能命令数	2	4
コア数	2	2	4
キャッシュサイズ (MB)	2 + 2	4 (共有)	4 (共有) + 4 (共有)
FSB (MHz)	800	1333
FSB チャネル数	1	2
メモリ帯域 (GB/s)	6.4	21
搭載可能メモリ容量 (GB)	16	32-64

ついでに参考として「１ソケットと２ソケットの新旧での簡易性能比較表」も作成してみました。NetBurstアーキテクチャの時代は１ソケットのPentium4がHPCプラットホームの主役でした。しかし、２ソケットのXeon用マザーボードが21GB/sのメモリ帯域とFSB1333MHzを持つようになった瞬間に状況は一変しました。これに対して、１ソケット用マザーボードのFSBは1066MHzで停滞しており、HPC用のプラットホームとしては価値を喪失しています。

また、64bit計算が一般化するに従い、搭載メモリ容量に対する要求も増大し、ノードあたり16GBの搭載は普通になっています。この面でも２ソケットのXeon用マザーボードは大丈夫ですが、１ソケットのマザーボードは弱いです。

【参考】１ソケットと２ソケットの新旧での簡易性能比較表

	１ソケット			２ソケット
	旧	新		旧	新
アーキテクチャ	NetBurst	Intel Coreマイクロ		NetBurst	Intel Coreマイクロ
コアあたりの同時実行可能命令数	2	4		2	4
コア数	1	2	4	1	2	4
キャッシュ	1MB or 2MB	4MB共有	4MB共有 x2	2MB	4MB共有	4MB共有 x2
FSB (MHz)	1066			800	1333
メモリ帯域 (GB/s)	10.6			6.4	21
搭載可能メモリ (GB)	4-8			16	32-64

それらとは別に、スクラッチファイル用の高速大容量なディスクボリュームを要求するアプリケーションは科学技術計算用では多く存在しています。これらに対して、マザーボードには４個のSATAディスクのバスがあり、それぞれ独立してコントローラに接続されていて、独立してI/OできるためRAID0構成にするとリニアに速度が向上します。また、現在750GBのSATAドライブが量産されるようになっており、信頼性も高くなっています。そのため、1.5TB程度のRAID0ボリュームはSATAディスク２基をソフトウェアRAID0化するだけで構成できます。これも非常に便利です。

お客様は、これらのことが相乗して性能が出ていたことに対して、それを高く評価されていました。現実のアプリケーションで実計算を行っておられるお客様から、ご評価して頂けたことは大きいです。

64bit PGIビルドのGaussianで大規模計算を高速処理

お客様が利用されているアプリケーションはGaussianとGAMESSが主だそうです。特にGaussianでは大規模計算を行っているために、64bit計算は必須とのことでした。そこでGaussianソースコードを64bitに対応したPGIコンパイラでビルドしたものを利用されるそうです。これにより従来は64bit UNIX機でないと行えなかった計算が手元のHPC機の高速CPU、大規模メモリ、大容量スクラッチディスクをフルに活用して実現できるようになったとのことです。速度も高速で満足しているとのことでした。

2007-Q4にQual-Core Xeon ２台 (16コア) を導入

昨年の秋に導入した新Dual-Core Xeon 3.0GHz １台により、今後の計算機の動向予測に確信を持たれた研究室様では、さらにQuad-Core Xeonの調査、計算速度の向上、計算キャパシティーの拡張を目的に、Quad-Core Xeon機を２台、追加されることとなりました。

製作と納入

居室に置ける静音ワークステーション

お客様の研究室は合計で150CPUくらいのマシンを計算機室に設置されています。これらを２０名ほど方で共同利用されているため、計算パワーはまだまだ必要だとのことです。ところが、計算機室は電源容量の面からこれ以上の設置は厳しいため、今回は電源にまだ余裕のある居室に設置できるように、静かなタワー型ワークステーションを選ばれたそうです。

右写真が２台の静音HPCワークステーションです。この２台で、16コア、スクラッチディスク 1TB + 1TB、メモリ16GB + 16GBと大規模です。単なるPCに見えてしまう外観と動作音からこんなにも高速かつハイスペックとは思えず錯覚してしまいますが、Alpha GS320 (当時は何億円もした大型UNIX計算サーバ) を二台並べたくらいパワフルだと思います。

DPr690の大規模計算用の計算機としての利点

Dpr690の特徴は、Quad-Core Xeonが２個搭載できるのは当然として、

1. ディスクが４基搭載でき、大容量のRAID0ボリュームが作れる
2. メモリスロットが１６個ある
3. 大容量電源がオプションで搭載できる
4. 筐体は大きいけれど静粛

GaussianやGAMESSの特に大規模なJobにまで対応している計算機としては素晴らしいマシンです。

静音HPC-WS DPr690を納入

１ノードあたりの構成 : Quad-Core Xeon 2CPU 8コア 16GBメモリ
システムディスク250GBx2、スクラッチディスク1TB (RAID0)
用途 : Gaussian、GAMESS

コンパクトに納まったマシン

写真はお客様の居室に納めさせて頂いた２台の計算機です。書類キャビネット上に納まり、スペースを無駄にしていません。動作音は皆無といって良いほど小さく、これで１６コアが動作しているのですから驚きです。

今後の展望

Quad-Core Xeon系統の計算機は以下の特徴を持ちます。

1. 以前の64bit UNIX環境を完全に置き換えることができる
2. 絶対性能が高い
3. 電力性能比が非常に高い
4. 費用性能比が非常に高い

科学技術計算を行っておられる研究室の多くは、古いUNIX機や、32bitや64bitのインテル機などが渾然した状態で利用されておられるのだと思います。それがようやくQuad-Core Xeonの登場により、このマシンだけでほぼ全てのHPC計算を済ませることの出来るようになりました。しかも環境コストなども低くて済みます。今後、このマシンやその後継機種にリプレースが進むことで、HPCのマシン環境は急速に変化して行くと考えられます。

Quad-Core Xeon 2node 4CPU 16core 1TB HDD x2【導入事例】