「windows azure でスーパーコンピューティング！」for microsoft mvp camp 2014...

Windows Azureでスーパーコンピューティング︕

（公開⽤）

Japan Windows Azure User Group

⿊⽥幸智

2014年３⽉22⽇MVP CommunityCamp 2014 ⼤阪会場

今⽇のお話は・・・• Windows Azure とHPC• 新しいインスタンスとその基本• 実際にWindowsAzureで、

A8/A9インスタンスを使ってHPCする。

などなど。

2Kurochin's Mind Control

ちょっと⾃⼰紹介⽇本で

「HPC 偽エヴァンジェリスト」といえば

JAZUG 宴会部⻑くろちんこと⿊⽥幸智でお願いします。

現在、Microsoft MVP 「Windows Azure Administration」として静かに活動中。

・FaceBook は本名の「⿊⽥幸智」です。フォローオッケーです︕

WEBsitehttp://kurodayk.wordpress.com/

3Kurochin's Mind Control 3

コミュニティのご紹介

• Japan Windows Azure User Groupの略• Windows Azureを学び、楽しみ、活かす、

⽇本のユーザーグループ• 2010/8/26に結成したコミュニティ3周年を迎えました︕

• ちょっと興味がある＝ゆるふわな⽅から実ビジネスで使うんだよねな⽅まで歓迎職種はなんでもござれ※プログラマ~企画者、デザイナ歓迎

• ゆるふわなコミュニティ

Kurochin's Mind Control

Windows Azureに興味がわいたら︖

• Windows Azure に興味がわいたら︕• JAZに参加してみよう︕

– 対象︓Azureに興味がある⼈– http://www.facebook.com/jazug.jp

300⼈突破︕• Twitterで #jazug タグであれこれ

つぶやくもよし• MSDN Forumで技術的な質問するもよし• 関⻄Azure研究会というのもあります

– https://www.facebook.com/groups/kansaiazure/

さて、始めましょう。6Kurochin's Mind Control

Q&Aコーナー

皆さんは、「Windows Azure」って

なんだかお分かりですよね︖

Windows Azureは、2010年に正式サービスが開始された

Microsoft社のクラウドサービス

リージョン

Azureの主⼒はIaasとPaas

Q&Aコーナーその２皆さんは、「High Performance Computing」って

なんだかお分かりですよね︖

・クレイ、IBM・・・・ブラッディーマンデイ（古）・TSUBAME・スパコン・京（けい）コンピューター ︕

計算科学研究機構（理研）－『京』

• 2011年度世界⼀位• CPU 548,352コア

機構パンフレットより引⽤11Kurochin's Mind Control 11

HPC（High Perfomance Computing）ってなにさ︖

• スーパーコンピュータ（英: supercomputer）は、内部の演算処理速度が

その時代の⼀般的なコンピュータより極めて⾼速なコンピュータのこと。略称はスパコン。

• 膨⼤な計算処理が⽬的であり、それを実現するための⼤規模なハードウェアやソフトウェアを備える。有限要素法や境界要素法などに基づく構造解析、気象予測、分⼦動⼒学、シミュレーション天⽂学、最適化問題、⾦融⼯学のような⼤規模数値解析に基づくシミュレーション等

に利⽤される。

実は2006年からMicrosoft製品としてあったんです。

Microsoft HPC server製品群（オンプレ）

Kurochin's Mind Control 12

スーパーコンピューティング環境の推移

2014年

2014年２月2012R2版

リリース済み

Windowsでできるスパコンということは・・・

Windows Azureでスパコンが構築できる︕

Azure IaaS と HPC Pack の組み合わせ

スパコンイベント “SC12” で 2012 年 11 ⽉版発表 (年2回発表) Windows Azure は 151.3 TFLOPS (効率 90.2%)で165

位(全 500 システム中) 2013 年 6 ⽉版では 241 位

【注意︕】これは昨年のお話です︕

公式スコア︕

HPC利⽤の条件として• 強⼒なハードウェアが多数必要。

• 複数のCPUを並列で利⽤するためのミドルウェアが必要。

• 並列計算対応したアプリケーション。

強⼒なハードウェア＜⾼性能インスタンス提供開始＞

• Windows Azure でHPCに使える⾼性能仮想マシンがリリース

（2014年３⽉現在、北⽶と⻄ﾖｰﾛｯﾊﾟのみ）

DEMO︓並列と⾮並列

⾮並列（single プロセス）

DEMO︓並列と⾮並列

並列（Multiプロセス）

A8/A9のハードウェアのキモを考えてみる。

A8/A9インスタンスのキモ• 潤沢なメモリ

• ⾼性能なCPUIntel Xeon E5-2670（2.6GHz)

• NICが2つになった10G-イーサネット40G-infiniband ネットワーク

注意︓10G＝10Gbit/sec＝1.25GB/sec21

CPUについて

http://ark.intel.com/ja/products/64595/Intel-Xeon-Processor-E5-2670-20M-Cache-2_60-GHz-8_00-GTs-Intel-QPI?q=E5-2670

2012年4⽉24⽇に第3世代Coreプロセッサーとして製品化が正式発表された。

Intel CPUのジェネレーション

http://ja.wikipedia.org/wiki/Sandy_Bridge%E3%83%9E%E3%82%A4%E3%82%AF%E3%83%AD%E3%82%A2%E3%83%BC%E3%82%AD%E3%83%86%E3%82%AF%E3%83%81%E3%83%A3#.E5.BE.8C.E7.B6.99

Intelアーキテクチャの推移

2014年３⽉現在2014/03/08時点資料 Intel® Xeon® Processor E5-

2670 (20M Cache, 2.60 GHz)Intel® Xeon® Processor E5-2670 v2 (25M Cache, 2.50 GHz)

Intel® Xeon® Processor E5-2697 v2 (30M Cache, 2.70 GHz)

開発コード名 Sandy Bridge-EP Ivy Bridge EP Ivy Bridge EP Essentials発売⽇ 2012第1四半期 2013第３四半期 2013第３四半期プロセッサー・ナンバー E5-2670 E5-2670V2 E5-2697V2コアの数 8 10 12スレッド数 16 20 24動作周波数 2.6 GHz 2.5 GHz 2.7 GHzターボ・ブースト利⽤時の最⼤周波数 3.3 GHz 3.3 GHz 3.5 GHzキャッシュ 20 MB 25 MB 30 MBバスの種類 QPI QPI QPIシステムバス 8 GT/s 8 GT/s 8 GT/sQPI リンク数 2 2 2命令セット 64-bit 64-bit 64-bit命令セット拡張 AVX Intel® AVX Intel® AVXリソグラフィー 32 nm 22 nm 22 nm最⼤ TDP 115 W 115 W 130 WMemory Specifications最⼤メモリーサイズ (メモリーの種類に依存) 384 GB 768 GB 768 GB

メモリーの種類 DDR3-800/1066/1333/1600 DDR3-800/1066/1333/1600/1866 DDR3-800/1066/1333/1600/1866メモリーチャネル数 4 4 4最⼤メモリー帯域幅 51.2 GB/s 59.7 GB/s 59.7 GB/sExpansion OptionsPCI Express リビジョン 3.0 3.0 3.0PCI Express レーンの最⼤数 40 40 40

PCI Express性能についてリンク幅毎のデータリンク層転送帯域（双⽅向/⼀⽅向あたり）(GB/sec)

リンク幅 x1 x2 x4 x8 x12 x16 x32PCI Express 1.1（Gen1) 0.5/0.25 1.0/0.5 2.0/1.0 4.0/2.0 6.0/3.0 8.0/4.0 16.0/8.0PCI Express 2.0（Gen2) 1.0/0.5 2.0/1.0 4.0/2.0 8.0/4.0 12.0/6.0 16.0/8.0 32.0/16.

0PCI Express 3.0（Gen3) 2.0/1.0 4.0/2.0 8.0/4.0 16.0/8.0 24.0/12.

032.0/16.0

64.0/32.0

http://ja.wikipedia.org/wiki/PCI_Express を引⽤・編集

転送速度規格PCI Express 1.1（Gen1）では、伝送路1レーンあたりの物理レイヤの帯域は⽚⽅向2.5Gbpsで双⽅向では5.0Gbpsであるが、実効データ8ビットを送るのに物理レイヤ上で2ビットの同期制御ビットを加える8b/10bエンコード⽅式を⽤いているため、実効データ転送速度は⽚⽅向250Mbyte/secで双⽅向500Mbyte/secになる。ポートは1レーン、2レーン、4レーン、8レーン、12レーン、16レーン、32レーンなどとあり、x1、x2、x4、x8、x12、x16、x32などと表す。伝送路であるレーンを束ねることでポートのデータ転送速度を向上させることができる。16レーンを束ねたPCI-E 1.1 x16の通信ポートであれば、ポートの実効データ転送速度は⽚⽅向4Gbytes/sec、双⽅向では8Gbyte/secになる。規格PCI Express 2.0 (Gen2) では速度をPCI Express 1.1の2倍に引き上げたので、1レーンあたりの物理帯域は⽚⽅向5.0Gbpsで実効データ転送速度は⽚⽅向500Mbyte/secで双⽅向1Gbyte/secとなった。規格PCI Express 3.0 (Gen3) では1レーンあたりの物理帯域を8Gbps、エンコード⽅式を128b/130bとして転送効率を向上させ、1レーンあたり⽚⽅向1.0Gbyte/secで双⽅向2.0Gbyte/secの実効データ転送速度を得た。PCI Express 3.0の場合にポートは規格上最⼤32レーンまで束ねられるので、1ポートの最⼤の実効データ転送レートは⽚⽅向32Gbyte/sec、双⽅向64Gbyte/secである。エンコードの変更による分かりにくさを回避するため、PCI Express 3.0以降では#物理レイヤの帯域をGbps（ギガビット毎秒）ではなくGT/s（ギガトランスファ毎秒）で表記することが多い。

（補⾜）IBMがパラレル・データにクロックを埋め込んでシリアル・データ化するという8b/10b技術を開発したことにより、シリアル転送が急速に注⽬を集めはじめた。さらにイーサネットでこの⽅式が採⽤され、普及が広まると8b/10b機能を搭載したSERDESチップのコストも急激に低下し、さらにファイバーチャネルやギガビットイーサネット (GbE) の登場により転送速度も急激に⾼速化された。

Infinibandボード（例）

最⼤の帯域幅はPCI Express 3.0 x16とFDR InfiniBandの⼆つのポートを通して伝えられ、全CPUコアに渡り⼀貫性のある低レイテンシーとともに100Gb/s以上のスループットに応じることができます。また、Connect-IBを使うことでPCI Express 2.0 x16システムがFDRを充分に活⽤できるようになり、現存のPCIe 2.0ソリューションの少なくとも2倍の帯域幅を実現しています。（mellanox製品ページより）

Ordering Part Number InfiniBand Ports PCI ExpressMCB191A-FCAT Single FDR 56Gb/s 3.0 x8MCB192A-FCAT Dual FDR 56Gb/s 3.0 x8MCB193A-FCAT Single FDR 56Gb/s 3.0 x16MCB194A-FCAT Dual FDR 56Gb/s 3.0 x16

メモリ規格についてチップ規格モジュール規

格メモリクロッ

クバスクロック転送速度データ転送速度

データ転送速度モジュールのデータ転送速度

(MHz) (MHz) (GB/秒) （サイクル）（転送回数）（64ビットデータ=8バイト（B）（1バイト＝8ビット））

(MHz) (MT/秒)

DDR3-800 PC3-6400 100 400 6.4 800 800800MHz x 8B = 6,400MB/秒 = 6.4GB/秒

DDR3-1066 PC3-8500 133 533 8.533 1,066 1,0661,066MHz x 8B ≒ 8,533MB/秒 = 8.533GB/秒

DDR3-1600 PC3-12800 200 800 12.8 1,600 1,6001,600MHz x 8B = 12,800MB/秒 = 12.8GB/秒

DDR3-2400 PC3-19200 300 1200 19.2 2,400 2,4002,400MHz x 8B = 19,200MB/秒 = 19.2GB/秒

40Gネットワークの実感（TEST中）

• 40G-infinibandの性能を体感するために、40G-イーサネットでファイル転送実験

・Mellanox製 40GbE を使⽤・DELL製 VRTX機を使⽤

※後⽇、わんくまおよびJAZUGなどで報告します。

Azureインスタンスの例(1)

【関⻄限定情報】⻄⽇本の単価は、

東⽇本よりお安いんですよ。

WINDOWS AZUREでHPCつくってみる。

具体的な⼿順は（１）HPCの要となる「Headノード」を

構築する。

（２）Windows Azure上にクラウドサービスとして

「計算ノード」を構成する。

（３）できあがり︕

①仮想ネットワークの作成Headノードが「仮想マシン」としてつながるために必要。

ここは省略可能です。

仮想ネットワークの設定

Headノード⽤仮想マシン簡易作成の場合

ギャラリーから仮想マシン

ここは省略可能です。

Headノード仮想マシンにリモートデスクトップ接続

Tips:RDP設定

RDPで接続できた

当然英語表⽰です。

Tips:⽇本語にする

再ログイン後、⽇本語になる。

追加で、好みでタイムゾーンを「東京・⼤阪」にする。

PowerShell を使って、仮想マシンをドメインコントローラーにする

(1) PS-ActiveDirectoryDSコンポーネントをロードする。Add-WindowsFeature -name ad-domain-services

–IncludeManagementTools

(2) Install-ADDSForestコマンドレットでドメインコントローラーに構成する。Install-ADDSForest -CreateDnsDelegation:$false -DomainName

“hpc2012r2.local” -DomainNetbiosName “HPC2012R2” -DomainMode“Win2012R2” -ForestMode “Win2012R2” -InstallDns:$true -NoRebootOnCompletion:$false -Force:$true

＜構成条件＞ドメイン名 : hpc2012.local

ドメインの機能レベル : Windows Server 2012 R2 フォレストの機能レベル : Windows Server 2012 R2

管理者モード PowerShell

AD管理者パスワードの要求

⾃動的に進む。再起動後完了。

無償のミドルウェア「HPC pack」を実⾏し、Headノードを構築する。

Microsoft ダウンロードセンターから

「HPC Pack 2012 R2」を⼊⼿。

（できればHeadノード上で）

管理者モード PowerShell

Zipファイルを任意の場所に解凍し、

管理者PowerShellで

このコマンドを実⾏（DOSプロンプト可）

HeadノードがAzureのサービスを制御できるよう、証明書の登録を⾏う。

＜重要＞証明書コントロール

HPCHeadNode

Azure Portalｸﾗｳﾄﾞｻｰﾋﾞｽ

（計算Node）

Windows Azure計算ノードを構築するためには、Windows Azure「サービス管理API」を呼び出す必要があります。

Windows Azure サービス管理 API では、サービスに対して⾏われた要求が安全であることを保証するために、SSL を介した管理証明書の相互認証が必要です。匿名の要求は許可されません。http://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/windowsazure/ee460782.aspx

作業は• HPC HeadNodeにPack導⼊後に⾃動⽣成

された公開鍵証明書と、それに対応する秘密鍵を取得。

• Azure管理ポータルの管理証明書欄に公開鍵証明書を登録。

（秘密鍵は絶対外に出しません。）

PS C:¥> dir Cert:¥LocalMachine¥My | ?{$_.Subject -match "HPC Azure"} | ft Subject,Thumbprint,HasPrivateKey -AutoSize

PS C:¥> dir Cert:¥LocalMachine¥Root | ?{$_.Subject -match "HPC Azure"} | ft Subject,Thumbprint,HasPrivateKey -AutoSize

公開鍵証明書を表⽰

鍵ペアを表⽰

CN=Default Microsoft HPC Azure Management の公開鍵証明書をエクスポート

PS C:¥> Get-Item Cert:¥LocalMachine¥Root¥［Thumbprint］ | Export-Certificate -Type CERT –FilePath ［ExportFileName.cer］

今回の場合 Thumbprint =820EF576E28702B460B3EDC8AF4A024846686060ExportFileName.cer =d:¥AZHEAD.cer

“cer”はcertificateの意味で、主に⾃⼰証明書（ルート証明書）に使⽤。証明書の内容は直接視可。

“pfx”はマイクロソフトの電⼦証明書の規格。cer形式の電⼦証明書とRC2⽅式で暗号化した秘密鍵がパッケージされたもの。パスワードで保護されている。Kurochin's Mind Control 60

クラウドサービスの作成

ストレージアカウントの作成

HPCヘッドからAzureノードコントロールの際に利⽤される

Headノードで、初期構成をウィザードに沿って進める。

＜超重要︕＞2014年３⽉現在、

Azure上のWin2012R2 OSは、Infinibandの動作が確定していません。

とりあえずWin2012を選択。

＜超重要︕＞2014年３⽉現在、

Azure上のA8/A9インスタンスは、クラウドサービスとしてしか利⽤できない。

テンプレ名は簡単に。必要なノードを⼊⼒。

（ここで⼊⼒した数単位で構成される）

後でもまとめて編集できます

DEMO• Azure上に、

HPC⽤クラウドサービスとして、

A9インスタンスを30個作成します。

80 Kurochin's Mind Control

みなさんもAzure A8/A9インスタンス

使ってくださいね。（ご利⽤は計画的に）

最後に・・

参考資料• ⽇本マイクロソフト佐々⽊邦暢⽒ブログ

「More Than One Way」http://blogs.technet.com/b/ksasaki/

• Mellanox http://jp.mellanox.com/

• Windows Azure http://www.windowsazure.com/ja-jp/

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