Một công việc điển hình trên Blue Waters là sử dụng khoảng 10% máy và tiêu tốn tổng cộng 75 giờ nút . Blue Waters có khoảng 27500 nút, vì vậy điều đó có nghĩa là một số công việc "75 giờ nút" đó đang chạy chỉ trong vài phút. Điều đó cho phép các nhà khoa học sử dụng máy phần nào tương tác. (Bạn có thể thấy các đường trung bình di chuyển ở đây: http://xdmod.ncsa.illinois.edu/#tg_usage:group_by_Jobs_none )
Siêu máy tính chỉ là bộ sưu tập lớn của các máy tính nhỏ hơn. Lý do chính chúng tôi thu thập chúng cùng nhau ở một nơi là chúng tôi có thể chia sẻ chi phí một cách hiệu quả nhất theo cách đó. Bạn đang cố gắng tạo ra một máy tính có thể làm được rất nhiều việc và tổng chi phí sở hữu (tổng chi phí cho máy tính, nguồn điện và bảo trì) được giảm thiểu trong suốt vòng đời của máy tính.
Có một số yếu tố liên quan đến tổng chi phí sở hữu: Chi phí của thiết bị là một. Để giảm thiểu chi phí sở hữu, bạn muốn thiết bị thực hiện công việc hữu ích càng nhiều phần trăm thời gian càng tốt (lý tưởng là 100% thời gian, thực tế có phần ít hơn, như 95% sẽ được coi là tốt), cho đến khi thiết bị bị cháy hoặc trở nên lỗi thời. Ngược lại, máy tính trong máy tính xách tay hoặc điện thoại của bạn có thể thực sự sử dụng ít hơn 10% thời gian bạn sở hữu nó (bạn đang ngủ 33% thời gian, bạn đang ăn và thư giãn khoảng một nửa thời gian bạn thức, và ngay cả khi bạn đang "sử dụng" máy tính, bộ xử lý hầu như không hoạt động.)
Thứ hai là chi phí điện năng. Có một số phần của điều này: đầu tiên là chi phí của chính năng lượng. Một phần chi phí đó được tiêu thụ trong việc vận chuyển điện từ nhà máy điện đến máy tính. Một phần của nó bị mất trong "nguồn cung cấp" của máy tính (chỉ chuyển đổi nguồn AC thành nguồn DC). Bộ chuyển đổi AC-> DC lớn hơn thường có thể được thực hiện hiệu quả hơn. Ngoài ra máy tính biến năng lượng điện hữu ích thành nhiệt thải. Vì vậy, bạn cũng cần phải trả tiền để loại bỏ nhiệt. Một lần nữa, điều hòa không khí lớn hơn thường có thể được thực hiện hiệu quả hơn so với nhiều điều hòa không khí nhỏ.
Thứ ba là chi phí bảo trì. Bằng cách tập hợp một loạt các máy tính và thiết kế chúng để khi một chiếc còn lại tiếp tục chạy, bạn có thể khấu hao chi phí nhân viên bảo trì với số lượng nút máy tính lớn hơn nhiều so với các nút khác nhau và được đặt trong các tòa nhà khác nhau (hoặc thành phố).
Các chi tiết: Blue Waters có 288 tủ. Mỗi tủ có 96 "nút". Mỗi nút là một máy tính cao cấp khá bình thường. Hầu hết các nút có 2 bộ xử lý AMD Opeteron 6276 chạy ở tốc độ 2,3 GHz và 64 GB DRAM. Thay vào đó, khoảng 1/6 nút có một AMD Opteron 6276, GPU NVidia K20 và DRAM 38GB. Nếu bạn muốn, bạn có thể mua một cái gì đó tương tự như một "nút" với giá khoảng 3000 đô la hoặc 4000 đô la và đặt nó trong phòng khách của bạn để chơi trò chơi video. Blue Waters có khoảng 27648 nút. https://bluewaters.ncsa.illinois.edu/hardware-summary
Mỗi nút có thể tiêu thụ hơn 500 Watts một chút và biến năng lượng đó thành nhiệt. Nếu bạn có một nút trong phòng khách để chơi trò chơi điện tử thì đó sẽ không phải là vấn đề lớn. Nó sẽ tiêu thụ một số điện từ ổ cắm trên tường và tạo ra nhiều nhiệt như một lò sưởi không gian cá nhân nhỏ. Trong mùa đông đó sẽ là loại tốt đẹp và ấm cúng. Vào mùa hè, bạn phải chạy điều hòa thường xuyên hơn để giữ cho ngôi nhà của bạn thoải mái. Nếu bạn có nó chạy đầy đủ năng lượng cả ngày mỗi ngày, hóa đơn tiền điện của bạn sẽ tăng lên đáng kể, có thể gấp đôi những gì bạn đang tiêu thụ.
Nhưng khi bạn đặt 27648 trong số chúng lại với nhau, nó sẽ tiêu tốn khoảng 15 Megawatt và tạo ra một lượng nhiệt tương ứng lớn. Sự kỳ diệu về kỹ thuật thực sự của Blue Waters, giống như bất kỳ trung tâm dữ liệu lớn nào, chính là tòa nhà. Đó là một hộp lạnh lớn. Tòa nhà Blue Waters đặc biệt thú vị bởi vì nó rất hiệu quả. Khoảng 85% năng lượng đi vào tòa nhà thực sự được sử dụng để chạy các nút. Tôi tin rằng tôi đã đọc ở đâu đó (không thể tìm thấy nó vào lúc này) chỉ mất 15% khi chuyển đổi năng lượng và loại bỏ nhiệt thải. Điều đó tốt hơn rất nhiều so với những gì bạn nhận được từ máy tính chơi game 500Watt trong phòng khách của bạn. Bạn có thể cần một "bộ nguồn" 750Watt và vài trăm Watts nữa để chạy điều hòa.
TL; DR
Chúng ta hãy kết hợp tất cả lại. Bằng cách kết hợp hàng ngàn máy tính nhỏ hơn và phổ biến việc sử dụng giữa nhiều người, chúng tôi giữ cho các máy tính đó hoạt động hầu hết thời gian, chia sẻ tài nguyên theo cách rất hiệu quả. Nó chi phí rất nhiều tiền để cung cấp cho mọi người máy tính ngồi không hoạt động hầu hết thời gian. Cách tốt nhất để tiết kiệm tiền cho việc tính toán là nhờ mọi người chia sẻ máy tính để máy tính luôn bận rộn.
Blue Waters không chỉ là những máy tính bên trong nó. Nó được thiết kế đặc biệt để có hiệu quả năng lượng nhất có thể. Một phần trong đó liên quan đến việc đặt nó gần các nhà máy điện để giảm tổn thất điện năng trong các đường dây tải điện. Dưới đây là hình ảnh vệ tinh về một phần của Champaign IL có chứa Blue Waters để chứng minh:
