Новый виток визуальных технологий SGI

Олег Татарников

Шпионские страсти

Старший Брат смотрит на тебя

Silicon Graphics Fuel — возвращение джедая

Графические суперкомпьютеры

Silicon Graphics Tezro

Заключение

Графические станции Sun

Компания Silicon Graphics, Inc. (SGI), существующая уже более 20 лет, — неотъемлемая часть истории мировой компьютерной индустрии, прежде всего в области трехмерной графики и средств визуализации. Эта компания является разработчиком популярных сегодня технологий VRML и библиотеки OpenGL, а на компьютерах SGI до сих пор создается большинство визуальных эффектов для мировой киноиндустрии.

еятельность Silicon Graphics никогда не ограничивалась одними лишь спецэффектами и графическим моделированием. Компания выпускала и кластеры для проведения сложных вычислений, и высокопроизводительные серверы. Но истинная история компании началась именно тогда, когда 40-летний преподаватель университета Джим Кларк (будущий миллиардер, основатель SGI и Netscape) вместе со своими студентами разработал Geometry Engine — архитектуру мощного графического ускорителя для обработки трехмерной графики в реальном времени.

После успешного завершения работы над этим проектом в 1982 году Джим Кларк и создал фирму Silicon Graphics, которая почти сразу стала монополистом в сфере машинной графики.

Продукция SGI никогда не относилась к разряду бытовой вычислительной техники. Это всегда были эксклюзивные, профессиональные компьютеры, которые использовались для приложений, требующих больших вычислительных ресурсов и визуализации. Основная техническая направленность SGI — развитие архитектуры SMP, получившей название NUMAflex (архитектура разделяемой памяти). Гибкая и масштабируемая архитектура, совместимость со всем модельным рядом, включая снятые с производства компьютеры, мощная графическая библиотека, развитые средства разработчика — все эти технические возможности характеризуют продукцию Silicon Graphics. При этом чаще всего на компьютерах SGI используются приложения, которые просто не могут работать на других платформах.

Шпионские страсти

абочие станции компания Silicon Graphics начала продавать с 1985 года, причем ее продукция сразу же стала создавать новые рынки для применения оригинальных технологий SGI. В свою очередь, оригинальная архитектура потребовала оптимизации процессоров и разработки собственной системной шины, но производители процессоров были не в состоянии этого обеспечить, хотя и не хотели выдавать компании SGI лицензию на производство процессоров. Навстречу Silicon Graphics пошла только компания MIPS, занимавшаяся производством чипов с RISC-архитектурой (позднее MIPS даже вошла в состав SGI). Тогда же была разработана и собственная операционная система  — IRIX (клон UNIX), которая также специально оптимизировалась для работы с большими объемами графических данных.

Но время шло, на разработку процессоров и новых технологий требовались огромные средства, и к концу 90-х годов компания SGI оказалась в трудном финансовом положении. Поговаривают, что Silicon Graphics прогорела, инвестировав огромные деньги в целый ряд новых технологий, которые казались прогрессивными, но не могли быть реализованы на платформах SGI. Вряд ли, конечно, это были технологии российской компании ParaGraph, которую SGI купила как раз в это время (в противном случае братьев Пачиковых непременно заклеймили бы как агентов КГБ, несмотря на то что компания ParaGraph International к тому времени уже была интернациональной), скорее всего, это были серверные технологии, на которые SGI возлагала большие надежды, подразумевая своих традиционных богатых заказчиков — Правительство США и американскую военную машину.

Тогдашний глава SGI Рик Белуццо (Rick Beluzzo) в 1998 году предложил уход от архитектуры MIPS в настольных рабочих станциях и провозгласил переориентацию на платформу Intel. Нельзя сказать, что это был «вредительский» ход (дела компании SGI пошатнулись еще раньше), однако Белуццо позднее стал президентом и главным административным директором Microsoft, а компания SGI в результате выбора такой стратегии, напротив, заметно ослабила свои позиции и была вынуждена совсем покинуть рынок настольных рабочих станций.

Действительно, кому были нужны компьютеры с набившей оскомину архитектурой Windows+Intel (Wintel) и к тому же безумно дорогие? К тому же попутно обнаружилось, что популярный 3D-пакет Alias|Wavefront MAYA (компании Alias и Wavefront также были приобретены и объединены в SGI), реализованный к тому времени на платформе Wintel благодаря тесному сотрудничеству с Microsoft, даже на устаревших SGI O2 (станциях с MIPS-процессорами) работает ничуть не хуже, чем на компьютерах с новейшими процессорами от Intel, а под управлением Windows рендеринг длится в 2-3 раза медленнее, чем под управлением Linux на тех же самых компьютерах. Кстати, в PC-варианте ставились ускорители NVIDIA Quadro, хотя и с драйверами/BIOS собственного написания, так что практически такой же компьютер можно было собрать и без SGI, и вдобавок он обошелся бы вдвое дешевле. К слову сказать, широко известная сегодня компания NVIDIA была образована бывшими сотрудниками SGI, которые ушли оттуда, когда для компании наступили тяжелые времена.

В настоящее же время компания SGI решила вернуться к своему прежнему курсу  — к оригинальной архитектуре и MIPS-процессорам, всегда приносившим ей успех и славу. Правда, наверстать упущенное SGI будет очень непросто.

Старший Брат смотрит на тебя

ентральным направлением развития SGI стала концепция Visual Area Networking (VAN), которая, по словам главы компании Боба Бишопа (Bob Bishop), была предназначена для того, чтобы «демократизировать передовые технологии компьютерной визуализации». Данная концепция предусматривает предоставление повсеместного локального и глобального доступа к высокопроизводительным графическим системам по стандартным сетям с любых клиентских устройств, вплоть до Web-планшетов и персональных электронных секретарей.

Как подчеркивают в SGI, одной из основных особенностей Visual Area Networking является заметное смещение акцентов при проектировании сред обработки визуальной информации: теперь в число приоритетов входит не только достижение максимально возможной скорости рендеринга, но и обеспечение оптимальных механизмов доступа к данным через сеть. При этом данные хранятся и обрабатываются на одном центральном узле, а доставка их на клиентские устройства осуществляется в готовом виде, то есть никакой обработки информации на системах конечных пользователей не требуется — экранный буфер заполняет уже финальное изображение. Дополнительное преимущество подобного подхода заключается в большем уровне безопасности, поскольку тиражирования данных по сети не происходит. При этом Visual Area Networking предполагает работу с приложениями, использующими OpenGL, без какой-либо их модификации и совместима с любой сетевой инфраструктурой.

Рабочие станции и серверы SGI сами по себе, в общем-то, являются довольно производительными, однако компания все же заявляет, что оптимальный способ их использования — в составе глобальных распределенных сетей с сервером визуализации. Как отмечают специалисты SGI, необходимость в подобной концепции в значительной мере обусловлена потребностью во всеобщей «глобализации» систем, ориентированных на решение задач, тем или иным образом связанных с обработкой видео и графики.

Кроме того, с помощью программного комплекса OpenGL VizServer можно организовать распределенные вычисления, задействовав мощности сервера и всех клиентских станций. Так, например, при монтаже и создании визуальных эффектов к последним фильмам про хоббитов были использованы сотни рабочих станций и серверов, при помощи которых были произведены и обработаны сотни терабайт графических данных.

После представления год назад технологии VAN, упрощающей доступ к данным и помогающей значительно сократить этапы проектирования продукта, было произведено более 100 инсталляций VAN в управленческом, научном, производственном и энергетическом секторах. Возможности, предоставляемые технологией VAN, существенно расширяются с выходом новой графической системы SGI Onyx 350, предлагаемой в США по цене от 33 тыс. долл. — самой низкой из всех когда-либо существовавших для систем Onyx.

Silicon Graphics Fuel — возвращение джедая

дной из важных составляющих новой концепции SGI стало представление новой персональной рабочей станции, основанной на MIPS-архитектуре, — Silicon Graphics Fuel, одновременно с которой было представлено ПО OpenGL Vizserver, реализующее универсальный интерфейс с графическими компьютерами для клиентских систем (на базе Windows XP, Windows 2000, Windows NT, Linux, Solaris и IRIX), а также карманных устройств, в том числе беспроводных. В числе особенностей OpenGL Vizserver называются независимость от типа сети и высокая масштабируемость системы.

Silicon Graphics Fuel

Первая в новой линейке рабочих станций следующего поколения визуальная графическая станция Silicon Graphics Fuel, несмотря на высокую цену, предлагает сегодня лучшее соотношение «цена/производительность» по сравнению с подобными системами (цена этих станций на рынке США составляет от 11 до 13 тыс. долл.).

В новой рабочей станции SGI Fuel нашли воплощение все передовые технологии SGI  — новейшие процессоры MIPS (последний — R16000 700 МГц, L2-кэш 4 Мбайт, шина 200 МГц), производительная графическая подсистема VPro (V10 или V12) и высокоскоростная архитектура, позаимствованная у систем Onyx и Origin семейства SGI 3000. В Silicon Graphics Fuel реализована также 48-битная система RGBA, обеспечивающая наивысший уровень точности цветопередачи. Таким образом, Silicon Graphics Fuel образует линейку недорогих настольных графических станций SGI и при этом полностью совместима со всеми существующими IRIX-приложениями, реализованными для суперкомпьютеров SGI Onyx и Origin.

Таким образом, Silicon Graphics Fuel обеспечивает новый уровень производительности для настольных систем и позволяет решать широкий круг задач в различных областях, таких как производство, точные науки, военная промышленность, биоинформатика, энергетика и др.

Если эти компьютеры, имеющие сегодня на рынке относительно невысокую цену, будут востребованы пользователями, то SGI сохранит лидирующие позиции в области предложения высокопроизводительных графических рабочих станций, помогающих пользователям визуализировать свои данные.

Графические суперкомпьютеры

ще одной важной причиной, по которой стоит обратить особое внимание на Silicon Graphics Fuel в плане реализации Visual Area Networking, является ее полная совместимость с визуальными суперкомпьютерами серии SGI Onyx 3000. Эти графические исполины, использующие запатентованную SGI архитектуру разделяемой памяти NUMAflex и оснащенные новой графической подсистемой InfinitePerformance, рассматриваются сегодня как ключевой элемент концепции Visual Area Networking. По данным SGI, они обеспечивают рекордные для индустрии показатели быстродействия при графических операциях.

Onyx 3000

В число ключевых элементов графической подсистемы InfinitePerformance входят модуль V-Brick, реализующий один или два независимых конвейера с производительностью до 17,7 млн. полигонов и до 484 млн. пикселов в секунду каждый, а также модуль для объединения результатов обработки информации на двух или четырех конвейерах в единый поток данных. Суперкомпьютеры серии SGI Onyx 3000 поддерживают до 16 независимых графических конвейеров, которые могут конфигурироваться в различных комбинациях.

Помимо суперкомпьютера SGI Onyx 3000, компания SGI выпускает и более скромные модульные станции серии SGI Onyx 300, ориентированные на развивающиеся фирмы и предоставляющие широкие возможности для наращивания производительности (недавно анонсированы системы следующего поколения — SGI Onyx 350).

Именно на этих системах и предлагается реализовывать Visual Area Network в двух визуализационных конфигурациях: с графической системой InfinitePerformance и InfiniteReality4.

SGI Onyx 350 InfiniteReality4 предоставляет компактную масштабируемую систему обработки данных и визуализации среднего уровня, поддерживающую до восьми графических подсистем InfiniteReality4. Каждая графическая подсистема содержит 1 Гбайт текстурной памяти, что значительно ускоряет визуализацию комплексных моделей, и восемь выходных каналов с суммарным разрешением свыше 8 млн. пикселов, обеспечивающих фотореалистичное качество изображения.

SGI Onyx 350 InfinitePerformance оснащена более быстрыми шинами ввода-вывода и вдвое большей памятью по сравнению с предыдущими моделями. Наряду с этим Onyx 350 способна масштабировать до восьми независимых графических систем InfinitePerformance, которые могут использоваться независимо или объединяться при помощи дополнительного модуля Scalable Graphics Compositor для достижения более высокого уровня графической производительности.

Onyx 4

Кроме того, архитектура Onyx 350 может быть расширена до 32 процессоров MIPS R16000 с тактовой частотой 600 или 700 МГц. Системе Onyx 350 добавлено до 64 Гбайт высокопроизводительной общей памяти, а максимальная пропускная способность каналов ввода-вывода достигает у нее 22 Гбайт в секунду (поддерживается до восьми конвейеров обработки визуальной информации). Естественно, что система совместима по коду как со старыми компьютерами семейства Onyx 2, так и с новейшими суперкомпьютерами Onyx 4, которые SGI недавно анонсировала.

Новая суперсистема Onyx 4 UltimateVision в очередной раз побила рекорды производительности для высокопроизводительных систем визуализации. При этом речь идет о самой масштабируемой системе такого типа в мире. Архитектуру Onyx 4 UltimateVision можно расширить до 64 процессоров MIPS и 32 графических подсистем. Такая масштабируемость стала возможна благодаря все той же уникальной архитектуре общей памяти SGI NUMAflex. В результате новая система совершает настоящий прорыв в визуализационных технологиях: новое поколение систем Onyx 4 по производительности в 8 раз превосходит предыдущее поколение систем Onyx, при том что имеет в 5 раз меньшие размеры и, что самое важное, стоит в 5 раз дешевле.

Onyx 4

Новые возможности графики Onyx 4 — это программируемый графический конвейер, обеспечивающий улучшенный реализм отображения и позволяющий перевести часть расчетных задач с центрального процессора на графическую подсистему. Такая возможность резко ускоряет визуализацию и обеспечивает возможность создания более сложных и реалистичных изображений в реальном времени.

Onyx 4 UltimateVision обладает мощными средствами визуализации: даже начальная конфигурация обеспечивает разрешение 20 млн. пикселов, чего достаточно для управления двумя LCD-проекторами с ультравысоким разрешением в 10 млн. пикселов. Старшие модели Onyx 4 могут обсчитывать изображение, состоящее из более чем 100 млн. пикселов и достаточное для создания полностью иммерсионного окружения следующего поколения — SGI Reality Center.

В результате такого радикального улучшения показателя «цена/производительность» (примерно в 40 раз по сравнению с предыдущим поколением) высокопроизводительная визуализация на Onyx 4 стала более доступной.

Система Onyx 4 UltimateVision разработана для решения наиболее сложных задач промышленной визуализации, таких как трехмерный рендеринг проектируемого автомобиля в реальном времени, детальная интерпретация сейсмики или сложное научное моделирование. Разработчики и инженеры могут легко смоделировать автомобиль фотореалистичного качества и проводить его виртуальные испытания, в том числе и краш-тесты. Подобный анализ может быть произведен под множеством углов и для различных скоростей, с моделированием и быстрой оценкой сотен сценариев в промежуток времени, за который раньше удавалось создать лишь несколько вариантов.

При обработке медицинских изображений Onyx 4 ускоряет диагностирование и помогает врачам идентифицировать заболевание на более ранних сроках. Возможности программирования графики позволяют специалистам на лету изменять цвет и прозрачность изображений сканирования, помечать человеческие органы различными маркерами и быстро изолировать их для детального исследования.

При этом новейшая в семействе Onyx визуализационная система Onyx 4 UltimateVision полностью совместима с предшественниками и предлагает новый уровень производительности.

Технические характеристики визуализационной системы Silicon Graphics Onyx 4 UltimateVision впечатляют: на платформе SGI может быть создана самая быстрая по графической производительности система в отрасли, обрабатывающая до 4,8 млрд. полигонов в секунду и до 76,8 гигапикселов в секунду. Такая система позволяет легко обработать терабайты данных и реализует наиболее сложные визуализационные задачи.

Silicon Graphics Tezro

сли говорить о наиболее известных системах SGI, то это все же будут не системы нижнего уровня типа Fuel, и не суперкомпьютеры семейства Onyx — самыми популярными у большинства пользователей SGI являются высокопроизводительные настольные системы среднего уровня семейства Octane, которые сегодня широко используются в видеоиндустрии и кинематографе.

Недавно SGI представила новую высокопроизводительную графическую станцию Silicon Graphics Tezro, которая имеет четыре процессора и высокоскоростную архитектуру семейства суперкомпьютеров SGI 3000. В результате Silicon Graphics Tezro троекратно увеличивает соотношение «цена/производительность» по сравнению с предшественником  — рабочей станцией Silicon Graphics Octane2 (при меньшей на 20% цене).

Tezro поддерживает до четырех процессоров MIPS, до 16 Гбайт памяти и семь PCI-X-слотов. Также Tezro оснащена мощной графической системой VPro V12, которая обеспечивает высокую производительность и отличное качество изображения.

Tezro

К новой станции предлагается полный набор цифровых мультиформатных плат вывода графики и видео, таких как DMediaPro, обеспечивающих возможности, которые прежде были доступны только на системах SGI Onyx. Пользователи станций Tezro с DMediaPro могут в реальном времени редактировать многопоточное 10-битное видео высокой четкости (HDTV), а также создавать различные визуальные эффекты.

Таким образом, Silicon Graphics Tezro реализует новый уровень производительности и обеспечивает пользователей широкими возможностями визуализации и передовыми средствами для работы с цифровым видео. Tezro является прекрасным инструментом для дизайнеров, геофизиков, а также для создателей визуальных спецэффектов для кино и видео.

Заключение

так, несмотря ни на что, компания SGI сегодня вновь с оптимизмом смотрит в будущее: разработана новая стратегия, планируются различные исследования. На данный момент основными сферами деятельности компании и предоставления услуг являются промышленность (в том числе энергетика и военная индустрия), наука, управление.

А ведь мы перечислили лишь некоторые модели SGI (подробный их перечень представлен на сайте компании — http://www.sgi.com). Кстати, с недавних пор станции SGI могут работать и под управлением специальной версии SGI Linux. При этом Linux-серверы и суперкластеры SGI ставят рекорды по масштабируемости и производительности.

Таким образом, хотя изначально продукция SGI и является идеальной основой для специфических рынков и применений, но вполне очевидно, что уникальные возможности компании делают ее продукцию пригодной для самого широкого круга приложений, которые SGI надеется охватить благодаря растущему числу реселлеров и партнеров.

КомпьютерПресс 9'2004