Супер-ЕОМ: призначення й можливості. Огляд суперкомп'ютерів

51 0 Новини високих технологій

Суперкомп'ютером називають таку ЕОМ, яка по продуктивності і іншим технічним характеристикам набагато перевершує інші, існуючі в даний момент. До складу такої ЕОМ входить кілька процесорів. Ще однією відмінною характеристикою таких обчислювальних пристроїв є використання векторної арифметики, тобто вони можуть виконувати арифметичні дії одночасно над декількома парами чисел. Наприклад, типовий суперкомп'ютер може одночасно розраховувати заробітну плату кількох працівників, тоді як звичайний комп'ютер за той же час вважатиме зарплату тільки одного співробітника.

Історія супер-ЕОМ: поява суперкомп'ютерів у 1960-х рр.

Перший суперкомп'ютер був створений в компанії Control Data Corporation (CDC) під керівництвом Сеймура Крея. Одним з перших розроблених в даній фірмі комп'ютерів був Cray CDC 1604. У ньому були замінені вакуумні електронні лампи транзисторами, він швидко завоював популярність у наукових лабораторіях. Пізніше компанія CDC розробила супер-ЕОМ CDC 7600 і початку роботи над CDC 8600. У 1964 р. найшвидшим комп'ютером на Землі став Stretch, який міг виконувати три мільйони операцій з плаваючою комою в секунду (FLOPS).


Супер-ЕОМ: призначення й можливості. Огляд суперкомп'ютерів
Одним з переваг ЕОМ, розроблених під керівництвом Сеймура Крея, була щільна упаковка електронних компонентів, завдяки чому збільшувалася продуктивність комп'ютерів. Всі комп'ютери Сеймура Крея були оптимізовані для вимогливих наукових додатків, наприклад, рішення диференціальних рівнянь, матричних обчислень, сейсмічного аналізу, лінійного програмування і інших подібних завдань.

Суперкомп'ютери Cray в 1970-х рр.

Сеймур Крэй пішов з компанії CDC і в 1972 р. заснував компанію Cray Research, Inc. У 1975 р. компанія Cray Research випустила комп'ютер Cray-1 який належить до 4 покоління ЕОМ. Всього продано більше 80 таких машин, що для того часу було великим успіхом. Cray-1 був одним з перших комп'ютерів, на якому виконання трудомістких операцій могло відбуватися відразу на декількох процесорних пристроях, і таким чином був одним з перших «багатопроцесорних» пристроїв.


Одним з піонерів багатопроцесорних обчислень був Cray X-MP, представлений у 1982 р., який зв'язав два комп'ютер Cray-1. Він також був першим ЕОМ, що реалізує векторні обчислення. Крім цього, в 1970-х рр. з'явились перші 32-бітні супер-міні-ЕОМ.

Розвиток суперкомп'ютерів у 1980-х рр.

У 1985 р. компанія Cray Research представила чотирьохядерний комп'ютер Cray-2. Він став першим обчислювальним пристроєм, продуктивність якого перевищила один мільярд FLOPS.
Супер-ЕОМ: призначення й можливості. Огляд суперкомп'ютерів
У 1983 р. Даніель Хілліс, аспірант Массачусетського технологічного інституту, придумав, як можна підвищити продуктивність багатопроцесорних систем, що належать до 4 покоління ЕОМ. І в тому ж році він став співзасновником компанії Thinking Machines Corporation. У 1985 р. ця компанія розробила свій перший комп'ютер CM-1. Він використовував 65536 недорогих однобитовых процесорів, які були згруповані по 16 шт. на одному чіпі. Продуктивність комп'ютера CM-1 в деяких операціях сягала кількох мільярдів FLOPS і була порівнянна з найшвидшим на той момент суперкомп'ютером Cray.

Подальший розвиток суперкомп'ютерів у 1990-х - початку 2000-х рр.

Важливими замовниками супер-ЕОМ були військові. Після підписання Сполученими Штатами Договору про всеосяжну заборону ядерних випробувань 1996 р. виникла необхідність в додатковій програмі сертифікації ядерних боєголовок. Тому Департамент енергетики США виділив гроші на нову програму розвитку суперкомп'ютерів, метою якої стала розробка до 2004 р. комп'ютера, здатного імітувати ядерні випробування. Ця ЕОМ повинна мати продуктивність більше 100 трильйонів FLOPS, а найшвидшим з існуючих комп'ютерів в той час був Cray T3E, з продуктивністю до 150 мільярдів FLOPS. Суперкомп'ютер ASCI Red, побудований в Національних лабораторіях Sandia в Альбукерке, спільно з корпорацією Intel, першим досяг 1 TFLOPS. В ньому було задіяно 9072 стандартних процесорів Pentium Pro.

Японський суперкомп'ютер

В той час як у Сполучених Штатах переважав багатопроцесорний підхід, в Японії корпорація NEC повернулася до більш старим підходу — до індивідуального проектування комп'ютерного чіпа. Зроблений цією корпорацією, комп'ютер Earth Simulator зайняв перше місце в списку найбільш продуктивних ЕОМ у 2002 р.

Сучасні ЕОМ

У 2004 р. найшвидшим суперкомп'ютером став Blue Gene/L, випущений компанією IBM. Його продуктивність була приблизно дорівнює 36 TFLOPS. Після двох подвоєнь в кількості процесорів Blue Gene/L, встановлений в 2005 р. в Sandia National Laboratories Лівермора, Каліфорнія, став першою машиною, яка подолала бар'єр продуктивності в 100 TFLOPS.
Перший комп'ютер, продуктивність якого перевищила 1000 або 1 TFLOPS петафлоп, був побудований IBM в 2008 р.

Застосування суперкомп'ютерів

Супер-ЕОМ застосовуються в науковій сфері для виконання трудомістких обчислень і обробки великої кількості інформації в реальному часі. Крім цього, прогрес в області обчислювальної техніки дозволив вченим використовувати точні моделі процесів, що відбуваються, замість спрощених, що використовувалися раніше. В математиці за допомогою суперкомп'ютерів вирішуються завдання криптографії та статистики. У фізиці вони допомагають зрозуміти процеси, що відбуваються всередині атома. Біологам супер-ЕОМ допомагають розшифрувати ДНК. Також вони незамінні при складанні прогнозу погоди, дослідженні змін клімату Землі і пошуку покладів нафти і газу. Також суперкомп'ютери використовуються для виконання військових розрахунків, пов'язаних з ядерною зброєю. Використання потужних обчислювальних машин дозволило здійснити ряд проривів в таких областях, як метеорологія, глобальний кліматичний аналіз, створення нових медичних препаратів та аерокосмічна техніка.

Огляд суперкомп'ютерів

При розмові про надпотужних ЕОМ часто виникає питання: "Який комп'ютер найшвидший?" Відповідь на це питання може дати рейтинг 10-ти найпотужніших суперкомп'ютерів. В даному рейтингу представлені нові комп'ютери.

  • Найшвидшим на даний момент вважається комп'ютер Summit Power System AC922. Його продуктивність згідно з даними, отриманими із застосуванням системи тестів LINPACK, становить 1223 PFLOPS. Максимальна теоретична продуктивність обчислювального пристрою 187659 PFLOPS. Супер-ЕОМ Summit Power System AC922 зроблена компанією IBM спеціально для використання в Окріджській Національної лабораторії.
    Супер-ЕОМ: призначення й можливості. Огляд суперкомп'ютерів
  • На другому місці по продуктивності знаходиться китайський суперкомп'ютер Sunway TaihuLight. Швидкість обчислень даній ЕОМ, яка була виміряна за допомогою системи тестів LINPACK, становить 93 PFLOPS. Дана супер-ЕОМ була найпродуктивнішою в світі з червня 2016 р. по червень 2018 р. Цей суперкомп'ютер розташований в Китайській Народній Республіці, в комп'ютерному центрі в Уси і використовується для прогнозування погоди, медичних досліджень і виконання різних складних розрахунків.
    Супер-ЕОМ: призначення й можливості. Огляд суперкомп'ютерів
  • На наступному місці за продуктивності варто обчислювальний пристрій Sierra Power System S922LC. Ця супер-ЕОМ має продуктивність 7161 PFLOPS, згідно тестах LINPACK. Розташоване це пристрій в Ліверморської лабораторії ім. Е. Лоуренса, що входить до складу Каліфорнійського університету.
    Супер-ЕОМ: призначення й можливості. Огляд суперкомп'ютерів
  • Супер-ЕОМ "Тяньхэ-2" був самим потужним обчислювальним пристроєм з 2013 по 2016 р. Його назва перекладається з китайської як «Чумацький шлях — 2». Згідно стандартного тесту LINPACK його продуктивність дорівнює 61445 PFLOPS, а теоретична пікова - 100679. Знаходиться цей пристрій в Національному комп'ютерному центрі Гуанчжоу (Китайська Народна Республіка).
    Супер-ЕОМ: призначення й можливості. Огляд суперкомп'ютерів
  • На п'ятому місці по продуктивності на даний момент знаходиться Японський суперкомп'ютер AI Bridging Cloud Infrastructure. Його продуктивність по тестах LINPACK 1988 а максимальна теоретична — 32577 PFLOPS.
    Супер-ЕОМ: призначення й можливості. Огляд суперкомп'ютерів
  • Суперкомп'ютер Piz Daint розташований у Швейцарському комп'ютерному центрі і є самим продуктивним обчислювальним пристроєм в Європі. Його пікова теоретична продуктивність дорівнює 25326 PFLOPS, а реальна, зафіксована за допомогою тестів LINPACK, — 1959 PFLOPS. Розроблений американською компанією Cray.
  • Сьоме місце за продуктивністю посідає суперкомп'ютер Titan, випущений в 2012 р. на базі архітектури Cray XK7. Реальна продуктивність даного пристрою, виміряна за допомогою набору тестів LINPACK, - 1759 PFLOPS, а максимальна теоретична - 27113 PFLOPS. Працює він в лабораторії Міністерства енергетики США, штат Теннессі. Був самим потужним обчислювальним пристроєм з листопада 2012 р. по липень 2013 р.
  • Супер-ЕОМ Sequoia розроблена компанією на платформі IBM Blue Gene/Q. Його реальна продуктивність - 17173 PFLOPS, а теоретично можлива - 20133 PFLOPS. Розташований у Ліверморської лабораторії.
  • Комп'ютер Trinity розроблений на базі платформи Cray XC40. Виміряна продуктивність обчислювального пристрою 14137 PFLOPS. Встановлений в Лос-Аламоської лабораторії.
  • Супер-ЕОМ Cori, як і попередня, зроблена на архітектурі Cray XC40. Її продуктивність по тестах LINPACK — 14015 PFLOPS.
  • Висновок

    Розвиток супер-ЕОМ зробило великий вплив на багато галузей науки і промисловості. На даний момент найбільшою перешкодою, ускладнює розкриття всього обчислювального потенціалу таких пристроїв, є труднощі з написанням програм, які могли б одночасно завантажити всі наявні у суперкомп'ютера процесори на повну потужність. Це відбувається, тому що написати програму, яка б ефективно розбивала обчислювальну задачу на кілька потоків, набагато складніше, ніж ту, яка буде виконуватися послідовно на одному процесорі. Та й не кожна задача піддається такому розпаралелювання. Ось і все, що потрібно знати про супер-ЕОМ, призначення, можливості та принципи побудови цих комп'ютерів.