Pracujte v najvýkonnejších systémoch. Najvýkonnejšie superpočítače na svete. Najvýkonnejšie počítače

Čínsky Tianhe-2 (Mliečna dráha 2) sa po piatykrát za sebou stal najrýchlejším superpočítačom na svete s výkonom 33,86 petaflopov alebo kvadriliónom operácií s pohyblivou rádovou čiarkou za sekundu. Tak znie verdikt zoznamu najvýkonnejších superpočítačov TOP500, ktorý vychádza dvakrát ročne.

Napriek očakávanému výsledku je v najnovšom vydaní stále niekoľko zaujímavých informácií. Spojené štáty americké majú stále na zozname viac systémov ako ktorákoľvek iná krajina s 233 vozidlami (v porovnaní s 231 pred šiestimi mesiacmi a 265 pred rokom). Druhé a tretie miesto obsadili systémy z USA, pričom 141 strojov zo zoznamu sa nachádza v Európe. Pozoruhodné je, že tri nové počítače vlastní čínska spoločnosť Lenovo, hoci samotná Čína je zastúpená iba 37 superpočítačmi, v porovnaní so 61 minulými rokmi.
Priemerný výkon TOP500 za posledných 6 mesiacov výrazne vzrástol. Celková kapacita všetkých 500 superpočítačov bola 363 petaflopov/s, čo je výrazne viac ako 309 vlani v novembri a 274 pred rokom. 98 % systémov používa procesory so šiestimi alebo viac jadrami, pričom najmenej 88,2 % má 8 jadier na procesor. Osemdesiatosem z päťsto systémov používalo akcelerátory/koprocesory, vrátane Nvidia (52), ATI Radeon (4) a Intel Xeon Phi (33). Štyri systémy využívajú kombináciu procesorov Xeon a Nvidia.
Top 10 tvoria stroje uvedené na trh v rokoch 2011 a 2012, s výnimkou nového vstupu zo Saudskej Arábie na číslo 7. Takto vyzerá zoznam 10 najvýkonnejších superpočítačov na svete.

1. Tianhe-2: klaster TH-IVB-FEP; Národné superpočítačové centrum v Guangzhou, Čína; 3,12 milióna jadier (33,86 Pflops/s).
2. Systém Titan: Cray XK7, Oak Ridge National Laboratory, USA. 560 640 jadier (17,59 Pflops/s).
3. Sequoia: Systém IBM BlueGene/Q, Livermore National Laboratory 1,57 milióna jadier, (17,2 Pflops/s).
4. Počítač K: Systém SPARC64 so 705 024 jadrami v RIKEN Institute of Advanced Computing Science na Inštitúte fyzikálneho a chemického výskumu (RIKEN), Japonsko. (10,5 Pflops/s).
5. Mira: IBM BlueGene/Q; DOE/SC/ Argonne National Laboratory, USA; 786 000 jadier IBM. (8,59 Pflops/s).
6. Piz Daint: Cray XC30 so 116 000 jadrami od Xeon a Nvidia; nachádza vo Švajčiarskom národnom výpočtovom stredisku. (6,27 Pflops/s).
7. Systém Shaheen II: Cray XC40. Univerzita vedy a techniky kráľa Abdulláha v Saudskej Arábii. (5,536 Pflops/s).
8. Stampede: Dell PowerEdge C8220 so 462 462 jadrami Xeon Phi na University of Texas (5,17 Pflops/s).
9. JUQUEEN: BlueGene/Q, 458 752 jadier IBM. Výskumné centrum Jülich, Nemecko. (5 Pflops/s).
10. Vulcan: BlueGene/Q, 393 216 jadier IBM, Ministerstvo energetiky USA.

Treba mať na pamäti, že ak niekto vytvorí skutočný kvantový počítač, rozloženie sa môže dramaticky zmeniť. IBM išla na rekord tým, že postavila 50 qubitový počítač (s aktuálnym maximom 4), ktorý by mohol byť výkonnejší než ktorýkoľvek systém na tomto zozname.
Americké ministerstvo energetiky medzitým objednalo dva systémy IBM/Nvidia v hodnote 425 miliónov USD. Dodávka strojov je naplánovaná na roky 2017 a 2018 a mohla by dosiahnuť maximum 150 petaflopov.

Prvý superpočítač Atlas sa objavil na začiatku 60. rokov a bol inštalovaný na univerzite v Manchestri. Bol niekoľkonásobne menej výkonný ako moderné domáce počítače. Naša recenzia obsahuje „desať“ najvýkonnejších superpočítačov v histórii. Pravda, vzhľadom na rýchlo sa rozvíjajúce technológie v tejto oblasti tieto výkonné stroje zastarávajú v priemere za 5 rokov.

Výkon moderných superpočítačov sa meria v petaflopoch, čo je jednotka merania, ktorá ukazuje, koľko operácií s pohyblivou rádovou čiarkou za sekundu počítač vykoná. Dnes si povieme niečo o desiatich najdrahších moderných superpočítačoch.

1. IBM Roadrunner (USA)

130 miliónov dolárov
Roadrunner postavila spoločnosť IBM v roku 2008 pre Národné laboratórium Los Alamos (Nové Mexiko, USA). Stal sa prvým počítačom na svete, ktorého priemerný prevádzkový výkon presiahol 1 petaflop. Zároveň bol navrhnutý na maximálny výkon 1,7 petaflops. Podľa zoznamu Supermicro Green500 bol Roadrunner v roku 2008 štvrtým energeticky najúčinnejším superpočítačom na svete. Roadrunner bol vyradený z prevádzky 31. marca 2013, potom ho nahradil menší a energeticky efektívnejší superpočítač Cielo.

2. Vulcan BlueGene/Q (USA)

100 miliónov dolárov
Vulcan je 24-jednotkový rackový superpočítač postavený IBM pre ministerstvo energetiky a inštalovaný v Lawrence Livermore National Laboratory v Kalifornii. Má špičkový výkon 5 petaflopov a v súčasnosti je deviatym najrýchlejším superpočítačom na svete. Vulcan začal fungovať v roku 2013 a teraz ho používa Národné laboratórium v ​​Livermore na výskum v oblasti biológie, fyziky plazmy, klimatických zmien, molekulárnych systémov a ďalších.

3. SuperMUC (Nemecko)

111 miliónov dolárov
SuperMUC je momentálne 14. najrýchlejší superpočítač na svete. V roku 2013 bol 10., no vývoj technológií nezaháľa. V súčasnosti je však druhým najrýchlejším superpočítačom v Nemecku. SuperMUC prevádzkuje Leibnizovo superpočítačové centrum pri Bavorskej akadémii vied neďaleko Mníchova.

Systém bol vytvorený spoločnosťou IBM, beží na Linuxe, obsahuje viac ako 19 000 procesorov Intel a Westmere-EX a má špičkový výkon niečo cez 3 petaflopy. SuperMUC používajú európski výskumníci v oblasti medicíny, astrofyziky, kvantovej chromodynamiky, výpočtovej dynamiky tekutín, výpočtovej chémie, analýzy genómu a modelovania zemetrasení.

4. Trinity (USA)

174 miliónov dolárov
Človek by čakal, že takýto superpočítač (vzhľadom na to, na čo je stavaný) bude šialene drahý, no vďaka rozvoju technológií sa podarilo cenu Trinity znížiť. Americká vláda sa chystá použiť Trinity na udržanie účinnosti a bezpečnosti amerického jadrového arzenálu.

Trinity, v súčasnosti vo výstavbe, bude spoločným projektom medzi národným laboratóriom Sandia a národným laboratóriom Los Alamos ako súčasť programu prediktívneho modelovania a výpočtového spracovania Národnej správy jadrovej bezpečnosti.

5. Sequoia BlueGene/Q (USA)

250 miliónov dolárov
Superpočítač Sequoia triedy BlueGene/Q bol vyvinutý spoločnosťou IBM pre Národnú správu jadrovej bezpečnosti ako súčasť programu Predictive Modeling and Computational Data Processing. Bol spustený v júni 2012 v Livermore National Laboratory a stal sa v tom čase najrýchlejším superpočítačom na svete. Teraz je na treťom mieste na svete, pokiaľ ide o rýchlosť (teoretický špičkový výkon Sequoia je 20 petaflopov alebo 20 biliónov výpočtov za sekundu).

Stabilný počítač beží rýchlosťou 10 petaflopov. Používa ho Sequoia na podporu rôznych vedeckých aplikácií, štúdium astronómie, energetiky, ľudského genómu, klimatických zmien a vývoja jadrových zbraní.

6. ASC Purple a BlueGene / L (USA)

290 miliónov dolárov
Tieto dva superpočítače spolupracovali. Boli vyrobené spoločnosťou IBM a nainštalované v roku 2005 v Livermore National Laboratory. V roku 2010 boli vyradené z prevádzky. V čase svojho vzniku bol ASC Purple v rebríčku 500 najlepších superpočítačov na 66. mieste najrýchlejších a BlueGene/L bola predchádzajúca generácia modelu BlueGene/Q.

ASCI Purple bol vytvorený pre 5. fázu programu prediktívneho modelovania a výpočtovej techniky Ministerstva energetiky USA a Národného úradu pre jadrovú bezpečnosť. Jeho účelom bolo simulovať a nahradiť skutočné testy zbraní hromadného ničenia. BlueGene/L sa používa na predpovedanie globálnej zmeny klímy.

7. Sierra a Summit (USA)

325 miliónov dolárov
Nvidia a IBM čoskoro pomôžu Amerike znovu získať vedúcu pozíciu v oblasti ultrarýchlych superpočítačov, vedeckého výskumu a ekonomickej a národnej bezpečnosti. Oba počítače budú dokončené v roku 2017.

V súčasnosti je najrýchlejším superpočítačom na svete čínsky Tianhe-2, ktorý je schopný dosiahnuť výkon 55 petaflopov, čo je dvakrát rýchlejšie ako zariadenie na druhom mieste v zozname. Sierra vyrobí viac ako 100 petaflopov, zatiaľ čo Summit bude schopný vyvinúť 300 petaflopov.

Sierra, ktorá má byť inštalovaná v Livermore National Laboratory, zaistí bezpečnosť a efektívnosť tamojšieho jadrového programu. Summit nahradí starnúci superpočítač Titan v Národnom laboratóriu Oak Ridge a bude slúžiť na testovanie a podporu vedeckých aplikácií po celom svete.

8. Tianhe-2 (Čína)

390 miliónov dolárov
Čínsky Tianhe-2 (v preklade „Mliečna dráha-2“) je najrýchlejší superpočítač na svete. Počítač vyvinutý tímom 1300 vedcov a inžinierov sa nachádza v Národnom superpočítačovom centre v Guangzhou. Postavila ho Čínska obranná vedecká a technologická univerzita Čínskej ľudovej oslobodzovacej armády. Tianhe-2 je schopný vykonávať 33 860 biliónov výpočtov za sekundu. Napríklad jedna hodina výpočtov na superpočítači sa rovná 1 000 rokom práce pre 1,3 miliardy ľudí. Stroj sa používa na modelovanie a analýzu vládnych bezpečnostných systémov.

9. Simulátor Zeme (Japonsko)

500 miliónov dolárov
Earth Simulator bol vyvinutý japonskou vládou už v roku 1997. Náklady na projekt sú 60 miliárd jenov alebo približne 500 miliónov USD. Simulátor Zeme bol dokončený v roku 2002 pre Japonskú agentúru pre výskum letectva, Japonský inštitút pre výskum atómovej energie a Japonské centrum pre námorný a pozemný výskum a technológiu.

ES bol najrýchlejší superpočítač na svete v rokoch 2002 až 2004 a dodnes slúži na prácu s globálnymi klimatickými modelmi, na hodnotenie vplyvov globálneho otepľovania a na hodnotenie problémov v geofyzike zemskej kôry.

10. Fujitsu K (Japonsko)

1,2 miliardy dolárov
Najdrahší superpočítač na svete je len štvrtý najrýchlejší na svete (11 petaflopov). V roku 2011 to bol najrýchlejší superpočítač na svete. Fujitsu K so sídlom v RIKEN Institute for Advanced Computing Technology je asi 60-krát rýchlejší ako Earth Simulator. Jeho údržba stojí približne 10 miliónov dolárov ročne a využíva superpočítač s výkonom 9,89 MW (koľko elektriny spotrebuje 10 000 vidieckych domov alebo jeden milión osobných počítačov).

Stojí za zmienku, že moderní vedci zašli tak ďaleko, že sa už objavili.

Ľudia nikdy nelietajú na Mars, rakovinu ešte nevyliečili, nezbavili sa závislosti od ropy. Napriek tomu existujú oblasti, v ktorých ľudstvo za posledné desaťročia urobilo neuveriteľný pokrok. Výpočtový výkon počítačov je len jedným z nich.

Dvakrát do roka zverejňujú špecialisti z Lawrence Berkeley National Laboratory a University of Tennessee Top 500, ktorý obsahuje zoznam najrýchlejších superpočítačov na svete.

Ako kľúčové kritérium v ​​tomto hodnotení sa dlho považovala charakteristika za jednu z najobjektívnejších pri hodnotení výkonu superpočítačov – prepadáky alebo počet operácií s pohyblivou rádovou čiarkou za sekundu.

Pri pohľade trochu dopredu vám odporúčame ochutnať tieto čísla vopred: výkon desiatich najlepších reprezentantov sa meria v desiatkach kvadriliónov prepadákov. Pre porovnanie: ENIAC, prvý počítač v histórii, mal kapacitu 500 flopov; Teraz má priemerný osobný počítač stovky gigaflopov (miliardy prepadnutí), iPhone 6 má približne 172 gigaflopov a PS4 má 1,84 teraflopov (bilióna prepadnutí).

Vyzbrojení najnovším „Top 500“ z novembra 2014 sa redaktori Naked Science rozhodli zistiť, akých je 10 najvýkonnejších superpočítačov na svete a aké úlohy si vyžadujú taký obrovský výpočtový výkon.

10. Cray CS-Storm

Miesto: USA
Výkon: 3,57 petaflops
Teoretický maximálny výkon: 6,13 petaflops
Výkon: 1,4 MW

Ako takmer všetky moderné superpočítače, vrátane každého z tých, ktoré sú uvedené v tomto článku, aj CS-Storm pozostáva z mnohých procesorov zapojených do jedinej výpočtovej siete založenej na princípe masívne paralelnej architektúry. V skutočnosti je tento systém súborom stojanov ("skriniek") s elektronikou (uzly pozostávajúce z viacjadrových procesorov), ktoré tvoria celé chodby.

Cray CS-Storm je celá séria superpočítačových klastrov, no jeden z nich stále vyčnieva z radu. Konkrétne ide o záhadný CS-Storm, ktorý využíva americká vláda na neznáme účely a na neznámom mieste.

Známe je len to, že americkí predstavitelia kúpili od americkej spoločnosti Cray mimoriadne energeticky efektívny (2386 megaflopov na 1 watt) CS-Storm s celkovým počtom jadier takmer 79 tisíc.

Na stránke výrobcu sa však píše, že klastre CS-Storm sú vhodné pre vysokovýkonné výpočty v oblasti kybernetickej bezpečnosti, geopriestorového prieskumu, rozpoznávania vzorov, spracovania seizmických dát, vykresľovania a strojového učenia. Niekde v tejto sérii sa pravdepodobne ustálilo používanie vládneho CS-Stormu.

CRAY CS-STORM / © Cray

9. Vulcan - Blue Gene/Q

Miesto: USA
Výkon: 4,29 petaflops
Teoretický maximálny výkon: 5,03 petaflops
Výkon: 1,9 MW

„Volcano“ vyvinula americká spoločnosť IBM, patrí do rodiny Blue Gene a nachádza sa v Livermore National Laboratory pomenovanom po E. Lawrence. Superpočítač, ktorý vlastní Ministerstvo energetiky USA, pozostáva z 24 stojanov. Klaster začal fungovať v roku 2013.

Na rozdiel od už spomínaného CS-Stormu je rozsah „Vulkánu“ dobre známy – ide o rôzne vedecké výskumy, a to aj v oblasti energetiky, ako je modelovanie prírodných javov a analýza veľkého množstva údajov.

Rôzne vedecké skupiny a spoločnosti môžu získať prístup k superpočítaču na základe žiadosti, ktorú je potrebné zaslať do HPC Innovation Center so sídlom v rovnakom Livermore National Laboratory.

Superpočítač Vulcan / © Laura Schulz a Meg Epperly/LLNL

8. Juqueen - Modrý gén/Q

Miesto: Nemecko
Výkon: 5 petaflopov
Teoretický maximálny výkon: 5,87 petaflops
Výkon: 2,3 MW

Od svojho uvedenia na trh v roku 2012 je Juqueen druhým najvýkonnejším superpočítačom v Európe a prvým v Nemecku. Rovnako ako Vulkan, aj tento superpočítačový klaster vyvinula spoločnosť IBM ako súčasť projektu Blue Gene a patrí do rovnakej generácie Q.

Superpočítač sa nachádza v jednom z najväčších výskumných centier v Európe v Jülichu. Používa sa zodpovedajúcim spôsobom - pre vysokovýkonné výpočty v rôznych vedeckých štúdiách.

Superpočítač Juqueen / © Jülich Supercomputing Center (JSC)

7. Pečiatka - PowerEdge C8220

Miesto: USA
Výkon: 5,16 petaflops
Teoretický maximálny výkon: 8,52 petaflops
Výkon: 4,5 MW

Stampede so sídlom v Texase je jediným klastrom v Top 10 Top 500, ktorý vyvinula spoločnosť Dell so sídlom v USA. Superpočítač pozostáva zo 160 stojanov.

Tento superpočítač je najvýkonnejší na svete spomedzi tých, ktoré sa používajú výlučne na výskumné účely. Prístup do zariadení Stampede je otvorený pre vedecké skupiny. Klaster sa používa v najširšom spektre vedných oblastí – od najpresnejšej tomografie ľudského mozgu a predpovede zemetrasení až po identifikáciu vzorcov v hudbe a jazykových konštrukciách.

Superpočítač Stampede / © Texas Advanced Computing Center

6. Piz Daint - Cray XC30

Miesto: Švajčiarsko
Výkon: 6,27 petaflops
Teoretický maximálny výkon: 7,78 petaflops
Výkon: 2,3 MW

Švajčiarske národné superpočítačové centrum (CSCS) sa môže pochváliť najvýkonnejším superpočítačom v Európe. Piz Daint, pomenovaný podľa alpskej hory, bol vyvinutý spoločnosťou Cray a patrí do rodiny XC30, v rámci ktorej je najproduktívnejší.

Piz Daint sa používa na rôzne výskumné účely, ako sú počítačové simulácie v oblasti fyziky vysokých energií.

Superpočítač Piz Daint / © blogs.nvidia.com

5. Mira - Modrý gén/Q

Miesto: USA
Výkon: 8,56 petaflops
Teoretický maximálny výkon: 10,06 petaflops
Výkon: 3,9 MW

Superpočítač Mira bol vyvinutý spoločnosťou IBM v rámci projektu Blue Gene v roku 2012. Divízia vysokovýkonných výpočtov v Argonne National Laboratory, v ktorej sa nachádza klaster, bola vytvorená s vládnym financovaním. Predpokladá sa, že rastúci záujem o superpočítačové technológie z Washingtonu koncom 21. storočia a začiatkom 2010 je spôsobený rivalitou v tejto oblasti s Čínou.

Mira sa nachádza na 48 stojanoch a používa sa na vedecké účely. Napríklad superpočítač sa používa na klimatické a seizmické modelovanie, čo umožňuje získať presnejšie údaje na predpovedanie zemetrasení a klimatických zmien.

Superpočítač Mira / © Flickr

4. K počítač

Miesto: Japonsko
Výkon: 10,51 petaflops
Teoretický maximálny výkon: 11,28 petaflops
Výkon: 12,6 MW

K Computer, vyvinutý spoločnosťou Fujitsu a umiestnený v Inštitúte fyzikálneho a chemického výskumu v Kobe, je jediným japonským superpočítačom, ktorý sa nachádza v prvej desiatke Top 500.

Svojho času (jún 2011) sa tento klaster dostal na prvé miesto v rebríčku a stal sa na jeden rok najproduktívnejším počítačom na svete. A v novembri 2011 sa K Computer stal prvým v histórii, ktorý dosiahol výkon viac ako 10 petaflopov.

Superpočítač sa používa v množstve výskumných úloh. Napríklad na predpovedanie prírodných katastrof (čo je pre Japonsko dôležité vzhľadom na zvýšenú seizmickú aktivitu regiónu a vysokú zraniteľnosť krajiny v prípade cunami) a počítačové modelovanie v oblasti medicíny.

Superpočítač K / © Fujitsu

3. Sequoia - Blue Gene/Q

Miesto: USA
Výkon: 17,17 petaflops
Teoretický maximálny výkon: 20,13 petaflops
Výkon: 7,8 MW

Najvýkonnejší zo štyroch superpočítačov rodiny Blue Gene / Q, ktorý sa dostal do prvej desiatky hodnotenia, sa nachádza v Spojených štátoch v Livermore National Laboratory. IBM vyvinula Sequoia pre Národnú správu jadrovej bezpečnosti (NNSA), ktorá potrebovala vysokovýkonný počítač na veľmi špecifický účel: simuláciu jadrových výbuchov.

Stojí za zmienku, že skutočné jadrové testovanie je zakázané od roku 1963 a počítačová simulácia je jednou z najprijateľnejších možností pokračovania výskumu v tejto oblasti.

Výkon superpočítača však slúžil na riešenie iných, oveľa ušľachtilejších úloh. Klastre sa napríklad podarilo nastaviť výkonové rekordy v kozmologickom modelovaní, ako aj pri vytváraní elektrofyziologického modelu ľudského srdca.

Superpočítač Sequoia / © Bob Hirschfeld/LLNL

2.Titan - Cray XK7

Miesto: USA
Výkon: 17,59 petaflops
Teoretický maximálny výkon: 27,11 petaflops
Výkon: 8,2 MW

Najproduktívnejší superpočítač, aký bol kedy vytvorený na Západe, ako aj najvýkonnejší počítačový klaster značky Cray, sa nachádza v Spojených štátoch v národnom laboratóriu Oak Ridge. Napriek tomu, že superpočítač amerického ministerstva energetiky je oficiálne dostupný pre akýkoľvek vedecký výskum, v októbri 2012, keď bol Titan spustený, počet aplikácií prekročil všetky limity.

Z tohto dôvodu bola v laboratóriu Oak Ridge zvolaná špeciálna komisia, ktorá z 50 žiadostí vybrala len 6 „najpokročilejších“ projektov. Medzi nimi napríklad modelovanie správania sa neutrónov v samom srdci jadrového reaktora, ako aj predpovedanie globálnej zmeny klímy na najbližších 1-5 rokov.

Napriek svojmu výpočtovému výkonu a impozantným rozmerom (404 metrov štvorcových) Titan na piedestáli dlho nevydržal. Už šesť mesiacov po triumfe v novembri 2012 hrdosť Američanov v oblasti vysokovýkonnej výpočtovej techniky náhle stlačil rodák z východu, čím v hodnotení bezprecedentne predbehol doterajších lídrov.

Superpočítač Titan / © olcf.ornl.gov

1. Tianhe-2 / Mliečna dráha-2

Miesto: Čína
Výkon: 33,86 petaflops
Teoretický maximálny výkon: 54,9 petaflops
Výkon: 17,6 MW

Od svojho prvého uvedenia na trh je Tianhe 2 alebo Mliečna dráha 2 už asi dva roky lídrom v rebríčku Top 500. Toto monštrum je takmer dvakrát výkonnejšie ako dvojka v rebríčku – superpočítač TITAN.

Tianhe-2, ktorý vyvinula Univerzita obrannej vedy a techniky Ľudovej oslobodzovacej armády Čínskej ľudovej republiky a Inspur, pozostáva zo 16 000 uzlov s celkovým počtom 3,12 milióna jadier. Celá kolosálna štruktúra s rozlohou 720 metrov štvorcových má 1,4 petabajtov pamäte RAM a 12,4 petabajtov úložného priestoru.

Mliečna dráha 2 bola postavená z iniciatívy čínskej vlády, takže nie je prekvapujúce, že jej bezprecedentná sila slúži zjavne potrebám štátu. Oficiálne bolo oznámené, že superpočítač sa zaoberá rôznymi simuláciami, analyzuje obrovské množstvo údajov a zaisťuje národnú bezpečnosť Číny.

Vzhľadom na utajenie, ktoré je súčasťou čínskych vojenských projektov, možno len hádať, aké využitie Mliečna dráha-2 z času na čas dostane v rukách čínska armáda.

Superpočítač Tianhe-2 / © Popsci.com

V posledných rokoch spoločnosti na tvorbu a výrobu počítačov neúnavne pracujú. Výsledkom je, že množstvo technológií vo svete exponenciálne rastie.

Najvýkonnejšie počítače

Donedávna svet nevedel o DirectX10 a grafika FarCry či NFS Underground 2 sa zdala byť vrcholom počítačových možností. Kedysi sa disk schopný poňať 600 megabajtov informácií zdal ako zázrak technológie, no dnes sú voľne dostupné terabajtové pamäťové karty.

Takmer to isté sa deje na poli superpočítačov. V roku 1993 profesor University of Tennessee Jack Dongarra predložil myšlienku vytvorenia rebríčka najvýkonnejších počítačov na svete. Odvtedy sa tento zoznam s názvom TOP500 aktualizuje dvakrát ročne, v júni a novembri.

Čas plynie a lídri hodnotenia superpočítačov zo začiatku 90. rokov sú už bohovsky zastaraní aj podľa štandardov bežných používateľov PC. Prvým v roku 1993 bol CM-5 / 1024, zostavený spoločnosťou Thinking Machines: procesory 1024 s taktom 32 MHz, výpočtovou rýchlosťou 59,7 gigaflops - o niečo rýchlejšie ako obyčajný 8-jadrový počítač pod vaším stolom. Aký je dnes najlepší počítač?

Svetlo Sunway Taihu

Pred piatimi rokmi sa výkonovo stabilne držali superpočítače vyrobené v USA. V roku 2013 sa čínski vedci zmocnili vedenia a zrejme sa ho nechystajú vydať.

V súčasnosti je najvýkonnejším počítačom na svete Sunway TaihuLight (v preklade „Božská svetelná sila jazera Taihu“), grandiózny stroj s výpočtovou rýchlosťou 93 petaflopov (maximálna rýchlosť – 125,43 petaflopov). Je 2,5-krát výkonnejší ako predchádzajúci držiteľ rekordu, superpočítač Tianhe-2, ktorý bol do júna 2016 považovaný za najvýkonnejší.

Sunway Taihulight má 10,5 milióna jadier (40 960 procesorov, každý s 256 výpočtovými a 4 riadiacimi jadrami).

Takto vyzerá najvýkonnejší počítač roka 2016

Všetko vybavenie je navrhnuté a vyrobené v Číne, pričom procesory posledného výkonného počítača vyrobila americká spoločnosť Intel. Sunway Taihu Light má hodnotu 270 miliónov dolárov. Superpočítač sa nachádza v Národnom superpočítačovom centre okresu Wuxi.

Minulí držitelia rekordov

Do júna 2016 (a zoznam TOP500 sa aktualizuje každý jún a november) bol najvýkonnejším a najrýchlejším počítačom superstroj Tianhe-2 (v preklade z čínštiny „Mliečna dráha“) vyvinutý v Číne na základe obrannej vedy a Technologická univerzita v Changsha s pomocou spoločnosti Inspur.

Výkon Tianhe-2 poskytuje 2507 biliónov operácií za sekundu (33,86 petaflopov za sekundu), špičkový výkon je 54,9 petaflopov. Čínsky vývoj je na vrchole tohto rebríčka od svojho uvedenia na trh v roku 2013 – neuveriteľne pôsobivý ukazovateľ!

Superpočítač Tianhe-2

Charakteristika Tianhe-2 je nasledovná: 16 tisíc uzlov, 32 tisíc 12-jadrových procesorov Intel Xeon E5-2692 a 48 tisíc 57-jadrových akcelerátorov Intel Xeon Phi 31S1P, čo znamená celkovo 3 120 000 jadier; 256 000 pamäťových kariet 4 GB DDR3 RAM a 176 000 pamäťových jednotiek 8 GB GDDR5 spolu s 2 432 000 GB pamäte RAM. Kapacita pevného disku je viac ako 13 miliónov GB. Hrať sa na ňom však nebude fungovať - ​​je určený výlučne na prácu s počítačom, na Mliečnej dráhe-2 nie je nainštalovaná grafická karta. Pomáha najmä s výpočtami pre položenie metra a mestského rozvoja.

Jaguár

Na čele rebríčka sa dlho držal superpočítač Jaguar z USA. Ako sa líši od ostatných a aké sú jeho technické výhody?

Superpočítač s názvom Jaguar pozostáva z veľkého množstva nezávislých buniek, rozdelených do dvoch sekcií – XT4 a XT5. Posledná sekcia obsahuje presne 18688 výpočtových buniek. V každej bunke sú umiestnené dva šesťjadrové procesory AMD Opteron 2356 s frekvenciou 2,3 ​​GHz, 16 GB DDR2 RAM, ako aj router SeaStar 2+. Aj jedna bunka z tejto sekcie by stačila na vytvorenie najvýkonnejšieho herného počítača. Sekcia tiež obsahuje len 149504 výpočtových jadier, obrovské množstvo RAM – viac ako 300 TB, ako aj výkon 1,38 Petaflops a viac ako 6 Petabajtov na disku.

Zostavenie počítačového monštra

V sekcii XT4 je 7832 buniek. Majú skromnejšie špecifikácie ako predchádzajúca sekcia XT5: každá bunka obsahuje jeden šesťjadrový procesor s frekvenciou 2,1 GHz, 8 GB RAM a router SeaStar 2. Celkovo má sekcia 31328 procesorových jadier a viac ako 62 TB pamäte, ako aj špičkový výkon 263 TFLOPS a viac ako 600 TB miesta na disku. Na superpočítači Jaguar beží vlastný operačný systém Cray Linux Environment.

Na chrbát Jaguaru dýcha ďalší počítač, výplod IBM – Roadrunner. Najvýkonnejšie počítačové monštrum je schopné vypočítať až 1 000 000 000 000 operácií za sekundu. Bol vyvinutý špeciálne pre Energetické oddelenie Národnej správy jadrovej bezpečnosti v Los Alamos (alebo Národnej správy jadrovej bezpečnosti Ministerstva energetiky). Pomocou tohto superpočítača plánovali riadiť prevádzku všetkých jadrových zariadení nachádzajúcich sa v USA.

Maximálna rýchlosť spracovania Road Runner je asi 1,5 petaflops. Hovoríme o celkovej kapacite 3456 pôvodných trojlistových serverov, z ktorých každý je schopný vykonať približne 400 miliárd operácií za sekundu (teda 400 gigaflopov). Vo vnútri Roadrunner je asi 20 tisíc vysokovýkonných dvojjadrových procesorov – 12 960 Cell Broadband Engine a 6948 AMD Opteron, ktoré má na svedomí samotná IBM. Takýto superpočítač má systémovú pamäť 80 terabajtov.

Koľko miesta teda zaberá taký zázrak techniky? Stroj sa nachádza na ploche 560 metrov štvorcových. A celá ekonomika oddelenia je zabalená do serverov pôvodnej architektúry. Všetky zariadenia vážia približne 23 ton. Na jeho prepravu teda budú pracovníci Národnej správy jadrového zabezpečenia potrebovať minimálne 21 veľkých ťahačov.

Pár slov o tom, čo sú petaflopy. Jeden petaflop sa zhruba rovná kombinovanému výkonu 100 000 moderných notebookov. Ak si to skúsite predstaviť, potom dokážu vydláždiť cestu dlhú takmer dva a pol kilometra. Ďalšie dostupné porovnanie: celá populácia planéty bude počas 46 rokov používať kalkulačky na výpočty, ktoré Roadrunner zvládne za jeden deň. A predstavte si, aké zanedbateľné bude Sunway TaihuLigh, líder nášho hodnotenia, potrebovať?

Titan

V roku 2012 Národné laboratórium Oak Ridge Ministerstva energetiky USA spustilo superpočítač Titan, navrhnutý pre 20 petaflopov, inými slovami, dokáže vykonať kvadrilión operácií s pohyblivou rádovou čiarkou za jednu sekundu.

Titan vyvinul Cray. Okrem Titanu vyvinuli americkí špecialisti v posledných rokoch ďalšie dva superpočítače. Jeden z nich – Mira – je určený pre potreby priemyslu a výskumu a pomocou druhého – Sequoia – simulujú testy jadrových zbraní. Za všetkým týmto vývojom stojí IBM.

Najvýkonnejší počítač v Rusku

Bohužiaľ, ruský vývoj "Lomonosov-2", uznávaný ako najvýkonnejší počítač v Rusku, je až na 41. mieste v TOP500 (k júnu 2016). Sídli vo Vedeckom výpočtovom centre Moskovskej štátnej univerzity. Výkon domáceho superpočítača je 1 849 petaflopov, špičkový výkon je asi 2,5 petaflopov. Počet jadier: 42 688.

Prihláste sa na odber nášho kanála v Yandex.Zen

Andrej Borzenko

Superpočítače sú najrýchlejšie počítače. Ich hlavný rozdiel od sálových počítačov spočíva v tom, že všetky zdroje takéhoto počítača sa zvyčajne venujú čo najrýchlejšiemu vyriešeniu jednej alebo maximálne niekoľkých úloh, zatiaľ čo sálové počítače spravidla vykonávajú pomerne veľké množstvo úloh, ktoré si navzájom konkurujú. Rýchly rozvoj počítačového priemyslu určuje relativitu základného pojmu – to, čo sa pred desiatimi rokmi dalo nazvať superpočítačom, dnes už pod túto definíciu nespadá. Existuje aj taká hravá definícia superpočítača – ide o zariadenie, ktoré redukuje problém výpočtovej techniky na problém vstup-výstup. Je v tom však kus pravdy: často jedinou prekážkou vo vysokorýchlostnom systéme sú vstupno-výstupné zariadenia. Ktoré superpočítače majú momentálne maximálny výkon, zistíte z oficiálneho zoznamu päťsto najvýkonnejších systémov sveta – Top500 (http://www.top500.org), ktorý vychádza dvakrát ročne.

V každom počítači sú všetky hlavné parametre úzko spojené. Je ťažké si predstaviť univerzálny počítač, ktorý má vysokú rýchlosť a skromnú pamäť RAM alebo veľkú pamäť RAM a malé množstvo miesta na disku. Z tohto dôvodu sa superpočítače v súčasnosti vyznačujú nielen maximálnym výkonom, ale aj maximálnym množstvom RAM a diskovej pamäte. Zabezpečenie takýchto technických charakteristík je dosť drahé - náklady na superpočítače sú extrémne vysoké. Aké úlohy sú také dôležité, že vyžadujú systémy v hodnote desiatok a stoviek miliónov dolárov? Spravidla ide o zásadné vedecké alebo inžinierske výpočtové problémy so širokým spektrom aplikácií, ktorých efektívne riešenie je možné len vtedy, ak sú k dispozícii výkonné výpočtové zdroje. Tu je len niekoľko oblastí, kde tento druh problému vzniká:

• predpovede počasia, klímy a globálnych zmien v atmosfére;
• veda o materiáloch;
• konštrukcia polovodičových zariadení;
• supravodivosť;
• štrukturálna biológia;
• vývoj liečiv;
• ľudská genetika;
• kvantová chromodynamika;
• astronómia;
• automobilový priemysel;
• dopravné úlohy;
• hydro- a plynová dynamika;
• riadená termonukleárna fúzia;
• účinnosť systémov spaľovania paliva;
• prieskum ropy a zemného plynu;
• výpočtové problémy v oceánskych vedách;
• rozpoznávanie a syntéza reči;
• rozpoznávanie obrazu.

Superpočítače sa počítajú veľmi rýchlo nielen vďaka použitiu najmodernejšej základne prvkov, ale aj novým riešeniam v architektúre systému. Hlavné miesto tu zaujíma princíp paralelného spracovania údajov, ktorý stelesňuje myšlienku súčasného (paralelného) vykonávania niekoľkých akcií. Paralelné spracovanie má dve odrody: potrubie a správny paralelizmus. Podstatou spracovania potrubia je vyčleniť samostatné fázy vykonávania spoločnej operácie a každá fáza po dokončení svojej práce prenesie výsledok do ďalšej a súčasne prijme novú časť vstupných údajov. Zrejmé zvýšenie rýchlosti spracovania sa dosiahne kombináciou operácií, ktoré boli predtým oddelené v čase.

Ak určité zariadenie vykoná jednu operáciu za jednotku času, potom vykoná tisíc operácií za tisíc jednotiek. Ak existuje päť takýchto nezávislých zariadení schopných pracovať súčasne, potom systém piatich zariadení dokáže vykonať rovnakých tisíc operácií za nie tisíc, ale za dvesto jednotiek času. Podobne systém N zariadení vykoná rovnakú prácu za 1000/N jednotiek času.

Samozrejme, dnes už len málokto prekvapí paralelizmus v počítačovej architektúre. Všetky moderné mikroprocesory využívajú určitú formu paralelného spracovania, dokonca aj v rámci jedného čipu. Samotné tieto myšlienky sa však objavili už veľmi dávno. Spočiatku boli zavedené v najpokročilejších, a teda samostatných počítačoch svojej doby. V tomto prípade patrí osobitná zásluha spoločnostiam IBM a Control Data Corporation (CDC). Hovoríme o takých inováciách, ako sú bit-paralelná pamäť, bit-paralelná aritmetika, nezávislé I/O procesory, pipeline inštrukcií, zreťazené nezávislé funkčné jednotky atď.

Zvyčajne sa slovo „superpočítač“ spája s počítačmi značky Cray, aj keď dnes to už zďaleka neplatí. Vývojárom a hlavným dizajnérom prvého superpočítača bol Seymour Cray, jedna z najlegendárnejších osobností počítačového priemyslu. V roku 1972 opustil CDC a založil vlastnú spoločnosť Cray Research. Prvý superpočítač CRAY-1 bol vyvinutý o štyri roky neskôr (v roku 1976) a mal vektorovo-potrubnú architektúru s 12 pipeline funkčnými jednotkami. Cray-1 dosiahol maximálnu rýchlosť 160 MT/s (12,5 ns hodinového času) a cykloval 64-bitovú RAM (rozšíriteľnú na 8 MB) za 50 ns. Hlavnou novinkou bolo samozrejme zavedenie vektorových inštrukcií, ktoré pracujú s celými poľami nezávislých dát a umožňujú efektívne využitie zreťazených funkčných celkov.

V priebehu 60. a 80. rokov sa pozornosť svetových lídrov vo výrobe superpočítačov sústredila na výrobu výpočtových systémov, ktoré si dobre poradili s riešením problémov pre veľké objemy výpočtov s pohyblivou rádovou čiarkou. O takéto úlohy nebola núdza – takmer všetky súviseli s jadrovým výskumom a modelovaním letectva a boli vykonávané v záujme armády. Snaha dosiahnuť maximálny výkon v čo najkratšom čase spôsobila, že kritériom hodnotenia kvality systému nebola jeho cena, ale rýchlosť. Napríklad superpočítač Cray-1 potom stál od 4 do 11 miliónov dolárov v závislosti od konfigurácie.

Počas nastavenia systému.

Na prelome 80.-90. Skončila sa studená vojna a vojenské zákazky nahradili obchodné. V tom čase priemysel urobil veľké pokroky vo výrobe sériovo vyrábaných procesorov. Mali približne rovnakú spracovateľskú silu ako tie na mieru, ale boli oveľa lacnejšie. Použitie štandardných komponentov a variabilný počet procesorov umožnilo vyriešiť problém škálovateľnosti. Teraz, s nárastom výpočtovej záťaže, bolo možné zvýšiť výkon superpočítača a jeho periférií pridaním nových procesorov a vstupno-výstupných zariadení. V roku 1990 sa tak objavil superpočítač Intel iPSC/860 so 128 procesormi, ktorý v teste LINPACK ukázal výkon 2,6 Gflops.

Vlani v novembri vyšlo 18. vydanie zoznamu 500 najvýkonnejších počítačov sveta - Top500. IBM (http://www.ibm.com) je naďalej na čele zoznamu s 32 % nainštalovaných systémov a 37 % celkového výkonu. Zaujímavou správou bol nástup spoločnosti Hewlett-Packard na druhé miesto v počte systémov (30 %). Zároveň, keďže všetky tieto systémy sú relatívne malé, ich celkový výkon je len 15 % z celého zoznamu. Očakáva sa, že po zlúčení so spoločnosťou Compaq bude tomuto rebríčku dominovať revitalizovaná spoločnosť. Ďalšími z hľadiska počtu počítačov na zozname sú SGI, Cray a Sun Microsystems.

Najvýkonnejším superpočítačom na svete bol stále systém ASCI White (k nemu sa ešte vrátime), inštalovaný v Livermore Laboratory (USA) a vykazujúci výkon 7,2 TFlops pri teste LINPACK (58 % špičkového výkonu). Na druhom mieste sa umiestnil systém Compaq AlphaServer SC inštalovaný v Pittsburgh Supercomputing Center s výkonom 4 Tflops. Systém Cray T3E uzatvára zoznam s výkonom LINPACK 94 Gflops.

Za zmienku stojí, že zoznam už obsahoval 16 systémov s výkonom nad 1 Tflops, z ktorých polovicu nainštalovala IBM. Počet systémov, ktoré sú zhlukmi malých blokov SMP, sa neustále zvyšuje – v súčasnosti je na zozname už 43 takýchto systémov. Väčšinu zoznamu však stále tvoria masívne paralelné systémy (50 %), po ktorých nasledujú klastre pozostávajúce z veľkých systémov SMP (29 %).

Typy architektúry

Hlavným parametrom pre klasifikáciu paralelných počítačov je prítomnosť zdieľanej alebo distribuovanej pamäte. Niečo medzi tým sú architektúry, kde je pamäť fyzicky alokovaná, ale logicky zdieľaná. Z hardvérového hľadiska sa na implementáciu paralelných systémov navrhujú dve hlavné schémy. Prvým je niekoľko samostatných systémov s lokálnou pamäťou a procesormi, ktoré v určitom prostredí interagujú posielaním správ. Druhým sú systémy interagujúce prostredníctvom zdieľanej pamäte. Bez toho, aby sme teraz zachádzali do technických detailov, povedzme si pár slov o typoch architektúr moderných superpočítačov.

Myšlienka masívne paralelných distribuovaných pamäťových systémov (Massively Parallel Processing, MPP) je pomerne jednoduchá. Na tento účel sa používajú bežné mikroprocesory, z ktorých každý je vybavený vlastnou lokálnou pamäťou a je pripojený cez nejaké spínacie médium. Takáto architektúra má veľa výhod. Ak potrebujete vysoký výkon, potom môžete pridať ďalšie procesory a ak sú financie obmedzené alebo potrebný výpočtový výkon je známy vopred, potom je ľahké zvoliť optimálnu konfiguráciu. MPP má však aj nevýhody. Faktom je, že interakcia medzi procesormi je oveľa pomalšia ako spracovanie údajov samotnými procesormi.

V paralelných počítačoch so zdieľanou pamäťou je všetka RAM zdieľaná medzi niekoľkými rovnakými procesormi. To odstraňuje problémy predchádzajúcej triedy, ale pridáva nové. Faktom je, že počet procesorov, ktoré majú prístup k zdieľanej pamäti, nemôže byť z čisto technických dôvodov veľký.

Hlavnými znakmi vektorových dopravníkových počítačov sú, samozrejme, potrubné funkčné jednotky a súbor vektorových inštrukcií. Na rozdiel od tradičného prístupu vektorové inštrukcie fungujú na celých poliach nezávislých údajov, čo umožňuje efektívne načítať dostupné potrubia.

Posledný smer, prísne vzaté, nie je nezávislý, ale skôr kombináciou predchádzajúcich troch. Výpočtový uzol je tvorený niekoľkými procesormi (tradičnými alebo vektorovými) a ich spoločnou pamäťou. Ak prijatý výpočtový výkon nestačí, skombinujte niekoľko uzlov s vysokorýchlostnými kanálmi. Ako viete, takáto architektúra sa nazýva klaster.

MPP systémy

Masívne paralelné škálovateľné systémy sú navrhnuté tak, aby riešili aplikované problémy, ktoré si vyžadujú veľké množstvo výpočtov a spracovania dát. Zvážme ich podrobnejšie. Spravidla pozostávajú z homogénnych výpočtových uzlov vrátane:

• jedna alebo viac centrálnych procesorových jednotiek;
• lokálna pamäť (priamy prístup do pamäte iných uzlov nie je možný);
• komunikačný procesor alebo sieťový adaptér;
• niekedy pevné disky a/alebo iné I/O zariadenia.

Okrem toho je možné do systému pridať špeciálne I/O uzly a riadiace uzly. Všetky sú prepojené cez nejaké komunikačné médium (vysokorýchlostná sieť, switch a pod.). Čo sa týka OS, sú dve možnosti. V prvom prípade beží plnohodnotný OS iba na riadiacom stroji, pričom na každom uzle beží výrazne skrátená verzia OS, ktorá zabezpečuje len chod vetvy paralelnej aplikácie v ňom umiestnenej. Inak na každom uzle beží plnohodnotný OS podobný UNIXu.

Počet procesorov v distribuovaných pamäťových systémoch je teoreticky neobmedzený. Pomocou takýchto architektúr je možné budovať škálovateľné systémy, ktorých výkon lineárne rastie s nárastom počtu procesorov. Mimochodom, samotný výraz "masívne paralelné systémy" sa zvyčajne používa na označenie takýchto škálovateľných počítačov s veľkým počtom (desiatkami a stovkami) uzlov. Škálovateľnosť výpočtového systému je potrebná na proporcionálne zrýchlenie výpočtov, ale, žiaľ, nestačí. Na získanie adekvátneho zisku pri riešení problému je tiež potrebný škálovateľný algoritmus, ktorý dokáže zaťažiť všetky procesory superpočítačov užitočnými výpočtami.

Pripomeňme, že existujú dva modely vykonávania programu na viacprocesorových systémoch: SIMD (jednotný tok inštrukcií - viacero tokov údajov) a MIMD (viac tokov inštrukcií - viacero tokov údajov). Prvý predpokladá, že všetky procesory vykonávajú rovnakú inštrukciu, ale každý na vlastných údajoch. V druhej každý procesor spracováva svoj vlastný tok inštrukcií.

V systémoch s distribuovanou pamäťou je na odosielanie informácií z procesora do procesora potrebný mechanizmus na odovzdávanie správ cez sieť spájajúcu výpočtové uzly. Na abstrahovanie od detailov fungovania komunikačného hardvéru a na programovanie na vysokej úrovni sa zvyčajne používajú knižnice odovzdávania správ.

Superpočítače Intel

Spoločnosť Intel Corporation (http://www.intel.com) je vo svete superpočítačov dobre známa. Jeho multiprocesorové počítače Paragon s distribuovanou pamäťou sa stali takými klasickými, ako sú vektorové pipeline počítače Cray Research.

Intel Paragon používa päť 50 MHz procesorov i860 XP na každý uzol. Niekedy sú v jednom uzle umiestnené procesory rôznych typov: skalárny, vektorový a komunikačný. Ten slúži na odbremenenie hlavného procesora od vykonávania operácií súvisiacich s prenosom správ.

Najvýznamnejšou charakteristikou novej paralelnej architektúry je typ komunikačného hardvéru. Od neho závisia dva najdôležitejšie ukazovatele výkonu superpočítača – rýchlosť prenosu dát medzi procesormi a réžia na prenos jednej správy.

Prepojenie je navrhnuté tak, aby poskytovalo vysokorýchlostné správy s minimálnou latenciou. Spája viac ako tisíc heterogénnych uzlov v dvojrozmernej obdĺžnikovej mriežkovej topológii. Pri vývoji väčšiny aplikácií však môžete zvážiť, že ktorýkoľvek uzol je priamo spojený so všetkými ostatnými uzlami. Prepojenie je škálovateľné: jeho priepustnosť sa zvyšuje s počtom uzlov. Pri navrhovaní sa vývojári snažili minimalizovať účasť na prenose správ tých procesorov, ktoré vykonávajú používateľské procesy. Na tento účel boli zavedené špeciálne procesory na spracovanie správ, ktoré sú umiestnené na hostiteľskej doske a sú zodpovedné za spracovanie protokolu správ. Výsledkom je, že procesory hlavného uzla nie sú odvádzané od riešenia problému. Predovšetkým nedochádza k príliš drahému prepínaniu z úlohy na úlohu a riešenie aplikovaných problémov prebieha súbežne s výmenou správ.

Samotný prenos správ je realizovaný smerovacím systémom založeným na komponentoch smerovača sieťových uzlov (Mesh Router Components, MRC). Pre prístup k MRC tohto uzla do jeho pamäte má uzol aj špeciálny sieťový radič rozhrania, čo je na mieru vyrobený VLSI, ktorý zabezpečuje simultánny prenos do pamäte uzla a naopak a tiež monitoruje chyby pri prenose správ.

Modulárny dizajn Intel Paragon umožňuje viac než len podporu škálovateľnosti. Umožňuje nám to očakávať, že táto architektúra bude slúžiť ako základ pre nové počítače založené na iných mikroprocesoroch alebo využívajúce nové technológie zasielania správ. Škálovateľnosť tiež závisí od rovnováhy rôznych blokov superpočítača na rôznych úrovniach; v opačnom prípade sa s rastúcim počtom uzlov môže niekde v systéme objaviť úzke miesto. Rýchlosť a kapacita pamäte uzlov sú teda v rovnováhe s priepustnosťou a oneskoreniami prepojenia a výkon procesorov v uzloch je v rovnováhe so šírkou pásma vyrovnávacej pamäte a RAM atď.

Až donedávna bol jedným z najrýchlejších počítačov Intel ASCI Red, duchovným dieťaťom Accelerated Strategic Computing Initiative (ASCI). Tohto programu sa zúčastňujú tri z najväčších národných laboratórií USA (Livermore, Los Alamos a Sandia). ASCI Red, postavený pre Ministerstvo energetiky USA v roku 1997, kombinuje 9152 procesorov Pentium Pro, má 600 GB celkovej pamäte RAM a celkovú priepustnosť 1 800 miliárd operácií za sekundu.

Superpočítače IBM

Keď sa na trhu počítačov objavili univerzálne systémy so škálovateľnou paralelnou architektúrou SP (Scalable POWER parallel) od IBM Corporation (http://www.ibm.com), rýchlo si získali obľubu. Dnes takéto systémy fungujú v rôznych oblastiach použitia, ako je výpočtová chémia, analýza nehôd, návrh elektronických obvodov, seizmická analýza, modelovanie nádrží, podpora rozhodovania, analýza údajov a online spracovanie transakcií. Úspech systémov SP je určený predovšetkým ich všestrannosťou, ako aj flexibilitou architektúry založenej na modeli distribuovanej pamäte s odovzdávaním správ.

Všeobecne povedané, superpočítač SP je škálovateľný, masívne paralelný univerzálny výpočtový systém, ktorý je súborom základňových staníc RS/6000 prepojených vysokovýkonným prepínačom. Ozaj, kto by nepoznal napríklad superpočítač Deep Blue, ktorý dokázal poraziť Garryho Kasparova v šachu? Jedna z jeho modifikácií však pozostáva z 32 uzlov (IBM RS/6000 SP) založených na 256 procesoroch P2SC (Power Two Super Chip).

Rodina RS/6000 je druhou generáciou počítačov IBM založených na architektúre RISC (Restricted Instruction Set), vyvinutej spoločnosťou koncom 70-tych rokov. Tento koncept využíva veľmi jednoduchý súbor príkazov na vykonanie všetkej práce na počítačovom systéme. Keďže inštrukcie sú jednoduché, môžu byť vykonávané veľmi vysokou rýchlosťou a tiež poskytujú efektívnejšiu implementáciu spustiteľného programu. Rodina RS/6000 je založená na architektúre POWER (Performance Optimized RISC Architecture) a jej derivátoch, PowerPC, P2SC, POWER3 atď. Keďže architektúra POWER kombinuje koncepcie architektúry RISC s niektorými tradičnejšími koncepciami, výsledkom je systém s optimálnym celkovým výkon.

Systém RS/6000 SP poskytuje výkon viacerých procesorov na riešenie najnáročnejších výpočtových úloh. SP Switching System je najnovší vývoj IBM v oblasti medziprocesorovej komunikácie s vysokou šírkou pásma a bez latencie pre efektívne paralelné výpočty. Niekoľko druhov uzlov procesora, rám (rack) s meniteľnou veľkosťou a množstvo ďalších možností I/O zaisťujú výber najvhodnejšej konfigurácie systému. SP je podporovaný poprednými dodávateľmi softvéru v oblastiach, ako sú paralelné databázy a spracovanie transakcií v reálnom čase, ako aj hlavní predajcovia technického softvéru v oblastiach, ako je spracovanie seizmických údajov a inžiniersky dizajn.

IBM RS/6000 SP umožňuje aplikáciám prostredníctvom paralelného spracovania. Systém odstraňuje obmedzenia výkonu, pomáha predchádzať problémom spojeným so škálovaním a prítomnosťou nedeliteľných, samostatne vykonávaných fragmentov. Spoločnosť SP, ktorú celosvetovo inštalovalo viac ako tisíc zákazníkov, ponúka riešenia pre zložité a veľkoobjemové technické a komerčné aplikácie.

Hlavná jednotka SP je procesorový uzol, ktorý má architektúru pracovnej stanice RS/6000. Existuje niekoľko typov uzlov SP: Thin, Wide, High, ktoré sa líšia množstvom technických parametrov. Napríklad High uzly založené na POWER3-II obsahujú až 16 procesorov a až 64 GB pamäte, zatiaľ čo tenké uzly umožňujú maximálne 4 procesory a 16 GB pamäte.

Systém je škálovateľný až na 512 uzlov, pričom je možné kombinovať uzly rôznych typov. Uzly sú inštalované v stojanoch (až 16 uzlov v každom). SP dokáže škálovať disky takmer lineárne spolu s procesormi a pamäťou, čo umožňuje skutočný prístup k terabajtom pamäte. Toto zvýšenie výkonu zjednodušuje rozširovanie a rozširovanie systému.

Uzly sú vzájomne prepojené vysokovýkonným prepínačom (IBM high-performance switch), ktorý má viacstupňovú štruktúru a pracuje s prepínaním paketov.

Každý hostiteľ SP beží na úplnom OS AIX, čo umožňuje používať tisíce už existujúcich aplikácií AIX. Okrem toho je možné uzly systému kombinovať do skupín. Napríklad niekoľko uzlov môže fungovať ako servery Lotus Notes, zatiaľ čo všetky ostatné spracovávajú paralelnú databázu.

Správa veľkých systémov je vždy výzvou. SP na tento účel používa jedinú grafickú konzolu, ktorá zobrazuje stav hardvéru a softvéru, spustené úlohy a informácie o používateľovi. Správca systému pomocou takejto konzoly (manažérskej pracovnej stanice) a softvérového produktu PSSP (Parallel Systems Support Programs) pripojeného k SP vykonáva úlohy správy vrátane správy ochrany heslom a používateľských oprávnení, účtovania vykonaných úloh, správy tlače, monitorovania systému. , spustenie a vypnutie systému.

Najlepší z najlepších

Ako už bolo uvedené, podľa Top500 (tabuľka) je najvýkonnejším superpočítačom súčasnosti ASCI White, ktorý zaberá plochu veľkosti dvoch basketbalových ihrísk a je inštalovaný v Livermore National Laboratory. Zahŕňa 512 SMP uzlov založených na 64-bitových procesoroch POWER3-II (celkovo 8192 procesorov) a využíva novú komunikačnú technológiu Colony s priepustnosťou okolo 500 MB/s, čo je takmer štyrikrát rýchlejšie ako u SP high- prepínač výkonu.

Superpočítač ASCI White.

Top 10 Top500 (18. vydanie)

pozícia	Výrobca	Počítač	Kde je nainštalovaný	Krajina	rok	Počet procesorov
1	IBM	ASCI biela		USA	2000	8192
2	Compaq	AlphaServer SC	Pittsburghské superpočítačové centrum	USA	2001	3024
3	IBM	SP Power3	Energetický výskumný ústav NERSC	USA	2001	3328
4	Intel	ASCI červená	Národné laboratórium Sandia	USA	1999	9632
5	IBM	ASCI Blue Pacific	Národné laboratórium v ​​Livermore	USA	1999	5808
6	Compaq	AlphaServer SC		USA	2001	1536
7	Hitachi	SR8000/MPP	Tokijskej univerzite	Japonsko	2001	1152
8	SGI	ASCI Modrá hora	Národné laboratórium Los Alamos	USA	1998	6144
9	IBM	SP Power3	Oceánografické centrum NAVOCEANO	USA	2000	1336
10	IBM	SP Power3	Nemecká meteorologická služba	Nemecko	2001	1280

Architektúra nového superpočítača je založená na osvedčenej masívne paralelnej architektúre RS/6000 a poskytuje výkon 12,3 TFlops (bilióny operácií za sekundu). Systém obsahuje celkovo 8 TB pamäte RAM rozloženej medzi 16 uzlov SMP a 160 TB miesta na disku. Na prepravu systému z laboratórií IBM v štáte New York do Livermore v Kalifornii bolo potrebných 28 nákladných prívesov.

Všetky uzly v systéme bežia AIX. Tento superpočítač používajú vedci z amerického ministerstva energetiky na výpočet zložitých 3D modelov, aby boli jadrové zbrane v bezpečí. Samotný ASCI White je tretím krokom v päťstupňovom programe ASCI, ktorý plánuje vytvoriť nový superpočítač v roku 2004. Vo všeobecnosti ASCI White pozostáva z troch samostatných systémov, z ktorých najväčší je White (512 uzlov, 8192 procesorov) a je tu aj Ice (28 uzlov, 448 procesorov) a Frost (68 uzlov, 1088 procesorov).

Predchodcom ASCI White bol superpočítač Blue Pacific (známy aj ako ASCI Blue), ktorý obsahoval 1464 štvorprocesorových uzlov založených na kryštáloch PowerPC 604e/332 MHz. Uzly sú spojené do jedného systému pomocou káblov s celkovou dĺžkou takmer päť míľ a plocha strojovne je 8 000 štvorcových stôp. Systém ASCI Blue pozostáva celkovo z 5856 procesorov a poskytuje špičkový výkon 3,88 teraflopov. Celková veľkosť pamäte RAM je 2,6 TB.

Americké Národné centrum pre výskum atmosféry (NCAR) vybralo IBM za dodávateľa najvýkonnejšieho superpočítača na svete určeného na predpovedanie klimatických zmien. Systém známy ako Blue Sky, keď bude tento rok plne funkčný, zvýši možnosti modelovania klímy NCAR rádovo. Jadrom Blue Sky bude superpočítač IBM SP a systémy IBM eServer p690, ktorých využitie umožní dosiahnuť špičkový výkon takmer 7 Tflops s 31,5 TB diskovým subsystémom IBM SSA.

Superpočítač s názvom Modrá búrka uvádza do prevádzky Európske centrum pre strednodobé predpovede počasia (ECMWF). Blue Storm bude dvakrát výkonnejší ako ASCI White. Na jeho vytvorenie potrebujete 100 serverov IBM eServer p690, známych aj ako Regatta. Každá systémová jednotka veľkosti chladničky obsahuje viac ako tisíc procesorov. V roku 2004 bude Blue Storm vybavený servermi novej generácie p960, vďaka ktorým bude dvakrát výkonnejší. Na superpočítači pobeží OS AIX. Na začiatku bude celková kapacita diskov Blue Storm 1,5 petabajtu s výpočtovým výkonom približne 23 Tflops. Systém bude vážiť 130 ton a bude 1700-krát výkonnejší ako šachový superpočítač Deep Blue.

Výskumníci IBM spolupracujú s Livermore National Laboratory na počítačoch Blue Gene/L a Blue Gene/C. Tieto počítače sú súčasťou 5-ročného projektu Blue Gene, ktorý sa začal už v roku 1999 a skúmal proteíny, do ktorého sa investovalo 100 miliónov dolárov. Vytvorenie nového superpočítača Blue Gene / L (200 Tflop) bude dokončené v roku 2004 - o šesť mesiacov v roku skôr, ako sa očakávalo dokončenie výkonnejšieho počítača Blue Gene/C (1000 TFLOPS). Dizajnový výkon Blue Gene/L tak prekoná kombinovaný výkon 500 najvýkonnejších počítačov sveta. Nový superpočítač zároveň zaberá plochu rovnajúcu sa len polovici tenisového kurtu. Inžinieri IBM tiež pracovali na znížení spotreby energie – tá sa znížila 15-krát.

Simulátor Zeme Podľa magazínu New Scientist sa superpočítačový systém NEC pre projekt Earth Simulator spoločnosti NEC Corporation umiestni na prvom mieste v novej, 19. verzii rebríčka Top500 superpočítačov. Je inštalovaný v Japonskom inštitúte pre vedy o Zemi (Yokohamský inštitút pre vedy o Zemi) v Kanagawa, prefektúra Jokohama. Vývojári tvrdia, že jeho maximálny výkon môže dosiahnuť 40 Tflops. Superpočítač Earth Simulator je určený na simuláciu klimatických zmien na základe satelitných údajov. Podľa predstaviteľov NEC je vysoký výkon počítača dosiahnutý použitím špeciálne navrhnutých vektorových procesorov. Systém je založený na 5 120 týchto procesoroch, kombinovaných do 640 uzlov SX-6 (každý 8 procesorov). Na superpočítači beží SUPER-UX OS. Vývojové nástroje zahŕňajú kompilátory C/C++, Fortran 90 a HPF, ako aj nástroje na automatickú vektorizáciu, implementáciu rozhrania MPI-2 a matematickú knižnicu ASL/ES. Celý stroj pokrýva plochu troch tenisových kurtov (50x65 m) a využíva niekoľko kilometrov kábla.