Posljednjih godina tvrtke za računalni dizajn i proizvodnju neumorno rade. Kao rezultat toga, količina tehnologije u svijetu eksponencijalno raste.

Najjača računala

Još nedavno svijet nije znao za DirectX10, a grafika FarCryja ili NFS Underground 2 činila se vrhuncem računalnih mogućnosti. Nekad se disk na koji može pohraniti 600 megabajta informacija činio kao čudo tehnologije, a sada su terabajtne memorijske kartice slobodno dostupne.

U području superračunala događa se uglavnom ista stvar. Godine 1993., profesor Sveučilišta Tennessee Jack Dongarra došao je na ideju stvaranja ljestvice najmoćnijih računala na svijetu. Od tada se ovaj popis, nazvan TOP500, ažurira dva puta godišnje: u lipnju i studenom.

Vrijeme prolazi, a vodeći u ocjenama superračunala ranih 90-ih već su bezbožno zastarjeli čak i po standardima običnih korisnika računala. Dakle, prvi 1993. godine bio je CM-5/1024, kojeg je sastavio Thinking Machines: 1024 procesora s radnom taktom od 32 MHz, brzinom računanja od 59,7 gigaflopsa - nešto brže od običnog računala s 8 jezgri ispod vašeg stola. Koje je najbolje računalo danas?

Sunway TaihuLight

Prije samo pet godina glavnu prednost po snazi uporno su držala superračunala proizvedena u SAD-u. Godine 2013. kineski znanstvenici preuzeli su vodstvo i, očito, neće ga se odreći.

Trenutačno najmoćnijim računalom na svijetu smatra se Sunway TaihuLight (u prijevodu “Božanska svjetlosna snaga jezera Taihu”), grandiozni stroj s brzinom računanja od 93 petaflopa (maksimalna brzina - 125,43 petaflopa). To je 2,5 puta snažnije od prethodnog rekordera - superračunala Tianhe-2, koje se do lipnja 2016. smatralo najsnažnijim.

Sunway Taihulight ima 10,5 milijuna ugrađenih jezgri (40.960 procesora, svaki s 256 računalnih i 4 kontrolne jezgre).

Ovako izgleda najjače računalo 2016. godine

Sva oprema razvijena je i proizvedena u Kini, dok je procesore dosadašnjeg najjačeg računala proizvela američka tvrtka Intel. Trošak Sunway TaihuLighta procjenjuje se na 270 milijuna dolara. Superračunalo se nalazi u Nacionalnom centru za superračunala okruga Wuxi.

Rekorderi prethodnih godina

Do lipnja 2016. (a popis TOP500 ažurira se svakog lipnja i studenog), najsnažnije i najbrže računalo bio je superstroj Tianhe-2 (u prijevodu s kineskog "Mliječni put"), razvijen u Kini na Sveučilištu obrambene znanosti i tehnologije u Changsha uz pomoć tvrtke Inspur.

Snaga Tianhe-2 osigurava 2507 trilijuna operacija u sekundi (33,86 petaflopa u sekundi), vrhunska izvedba je 54,9 petaflopa. Kineski razvoj je na vrhu ove ljestvice od svog lansiranja 2013. – nevjerojatno impresivna brojka!

Superračunalo Tianhe-2

Karakteristike Tianhe-2 su sljedeće: 16 tisuća čvorova, 32 tisuće 12-jezgrenih Intel Xeon E5-2692 procesora i 48 tisuća 57-jezgrenih Intel Xeon Phi 31S1P akceleratora, što ukupno znači 3.120.000 jezgri; 256 tisuća DDR3 RAM stickova od po 4 GB i 176.000 GDDR5 8 GB stickova - ukupno 2.432.000 GB RAM-a. Kapacitet tvrdog diska je više od 13 milijuna GB. Međutim, nećete moći igrati na njemu - namijenjen je isključivo za računalstvo, a Milky Way 2 nema instaliranu video karticu. Konkretno, pomaže u izračunima za polaganje podzemnih željeznica i urbanog razvoja.

Jaguar

Dugo je na vrhu ljestvice bio Jaguar, superračunalo iz SAD-a. Po čemu se razlikuje od ostalih i koje su mu tehničke prednosti?

Superračunalo, nazvano Jaguar, sastoji se od velikog broja neovisnih ćelija podijeljenih u dva dijela - XT4 i XT5. Posljednji odjeljak sadrži točno 18688 računskih ćelija. Svaka ćelija sadrži dva šesterojezgrena AMD Opteron 2356 procesora frekvencije 2,3 GHz, 16 GB DDR2 RAM-a, kao i SeaStar 2+ ruter. Čak i jedna ćelija iz ovog dijela bila bi dovoljna za stvaranje najsnažnijeg računala za igranje. Odjeljak sadrži samo 149.504 računalnih jezgri, ogromnu količinu RAM-a - više od 300 TB, kao i performanse od 1,38 petaflopa i više od 6 petabajta prostora na disku.

Izrada računalnog čudovišta

XT4 particija sadrži 7832 ćelije. Njihove su karakteristike skromnije od onih u prethodnoj sekciji XT5: svaka ćelija sadrži jedan šesterojezgreni procesor s frekvencijom od 2,1 GHz, 8 GB RAM-a i usmjerivač SeaStar 2. Ukupno sekcija ima 31.328 računalnih jezgri i više od 62 TB memorije, kao i vrhunske performanse od 263 TFLOPS-a i više od 600 TB prostora na disku. Superračunalo Jaguar radi na vlastitom operativnom sustavu Cray Linux Environment.

Još jedno računalo diše u leđa Jaguaru, idejnom djetetu IBM-a - Roadrunner. Najmoćnije računalno čudovište sposobno je izračunati do 1000 000 000 000 operacija u sekundi. Razvijen je posebno za Nacionalnu upravu za nuklearnu sigurnost Ministarstva energetike u Los Alamosu. Uz pomoć ovog superračunala planirali su pratiti rad svih nuklearnih postrojenja u Sjedinjenim Državama.

Najveća brzina obrade Road Runnera je oko 1,5 petaflopa. Riječ je o ukupnom kapacitetu od 3456 originalnih tri-blade poslužitelja, od kojih je svaki sposoban izvesti oko 400 milijardi operacija u sekundi (odnosno 400 gigaflopa). Unutar Roadrunnera nalazi se oko 20 tisuća dvojezgrenih procesora visokih performansi - 12.960 Cell Broadband Engine i 6948 AMD Opteron, zamisao samog IBM-a. Takvo superračunalo ima sistemsku memoriju od 80 terabajta.

Dakle, koliko prostora zauzima ovo čudo tehnologije? Stroj je smješten na površini od 560 četvornih metara. A sva oprema odjela upakirana je u poslužitelje originalne arhitekture. Sva oprema teška je oko 23 tone. Dakle, da bi ga prevezli, osoblju Nacionalne uprave za nuklearnu sigurnost trebat će najmanje 21 veliki traktor.

Nekoliko riječi o tome što je petaflops. Jedan petaflop približno je jednak ukupnoj snazi 100 tisuća modernih prijenosnih računala. Ako zamislite, mogu asfaltirati cestu dugu gotovo dva i pol kilometra. Još jedna dostupna usporedba: u roku od 46 godina cjelokupno stanovništvo planete koristit će kalkulatore za izračune koje Roadrunner može napraviti u jednom danu. Možete li zamisliti koliko će malo Sunwayu TaihuLighu, lideru naše ocjene, trebati?

titan

U 2012., Nacionalni laboratorij Oak Ridge Ministarstva energetike SAD-a lansirao je superračunalo Titan, koje je ocijenjeno na 20 petaflopsa—drugim riječima, može izvesti kvadrilijun operacija s pomičnim zarezom u jednoj sekundi.

Titan je razvio Cray. Osim Titana, američki su stručnjaci posljednjih godina razvili još dva superračunala. Jedna od njih - Mira - namijenjena je industrijskim i znanstveno-istraživačkim potrebama, a uz pomoć druge - Sequoie - simuliraju pokuse nuklearnog oružja. IBM Corporation stoji iza svih ovih razvoja.

Najmoćnije računalo u Rusiji

Nažalost, ruski razvoj "Lomonosov-2", prepoznat kao najmoćnije računalo u Rusiji, tek je na 41. mjestu u TOP500 (od lipnja 2016.). Sjedište mu je u Znanstvenom računskom centru Moskovskog državnog sveučilišta. Snaga domaćeg superračunala je 1.849 petaflopa, vršna snaga je oko 2,5 petaflopa. Broj jezgri: 42.688.

Pretplatite se na naš kanal u Yandex.Zen

Superračunalo Titan

Ljudi još uvijek ne lete na Mars, rak još nije izliječen, a nismo se riješili ovisnosti o nafti. Pa ipak, postoje područja u kojima je čovječanstvo postiglo nevjerojatan napredak u posljednjim desetljećima. Računalna snaga računala samo je jedna od njih.

Dva puta godišnje stručnjaci Nacionalnog laboratorija Lawrence Berkeley i Sveučilišta Tennessee objavljuju Top 500 koji nudi listu najmoćnijih superračunala na svijetu.

Gledajući malo unaprijed, predlažemo da unaprijed kušate ove brojke: produktivnost predstavnika prvih deset mjeri se u desecima kvadrilijuna promašaja. Za usporedbu: ENIAC, prvo računalo u povijesti, imao je snagu od 500 flopsa; Danas prosječno osobno računalo ima stotine gigaflopsa (milijarde flopsa), iPhone 6 ima otprilike 172 gigaflopsa, a PS4 ima 1,84 teraflopsa (trilijun flopsa).

Naoružan najnovijim Top 500 iz studenog 2014., Naked Science odlučio je otkriti kojih je 10 najmoćnijih superračunala na svijetu i za koje probleme je potrebna tako golema računalna snaga da bi se riješili.

Lokacija: SAD
Performanse: 3,57 petaflopa
Teoretski maksimalni učinak: 6,13 petaflopa
Snaga: 1,4 MW

Kao i gotovo sva moderna superračunala, uključujući i ona predstavljena u ovom članku, CS-Storm se sastoji od mnogo procesora ujedinjenih u jednu računalnu mrežu koja se temelji na principu masivne paralelne arhitekture. U stvarnosti, ovaj sustav se sastoji od mnogo regala ("kabineta") s elektronikom (čvorovi koji se sastoje od višejezgrenih procesora), koji tvore čitave hodnike.

Cray CS-Storm je cijeli niz klastera superračunala, no jedan od njih ipak se izdvaja od ostalih. Točnije, radi se o misterioznom CS-Stormu, kojeg američka vlada koristi u nepoznate svrhe i na nepoznatoj lokaciji.

Ono što se zna jest da su američki dužnosnici kupili izuzetno učinkovit po pitanju potrošnje energije (2386 megaflopa po 1 Wattu) CS-Storm s ukupnim brojem jezgri od gotovo 79 tisuća od američke tvrtke Cray.

Na web-mjestu proizvođača, međutim, stoji da su klasteri CS-Storm prikladni za računalstvo visokih performansi u područjima kibernetičke sigurnosti, geoprostorne inteligencije, prepoznavanja uzoraka, obrade seizmičkih podataka, renderiranja i strojnog učenja. Negdje u ovoj seriji vjerojatno se ustalila upotreba vladinog CS-Storma.

CRAY CS-STORM

9. Vulkan – Plavi Gen/Q

Lokacija: SAD
Performanse: 4,29 petaflopa
Teoretski maksimalni učinak: 5,03 petaflopa
Snaga: 1,9 MW

“Vulcan” je razvila američka tvrtka IBM, pripada obitelji Blue Gene i nalazi se u Nacionalnom laboratoriju Lawrence Livermore. Superračunalo, u vlasništvu američkog ministarstva energetike, sastoji se od 24 stalka. Klaster je započeo s radom 2013. godine.

Za razliku od već spomenutog CS-Storma, područje primjene Vulcana je dobro poznato – razna znanstvena istraživanja, pa tako i na području energetike, poput modeliranja prirodnih pojava i analize velikih količina podataka.

Različite znanstvene grupe i tvrtke mogu dobiti pristup superračunalu podnošenjem zahtjeva Inovacijskom centru za računalstvo visokih performansi (HPC Innovation Center), sa sjedištem u istom Nacionalnom laboratoriju Livermore.

Superračunalo Vulkan

8. Juqueen – Blue Gene/Q

Lokacija: Njemačka
Performanse: 5 petaflopa
Teoretski maksimalni učinak: 5,87 petaflopa
Snaga: 2,3 MW

Od lansiranja 2012. Juqueen je drugo najsnažnije superračunalo u Europi i prvo u Njemačkoj. Kao i Vulcan, ovaj klaster superračunala razvio je IBM u sklopu projekta Blue Gene i pripada istoj generaciji Q.

Superračunalo se nalazi u jednom od najvećih istraživačkih centara u Europi u Jülichu. Koristi se u skladu s tim - za računalstvo visokih performansi u raznim znanstvenim istraživanjima.

Juqueen superračunalo

7. Stampedo – PowerEdge C8220

Lokacija: SAD
Performanse: 5,16 petaflopa
Teoretski maksimalni učinak: 8,52 petaflopa
Snaga: 4,5 MW

Smješten u Teksasu, Stampede je jedini klaster u prvih deset od Top 500 koji je razvila američka tvrtka Dell. Superračunalo se sastoji od 160 regala.

Ovo superračunalo najjače je na svijetu među onima koji se koriste isključivo u istraživačke svrhe. Pristup objektima Stampedea otvoren je znanstvenim grupama. Klaster se koristi u širokom rasponu znanstvenih područja – od precizne tomografije ljudskog mozga i predviđanja potresa do identificiranja obrazaca u glazbi i jezičnim strukturama.

Stampedo superračunala

6. Piz Daint – Cray XC30

Lokacija: Švicarska
Performanse: 6,27 petaflopa
Teoretski maksimalni učinak: 7,78 petaflopa
Snaga: 2,3 MW

Švicarski nacionalni centar za superračunala (CSCS) može se pohvaliti najjačim superračunalom u Europi. Piz Daint, nazvan po alpskoj planini, razvio je Cray i pripada obitelji XC30, unutar koje je najproduktivniji.

Piz Daint se koristi u različite istraživačke svrhe, kao što su računalne simulacije u području fizike visokih energija.

Superračunalo Piz Daint

5. Mira – Blue Gene/Q

Lokacija: SAD
Performanse: 8,56 petaflopa
Teoretski maksimalni učinak: 10,06 petaflopa
Snaga: 3,9 MW

Superračunalo Mira razvio je IBM u sklopu projekta Blue Gene 2012. godine. Odjel za računalstvo visokih performansi Nacionalnog laboratorija Argonne, u kojem se nalazi klaster, stvoren je uz financiranje vlade. Vjeruje se da je porast interesa za tehnologiju superračunala iz Washingtona kasnih 2000-ih i ranih 2010-ih uzrokovan rivalstvom s Kinom u ovom području.

Smještena na 48 polica, Mira se koristi u znanstvene svrhe. Na primjer, superračunalo se koristi za klimatsko i seizmičko modeliranje, što omogućuje dobivanje preciznijih podataka o predviđanju potresa i klimatskih promjena.

Superračunalo Mira

4. K Računalo

Lokacija: Japan
Performanse: 10,51 petaflopa
Teoretski maksimalni učinak: 11,28 petaflopa
Snaga: 12,6 MW

Razvijen od strane Fujitsua i smješten na Institutu za fizikalno-kemijska istraživanja u Kobeu, K Computer je jedino japansko superračunalo koje se pojavljuje u prvih deset od Top 500.

Svojedobno (lipanj 2011.) ovaj je klaster zauzeo prvo mjesto na ljestvici, postavši najproduktivnije računalo na svijetu na godinu dana. A u studenom 2011. K Computer je postao prvi u povijesti koji je postigao snagu iznad 10 petaflopa.

Superračunalo se koristi u nizu istraživačkih zadataka. Na primjer, za predviđanje prirodnih katastrofa (što je važno za Japan zbog povećane seizmičke aktivnosti regije i visoke ranjivosti zemlje u slučaju tsunamija) i računalno modeliranje u području medicine.

Superračunalo K

3. Sequoia – Blue Gene/Q

Lokacija: SAD
Performanse: 17,17 petaflopsa
Teoretski maksimalni učinak: 20,13 petaflopa
Snaga: 7,8 MW

Najmoćnije od četiri superračunala obitelji Blue Gene/Q, koja su u prvih deset u ocjeni, nalazi se u Sjedinjenim Državama u Nacionalnom laboratoriju Livermore. IBM je razvio Sequoiu za Nacionalnu upravu za nuklearnu sigurnost (NNSA), koja je trebala računalo visokih performansi za vrlo specifičnu svrhu: simuliranje nuklearnih eksplozija.

Vrijedno je spomenuti da su pravi nuklearni pokusi zabranjeni od 1963. godine, a računalna simulacija jedna je od najprihvatljivijih opcija za nastavak istraživanja u ovom području.

No, snaga superračunala iskorištena je za rješavanje drugih, puno plemenitijih problema. Na primjer, klaster je uspio postaviti rekorde u kozmološkom modeliranju, kao iu stvaranju elektrofiziološkog modela ljudskog srca.

Superračunalo Sequoia

2. Titan – Cray XK7

Lokacija: SAD
Performanse: 17,59 petaflopsa
Teoretski maksimalni učinak: 27,11 petaflopa
Snaga: 8,2 MW

Najproduktivnije superračunalo ikad stvoreno na Zapadu, kao i najmoćniji računalni klaster pod brendom Cray, nalazi se u Sjedinjenim Državama u Nacionalnom laboratoriju Oak Ridge. Unatoč činjenici da je superračunalo kojim raspolaže Ministarstvo energetike SAD-a službeno dostupno za bilo kakva znanstvena istraživanja, u listopadu 2012., kada je Titan lansiran, broj aplikacija premašio je sve granice.

Zbog toga je u Oak Ridge Laboratoryju sazvano posebno povjerenstvo koje je od 50 prijava odabralo samo 6 "najnaprednijih" projekata. Među njima, primjerice, modeliranje ponašanja neutrona u samom srcu nuklearnog reaktora, kao i predviđanje globalnih klimatskih promjena za sljedećih 1-5 godina.

Unatoč računskoj snazi i impresivnim dimenzijama (404 četvorna metra), Titan nije dugo izdržao na pijedestalu. Samo šest mjeseci nakon trijumfa u studenom 2012., američki ponos na području računarstva visokih performansi neočekivano je potisnuo domorodac s Istoka, nadmašivši dosadašnje lidere ljestvice na neviđen način.

Superračunalo Titan

1. Tianhe-2 / Mliječni put-2

Lokacija: Kina
Performanse: 33,86 petaflopa
Teoretski maksimalni učinak: 54,9 petaflopa
Snaga: 17,6 MW

Od svog prvog lansiranja, Tianhe-2, ili Mliječni put-2, bio je lider Top-500 oko dvije godine. Ovo čudovište je gotovo dvostruko snažnije od drugog na ljestvici – superračunala TITAN.

Tianhe-2, koji su razvili Sveučilište za znanost i tehnologiju Narodne oslobodilačke vojske i Inspur, sastoji se od 16 tisuća čvorova s ukupnim brojem jezgri od 3,12 milijuna. RAM ove kolosalne građevine, koja zauzima 720 četvornih metara, ima 1,4 petabajta, a uređaj za pohranu 12,4 petabajta.

Mliječna staza 2 dizajnirana je na inicijativu kineske vlade, stoga ne čudi što se čini da njegova neviđena snaga služi potrebama države. Službeno je navedeno da se superračunalo bavi raznim simulacijama, analizirajući ogromne količine podataka, kao i osiguravajući nacionalnu sigurnost Kine.

Uzimajući u obzir tajnovitost svojstvenu kineskim vojnim projektima, može se samo nagađati kakvu će vrstu Mliječni put-2 koristiti s vremena na vrijeme u rukama kineske vojske.

Superračunalo Tianhe-2

Početna → Povijest domaće računalne tehnologije → Superračunala

Superračunala

Andrej Borzenko

Superračunala su najbrža računala. Njihova glavna razlika od glavnih računala je sljedeća: svi resursi takvog računala obično su usmjereni na rješavanje jednog ili barem nekoliko zadataka što je brže moguće, dok glavna računala u pravilu obavljaju prilično velik broj zadataka koji se natječu sa svakim. drugo. Brzi razvoj računalne industrije uvjetuje relativnost osnovnog pojma - ono što se prije desetak godina moglo nazvati superračunalom, danas više ne potpada pod tu definiciju. Postoji i duhovita definicija superračunala: to je uređaj koji računalni problem svodi na ulazno-izlazni problem. Međutim, ima istine u tome: često su jedino usko grlo u brzom sustavu I/O uređaji. Koja superračunala trenutno imaju maksimalne performanse možete doznati sa službene liste petsto najjačih sustava na svijetu - Top500 (http://www.top500.org), koja se objavljuje dva puta godišnje.

U svakom su računalu svi glavni parametri usko povezani. Teško je zamisliti univerzalno računalo koje ima visoke performanse i malo RAM-a, ili ogroman RAM i mali prostor na disku. Zbog toga se superračunala trenutno ne odlikuju samo maksimalnim performansama, već i maksimalnom količinom RAM-a i diskovne memorije. Pružanje takvih tehničkih karakteristika prilično je skupo - cijena superračunala je izuzetno visoka. Koji su zadaci toliko važni da zahtijevaju sustave koji koštaju desetke ili stotine milijuna dolara? U pravilu se radi o fundamentalnim znanstvenim ili inženjerskim računalnim problemima sa širokim spektrom primjene, čije je učinkovito rješavanje moguće samo uz dostupnost snažnih računalnih resursa. Evo samo nekoliko područja u kojima se pojavljuje ova vrsta problema:

predviđanja vremena, klime i globalnih promjena atmosfere;
znanost o materijalima;
konstrukcija poluvodičkih uređaja;
supravodljivost;
strukturna biologija;
razvoj farmaceutskih proizvoda;
ljudska genetika;
kvantna kromodinamika;
astronomija;
automobilska industrija;
transportni poslovi;
hidro- i plinska dinamika;
kontrolirana termonuklearna fuzija;
učinkovitost sustava za izgaranje goriva;
istraživanje nafte i plina;
računalni problemi u znanostima o oceanu;
prepoznavanje i sinteza govora;
prepoznavanje slike.

Superračunala računaju vrlo brzo zahvaljujući ne samo korištenju najsuvremenije baze elemenata, već i novim rješenjima u arhitekturi sustava. Glavno mjesto ovdje zauzima princip paralelne obrade podataka, koji utjelovljuje ideju istovremenog (paralelnog) izvođenja nekoliko radnji. Paralelna obrada ima dvije vrste: cjevovod i stvarni paralelizam. Suština cjevovodne obrade je u isticanju pojedinih faza izvođenja opće operacije, a svaka faza, nakon što završi svoj rad, prosljeđuje rezultat sljedećoj, istovremeno prihvaćajući novi dio ulaznih podataka. Očita dobit u brzini obrade postiže se kombiniranjem prethodno raspoređenih operacija.

Ako određeni uređaj izvrši jednu operaciju u jedinici vremena, onda će izvršiti tisuću operacija u tisuću jedinica. Ako postoji pet identičnih neovisnih uređaja koji mogu raditi istovremeno, tada sustav od pet uređaja može izvesti istih tisuću operacija ne u tisuću, već u dvjesto jedinica vremena. Slično, sustav od N uređaja izvršit će isti rad u 1000/N jedinica vremena.

Naravno, danas je malo ljudi iznenađeno paralelizmom u arhitekturi računala. Svi moderni mikroprocesori koriste neki oblik paralelne obrade, čak i unutar istog čipa. Istovremeno, same te ideje pojavile su se vrlo davno. U početku su bili implementirani u najnaprednijim, i stoga pojedinačnim, računalima svog vremena. Ovdje posebnu zaslugu imaju IBM i Control Data Corporation (CDC). Govorimo o inovacijama kao što su bit-paralelna memorija, bit-paralelna aritmetika, neovisni ulazno/izlazni procesori, naredbeni cjevovod, funkcionalne jedinice neovisne o cjevovodu itd.

Obično se riječ "superračunalo" povezuje s Cray računalima, iako je danas to daleko od slučaja. Programer i glavni dizajner prvog superračunala bio je Seymour Cray, jedna od najlegendarnijih osoba računalne industrije. Godine 1972. napustio je CDC i osnovao vlastitu tvrtku Cray Research. Prvo superračunalo, CRAY-1, razvijeno je četiri godine kasnije (1976.) i imalo je vektorsku cjevovodnu arhitekturu s 12 cjevovodnih funkcionalnih jedinica. Vrhunska izvedba Cray-1 bila je 160 MT/s (vrijeme takta od 12,5 ns), a 64-bitni RAM (koji se može proširiti na 8 MB) imao je vrijeme ciklusa od 50 ns. Glavna inovacija bila je, naravno, uvođenje vektorskih naredbi koje rade s cijelim nizovima neovisnih podataka i omogućuju učinkovito korištenje cjevovodnih funkcionalnih uređaja.

Tijekom 60-ih i 80-ih godina pozornost svjetskih lidera u proizvodnji superračunala bila je usmjerena na proizvodnju računalnih sustava koji su bili dobri u rješavanju velikih problema s pomičnim zarezom. Takvih zadaća nije nedostajalo - gotovo sve su se odnosile na nuklearna istraživanja i zrakoplovno-svemirsko modeliranje i provodile su se u interesu vojske. Želja za postizanjem maksimalnih performansi u što kraćem vremenu značila je da kriterij za ocjenu kvalitete sustava nije njegova cijena, već performanse. Primjerice, superračunalo Cray-1 tada je stajalo od 4 do 11 milijuna dolara, ovisno o konfiguraciji.

Na prijelazu 80-90-ih. Hladni rat je završio i vojne narudžbe zamijenjene su komercijalnim. Do tog vremena industrija je napravila velike korake u proizvodnji serijskih procesora. Imali su približno jednaku računalnu snagu kao prilagođeni, ali su bili znatno jeftiniji. Korištenje standardnih komponenti i promjenjivog broja procesora omogućilo je rješavanje problema skalabilnosti. Sada, kako se računalno opterećenje povećavalo, bilo je moguće povećati performanse superračunala i njegovih perifernih uređaja dodavanjem novih procesora i I/O uređaja. Tako se 1990. godine pojavilo superračunalo Intel iPSC/860 s brojem procesora jednakim 128, koje je na testu LINPACK pokazalo učinak od 2,6 Gflopsa.

Prošlog studenog objavljeno je 18. izdanje liste 500 najmoćnijih računala na svijetu - Top500. Voditelj ljestvice i dalje je IBM Corporation (http://www.ibm.com) koja posjeduje 32% instaliranih sustava i 37% ukupne produktivnosti. Zanimljiva vijest je izlazak Hewlett-Packarda na drugo mjesto po broju sustava (30%). Štoviše, budući da su svi ovi sustavi relativno mali, njihova ukupna izvedba iznosi samo 15% cjelokupnog popisa. Nakon spajanja s Compaqom, očekuje se da će nova tvrtka dominirati popisom. Sljedeći po broju računala na listi su SGI, Cray i Sun Microsystems.

Najsnažnije superračunalo na svijetu i dalje je bio sustav ASCI White (vratit ćemo mu se kasnije), instaliran u Laboratoriju Livermore (SAD) i pokazao performanse od 7,2 Tflops na LINPACK testu (58% vršnih performansi). Na drugom mjestu je Compaq AlphaServer SC sustav instaliran u Pittsburgh Supercomputing Centeru s performansama od 4 Tflopa. Sustav Cray T3E zatvara popis s LINPACK performansama od 94 Gflopsa.

Vrijedno je napomenuti da je popis već uključivao 16 sustava s performansama većim od 1 teraflopa, od kojih je polovicu instalirao IBM. Broj sustava koji su klasteri malih SMP blokova u stalnom je porastu - sada se na popisu nalaze 43 takva sustava. Međutim, većina popisa i dalje je za masivne paralelne sustave (50%), a slijede ih klasteri koji se sastoje od velikih SMP sustava (29%).

Vrste arhitekture

Glavni parametar za klasifikaciju paralelnih računala je prisutnost zajedničke ili distribuirane memorije. Nešto između su arhitekture u kojima je memorija fizički distribuirana, ali se logički dijeli. Sa stajališta hardvera, dvije glavne sheme sugeriraju se za implementaciju paralelnih sustava. Prvi je nekoliko zasebnih sustava, s lokalnom memorijom i procesorima, koji međusobno djeluju u nekom okruženju slanjem poruka. Drugi su sustavi koji međusobno djeluju putem zajedničke memorije. Ne ulazeći za sada u tehničke detalje, recimo nekoliko riječi o vrstama arhitektura suvremenih superračunala.

Ideja masivno paralelnih sustava s distribuiranom memorijom (Massively Parallel Processing, MPP) prilično je jednostavna. U tu svrhu uzimaju se obični mikroprocesori od kojih je svaki opremljen vlastitom lokalnom memorijom i povezan preko neke vrste sklopnog medija. Mnogo je prednosti takve arhitekture. Ako trebate visoke performanse, možete dodati više procesora, a ako su financije ograničene ili je potrebna računalna snaga unaprijed poznata, tada je lako odabrati optimalnu konfiguraciju. Međutim, MPP ima i nedostatke. Činjenica je da je interakcija između procesora mnogo sporija od obrade podataka od strane samih procesora.

U paralelnim računalima sa zajedničkom memorijom, sav RAM dijeli nekoliko identičnih procesora. Ovo uklanja probleme prethodne klase, ali dodaje nove. Činjenica je da se broj procesora s pristupom zajedničkoj memoriji ne može povećati iz čisto tehničkih razloga.

Glavne značajke vektorskih cjevovodnih računala su, naravno, cjevovodne funkcionalne jedinice i skup vektorskih instrukcija. Za razliku od tradicionalnog pristupa, vektorske naredbe rade na cijelim nizovima neovisnih podataka, što omogućuje učinkovito učitavanje dostupnih cjevovoda.

Posljednji smjer, strogo govoreći, nije samostalan, već kombinacija prethodna tri. Računalni čvor se sastoji od nekoliko procesora (tradicionalnih ili vektorskih cjevovoda) i njihove zajedničke memorije. Ako dobivena računalna snaga nije dovoljna, tada se nekoliko čvorova kombinira s kanalima velike brzine. Kao što znate, takva se arhitektura naziva klaster.

MPP sustavi

Masivni paralelni skalabilni sustavi dizajnirani su za rješavanje aplikacijskih problema koji zahtijevaju veliku količinu računalstva i obrade podataka. Pogledajmo ih pobliže. U pravilu se sastoje od homogenih računalnih čvorova, uključujući:

jednu ili više središnjih procesorskih jedinica;
lokalna memorija (izravan pristup memoriji drugih čvorova nije moguć);
komunikacijski procesor ili mrežni adapter;
ponekad tvrdih diskova i/ili drugih ulazno/izlaznih uređaja.

Osim toga, sustavu se mogu dodati posebni I/O čvorovi i kontrolni čvorovi. Svi su povezani nekim komunikacijskim medijem (mreža velike brzine, preklopnik i sl.). Što se tiče OS-a, postoje dvije opcije. U prvom slučaju, punopravni OS radi samo na kontrolnom stroju, dok svaki čvor pokreće znatno smanjenu verziju OS-a, osiguravajući samo rad grane paralelne aplikacije koja se nalazi u njemu. U drugom slučaju, svaki čvor pokreće punopravni OS sličan UNIX-u.

Broj procesora u sustavima raspodijeljene memorije je teoretski neograničen. Korištenjem takvih arhitektura moguće je izgraditi skalabilne sustave čija izvedba raste linearno s brojem procesora. Usput, sam izraz "masivni paralelni sustavi" obično se koristi za označavanje takvih skalabilnih računala s velikim brojem (desetke i stotine) čvorova. Skalabilnost računalnog sustava neophodna je za proporcionalno ubrzanje izračuna, ali, nažalost, nije dovoljna. Da bi se postigao odgovarajući dobitak u rješavanju problema, također je potreban skalabilni algoritam koji može napuniti sve procesore superračunala korisnim izračunima.

Podsjetimo, postoje dva modela izvođenja programa na višeprocesorskim sustavima: SIMD (single instruction stream - više tokova podataka) i MIMD (multiple instruction streams - više tokova podataka). Prvi pretpostavlja da svi procesori izvršavaju istu naredbu, ali svaki na svojim podacima. U drugom, svaki procesor obrađuje vlastiti tok naredbi.

U sustavima raspodijeljene memorije, za prijenos informacija od procesora do procesora, potreban je mehanizam za prijenos poruka preko mreže koja povezuje računalne čvorove. Kako bi se apstrahirali od detalja funkcioniranja komunikacijske opreme i programa na visokoj razini, obično se koriste knjižnice za prijenos poruka.

Intelova superračunala

Intel Corporation (http://www.intel.com) dobro je poznata u svijetu superračunala. Njegova višeprocesorska računala Paragon s distribuiranom memorijom postala su klasična poput računala s vektorskim cjevovodom tvrtke Cray Research.

Intel Paragon koristi pet i860 XP procesora s taktom od 50 MHz u jednom čvoru. Ponekad se u jednom čvoru nalaze procesori različitih tipova: skalarni, vektorski i komunikacijski. Potonji služi za rasterećenje glavnog procesora od obavljanja operacija povezanih s prijenosom poruka.

Najvažnija karakteristika nove paralelne arhitekture je vrsta komunikacijske opreme. O tome ovise dva najvažnija pokazatelja rada superračunala: brzina prijenosa podataka između procesora i troškovi prijenosa jedne poruke.

Interkonekcija je dizajnirana za pružanje velikih brzina slanja poruka uz minimalnu latenciju. Omogućuje povezivanje više od tisuću heterogenih čvorova duž dvodimenzionalne pravokutne rešetkaste topologije. Međutim, za većinu razvoja aplikacija, svaki se čvor može smatrati izravno povezanim sa svim drugim čvorovima. Interkonekcija je skalabilna: njezina propusnost raste s brojem čvorova. Prilikom projektiranja, programeri su nastojali minimizirati sudjelovanje u prijenosu poruka onih procesora koji izvršavaju korisničke procese. U tu svrhu uvedeni su posebni procesori za obradu poruka koji se nalaze na ploči čvora i odgovorni su za obradu protokola za razmjenu poruka. Kao rezultat toga, glavni procesori čvorova nisu ometeni od rješavanja problema. Konkretno, nema skupog prebacivanja sa zadatka na zadatak, a rješavanje primijenjenih problema odvija se paralelno s razmjenom poruka.

Stvarni prijenos poruka provodi sustav usmjeravanja koji se temelji na komponentama usmjerivača mrežnih čvorova (Mesh Router Components, MRC). Za MRC pristup određenog čvora njegovoj memoriji, čvor također ima posebno sučelje mrežnog kontrolera, koji je prilagođeni VLSI koji omogućuje istovremeni prijenos u i iz memorije čvora, kao i praćenje grešaka tijekom prijenosa poruka.

Modularni dizajn Intel Paragona ne samo da podržava skalabilnost. To nam omogućuje da računamo na činjenicu da će ova arhitektura poslužiti kao osnova za nova računala koja se temelje na drugim mikroprocesorima ili koriste nove tehnologije slanja poruka. Skalabilnost se također oslanja na balansiranje različitih blokova superračunala na različitim razinama; inače, kako se broj čvorova povećava, negdje u sustavu može se pojaviti usko grlo. Dakle, brzina i kapacitet memorije čvorova uravnoteženi su s propusnošću i kašnjenjem međuveze, a performanse procesora unutar čvorova uravnotežene su s propusnošću predmemorije i RAM-a itd.

Donedavno je jedno od najbržih računala bilo Intel ASCI Red – zamisao Inicijative za ubrzano strateško računalstvo ASCI (Accelerated Strategic Computing Initiative). U ovom programu sudjeluju tri najveća američka nacionalna laboratorija (Livermore, Los Alamos i Sandia). Izgrađen za američko Ministarstvo energetike 1997., ASCI Red kombinira 9152 Pentium Pro procesora, ima 600 GB ukupnog RAM-a i ukupnu izvedbu od 1800 milijardi operacija u sekundi.

IBM superračunala

Kada su se na tržištu računala pojavili univerzalni sustavi s skalabilnom paralelnom arhitekturom SP (Scalable POWER parallel) tvrtke IBM Corporation (http://www.ibm.com), brzo su stekli popularnost. Danas takvi sustavi rade u različitim područjima primjene, kao što je računalna kemija, analiza nesreća, dizajn elektroničkih sklopova, seizmička analiza, modeliranje ležišta, podrška odlučivanju, analitika podataka i online obrada transakcija. Uspjeh SP sustava prvenstveno je određen njihovom svestranošću, kao i fleksibilnošću arhitekture, koja se temelji na modelu distribuirane memorije s prijenosom poruka.

Općenito govoreći, SP superračunalo je skalabilni, masovno paralelni računalni sustav opće namjene koji se sastoji od skupa RS/6000 baznih stanica povezanih preklopnikom visokih performansi. Doista, tko ne zna, na primjer, superračunalo Deep Blue, koje je uspjelo pobijediti Garryja Kasparova u šahu? Ali jedna od njegovih modifikacija sastoji se od 32 čvora (IBM RS/6000 SP), temeljena na 256 P2SC (Power Two Super Chip) procesora.

Obitelj RS/6000 je IBM-ova druga generacija računala, temeljena na arhitekturi ograničenog skupa instrukcija (RISC) koju je razvila korporacija kasnih 1970-ih. S ovim konceptom, vrlo jednostavan skup naredbi koristi se za obavljanje svih poslova u računalnom sustavu. Budući da su naredbe jednostavne, mogu se izvršavati vrlo velikim brzinama i također omogućuju učinkovitiju implementaciju izvršnog programa. Obitelj RS/6000 temelji se na POWER arhitekturi (Performance Optimized by Advanced RISC architecture) i njenim derivatima - PowerPC, P2SC, POWER3 itd. Budući da POWER arhitektura kombinira koncepte RISC arhitekture s nekim tradicionalnijim konceptima, rezultat je sustav s optimalna ukupna izvedba.

RS/6000 SP sustav pruža snagu višestrukih procesora za rješavanje najsloženijih računalnih problema. SP komutacijski sustav najnovija je IBM-ova inovacija u međuprocesorskoj komunikaciji visoke propusnosti bez kašnjenja za učinkovito paralelno računalstvo. Nekoliko tipova procesorskih čvorova, varijabilne veličine okvira (rack) i niz dodatnih I/O mogućnosti osiguravaju odabir najprikladnije konfiguracije sustava. SP podržavaju vodeći dobavljači softvera u područjima kao što su paralelne baze podataka i obrada transakcija u stvarnom vremenu, kao i glavni dobavljači tehničkog softvera u područjima kao što su seizmička obrada i inženjerski dizajn.

IBM RS/6000 SP poboljšava mogućnosti aplikacije uz paralelnu obradu. Sustav uklanja ograničenja performansi i pomaže u izbjegavanju problema povezanih sa skaliranjem i prisutnošću nedjeljivih, zasebno izvedenih fragmenata. S više od tisuću korisnika instaliranih širom svijeta, SP-ovi pružaju rješenja za složene i velike tehničke i komercijalne aplikacije.

SP glavna jedinica je procesorski čvor koji ima RS/6000 arhitekturu radne stanice. Postoji nekoliko vrsta SP čvorova: tanki, široki, visoki, koji se razlikuju u nizu tehničkih parametara. Na primjer, visoki čvorovi temeljeni na POWER3-II uključuju do 16 procesora i do 64 GB memorije, ali tanki čvorovi ne dopuštaju više od 4 procesora i 16 GB memorije.

Sustav je skalabilan do 512 čvorova, a moguće je kombinirati različite tipove čvorova. Čvorovi se postavljaju u police (do 16 čvorova u svakom). SP može skalirati diskove gotovo linearno zajedno s procesorima i memorijom, dopuštajući pravi pristup terabajtima memorije. Ovo povećanje snage olakšava izgradnju i proširenje sustava.

Čvorovi su međusobno povezani preklopnikom visokih performansi (IBM high-performance switch), koji ima višestupanjsku strukturu i radi s prespajanjem paketa.

Svaki SP čvor pokreće puni AIX operativni sustav, što vam omogućuje da iskoristite tisuće već postojećih AIX aplikacija. Osim toga, čvorovi sustava mogu se kombinirati u grupe. Na primjer, nekoliko čvorova može djelovati kao Lotus Notes poslužitelji, dok svi ostali obrađuju paralelnu bazu podataka.

Upravljanje velikim sustavima uvijek je izazovan zadatak. SP u tu svrhu koristi jednu grafičku konzolu koja prikazuje stanja hardvera i softvera, zadatke koji se izvode i korisničke informacije. Administrator sustava, koristeći takvu konzolu (kontrolnu radnu stanicu) i softverski proizvod PSSP (Parallel Systems Support Programs) koji je priključen na SP, rješava zadatke upravljanja, uključujući upravljanje zaštitom lozinkom i korisničkim dopuštenjima, računovodstvo za izvršene zadatke, upravljanje ispisom, nadzor sustava , pokretanje i gašenje sustava.

Najbolji

Kao što je već navedeno, prema Top500 (tablica), najsnažnije superračunalo našeg vremena je ASCI White, koje zauzima površinu veličine dva košarkaška igrališta i instalirano je u Livermore National Laboratory. Uključuje 512 SMP čvorova temeljenih na 64-bitnim POWER3-II procesorima (za ukupno 8192 procesora) i koristi novu Colony komunikacijsku tehnologiju s propusnošću od približno 500 MB/s, što je gotovo četiri puta brže od SP visokih performansi sklopka.

Top deset Top500 (18. izdanje)

Položaj	Proizvođač	Računalo	Gdje je instaliran	Zemlja	Godina	Broj procesora
1	IBM	ASCI Bijela		SAD	2000	8192
2	Compaq	AlphaServer SC	Pittsburgh Supercomputing Center	SAD	2001	3024
3	IBM	SP snaga3	Institut za istraživanje energije NERSC	SAD	2001	3328
4	Intel	ASCI crvena	Nacionalni laboratorij Sandia	SAD	1999	9632
5	IBM	ASCI Blue Pacific	Livermore National Laboratory	SAD	1999	5808
6	Compaq	AlphaServer SC		SAD	2001	1536
7	Hitachi	SR8000/MPP	Tokijsko sveučilište	Japan	2001	1152
8	SGI	ASCI Plava planina	Nacionalni laboratorij Los Alamos	SAD	1998	6144
9	IBM	SP snaga3	Oceanografski centar NAVOCEANO	SAD	2000	1336
10	IBM	SP snaga3	Njemačka meteorološka služba	Njemačka	2001	1280

Arhitektura novog superračunala temelji se na dokazanoj masivno paralelnoj RS/6000 arhitekturi i pruža performanse od 12,3 teraflopa (bilijuna operacija u sekundi). Sustav uključuje ukupno 8 TB RAM-a raspoređenog na 16-procesorskih SMP čvorova i 160 TB diskovne memorije. Za isporuku sustava iz laboratorija IBM-a u državi New York u Livermore u Kaliforniji bilo je potrebno 28 kamiona s prikolicama.

Svi čvorovi sustava pokreću AIX OS. Znanstvenici Ministarstva energetike SAD-a koriste superračunalo za pokretanje složenih 3D modela za očuvanje sigurnosti nuklearnog oružja. Zapravo, ASCI White je treći korak u petostupanjskom programu ASCI-ja, kojim se planira stvoriti novo superračunalo 2004. Općenito govoreći, ASCI White se sastoji od tri odvojena sustava, od kojih je White najveći (512 čvorova, 8192 procesora), a tu su i Ice (28 čvorova, 448 procesora) i Frost (68 čvorova, 1088 procesora).

Prethodnik ASCI White bilo je superračunalo Blue Pacific (drugi naziv za ASCI Blue), koje je uključivalo 1464 četveroprocesorska čvora temeljena na PowerPC 604e/332 MHz kristalima. Čvorovi su povezani u jedinstveni sustav kabelima ukupne dužine gotovo pet milja, a površina računalne sobe iznosi 8 tisuća četvornih metara. ASCI Blue sustav sastoji se od ukupno 5856 procesora i pruža vrhunske performanse od 3,88 teraflopa. Ukupna količina RAM-a je 2,6 TB.

Superračunalo se sastoji od kilometara kablova.

Američki nacionalni centar za istraživanje atmosfere (NCAR) odabrao je IBM kao dobavljača najjačeg superračunala na svijetu dizajniranog za predviđanje klimatskih promjena. Sustav, poznat kao Blue Sky, povećat će NCAR-ove mogućnosti klimatskog modeliranja za red veličine kada bude u potpunosti operativan ove godine. Jezgru Blue Skya činit će IBM SP superračunalo i IBM eServer p690 sustavi čijom će se upotrebom postići vršne performanse od gotovo 7 Tflopsa uz volumen IBM SSA disk podsustava od 31,5 TB.

Superračunalo, nazvano Blue Storm, nastaje prema narudžbi Europskog centra za srednjoročne vremenske prognoze (ECMWF). Blue Storm će biti dvostruko jači od ASCI White. Za njegovu izradu potrebno vam je 100 IBM eServer p690 poslužitelja, također poznatih kao Regatta. Svaka jedinica sustava, veličine hladnjaka, sadrži više od tisuću procesora. U 2004. godini Blue Storm će biti opremljen p960 poslužiteljima nove generacije, što će ga učiniti dvostruko snažnijim. Superračunalo će pokretati AIX OS. U početku će ukupni kapacitet Blue Storm diskova biti 1,5 petabajta, a računalna snaga oko 23 teraflopa. Sustav će težiti 130 tona, te će biti 1700 puta snažniji od šahovskog superračunala Deep Blue.

IBM-ovi istraživači surađuju s nacionalnim laboratorijem Livermore na računalima Blue Gene/L i Blue Gene/C. Ova su računala dio petogodišnjeg projekta Blue Gene koji je započeo još 1999. godine radi proučavanja proteina, u koji je uloženo 100 milijuna dolara.Stvaranje novog superračunala Blue Gene/L (200 teraflopsa) bit će dovršeno 2004. godine - za šest mjeseci - godinu dana ranije od očekivanog završetka radova na snažnijem računalu Blue Gene/C (1000 teraflopsa). Dizajnirane performanse Blue Gene/L tako će premašiti kombinirane performanse 500 najjačih računala na svijetu. U isto vrijeme, novo superračunalo zauzima površinu jednaku samo polovici teniskog terena. IBM-ovi inženjeri radili su i na smanjenju potrošnje energije - uspjeli su je smanjiti za 15 puta.

Bilješke

LINPACK testovi.
LINPACK referentne vrijednosti temelje se na rješavanju sustava linearnih jednadžbi s gustom matricom koeficijenata nad poljem realnih brojeva korištenjem Gaussove eliminacije. Realni brojevi obično se prikazuju s punom preciznošću. Zbog velikog broja operacija nad realnim brojevima, rezultati LINPACK-a smatraju se mjerilom za performanse hardverskih i softverskih konfiguracija u područjima koja intenzivno koriste složene matematičke izračune.

Simulator Zemlje.
Prema časopisu New Scientist, na novoj, 19. verziji Top500 liste superračunala, prvo mjesto će zauzeti superračunalni sustav za projekt Earth Simulator korporacije NEC. Instaliran je u Japanskom institutu za znanosti o Zemlji (Yokohama Institute for Earth Sciences) u Kanagawi, prefektura Yokohama. Programeri tvrde da njegove vrhunske performanse mogu doseći 40 Tflops.

Superračunalo Earth Simulator dizajnirano je za simulaciju klimatskih promjena na temelju podataka primljenih sa satelita. Prema predstavnicima NEC-a, visoke performanse računala postižu se korištenjem posebno dizajniranih vektorskih procesora. Sustav se temelji na 5120 takvih procesora, kombiniranih u 640 SX-6 čvorova (po 8 procesora). Superračunalo pokreće SUPER-UX OS. Razvojni alati uključuju prevoditelje za jezike C/C++, Fortran 90 i HPF, kao i alate za automatsku vektorizaciju, implementaciju MPI-2 sučelja i matematičku biblioteku ASL/ES. Cijeli stroj zauzima prostor od tri teniska terena (50 x 65 m) i koristi nekoliko kilometara kabela.

Superračunalo K Computer, koje je prethodno zauzimalo prvo mjesto, potisnuto je na treće mjesto. Njegova izvedba je 11,28 Pflops (vidi sliku 1). Podsjetimo, FLOPS (FLoating-point Operations Per Second, FLOPS) je mjerna jedinica performansi računala, koja pokazuje koliko operacija s pomičnim zarezom u sekundi je određeni računalni sustav sposoban izvršiti.

K Computer je zajednički razvoj Rikagaku Kenkiyo instituta za fizikalna i kemijska istraživanja (RIKEN) i Fujitsua. Nastao je kao dio inicijative Infrastruktura računalstva visokih performansi koju vodi japansko Ministarstvo obrazovanja, kulture, sporta, znanosti i tehnologije (MEXT). Superračunalo je instalirano na području Instituta naprednih računalnih znanosti u japanskom gradu Kobe.

Superračunalo se temelji na arhitekturi distribuirane memorije. Sustav se sastoji od više od 80.000 računalnih čvorova i smješten je u 864 stalka, od kojih svaki ima 96 računalnih čvorova i 6 I/O čvorova. Čvorovi, od kojih svaki sadrži po jedan procesor i 16 GB RAM-a, međusobno su povezani u skladu s topologijom "šesterodimenzionalne petlje / torusa". Sustav koristi ukupno 88.128 osmerojezgrenih SPARC64 VIIIfx procesora (705.024 jezgri) koje proizvodi Fujitsu koristeći 45 nm tehnologiju.

Ovo superračunalo opće namjene pruža visoku razinu performansi i podršku za širok raspon aplikacija. Sustav se koristi za provođenje istraživanja u području klimatskih promjena, prevencije katastrofa i medicine.

Jedinstveni sustav vodenog hlađenja smanjuje vjerojatnost kvara opreme i smanjuje ukupnu potrošnju energije. Uštede energije postižu se korištenjem visoko učinkovite opreme, sustava za kogeneraciju topline i električne energije i niza solarnih panela. Osim toga, mehanizam za ponovno korištenje otpadne vode iz hladnjaka smanjuje negativan utjecaj na okoliš.

Zgrada u kojoj se nalazi K Computer otporna je na potrese i može izdržati potrese magnitude 6 ili više po japanskoj ljestvici (0-7). Radi učinkovitijeg smještaja regala opreme i kabela, treća etaža, dimenzija 50 × 60 m, potpuno je oslobođena nosivih stupova. Suvremene građevinske tehnologije omogućile su osiguranje prihvatljive razine opterećenja (do 1 t / m2) za ugradnju regala, čija težina može doseći 1,5 tona.

SEQUOIA SUPERRAČUNALO

Superračunalo Sequoia instalirano u Nacionalnom laboratoriju Lawrence Livermore. Lawrence, ima performanse od 16,32 Pflopsa i zauzima drugo mjesto na ljestvici (vidi sliku 2).

Ovo petaflops superračunalo, koje je razvio IBM na temelju Blue Gene/Q, stvoreno je za američku Nacionalnu upravu za nuklearnu sigurnost (NNSA) kao dio programa Advanced Simulation and Computing.

Sustav se sastoji od 96 regala i 98.304 računalnih čvorova (1024 čvora po regalu). Svaki čvor uključuje 16-jezgreni PowerPC A2 procesor i 16 GB DDR3 RAM-a. Ukupno se koristi 1.572.864 procesorske jezgre i 1,6 PB memorije. Čvorovi su međusobno povezani u skladu s topologijom "petodimenzionalnog torusa". Površina koju sustav zauzima je 280 m2. Ukupna potrošnja energije je 7,9 MW.

Superračunalo Sequoia bilo je prvo u svijetu koje je provelo znanstvene izračune koji su zahtijevali više od 10 Pflopa računalne snage. Tako je sustav simulacije kozmologije HACC zahtijevao oko 14 Pflops-a kada je radio u načinu rada s 3,6 trilijuna čestica, a kada je pokrenut kod projekta Cardiod za simulaciju elektrofiziologije ljudskog srca, performanse su dosegle gotovo 12 Pflops-a.

SUPERRAČUNALO TITAN

Superračunalo Titan, instalirano u Oak Ridge National Laboratory (ORNL) u SAD-u, prepoznato je kao najbrže superračunalo na svijetu. U Linpack benchmark testovima, njegova izvedba bila je 17,59 Pflops.

Titan implementira hibridnu CPU-GPU arhitekturu (vidi sliku 3). Sustav se sastoji od 18.688 čvorova, od kojih je svaki opremljen 16-jezgrenim AMD Opteron procesorom i Nvidia Tesla K20X grafičkim akceleratorom. Ukupno se koristi 560.640 procesora. Titan je ažuriranje ORNL-ovog prethodno upravljanog superračunala Jaguar i zauzima iste poslužiteljske ormare (ukupne površine 404 m2).

Mogućnost korištenja postojećih sustava napajanja i hlađenja uštedjela je približno 20 milijuna dolara tijekom izgradnje. Potrošnja energije superračunala je 8,2 MW, što je 1,2 MW više od Jaguara, dok su njegove performanse u operacijama s pomičnim zarezom gotovo 10 puta veće.

Titan će se prvenstveno koristiti za provođenje istraživanja u znanosti o materijalima i nuklearnoj energiji, kao i istraživanja vezana uz poboljšanje učinkovitosti motora s unutarnjim izgaranjem. Osim toga, koristit će se za modeliranje klimatskih promjena i analizu potencijalnih strategija za rješavanje njihovih negativnih učinaka.

"NAJZELENIJI" SUPERRAČUNALO

Uz ocjenu Top500, čiji je cilj identificirati sustav s najvišom izvedbom, postoji ocjena Green500, koja prepoznaje "najzelenija" superračunala. Ovdje se kao osnova uzima pokazatelj energetske učinkovitosti (Mflops/W). Trenutačno (posljednje izdanje ocjene je studeni 2012.), lider Green500 je superračunalo Beacon (253. mjesto u Top500). Njegov pokazatelj energetske učinkovitosti je 2499 Mflops/W.

Beacon pokreću koprocesori Intel Xeon Phi 5110P i procesori Intel Xeon E5-2670, tako da vrhunska izvedba može doseći 112.200 Gflopsa uz ukupnu potrošnju energije od 44,9 kW. Koprocesori Xeon Phi 5110P pružaju visoke performanse uz nisku potrošnju energije. Svaki koprocesor ima 1 teraflops snage (dvostruka preciznost) i podržava do 8 GB GDDR5 memorije s propusnošću od 320 Gbps.

Sustav pasivnog hlađenja Xeon Phi 5110P ocijenjen je na 225 W TDP, što je idealno za poslužitelje visoke gustoće.

SUPERRAČUNALO EURORA

Međutim, u veljači 2013. pojavila su se izvješća da je superračunalo Eurora, smješteno u Bologni (Italija), nadmašilo Beacon u energetskoj učinkovitosti (3150 Mflops/watt naspram 2499 Mflops/W).

Eurora je izgrađena od strane Eurotecha i sastoji se od 64 čvora, od kojih svaki uključuje dva Intel Xeon E5-2687W procesora, dva Nvidia Tesla K20 GPU akceleratora i drugi hardver. Dimenzije takvog čvora ne prelaze dimenzije prijenosnog računala, ali su njihove performanse 30 puta veće, a potrošnja energije 15 puta manja.

Visoka energetska učinkovitost u Eurori postignuta je korištenjem nekoliko tehnologija. Vodeno hlađenje daje najveći doprinos. Stoga je svaki čvor superračunala neka vrsta sendviča: središnja oprema na dnu, vodeni izmjenjivač topline u sredini i druga elektronička jedinica na vrhu (vidi sliku 4).

Tako visoki rezultati postižu se zahvaljujući korištenju materijala s dobrom toplinskom vodljivošću, kao i razgranatom mrežom rashladnih kanala. Prilikom instaliranja novog računalnog modula, njegovi kanali se kombiniraju s kanalima rashladnog sustava, što vam omogućuje promjenu konfiguracije superračunala ovisno o specifičnim potrebama. Prema proizvođačima, rizik od curenja je eliminiran.

Elemente superračunala Eurora napajaju 48-voltni istosmjerni izvori, čijim je uvođenjem smanjen broj energetskih pretvorbi. Konačno, topla voda uklonjena iz računalne opreme može se koristiti u druge svrhe.

ZAKLJUČAK

Industrija superračunala se aktivno razvija i postavlja sve više i više novih rekorda u performansama i energetskoj učinkovitosti. Valja napomenuti da se upravo u ovoj industriji, kao nigdje drugdje, danas široko koriste tehnologije hlađenja tekućinom i 3D modeliranja, budući da se stručnjaci suočavaju sa zadatkom sastavljanja super-snažnog računalnog sustava koji bi mogao funkcionirati u ograničenog volumena uz minimalne gubitke energije.

Jurij Khomutski- Glavni inženjer projekta u I-Teco. Može ga se kontaktirati na: [e-mail zaštićen]. U članku se koriste materijali s internetskog portala o podatkovnim centrima “www.AboutDC.ru - Rješenja za podatkovne centre”.

Vrijeme za čitanje: 2 minute.

Čovječanstvo do sada nije stiglo do marsovskih deponija, nije izmislilo eliksir mladosti, automobili se još ne mogu vinuti iznad zemlje, ali postoji nekoliko područja u kojima smo ipak uspjeli. Stvaranje snažnih superračunala upravo je takvo područje. Da biste procijenili snagu računala, morate odrediti koji je ključni parametar odgovoran za ovu karakteristiku. Ovaj parametar je flops - vrijednost koja pokazuje koliko operacija PC može izvesti u jednoj sekundi. Upravo na temelju te vrijednosti naš časopis Big Rating rangirao je najmoćnija računala na svijetu za 2017. godinu.

Snaga superračunala - 8,1 Pflop/sec

Ovo računalo pohranjuje podatke koji su odgovorni za sigurnost vojnih struktura Sjedinjenih Država, a također je odgovorno i za stanje pripravnosti za nuklearni napad, ako bude potrebno. Prije dvije godine ovaj je stroj bio jedan od najjačih i najskupljih na svijetu, no danas je Trinity zamijenjen novijim uređajima. Sustav na kojem ovo superračunalo radi je Cray XC40, zahvaljujući kojem uređaj može “odraditi” toliki broj operacija u sekundi.

Mira

Snaga superračunala – 8,6 Pflop/sec

Cray je izdao još jedno superračunalo, Mira. Ministarstvo energetike SAD-a naredilo je proizvodnju ovog stroja kako bi uskladilo svoj rad. Područje u kojem Mira djeluje je industrija i razvoj istraživačkog potencijala. Ovo superračunalo može izračunati 8,6 petaflopa u sekundi.

Snaga superračunala – 10,5 Pflop/sec

Naziv ovog uređaja odmah opisuje snagu, japanska riječ "kei" (K) znači deset kvadrilijuna. Ova brojka gotovo točno opisuje njegov proizvodni kapacitet - 10,5 petaflopa. Vrhunac ovog superračunala je njegov sustav hlađenja. Koristi se vodeno hlađenje, čime se smanjuje potrošnja rezerve energije i smanjuje brzina montaže.

Snaga superračunala – 13,6 Pflop/sec

Fujitsu, tvrtka iz Zemlje izlazećeg sunca, nije prestala s radom, izdavši superračunalo K Computer odmah su krenuli u novi projekt. Ovaj projekt bilo je superračunalo Oakforest-Pacs, koje se svrstava u novu generaciju strojeva (generacija Knights landing). Njegov razvoj naručili su Sveučilište u Tokiju i Sveučilište Tsukuba. Prema prvotnom planu, memorija uređaja trebala je biti 900 TB, a performanse Oakforest-Pacs bi bile 25 kvadrilijuna operacija u sekundi. No zbog nedostatka financijskih sredstava mnogi aspekti nisu dovršeni, pa je snaga superračunala iznosila 13,6 petaflopa u sekundi.

Cori

Snaga superračunala – 14 Pflop/sec

Prošle godine Cori je bio na šestom mjestu ljestvice najjačih superračunala na svijetu, ali je suludom brzinom razvoja tehnologije izgubio jednu poziciju. Ovo superračunalo nalazi se u Sjedinjenim Državama, u Nacionalnom laboratoriju Lawrence Berkeley. Znanstvenici iz Švicarske, uz pomoć Cori, uspjeli su razviti 45-qubit kvantni računalni stroj. Proizvodni kapacitet ovog superračunala je 14 petaflopa u sekundi.

Snaga superračunala – 17,2 Pflop/sec

Znanstvenici iz cijelog svijeta odavno se slažu da je Sequoia najbrže superračunalo na planetu. I nije samo tako, jer on je u stanju izvesti aritmetičke izračune za koje bi 6,7 milijardi ljudi trebalo 320 godina, u jednoj sekundi. Veličina stroja je doista nevjerojatna - zauzima više od 390 četvornih metara i uključuje 96 regala. Šesnaest tisuća trilijuna operacija ili drugim riječima 17,2 petaflopa proizvodni je kapacitet ovog superračunala.

titan

Snaga superračunala – 17,6 Pflop/sec

Osim što je jedno od najbržih superračunala na planeti, ono je i vrlo energetski učinkovito. Indikator energetske učinkovitosti je 2142,77 megaflopsa po vatu energije potrebne za potrošnju. Razlog za tako malu potrošnju energije je Nvidia akcelerator koji daje do 90% snage potrebne za računalstvo. Osim toga, Nvidia akcelerator značajno je smanjio površinu koju zauzima ovo superračunalo, sada mu treba samo 404 četvorna metra.

Snaga superračunala – 19,6 Pflop/sec

Prvo lansiranje ovog uređaja dogodilo se 2013. godine u Švicarskoj, u gradu Lugano. Sada je geolokacija ovog superračunala Švicarski nacionalni centar za superračunala. Piz Daint je kombinacija svih najboljih karakteristika gore navedenih strojeva, ima vrlo visoku energetsku učinkovitost i vrlo je brz u izračunima. Samo jedna karakteristika ostavlja mnogo za željeti - dimenzije ovog superračunala; zauzima 28 ogromnih regala. Piz Daint ima 19,6 petaflopa računalne snage u sekundi.

Snaga superračunala – 33,9 Pflop/sec

Ovaj uređaj ima romantično ime Tianhe, što na kineskom znači “Mliječni put”. Tianhe-2 je bio najbrže računalo na popisu 500 najbržih i najjačih superračunala. Može izračunati 2507 aritmetičkih operacija, što u petaflopsima iznosi 33,9 Pflopsa/sek. Specijalizacija u kojoj se koristi ovo računalo je građevinarstvo, ono izračunava operacije vezane uz izgradnju i polaganje cesta. Od svog prvog lansiranja 2013. godine, ovo računalo ne gubi poziciju na listama, što dokazuje da se radi o jednom od najboljih strojeva na svijetu.

Snaga superračunala – 93 Pflop/sec

Sunway TaihuLight najbrže je superračunalo na svijetu, osim po enormnoj brzini računanja, poznato je i po ogromnim dimenzijama - zauzima površinu veću od 1000 četvornih metara. Međunarodna konferencija 2016. godine, koja se održala u Njemačkoj, prepoznala je ovo superračunalo kao najbrže na svijetu, au tom pogledu još uvijek nema ozbiljnog konkurenta. Njegova brzina je tri puta veća od Tianhe-2, najbližeg superračunala u tom pogledu!

Tehnološki napredak ne miruje, razvija se kozmičkom brzinom, utječe na mnoge aspekte ljudskog života i ima mnoge pozitivne i negativne strane. Različite tehnologije sada su postale dostupne ljudima: računala, roboti i instrumenti. Ali glavna svrha svake opreme je pojednostaviti čovjekov život; tehnologija ne smije postati besmislena zabava koja će samo gubiti vrijeme.