Dalam beberapa tahun terakhir, perusahaan desain dan produksi komputer telah bekerja tanpa lelah. Akibatnya, jumlah teknologi di dunia tumbuh secara eksponensial.

Komputer paling kuat

Baru-baru ini, dunia belum mengetahui tentang DirectX10, dan grafis FarCry atau NFS Underground 2 tampaknya menjadi puncak kemampuan komputer. Dahulu kala, disk yang mampu menyimpan 600 megabyte informasi tampak seperti keajaiban teknologi, tetapi sekarang kartu memori terabyte tersedia secara gratis.

Di bidang superkomputer, hal serupa juga terjadi. Pada tahun 1993, profesor Universitas Tennessee Jack Dongarra mendapatkan ide untuk membuat peringkat komputer paling kuat di dunia. Sejak itu, daftar ini, yang disebut TOP500, telah diperbarui dua kali setahun: pada bulan Juni dan November.

Waktu berlalu, dan para pemimpin dalam peringkat superkomputer di awal tahun 90an sudah ketinggalan zaman bahkan menurut standar pengguna PC biasa. Jadi, yang pertama pada tahun 1993 adalah CM-5/1024, yang dirakit oleh Thinking Machines: 1024 prosesor dengan frekuensi clock 32 MHz, kecepatan komputasi 59,7 gigaflops - sedikit lebih cepat daripada PC 8-inti biasa di bawah meja Anda. Apa komputer terbaik saat ini?

Sunway TaihuCahaya

Lima tahun yang lalu, kekuatan tertinggi secara konsisten dipegang oleh superkomputer buatan AS. Pada tahun 2013, para ilmuwan Tiongkok mengambil alih kepemimpinan dan tampaknya tidak akan menyerah.

Saat ini, komputer paling kuat di dunia dianggap sebagai Sunway TaihuLight (diterjemahkan sebagai “Kekuatan Cahaya Ilahi Danau Taihu”), sebuah mesin megah dengan kecepatan komputasi 93 petaflops (kecepatan maksimum - 125,43 petaflops). Ini 2,5 kali lebih kuat dari pemegang rekor sebelumnya - superkomputer Tianhe-2, yang dianggap paling kuat hingga Juni 2016.

Sunway Taihulight memiliki 10,5 juta inti internal (40,960 prosesor, masing-masing dengan 256 komputasi dan 4 inti kontrol).

Seperti inilah tampilan komputer terkuat tahun 2016

Semua peralatan dikembangkan dan diproduksi di China, sedangkan prosesor komputer terkuat sebelumnya diproduksi oleh perusahaan Amerika Intel. Biaya Sunway TaihuLight diperkirakan mencapai $270 juta. Superkomputer tersebut terletak di Pusat Superkomputer Nasional Kabupaten Wuxi.

Pemegang rekor beberapa tahun terakhir

Hingga Juni 2016 (dan daftar TOP500 diperbarui setiap bulan Juni dan November), komputer paling kuat dan tercepat adalah mesin super Tianhe-2 (diterjemahkan dari bahasa Mandarin sebagai “Bima Sakti”), yang dikembangkan di Tiongkok di Universitas Sains dan Teknologi Pertahanan pada tahun Changsha dengan bantuan perusahaan Inspur.

Kekuatan Tianhe-2 menyediakan 2507 triliun operasi per detik (33,86 petaflops per detik), kinerja puncaknya adalah 54,9 petaflops. Perkembangan Tiongkok telah menduduki peringkat teratas sejak diluncurkan pada tahun 2013 – sebuah angka yang sangat mengesankan!

Superkomputer Tianhe-2

Ciri-ciri Tianhe-2 adalah sebagai berikut: 16 ribu node, 32 ribu prosesor 12-core Intel Xeon E5-2692 dan 48 ribu akselerator Intel Xeon Phi 31S1P 57-core, yang berarti total 3.120.000 core; 256 ribu stik RAM DDR3 masing-masing 4 GB dan 176.000 stik GDDR5 8 GB - total RAM 2.432.000 GB. Kapasitas harddisknya lebih dari 13 juta GB. Namun, Anda tidak akan dapat memainkannya - ini dimaksudkan hanya untuk komputasi, dan Milky Way 2 tidak memiliki kartu video yang terpasang. Secara khusus, ini membantu perhitungan untuk pembangunan kereta bawah tanah dan pembangunan perkotaan.

Jaguar

Sejak lama, Jaguar, superkomputer asal Amerika, menduduki peringkat teratas. Apa bedanya dengan yang lain dan apa kelebihan teknisnya?

Superkomputer, yang disebut Jaguar, terdiri dari sejumlah besar sel independen yang dibagi menjadi dua bagian - XT4 dan XT5. Bagian terakhir berisi tepat 18688 sel komputasi. Setiap sel berisi dua prosesor AMD Opteron 2356 enam inti dengan frekuensi 2,3 GHz, RAM DDR2 16 GB, dan router SeaStar 2+. Bahkan satu sel dari bagian ini sudah cukup untuk membuat komputer paling kuat untuk bermain game. Bagian ini hanya berisi 149.504 inti komputasi, sejumlah besar RAM - lebih dari 300 TB, serta kinerja 1,38 Petaflops dan ruang disk lebih dari 6 Petabyte.

Membangun monster komputer

Partisi XT4 berisi 7832 sel. Karakteristiknya lebih sederhana dibandingkan bagian XT5 sebelumnya: setiap sel berisi satu prosesor enam inti dengan frekuensi 2,1 GHz, RAM 8 GB, dan router SeaStar 2. Secara total, bagian tersebut memiliki 31.328 inti komputasi dan lebih dari Memori 62 TB, serta performa puncak 263 TFLOPS dan ruang disk lebih dari 600 TB. Superkomputer Jaguar berjalan pada sistem operasinya sendiri, Cray Linux Environment.

Komputer lain bernafas di belakang Jaguar, gagasan IBM - Roadrunner. Monster komputasi paling kuat mampu menghitung hingga 1000.000.000.000 operasi per detik. Ini dikembangkan secara khusus untuk Administrasi Keamanan Nuklir Nasional Departemen Energi di Los Alamos. Dengan bantuan superkomputer ini mereka berencana memantau pengoperasian seluruh instalasi nuklir yang berlokasi di Amerika Serikat.

Kecepatan pemrosesan puncak Road Runner adalah sekitar 1,5 petaflops. Kita berbicara tentang total kapasitas 3.456 server tri-blade asli, yang masing-masing mampu melakukan sekitar 400 miliar operasi per detik (yaitu 400 gigaflops). Di dalam Roadrunner terdapat sekitar 20 ribu prosesor dual-core berperforma tinggi - 12.960 Cell Broadband Engine dan 6948 AMD Opteron, gagasan dari IBM sendiri. Superkomputer semacam itu memiliki memori sistem sebesar 80 terabyte.

Jadi berapa banyak ruang yang dibutuhkan oleh keajaiban teknologi ini? Mesin tersebut berada di atas lahan seluas 560 meter persegi. Dan semua peralatan departemen dikemas dalam server dengan arsitektur asli. Semua peralatan memiliki berat sekitar 23 ton. Jadi untuk mengangkutnya, staf Administrasi Keamanan Nuklir Nasional membutuhkan setidaknya 21 traktor besar.

Sedikit penjelasan tentang apa itu petaflops. Satu petaflop kira-kira sama dengan total daya 100 ribu laptop modern. Coba bayangkan, mereka bisa mengaspal jalan sepanjang hampir dua setengah kilometer. Perbandingan lain yang dapat diakses: dalam 46 tahun, seluruh populasi planet ini akan menggunakan kalkulator untuk melakukan penghitungan yang dapat dilakukan Roadrunner dalam satu hari. Bisakah Anda bayangkan betapa sedikitnya kebutuhan Sunway TaihuLigh, pemimpin peringkat kami?

Titan

Pada tahun 2012, Laboratorium Nasional Oak Ridge milik Departemen Energi AS meluncurkan superkomputer Titan, yang memiliki kecepatan 20 petaflops—dengan kata lain, ia dapat melakukan operasi floating point kuadriliun dalam satu detik.

Titan dikembangkan oleh Cray. Selain Titan, spesialis Amerika telah mengembangkan dua superkomputer lagi dalam beberapa tahun terakhir. Salah satunya - Mira - ditujukan untuk kebutuhan penelitian industri dan ilmiah, dan dengan bantuan yang lain - Sequoia - mereka mensimulasikan uji coba senjata nuklir. IBM Corporation berada di balik semua perkembangan ini.

Komputer paling kuat di Rusia

Sayangnya, pengembangan Rusia “Lomonosov-2”, yang diakui sebagai komputer paling kuat di Rusia, hanya berada di posisi ke-41 di TOP500 (per Juni 2016). Itu berbasis di Pusat Komputasi Ilmiah Universitas Negeri Moskow. Kekuatan superkomputer dalam negeri adalah 1.849 petaflops, daya puncaknya sekitar 2,5 petaflops. Jumlah inti: 42.688.

Berlangganan saluran kami di Yandex.Zen

Superkomputer Titan

Manusia masih belum bisa terbang ke Mars, kanker belum bisa disembuhkan, dan kita belum bisa menghilangkan kecanduan minyak. Namun ada beberapa bidang di mana umat manusia telah mencapai kemajuan luar biasa dalam beberapa dekade terakhir. Kekuatan komputasi komputer hanyalah salah satunya.

Dua kali setahun, para ahli dari Lawrence Berkeley National Laboratory dan University of Tennessee menerbitkan Top 500, yang berisi daftar superkomputer paling kuat di dunia.

Melihat ke depan sedikit, kami sarankan Anda mencicipi angka-angka ini terlebih dahulu: produktivitas perwakilan sepuluh besar diukur dalam puluhan kuadriliun kegagalan. Sebagai perbandingan: ENIAC, komputer pertama dalam sejarah, memiliki kekuatan 500 flop; Saat ini, rata-rata komputer pribadi memiliki ratusan gigaflops (miliar flop), iPhone 6 memiliki sekitar 172 gigaflops, dan PS4 memiliki 1,84 teraflops (triliun flop).

Berbekal Top 500 terbaru dari bulan November 2014, Naked Science memutuskan untuk mencari tahu apa saja 10 superkomputer paling kuat di dunia, dan masalah apa saja yang memerlukan daya komputasi luar biasa untuk menyelesaikannya.

Lokasi: AS
Performa: 3,57 petaflops
Kinerja maksimum teoritis: 6,13 petaflops
Daya: 1,4 MW

Seperti hampir semua superkomputer modern, termasuk masing-masing superkomputer yang disajikan dalam artikel ini, CS-Storm terdiri dari banyak prosesor yang digabungkan menjadi satu jaringan komputer berdasarkan prinsip arsitektur paralel masif. Pada kenyataannya, sistem ini terdiri dari banyak rak (“lemari”) dengan elektronik (node yang terdiri dari prosesor multi-inti), yang membentuk keseluruhan koridor.

Cray CS-Storm adalah serangkaian cluster superkomputer, tetapi salah satunya masih menonjol dari yang lain. Secara khusus, itu adalah CS-Storm misterius, yang digunakan oleh pemerintah AS untuk tujuan yang tidak diketahui dan di lokasi yang tidak diketahui.

Apa yang diketahui adalah bahwa pejabat Amerika membeli CS-Storm yang sangat efisien dalam hal konsumsi energi (2386 megaflops per 1 Watt) dengan jumlah total inti hampir 79 ribu dari perusahaan Amerika Cray.

Namun, situs web pabrikan menyatakan bahwa cluster CS-Storm cocok untuk komputasi berkinerja tinggi di bidang keamanan siber, kecerdasan geospasial, pengenalan pola, pemrosesan data seismik, rendering, dan pembelajaran mesin. Di suatu tempat di seri ini, penggunaan CS-Storm pemerintah mungkin sudah tidak ada lagi.

CRAY CS-STORM

9. Vulcan – Gen Biru/Q

Lokasi: AS
Performa: 4,29 petaflops
Kinerja maksimum teoritis: 5,03 petaflops
Daya: 1,9 MW

"Vulcan" dikembangkan oleh perusahaan Amerika IBM, milik keluarga Blue Gene dan berlokasi di Laboratorium Nasional Lawrence Livermore. Superkomputer milik Departemen Energi AS ini terdiri dari 24 rak. Cluster ini mulai beroperasi pada tahun 2013.

Berbeda dengan CS-Storm yang telah disebutkan, ruang lingkup penerapan Vulcan sudah terkenal - berbagai penelitian ilmiah, termasuk di bidang energi, seperti pemodelan fenomena alam dan analisis data dalam jumlah besar.

Berbagai kelompok ilmiah dan perusahaan dapat memperoleh akses ke superkomputer dengan mengajukan aplikasi ke Pusat Inovasi Komputasi Kinerja Tinggi (HPC Innovation Center), yang berbasis di Laboratorium Nasional Livermore yang sama.

Vulcan Superkomputer

8. Juqueen – Gen Biru/Q

Lokasi: Jerman
Kinerja: 5 petaflops
Kinerja maksimum teoritis: 5,87 petaflops
Daya: 2,3 MW

Sejak diluncurkan pada tahun 2012, Juqueen telah menjadi superkomputer terkuat kedua di Eropa dan pertama di Jerman. Seperti Vulcan, cluster superkomputer ini dikembangkan oleh IBM sebagai bagian dari proyek Blue Gene, dan termasuk dalam generasi Q yang sama.

Superkomputer tersebut terletak di salah satu pusat penelitian terbesar di Eropa di Jülich. Ini digunakan sesuai dengan itu - untuk komputasi kinerja tinggi dalam berbagai penelitian ilmiah.

Superkomputer Juqueen

7. Penyerbuan – PowerEdge C8220

Lokasi: AS
Performa: 5,16 petaflops
Kinerja maksimum teoritis: 8,52 petaflops
Daya: 4,5 MW

Terletak di Texas, Stampede adalah satu-satunya cluster dalam sepuluh besar Top 500 yang dikembangkan oleh perusahaan Amerika Dell. Superkomputer terdiri dari 160 rak.

Superkomputer ini adalah yang paling kuat di dunia di antara yang digunakan secara eksklusif untuk tujuan penelitian. Akses ke fasilitas Stampede terbuka untuk kelompok ilmiah. Cluster ini digunakan dalam berbagai bidang ilmiah - mulai dari tomografi otak manusia yang tepat dan prediksi gempa hingga mengidentifikasi pola dalam struktur musik dan bahasa.

Penyerbuan Superkomputer

6. Piz Daint – Cray XC30

Lokasi: Swiss
Performa: 6,27 petaflops
Kinerja maksimum teoritis: 7,78 petaflops
Daya: 2,3 MW

Swiss National Supercomputing Center (CSCS) membanggakan superkomputer paling kuat di Eropa. Piz Daint, dinamai menurut nama gunung Alpine, dikembangkan oleh Cray dan termasuk dalam keluarga XC30, yang merupakan yang paling produktif.

Piz Daint digunakan untuk berbagai keperluan penelitian, seperti simulasi komputer di bidang fisika energi tinggi.

Piz Daint Superkomputer

5. Mira – Gen Biru/Q

Lokasi: AS
Performa: 8,56 petaflops
Kinerja maksimum teoritis: 10,06 petaflops
Daya: 3,9 MW

Superkomputer Mira dikembangkan oleh IBM sebagai bagian dari proyek Blue Gene pada tahun 2012. Divisi Komputasi Kinerja Tinggi Laboratorium Nasional Argonne, yang menampung cluster tersebut, dibentuk dengan dana pemerintah. Meningkatnya minat terhadap teknologi superkomputer dari Washington pada akhir tahun 2000an dan awal tahun 2010an diyakini disebabkan oleh persaingan dengan Tiongkok di bidang ini.

Terletak di 48 rak, Mira digunakan untuk tujuan ilmiah. Misalnya, superkomputer digunakan untuk pemodelan iklim dan seismik, yang memungkinkan diperolehnya data yang lebih akurat dalam memprediksi gempa bumi dan perubahan iklim.

Superkomputer Mira

4.K Komputer

Lokasi: Jepang
Performa: 10,51 petaflops
Kinerja maksimum teoritis: 11,28 petaflops
Daya: 12,6 MW

Dikembangkan oleh Fujitsu dan berlokasi di Institut Penelitian Fisikokimia di Kobe, K Computer adalah satu-satunya superkomputer Jepang yang masuk dalam sepuluh besar Top 500.

Pada suatu waktu (Juni 2011), cluster ini menempati posisi pertama dalam pemeringkatan, menjadi komputer paling produktif di dunia selama satu tahun. Dan pada bulan November 2011, K Computer menjadi yang pertama dalam sejarah yang mencapai kekuatan di atas 10 petaflops.

Superkomputer digunakan dalam sejumlah tugas penelitian. Misalnya untuk peramalan bencana alam (yang penting bagi Jepang karena meningkatnya aktivitas seismik di wilayah tersebut dan tingginya kerentanan negara jika terjadi tsunami) dan pemodelan komputer di bidang kedokteran.

Superkomputer K

3. Sequoia – Gen Biru/Q

Lokasi: AS
Performa: 17,17 petaflops
Kinerja maksimum teoritis: 20,13 petaflops
Daya: 7,8 MW

Yang paling kuat dari empat superkomputer keluarga Blue Gene/Q, yang berada di peringkat sepuluh besar, berlokasi di Amerika Serikat di Laboratorium Nasional Livermore. IBM mengembangkan Sequoia untuk Administrasi Keamanan Nuklir Nasional (NNSA), yang membutuhkan komputer berkinerja tinggi untuk tujuan yang sangat spesifik: simulasi ledakan nuklir.

Perlu disebutkan bahwa uji coba nuklir sebenarnya telah dilarang sejak tahun 1963, dan simulasi komputer adalah salah satu pilihan yang paling dapat diterima untuk melanjutkan penelitian di bidang ini.

Namun, kekuatan superkomputer digunakan untuk memecahkan masalah lain yang jauh lebih mulia. Misalnya, cluster tersebut berhasil mencetak rekor kinerja dalam pemodelan kosmologis, serta dalam menciptakan model elektrofisiologi jantung manusia.

Superkomputer Sequoia

2. Titan – Kray XK7

Lokasi: AS
Performa: 17,59 petaflops
Kinerja maksimum teoritis: 27,11 petaflops
Daya: 8,2 MW

Superkomputer paling produktif yang pernah dibuat di Barat, serta cluster komputer paling kuat di bawah merek Cray, berlokasi di Amerika Serikat di Laboratorium Nasional Oak Ridge. Meskipun superkomputer yang dimiliki Departemen Energi AS secara resmi tersedia untuk penelitian ilmiah apa pun, pada bulan Oktober 2012, ketika Titan diluncurkan, jumlah aplikasinya melebihi batas yang ditentukan.

Oleh karena itu, sebuah komisi khusus dibentuk di Laboratorium Oak Ridge, yang hanya memilih 6 proyek paling “canggih” dari 50 aplikasi. Diantaranya misalnya memodelkan perilaku neutron di jantung reaktor nuklir, serta meramalkan perubahan iklim global 1-5 tahun ke depan.

Meskipun memiliki kekuatan komputasi dan dimensi yang mengesankan (404 meter persegi), Titan tidak bertahan lama. Hanya enam bulan setelah kemenangan pada bulan November 2012, kebanggaan Amerika dalam bidang komputasi kinerja tinggi secara tak terduga digantikan oleh penduduk asli Timur, melampaui para pemimpin peringkat sebelumnya dengan cara yang belum pernah terjadi sebelumnya.

Superkomputer Titan

1. Tianhe-2 / Bima Sakti-2

Lokasi: Cina
Performa: 33,86 petaflops
Kinerja maksimum teoritis: 54,9 petaflops
Daya: 17,6 MW

Sejak peluncuran pertamanya, Tianhe-2, atau Milky Way-2, telah menjadi pemimpin Top-500 selama sekitar dua tahun. Monster ini hampir dua kali lebih kuat dari peringkat ke-2 – superkomputer TITAN.

Dikembangkan oleh Universitas Sains dan Teknologi Pertahanan Tentara Pembebasan Rakyat dan Inspur, Tianhe-2 terdiri dari 16 ribu node dengan jumlah inti 3,12 juta. RAM struktur kolosal ini, yang menempati 720 meter persegi, adalah 1,4 petabyte, dan perangkat penyimpanannya adalah 12,4 petabyte.

Milky Way 2 dirancang atas inisiatif pemerintah Tiongkok, sehingga tidak mengherankan jika kekuatannya yang belum pernah terjadi sebelumnya tampaknya dapat memenuhi kebutuhan negara. Secara resmi dinyatakan bahwa superkomputer tersebut terlibat dalam berbagai simulasi, menganalisis data dalam jumlah besar, serta memastikan keamanan nasional Tiongkok.

Mengingat kerahasiaan yang melekat dalam proyek militer Tiongkok, orang hanya bisa menebak kegunaan seperti apa yang diterima Bima Sakti-2 dari waktu ke waktu di tangan tentara Tiongkok.

Superkomputer Tianhe-2

Beranda → Sejarah teknologi komputer dalam negeri → Superkomputer

Superkomputer

Andrey Borzenko

Superkomputer adalah komputer tercepat. Perbedaan utama mereka dari mainframe adalah sebagai berikut: semua sumber daya komputer semacam itu biasanya ditujukan untuk menyelesaikan satu atau setidaknya beberapa tugas secepat mungkin, sedangkan mainframe, pada umumnya, melakukan sejumlah besar tugas yang bersaing satu sama lain. lainnya. Pesatnya perkembangan industri komputer menentukan relativitas konsep dasar - apa yang sepuluh tahun lalu disebut superkomputer, saat ini tidak lagi termasuk dalam definisi tersebut. Ada juga definisi lucu tentang superkomputer: superkomputer adalah perangkat yang mereduksi masalah komputasi menjadi masalah input-output. Namun, ada benarnya juga: seringkali satu-satunya hambatan dalam sistem berkecepatan tinggi adalah perangkat I/O. Anda dapat mengetahui superkomputer mana yang saat ini memiliki kinerja maksimal dari daftar resmi lima ratus sistem paling kuat di dunia - Top500 (http://www.top500.org), yang diterbitkan dua kali setahun.

Di komputer mana pun, semua parameter utama terkait erat. Sulit membayangkan komputer universal yang memiliki kinerja tinggi dan RAM sedikit, atau RAM besar dan ruang disk kecil. Oleh karena itu, superkomputer saat ini tidak hanya dicirikan oleh kinerja maksimalnya, tetapi juga oleh jumlah RAM dan memori disk yang maksimal. Menyediakan karakteristik teknis seperti itu cukup mahal - biaya superkomputer sangat tinggi. Tugas apa yang begitu penting sehingga memerlukan sistem yang menelan biaya puluhan atau ratusan juta dolar? Biasanya, ini adalah masalah komputasi ilmiah atau teknik mendasar dengan berbagai aplikasi, yang solusi efektifnya hanya mungkin dilakukan dengan ketersediaan sumber daya komputasi yang kuat. Berikut adalah beberapa area dimana masalah seperti ini muncul:

prediksi cuaca, iklim dan perubahan atmosfer global;
ilmu material;
konstruksi perangkat semikonduktor;
superkonduktivitas;
biologi struktural;
pengembangan farmasi;
genetika manusia;
kromodinamika kuantum;
astronomi;
Industri otomotif;
tugas transportasi;
dinamika hidro dan gas;
fusi termonuklir terkendali;
efisiensi sistem pembakaran bahan bakar;
eksplorasi minyak dan gas;
masalah komputasi dalam ilmu kelautan;
pengenalan dan sintesis ucapan;
pengenalan gambar.

Superkomputer menghitung dengan sangat cepat tidak hanya berkat penggunaan basis elemen paling modern, tetapi juga solusi baru dalam arsitektur sistem. Tempat utama di sini ditempati oleh prinsip pemrosesan data paralel, yang mewujudkan gagasan pelaksanaan beberapa tindakan secara bersamaan (paralel). Pemrosesan paralel memiliki dua jenis: pipeline dan paralelisme aktual. Inti dari pemrosesan jalur pipa adalah untuk menyoroti masing-masing tahap dalam melakukan operasi umum, dan setiap tahap, setelah menyelesaikan pekerjaannya, meneruskan hasilnya ke tahap berikutnya, sekaligus menerima bagian baru dari data masukan. Peningkatan nyata dalam kecepatan pemrosesan diperoleh dengan menggabungkan operasi yang dilakukan sebelumnya.

Jika suatu perangkat melakukan satu operasi per satuan waktu, maka perangkat tersebut akan melakukan seribu operasi dalam seribu unit. Jika ada lima perangkat independen identik yang mampu beroperasi secara bersamaan, maka sistem yang terdiri dari lima perangkat dapat melakukan seribu operasi yang sama, bukan dalam seribu, tetapi dalam dua ratus unit waktu. Demikian pula, sistem yang terdiri dari N perangkat akan melakukan pekerjaan yang sama dalam 1000/N satuan waktu.

Tentu saja, saat ini hanya sedikit orang yang terkejut dengan paralelisme dalam arsitektur komputer. Semua mikroprosesor modern menggunakan beberapa bentuk pemrosesan paralel, bahkan dalam chip yang sama. Pada saat yang sama, ide-ide ini sendiri sudah muncul sejak lama sekali. Awalnya, mereka diimplementasikan di komputer paling canggih dan tunggal pada masanya. Di sini, kredit khusus diberikan kepada IBM dan Control Data Corporation (CDC). Kita berbicara tentang inovasi seperti memori bit-paralel, aritmatika bit-paralel, prosesor input/output independen, jalur perintah, unit fungsional independen jalur pipa, dll.

Biasanya kata “superkomputer” dikaitkan dengan komputer Cray, meskipun saat ini hal tersebut tidak lagi terjadi. Pengembang dan kepala perancang superkomputer pertama adalah Seymour Cray, salah satu tokoh paling legendaris di industri komputer. Pada tahun 1972, dia meninggalkan CDC dan mendirikan perusahaannya sendiri, Cray Research. Superkomputer pertama, CRAY-1, dikembangkan empat tahun kemudian (pada tahun 1976) dan memiliki arsitektur pipa vektor dengan 12 unit fungsional pipa. Performa puncak Cray-1 adalah 160 MT/s (waktu clock 12,5 ns), dan RAM 64-bit (yang dapat diperluas hingga 8 MB) memiliki waktu siklus 50 ns. Inovasi utamanya, tentu saja, adalah pengenalan perintah vektor yang bekerja dengan seluruh rangkaian data independen dan memungkinkan penggunaan perangkat fungsional pipeline secara efisien.

Sepanjang tahun 60-80an, perhatian para pemimpin dunia dalam produksi superkomputer terfokus pada produksi sistem komputasi yang mampu memecahkan masalah floating-point bervolume besar dengan baik. Tidak ada kekurangan dari tugas-tugas tersebut - hampir semuanya terkait dengan penelitian nuklir dan pemodelan ruang angkasa dan dilakukan untuk kepentingan militer. Keinginan untuk mencapai kinerja maksimal dalam waktu sesingkat-singkatnya berarti bahwa kriteria untuk menilai kualitas suatu sistem bukanlah harganya, tetapi kinerjanya. Misalnya, superkomputer Cray-1 berharga 4 hingga 11 juta dolar, tergantung konfigurasinya.

Pada pergantian tahun 80-90an. Perang Dingin berakhir dan perintah militer digantikan oleh perintah komersial. Pada saat itu, industri telah membuat kemajuan besar dalam produksi prosesor serial. Mereka memiliki kekuatan komputasi yang kira-kira sama dengan yang kustom, tetapi jauh lebih murah. Penggunaan komponen standar dan jumlah prosesor yang bervariasi memungkinkan pemecahan masalah skalabilitas. Kini, seiring dengan meningkatnya beban komputasi, kinerja superkomputer dan perangkat periferalnya dapat ditingkatkan dengan menambahkan prosesor dan perangkat I/O baru. Maka dari itu, pada tahun 1990 muncul superkomputer Intel iPSC/860 dengan jumlah prosesor sebesar 128, yang menunjukkan performa 2,6 Gflops pada pengujian LINPACK.

November lalu, daftar 500 komputer paling kuat di dunia edisi ke-18 - Top500 - diterbitkan. Pemimpin dalam daftar tersebut masih tetap IBM Corporation (http://www.ibm.com), yang memiliki 32% sistem terpasang dan 37% dari total produktivitas. Kabar menariknya adalah munculnya Hewlett-Packard di posisi kedua dalam hal jumlah sistem (30%). Selain itu, karena semua sistem ini relatif kecil, total kinerjanya hanya 15% dari keseluruhan daftar. Setelah merger dengan Compaq, perusahaan baru tersebut diperkirakan akan mendominasi daftar tersebut. Berikutnya dalam hal jumlah komputer dalam daftar adalah SGI, Cray dan Sun Microsystems.

Superkomputer paling kuat di dunia masih berupa sistem ASCI White (kita akan membahasnya lagi nanti), dipasang di Laboratorium Livermore (AS) dan menunjukkan kinerja 7,2 Tflops pada pengujian LINPACK (58% dari kinerja puncak). Di posisi kedua adalah sistem Compaq AlphaServer SC yang dipasang di Pittsburgh Supercomputing Center dengan kinerja 4 Tflops. Sistem Cray T3E menutup daftar dengan kinerja LINPACK sebesar 94 Gflops.

Perlu dicatat bahwa daftar tersebut sudah mencakup 16 sistem dengan kinerja lebih dari 1 teraflops, setengahnya dipasang oleh IBM. Jumlah sistem yang merupakan kelompok blok SMP kecil terus meningkat - sekarang ada 43 sistem seperti itu dalam daftar. Namun, sebagian besar daftar tersebut masih ditujukan untuk sistem paralel yang masif (50%), diikuti oleh klaster yang terdiri dari sistem SMP besar (29%).

Jenis arsitektur

Parameter utama untuk mengklasifikasikan komputer paralel adalah keberadaan memori bersama atau terdistribusi. Sesuatu di antara keduanya adalah arsitektur di mana memori didistribusikan secara fisik tetapi dibagikan secara logis. Dari sudut pandang perangkat keras, ada dua skema utama yang diusulkan untuk mengimplementasikan sistem paralel. Yang pertama adalah beberapa sistem terpisah, dengan memori dan prosesor lokal, berinteraksi di lingkungan tertentu dengan mengirimkan pesan. Yang kedua adalah sistem yang berinteraksi melalui memori bersama. Tanpa membahas detail teknisnya untuk saat ini, mari kita bahas beberapa patah kata tentang jenis arsitektur superkomputer modern.

Ide sistem paralel besar-besaran dengan memori terdistribusi (Massively Parallel Processing, MPP) cukup sederhana. Untuk tujuan ini, mikroprosesor biasa diambil, yang masing-masing dilengkapi dengan memori lokalnya sendiri dan dihubungkan melalui beberapa jenis media switching. Ada banyak keuntungan dari arsitektur seperti itu. Jika Anda memerlukan kinerja tinggi, Anda dapat menambahkan lebih banyak prosesor, dan jika keuangan terbatas atau daya komputasi yang diperlukan diketahui sebelumnya, maka mudah untuk memilih konfigurasi optimal. Namun MPP juga mempunyai kelemahan. Faktanya adalah interaksi antar prosesor jauh lebih lambat dibandingkan pemrosesan data oleh prosesor itu sendiri.

Pada komputer paralel dengan memori bersama, seluruh RAM dibagi di antara beberapa prosesor yang identik. Hal ini menghilangkan permasalahan kelas sebelumnya, namun menambah permasalahan baru. Faktanya adalah jumlah prosesor yang memiliki akses ke memori bersama tidak dapat dibuat besar hanya karena alasan teknis.

Fitur utama komputer jalur vektor, tentu saja, adalah unit fungsional jalur pipa dan sekumpulan instruksi vektor. Berbeda dengan pendekatan tradisional, perintah vektor beroperasi pada seluruh array data independen, yang memungkinkan pemuatan pipeline yang tersedia secara efisien.

Arah terakhir, sebenarnya, tidak berdiri sendiri, melainkan kombinasi dari tiga arah sebelumnya. Sebuah node komputasi dibentuk dari beberapa prosesor (tradisional atau pipa vektor) dan memori bersama mereka. Jika daya komputasi yang diperoleh tidak mencukupi, maka beberapa node digabungkan dengan saluran berkecepatan tinggi. Seperti yang Anda ketahui, arsitektur seperti itu disebut cluster.

sistem MPP

Sistem skalabel paralel yang masif dirancang untuk memecahkan masalah aplikasi yang memerlukan komputasi dan pemrosesan data dalam jumlah besar. Mari kita lihat lebih dekat. Biasanya, mereka terdiri dari node komputasi yang homogen, termasuk:

satu atau lebih unit pemrosesan pusat;
memori lokal (akses langsung ke memori node lain tidak dimungkinkan);
prosesor komunikasi atau adaptor jaringan;
terkadang hard drive dan/atau perangkat input/output lainnya.

Selain itu, node I/O khusus dan node kontrol dapat ditambahkan ke sistem. Semuanya terhubung melalui beberapa media komunikasi (jaringan berkecepatan tinggi, switch, dll.). Sedangkan untuk OS, ada dua pilihan. Dalam kasus pertama, OS lengkap hanya berjalan di mesin kontrol, sementara setiap node menjalankan versi OS yang jauh lebih kecil, hanya menyediakan pengoperasian cabang aplikasi paralel yang terletak di dalamnya. Dalam kasus lain, setiap node menjalankan OS mirip UNIX yang lengkap.

Jumlah prosesor dalam sistem memori terdistribusi secara teori tidak terbatas. Dengan menggunakan arsitektur seperti itu, dimungkinkan untuk membangun sistem skalabel yang kinerjanya meningkat secara linier seiring dengan jumlah prosesor. Omong-omong, istilah “sistem paralel masif” sendiri biasanya digunakan untuk merujuk pada komputer yang dapat diskalakan dengan jumlah node yang besar (puluhan dan ratusan). Skalabilitas sistem komputasi diperlukan untuk mempercepat perhitungan secara proporsional, namun sayangnya, itu tidak cukup. Untuk memperoleh keuntungan yang memadai dalam menyelesaikan suatu masalah, diperlukan juga algoritma scalable yang dapat memuat semua prosesor superkomputer dengan perhitungan yang berguna.

Mari kita ingat bahwa ada dua model eksekusi program pada sistem multiprosesor: SIMD (aliran instruksi tunggal - beberapa aliran data) dan MIMD (aliran instruksi ganda - beberapa aliran data). Yang pertama mengasumsikan bahwa semua prosesor menjalankan perintah yang sama, tetapi masing-masing menggunakan datanya sendiri. Yang kedua, setiap prosesor memproses aliran perintahnya sendiri.

Dalam sistem memori terdistribusi, untuk mentransfer informasi dari prosesor ke prosesor, diperlukan mekanisme untuk meneruskan pesan melalui jaringan yang menghubungkan node komputasi. Untuk mengabstraksi rincian fungsi peralatan dan program komunikasi pada tingkat tinggi, biasanya digunakan perpustakaan penyampaian pesan.

Superkomputer Intel

Intel Corporation (http://www.intel.com) terkenal di dunia superkomputer. Komputer multiprosesor Paragon dengan memori terdistribusi telah menjadi sama klasiknya dengan komputer pipa vektor Cray Research.

Intel Paragon menggunakan lima prosesor i860 XP dengan frekuensi clock 50 MHz dalam satu node. Terkadang prosesor dari berbagai jenis ditempatkan dalam satu node: skalar, vektor, dan komunikasi. Yang terakhir berfungsi untuk membebaskan prosesor utama dari melakukan operasi yang berkaitan dengan transmisi pesan.

Karakteristik paling signifikan dari arsitektur paralel baru adalah jenis peralatan komunikasi. Dua indikator terpenting dari pengoperasian superkomputer bergantung padanya: kecepatan transfer data antar prosesor dan overhead transmisi satu pesan.

Interkoneksi ini dirancang untuk memberikan kecepatan pengiriman pesan yang tinggi dengan latensi minimal. Ini menyediakan koneksi lebih dari seribu node heterogen sepanjang topologi kisi persegi panjang dua dimensi. Namun, untuk sebagian besar pengembangan aplikasi, setiap node dapat dianggap terhubung langsung ke semua node lainnya. Interkoneksinya dapat diskalakan: throughputnya meningkat seiring dengan jumlah node. Saat mendesain, pengembang berusaha meminimalkan partisipasi dalam transmisi pesan dari prosesor yang menjalankan proses pengguna. Untuk tujuan ini, prosesor pemrosesan pesan khusus telah diperkenalkan, yang terletak di papan node dan bertanggung jawab untuk memproses protokol pesan. Hasilnya, prosesor utama dari node tidak terganggu dalam menyelesaikan masalah. Secara khusus, tidak ada peralihan yang mahal dari satu tugas ke tugas lainnya, dan pemecahan masalah yang diterapkan terjadi secara paralel dengan pertukaran pesan.

Transmisi pesan yang sebenarnya dilakukan oleh sistem perutean berdasarkan komponen router node jaringan (Mesh Router Components, MRC). Untuk akses MRC dari node tertentu ke memorinya, node tersebut juga memiliki pengontrol jaringan antarmuka khusus, yang merupakan VLSI khusus yang menyediakan transmisi simultan ke dan dari memori node, serta memantau kesalahan selama transmisi pesan.

Desain modular Intel Paragon tidak hanya mendukung skalabilitas. Hal ini memungkinkan kita untuk mengandalkan fakta bahwa arsitektur ini akan berfungsi sebagai dasar untuk komputer baru berdasarkan mikroprosesor lain atau menggunakan teknologi perpesanan baru. Skalabilitas juga bergantung pada penyeimbangan berbagai blok superkomputer pada berbagai tingkat; jika tidak, seiring bertambahnya jumlah node, kemacetan mungkin muncul di suatu tempat dalam sistem. Dengan demikian, kecepatan dan kapasitas memori node diimbangi dengan bandwidth dan latensi interkoneksi, dan kinerja prosesor di dalam node diimbangi dengan bandwidth memori cache dan RAM, dll.

Sampai saat ini, salah satu komputer tercepat adalah Intel ASCI Red - gagasan dari Accelerated Strategic Computing Initiative ASCI (Accelerated Strategic Computing Initiative). Tiga laboratorium nasional terbesar AS (Livermore, Los Alamos dan Sandia) berpartisipasi dalam program ini. Dibangun untuk Departemen Energi AS pada tahun 1997, ASCI Red menggabungkan 9152 prosesor Pentium Pro, memiliki total RAM 600 GB dan total kinerja 1800 miliar operasi per detik.

Superkomputer IBM

Ketika sistem universal dengan arsitektur paralel scalable SP (Scalable POWER parallel) dari IBM Corporation (http://www.ibm.com) muncul di pasar komputer, mereka dengan cepat mendapatkan popularitas. Saat ini, sistem tersebut beroperasi di berbagai bidang aplikasi, seperti kimia komputasi, analisis kecelakaan, desain sirkuit elektronik, analisis seismik, pemodelan reservoir, pendukung keputusan, analisis data, dan pemrosesan transaksi online. Keberhasilan sistem SP ditentukan terutama oleh keserbagunaannya, serta fleksibilitas arsitekturnya, berdasarkan model memori terdistribusi dengan penyampaian pesan.

Secara umum, superkomputer SP adalah sistem komputasi tujuan umum paralel berskala besar yang terdiri dari sekumpulan stasiun pangkalan RS/6000 yang dihubungkan oleh sakelar berkinerja tinggi. Memang siapa yang tidak kenal, misalnya superkomputer Deep Blue yang berhasil mengalahkan Garry Kasparov dalam permainan catur? Namun salah satu modifikasinya terdiri dari 32 node (IBM RS/6000 SP), berdasarkan 256 prosesor P2SC (Power Two Super Chip).

Keluarga RS/6000 adalah komputer generasi kedua IBM, berdasarkan arsitektur set instruksi terbatas (RISC) yang dikembangkan oleh perusahaan tersebut pada akhir tahun 1970-an. Dengan konsep ini, serangkaian perintah yang sangat sederhana digunakan untuk melakukan semua pekerjaan dalam sistem komputer. Karena perintahnya sederhana, perintah tersebut dapat dijalankan dengan kecepatan sangat tinggi dan juga memberikan implementasi program yang dapat dieksekusi dengan lebih efisien. Keluarga RS/6000 didasarkan pada arsitektur POWER (Kinerja Dioptimalkan oleh arsitektur RISC Tingkat Lanjut) dan turunannya - PowerPC, P2SC, POWER3, dll. Karena arsitektur POWER menggabungkan konsep arsitektur RISC dengan beberapa konsep yang lebih tradisional, hasilnya adalah sistem dengan kinerja keseluruhan yang optimal.

Sistem RS/6000 SP menyediakan kekuatan beberapa prosesor untuk memecahkan masalah komputasi paling kompleks. Sistem peralihan SP adalah inovasi terbaru IBM dalam komunikasi antarprosesor dengan bandwidth tinggi dan bebas latensi untuk komputasi paralel yang efisien. Beberapa jenis node prosesor, ukuran bingkai (rak) yang bervariasi, dan beragam kemampuan I/O tambahan memastikan pemilihan konfigurasi sistem yang paling sesuai. SP didukung oleh vendor perangkat lunak terkemuka di berbagai bidang seperti database paralel dan pemrosesan transaksi real-time, serta vendor perangkat lunak teknis utama di berbagai bidang seperti pemrosesan seismik dan desain teknik.

IBM RS/6000 SP meningkatkan kemampuan aplikasi dengan pemrosesan paralel. Sistem menghilangkan batasan kinerja dan membantu menghindari masalah yang terkait dengan penskalaan dan keberadaan fragmen yang tidak dapat dibagi dan dijalankan secara terpisah. Dengan lebih dari seribu pelanggan terpasang di seluruh dunia, SP memberikan solusi untuk aplikasi teknis dan komersial yang kompleks dan bervolume tinggi.

Unit utama SP merupakan node prosesor yang memiliki arsitektur workstation RS/6000. Ada beberapa jenis node SP: Tipis, Lebar, Tinggi, berbeda dalam beberapa parameter teknis. Misalnya, node Tinggi berdasarkan POWER3-II menyertakan hingga 16 prosesor dan memori hingga 64 GB, namun node Tipis mengizinkan tidak lebih dari 4 prosesor dan memori 16 GB.

Sistem ini dapat diskalakan hingga 512 node, dan dimungkinkan untuk menggabungkan berbagai jenis node. Node dipasang di rak (masing-masing hingga 16 node). SP dapat menskalakan disk hampir secara linier bersama dengan prosesor dan memori, memungkinkan akses sebenarnya ke memori berukuran terabyte. Peningkatan daya ini memudahkan pembangunan dan perluasan sistem.

Node-node tersebut saling berhubungan melalui saklar kinerja tinggi (saklar kinerja tinggi IBM), yang memiliki struktur multi-tahap dan beroperasi dengan peralihan paket.

Setiap node SP menjalankan sistem operasi AIX lengkap, memungkinkan Anda memanfaatkan ribuan aplikasi AIX yang sudah ada sebelumnya. Selain itu, node sistem dapat digabungkan menjadi beberapa kelompok. Misalnya, beberapa node dapat bertindak sebagai server Lotus Notes, sementara node lainnya memproses database paralel.

Mengelola sistem yang besar selalu merupakan tugas yang menantang. SP menggunakan konsol grafis tunggal untuk tujuan ini, yang menampilkan status perangkat keras dan perangkat lunak, tugas yang berjalan, dan informasi pengguna. Administrator sistem, dengan menggunakan konsol tersebut (stasiun kerja kontrol) dan produk perangkat lunak PSSP (Program Dukungan Sistem Paralel) yang melekat pada SP, menyelesaikan tugas manajemen, termasuk mengelola perlindungan kata sandi dan izin pengguna, menghitung tugas yang dilakukan, manajemen pencetakan, pemantauan sistem , meluncurkan dan mematikan sistem.

Terbaik

Seperti yang telah disebutkan, menurut Top500 (tabel), superkomputer paling kuat di zaman kita adalah ASCI White, yang menempati area seluas dua lapangan basket dan dipasang di Laboratorium Nasional Livermore. Ini mencakup 512 node SMP berdasarkan prosesor POWER3-II 64-bit (dengan total 8192 prosesor) dan menggunakan teknologi komunikasi Colony baru dengan throughput sekitar 500 MB/s, yang hampir empat kali lebih cepat dibandingkan SP berkinerja tinggi mengalihkan.

Sepuluh Teratas Top500 (edisi ke-18)

Posisi	Pabrikan	Komputer	Di mana dipasang	Negara	Tahun	Jumlah prosesor
1	IBM	ASCI Putih		Amerika Serikat	2000	8192
2	Kompak	AlfaServer SC	Pusat Superkomputer Pittsburgh	Amerika Serikat	2001	3024
3	IBM	SP Kekuatan3	Lembaga Penelitian Energi NERSC	Amerika Serikat	2001	3328
4	Intel	ASCI Merah	Laboratorium Nasional Sandia	Amerika Serikat	1999	9632
5	IBM	ASCI Biru Pasifik	Laboratorium Nasional Livermore	Amerika Serikat	1999	5808
6	Kompak	AlfaServer SC		Amerika Serikat	2001	1536
7	Hitachi	SR8000/MPP	Universitas Tokyo	Jepang	2001	1152
8	SGI	Gunung Biru ASCI	Laboratorium Nasional Los Alamos	Amerika Serikat	1998	6144
9	IBM	SP Kekuatan3	Pusat Oseanografi NAVOCEANO	Amerika Serikat	2000	1336
10	IBM	SP Kekuatan3	Layanan cuaca Jerman	Jerman	2001	1280

Arsitektur superkomputer baru ini didasarkan pada arsitektur RS/6000 paralel masif yang telah terbukti dan memberikan kinerja 12,3 teraflops (triliun operasi per detik). Sistem ini mencakup total 8 TB RAM yang didistribusikan ke 16 node SMP prosesor dan memori disk 160 TB. Pengiriman sistem dari laboratorium IBM di negara bagian New York ke Livermore, California, memerlukan 28 truk-trailer.

Semua node sistem menjalankan OS AIX. Superkomputer ini digunakan oleh para ilmuwan Departemen Energi AS untuk menjalankan model 3D yang kompleks guna menjaga keamanan senjata nuklir. Sebenarnya, ASCI White adalah langkah ketiga dalam program lima tahap ASCI, yang berencana membuat superkomputer baru pada tahun 2004. Secara umum, ASCI White terdiri dari tiga sistem terpisah, dimana White adalah yang terbesar (512 node, 8192 prosesor), dan ada juga Ice (28 node, 448 prosesor) dan Frost (68 node, 1088 prosesor).

Pendahulu ASCI White adalah superkomputer Blue Pacific (nama lain ASCI Blue), yang mencakup 1.464 node empat prosesor berdasarkan kristal PowerPC 604e/332 MHz. Node-node tersebut dihubungkan ke dalam satu sistem menggunakan kabel sepanjang hampir lima mil, dan luas ruang komputer adalah 8 ribu kaki persegi. Sistem ASCI Blue terdiri dari total 5856 prosesor dan memberikan kinerja puncak 3,88 teraflops. Jumlah total RAM adalah 2,6 TB.

Sebuah superkomputer terdiri dari beberapa kilometer kabel.

Pusat Penelitian Atmosfer Nasional (NCAR) AS telah memilih IBM sebagai pemasok superkomputer paling kuat di dunia yang dirancang untuk memprediksi perubahan iklim. Sistem tersebut, yang dikenal dengan nama Blue Sky, akan meningkatkan kemampuan pemodelan iklim NCAR sebesar besarnya ketika beroperasi penuh pada tahun ini. Inti dari Blue Sky adalah superkomputer IBM SP dan sistem IBM eServer p690, yang penggunaannya akan mencapai kinerja puncak hampir 7 Tflops dengan volume subsistem disk IBM SSA sebesar 31,5 TB.

Superkomputer, yang disebut Blue Storm, dibuat atas perintah Pusat Prakiraan Cuaca Jarak Menengah Eropa (ECMWF). Blue Storm akan dua kali lebih kuat dari ASCI White. Untuk membuatnya, Anda memerlukan 100 server IBM eServer p690, juga dikenal sebagai Regatta. Setiap unit sistem, seukuran lemari es, berisi lebih dari seribu prosesor. Pada tahun 2004, Blue Storm akan dilengkapi dengan server p960 generasi baru, yang membuatnya dua kali lebih kuat. Superkomputer akan menjalankan AIX OS. Awalnya, total kapasitas drive Blue Storm akan menjadi 1,5 petabyte, dan daya komputasi akan menjadi sekitar 23 teraflops. Sistem ini berbobot 130 ton dan 1.700 kali lebih kuat dibandingkan superkomputer catur Deep Blue.

Peneliti IBM bekerja sama dengan Livermore National Laboratory pada komputer Blue Gene/L dan Blue Gene/C. Komputer-komputer ini adalah bagian dari proyek Blue Gene selama 5 tahun, yang dimulai pada tahun 1999 untuk mempelajari protein, yang mana telah diinvestasikan sebesar $100 juta.Pembuatan superkomputer baru Blue Gene/L (200 teraflops) akan selesai pada tahun 2004 - untuk enam bulan - setahun lebih awal dari perkiraan penyelesaian pekerjaan pada komputer Blue Gene/C yang lebih bertenaga (1000 teraflops). Dengan demikian, kinerja desain Blue Gene/L akan melampaui kinerja gabungan 500 komputer paling kuat di dunia. Pada saat yang sama, superkomputer baru menempati area yang hanya setara dengan setengah lapangan tenis. Insinyur IBM juga berupaya mengurangi konsumsi energi - mereka berhasil menguranginya hingga 15 kali lipat.

Catatan

tes LINPACK.
Tolok ukur LINPACK didasarkan pada penyelesaian sistem persamaan linier dengan matriks koefisien padat pada bidang bilangan real menggunakan eliminasi Gaussian. Bilangan real biasanya direpresentasikan dengan presisi penuh. Karena banyaknya operasi pada bilangan real, hasil LINPACK dianggap sebagai tolok ukur kinerja konfigurasi perangkat keras dan perangkat lunak di area yang secara intensif menggunakan perhitungan matematis yang kompleks.

Simulator Bumi.
Menurut majalah New Scientist, dalam daftar superkomputer Top500 versi ke-19 yang baru, sistem superkomputer untuk proyek Simulator Bumi NEC Corporation akan menempati posisi pertama. Itu dipasang di Institut Ilmu Bumi Jepang (Institut Ilmu Bumi Yokohama) di Kanagawa, Prefektur Yokohama. Pihak pengembang mengklaim performa puncaknya bisa mencapai 40 Tflops.

Superkomputer Earth Simulator dirancang untuk mensimulasikan perubahan iklim berdasarkan data yang diterima dari satelit. Menurut perwakilan NEC, kinerja komputer yang tinggi dicapai melalui penggunaan prosesor vektor yang dirancang khusus. Sistem ini didasarkan pada 5120 prosesor tersebut, digabungkan menjadi 640 node SX-6 (masing-masing 8 prosesor). Superkomputer menjalankan SUPER-UX OS. Alat pengembangan termasuk kompiler untuk bahasa C/C++, Fortran 90 dan HPF, serta alat vektorisasi otomatis, implementasi antarmuka MPI-2 dan perpustakaan matematika ASL/ES. Seluruh mesin menempati area tiga lapangan tenis (50 kali 65 m) dan menggunakan kabel beberapa kilometer.

Superkomputer K Computer yang sebelumnya menduduki peringkat pertama kini tergeser ke peringkat ketiga. Kinerjanya adalah 11,28 Pflops (lihat Gambar 1). Mari kita ingat bahwa FLOPS (FLoating-point Operations Per Second, FLOPS) adalah satuan pengukuran kinerja komputer, yang menunjukkan berapa banyak operasi floating point per detik yang mampu dilakukan oleh sistem komputasi tertentu.

K Computer merupakan pengembangan bersama dari Institut Penelitian Fisika dan Kimia Rikagaku Kenkiyo (RIKEN) dan Fujitsu. Ini dibuat sebagai bagian dari inisiatif Infrastruktur Komputasi Berkinerja Tinggi yang dipimpin oleh Kementerian Pendidikan, Kebudayaan, Olahraga, Sains dan Teknologi Jepang (MEXT). Superkomputer dipasang di wilayah Institute of Advanced Computing Sciences di kota Kobe, Jepang.

Superkomputer didasarkan pada arsitektur memori terdistribusi. Sistem ini terdiri dari lebih dari 80.000 node komputasi dan ditempatkan di 864 rak, yang masing-masing menampung 96 node komputasi dan 6 node I/O. Node-node tersebut, masing-masing berisi satu prosesor dan 16 GB RAM, saling berhubungan sesuai dengan topologi “loop/torus enam dimensi”. Sistem ini menggunakan total 88.128 prosesor delapan inti SPARC64 VIIIfx (705.024 inti) yang diproduksi oleh Fujitsu menggunakan teknologi 45 nm.

Superkomputer serba guna ini memberikan kinerja tingkat tinggi dan dukungan untuk berbagai aplikasi. Sistem ini digunakan untuk melakukan penelitian di bidang perubahan iklim, pencegahan bencana dan pengobatan.

Sistem pendingin air yang unik mengurangi kemungkinan kegagalan peralatan dan mengurangi konsumsi energi secara keseluruhan. Penghematan energi dicapai melalui penggunaan peralatan yang sangat efisien, sistem kogenerasi panas dan listrik, serta serangkaian panel surya. Selain itu, mekanisme pemanfaatan kembali air limbah dari pendingin mengurangi dampak negatif terhadap lingkungan.

Gedung tempat K Computer berada tahan gempa dan mampu menahan gempa berkekuatan 6 skala Richter atau lebih skala Jepang (0-7). Untuk mengakomodasi rak peralatan dan kabel dengan lebih efisien, lantai tiga, berukuran 50 × 60 m, sepenuhnya bebas dari kolom penahan beban. Teknologi konstruksi modern telah memungkinkan untuk memastikan tingkat beban yang dapat diterima (hingga 1 t/m2) untuk pemasangan rak, yang beratnya dapat mencapai 1,5 ton.

KOMPUTER SUPER SEQUOIA

Superkomputer Sequoia dipasang di Laboratorium Nasional Lawrence Livermore. Lawrence, memiliki kinerja 16,32 Pflops dan menempati peringkat kedua (lihat Gambar 2).

Superkomputer petaflop ini, dikembangkan oleh IBM berdasarkan Blue Gene/Q, diciptakan untuk Administrasi Keamanan Nuklir Nasional AS (NNSA) sebagai bagian dari program Simulasi dan Komputasi Tingkat Lanjut.

Sistem ini terdiri dari 96 rak dan 98.304 node komputasi (1024 node per rak). Setiap node dilengkapi prosesor PowerPC A2 16-core dan RAM DDR3 16 GB. Totalnya digunakan 1.572.864 inti prosesor dan memori 1,6 PB. Node-node tersebut terhubung satu sama lain sesuai dengan topologi “torus lima dimensi”. Luas area yang ditempati sistem ini adalah 280 m2. Total konsumsi energi adalah 7,9 MW.

Superkomputer Sequoia adalah yang pertama di dunia yang melakukan perhitungan ilmiah yang membutuhkan daya komputasi lebih dari 10 Pflops. Jadi, sistem simulasi kosmologi HACC memerlukan sekitar 14 Pflop saat dijalankan dalam mode 3,6 triliun partikel, dan saat menjalankan kode proyek Cardiod untuk simulasi elektrofisiologi jantung manusia, kinerjanya mencapai hampir 12 Pflop.

KOMPUTER SUPER TITAN

Superkomputer Titan, yang dipasang di Laboratorium Nasional Oak Ridge (ORNL) di AS, diakui sebagai superkomputer tercepat di dunia. Dalam tes benchmark Linpack, kinerjanya adalah 17,59 Pflops.

Titan mengimplementasikan arsitektur CPU-GPU hybrid (lihat Gambar 3). Sistem ini terdiri dari 18.688 node, masing-masing dilengkapi dengan prosesor AMD Opteron 16-core dan akselerator grafis Nvidia Tesla K20X. Sebanyak 560.640 prosesor digunakan. Titan merupakan pembaruan dari superkomputer Jaguar yang dioperasikan ORNL sebelumnya dan menempati lemari server yang sama (luas total 404 m2).

Kemampuan untuk menggunakan listrik dan sistem pendingin yang ada menghemat sekitar $20 juta selama konstruksi. Konsumsi daya superkomputer ini adalah 8,2 MW, 1,2 MW lebih banyak dibandingkan Jaguar, sementara kinerjanya dalam pengoperasian floating point hampir 10 kali lebih tinggi.

Titan terutama akan digunakan untuk melakukan penelitian di bidang ilmu material dan energi nuklir, serta penelitian terkait peningkatan efisiensi mesin pembakaran internal. Selain itu, laporan ini akan digunakan untuk memodelkan perubahan iklim dan menganalisis strategi potensial untuk mengatasi dampak negatifnya.

KOMPUTER SUPER "TERHIJAU".

Selain peringkat Top500, yang bertujuan untuk mengidentifikasi sistem berkinerja paling tinggi, terdapat peringkat Green500, yang mengakui superkomputer “paling ramah lingkungan”. Di sini, indikator efisiensi energi (Mflops/W) digunakan sebagai dasar. Saat ini (peringkat terbaru dirilis November 2012), pemimpin Green500 adalah superkomputer Beacon (tempat ke-253 di Top500). Indikator efisiensi energinya adalah 2499 Mflops/W.

Beacon ditenagai koprosesor Intel Xeon Phi 5110P dan prosesor Intel Xeon E5-2670, sehingga performa puncaknya bisa mencapai 112.200 Gflops dengan total konsumsi daya 44,9 kW. Koprosesor Xeon Phi 5110P memberikan kinerja tinggi dengan konsumsi daya rendah. Setiap koprosesor memiliki daya 1 teraflops (presisi ganda) dan mendukung memori GDDR5 hingga 8 GB dengan bandwidth 320 Gbps.

Sistem pendingin pasif Xeon Phi 5110P memiliki nilai TDP 225W, yang ideal untuk server dengan kepadatan tinggi.

EURORA SUPERKOMPUTER

Namun, pada bulan Februari 2013, muncul laporan bahwa superkomputer Eurora, yang berlokasi di Bologna (Italia), melampaui Beacon dalam efisiensi energi (3150 Mflops/watt versus 2499 Mflops/W).

Eurora dibangun oleh Eurotech dan terdiri dari 64 node, yang masing-masing mencakup dua prosesor Intel Xeon E5-2687W, dua akselerator GPU Nvidia Tesla K20, dan perangkat keras lainnya. Dimensi node tersebut tidak melebihi dimensi laptop, namun kinerjanya 30 kali lebih tinggi dan konsumsi daya 15 kali lebih rendah.

Efisiensi energi yang tinggi di Eurora dicapai melalui penggunaan beberapa teknologi. Pendinginan air memberikan kontribusi terbesar. Jadi, setiap node superkomputer adalah semacam sandwich: peralatan pusat di bagian bawah, penukar panas air di tengah, dan unit elektronik lainnya di bagian atas (lihat Gambar 4).

Hasil tinggi tersebut dicapai melalui penggunaan bahan dengan konduktivitas termal yang baik, serta jaringan saluran pendingin yang luas. Saat memasang modul komputasi baru, salurannya digabungkan dengan saluran sistem pendingin, yang memungkinkan Anda mengubah konfigurasi superkomputer tergantung pada kebutuhan spesifik. Menurut produsen, risiko kebocoran dapat dihilangkan.

Elemen superkomputer Eurora ditenagai oleh sumber DC 48 volt, yang penerapannya telah mengurangi jumlah konversi energi. Terakhir, air hangat yang dikeluarkan dari peralatan komputasi dapat digunakan untuk keperluan lain.

KESIMPULAN

Industri superkomputer secara aktif mengembangkan dan mencetak lebih banyak rekor baru dalam hal kinerja dan efisiensi energi. Perlu dicatat bahwa di industri ini, tidak seperti di tempat lain, teknologi pendingin cair dan pemodelan 3D banyak digunakan saat ini, karena para spesialis dihadapkan pada tugas untuk merakit sistem komputasi super kuat yang dapat berfungsi dalam kondisi yang sangat buruk. volume terbatas dengan kehilangan energi minimal.

Yuri Khomutsky- Kepala Insinyur Proyek di I-Teco. Beliau dapat dihubungi di: [dilindungi email]. Artikel ini menggunakan materi dari portal Internet tentang pusat data “www.AboutDC.ru - Solusi untuk Pusat Data”.

Waktu membaca: 2 menit.

Hingga saat ini umat manusia belum mencapai tumpukan sampah di Mars, belum menemukan ramuan awet muda, mobil belum bisa melayang di atas tanah, namun ada beberapa bidang yang masih berhasil kita lakukan. Penciptaan superkomputer yang kuat hanyalah salah satu bidangnya. Untuk mengevaluasi kekuatan komputer, Anda perlu menentukan parameter kunci mana yang bertanggung jawab atas karakteristik ini. Parameter ini adalah flops - nilai yang menunjukkan berapa banyak operasi yang dapat dilakukan PC dalam satu detik. Berdasarkan nilai inilah majalah Big Rating kami memberi peringkat komputer paling kuat di dunia pada tahun 2017.

Kekuatan superkomputer - 8,1 Pflop/detik

Komputer ini menyimpan data yang bertanggung jawab atas keamanan struktur militer Amerika Serikat, dan juga bertanggung jawab atas kesiapan serangan nuklir, jika diperlukan. Dua tahun lalu mesin ini adalah salah satu yang terkuat dan termahal di dunia, namun saat ini Trinity telah digantikan oleh perangkat yang lebih baru. Sistem yang menjalankan superkomputer ini adalah Cray XC40, berkat perangkat tersebut dapat "melakukan" sejumlah operasi per detik.

dunia

Kekuatan superkomputer – 8,6 Pflop/detik

Cray telah merilis superkomputer lain, Mira. Departemen Energi AS memerintahkan produksi mesin ini untuk mengoordinasikan pekerjaannya. Area dimana Mira beroperasi adalah industri dan pengembangan potensi penelitian. Superkomputer ini mampu menghitung 8,6 petaflops per detik.

Kekuatan superkomputer – 10,5 Pflop/detik

Nama perangkat ini langsung menggambarkan kekuatannya, kata dalam bahasa Jepang “kei” (K) berarti sepuluh kuadriliun. Angka tersebut hampir persis menggambarkan kapasitas produksinya yang mencapai 10,5 petaflops. Keunggulan superkomputer ini adalah sistem pendinginnya. Pendinginan air digunakan, yang mengurangi konsumsi cadangan energi dan mengurangi kecepatan perakitan.

Kekuatan superkomputer – 13,6 Pflop/detik

Fujitsu, perusahaan asal Negeri Matahari Terbit, tak henti-hentinya berkarya, setelah merilis superkomputer K Computer, mereka pun segera memulai proyek baru. Proyek ini adalah superkomputer Oakforest-Pacs, yang diklasifikasikan sebagai mesin generasi baru (Knights landing generation). Pengembangannya ditugaskan oleh Universitas Tokyo dan Universitas Tsukuba. Menurut rencana awal, memori perangkat seharusnya 900 TB, dan kinerja Oakforest-Pacs akan mencapai 25 kuadriliun operasi per detik. Namun karena keterbatasan dana, banyak aspek yang belum terselesaikan, sehingga kekuatan superkomputer tersebut menjadi 13,6 petaflops per detik.

Kori

Kekuatan superkomputer – 14 Pflop/detik

Tahun lalu, Cori berada di posisi keenam dalam daftar superkomputer terkuat di dunia, namun dengan kecepatan perkembangan teknologi yang gila-gilaan, ia kehilangan satu posisi. Superkomputer ini berlokasi di Amerika Serikat, di Lawrence Berkeley National Laboratory. Ilmuwan dari Swiss, dengan bantuan Cori, mampu mengembangkan mesin komputasi kuantum 45-qubit. Kapasitas produksi superkomputer ini adalah 14 petaflops per detik.

Kekuatan superkomputer – 17,2 Pflop/detik

Para ilmuwan dari seluruh dunia telah lama sepakat bahwa Sequoia adalah superkomputer tercepat di planet ini. Dan ini bukan hanya terjadi begitu saja, karena ia mampu melakukan perhitungan aritmatika yang membutuhkan waktu 320 tahun bagi 6,7 miliar orang, dalam satu detik. Ukuran mesin ini sungguh menakjubkan - menempati lebih dari 390 meter persegi dan mencakup 96 rak. Enam belas ribu triliun operasi atau dengan kata lain 17,2 petaflops merupakan kapasitas produksi superkomputer ini.

Titan

Kekuatan superkomputer – 17,6 Pflop/detik

Selain menjadi salah satu superkomputer tercepat di dunia, ia juga sangat hemat energi. Indikator efisiensi energi adalah 2142,77 megaflops per watt energi yang dibutuhkan untuk konsumsi. Alasan rendahnya konsumsi daya ini adalah akselerator Nvidia, yang menyediakan hingga 90% daya yang dibutuhkan untuk komputasi. Selain itu, akselerator Nvidia telah mengurangi luas area yang ditempati superkomputer ini secara signifikan, kini hanya membutuhkan 404 meter persegi.

Kekuatan superkomputer – 19,6 Pflop/detik

Peluncuran pertama perangkat ini terjadi pada tahun 2013, di Swiss, di kota Lugano. Sekarang geolokasi superkomputer ini adalah Swiss National Supercomputing Center. Piz Daint merupakan kombinasi dari semua fitur terbaik dari mesin-mesin di atas, memiliki efisiensi energi yang sangat tinggi dan sangat cepat dalam perhitungan. Hanya satu karakteristik yang menyisakan banyak hal yang diinginkan - dimensi superkomputer ini; ia menempati 28 rak besar. Piz Daint mampu menghasilkan daya komputasi 19,6 petaflops per detik.

Kekuatan superkomputer – 33,9 Pflop/detik

Perangkat ini memiliki nama romantis Tianhe, yang dalam bahasa Cina berarti “Bima Sakti”. Tianhe-2 adalah komputer tercepat dalam daftar 500 superkomputer tercepat dan terkuat. Ia dapat menghitung 2507 operasi aritmatika, yang dalam petaflops adalah 33,9 Pflops/detik. Spesialisasi yang digunakan komputer ini adalah konstruksi, yang menghitung operasi yang berkaitan dengan pembangunan dan peletakan jalan. Sejak diluncurkan pertama kali pada tahun 2013, komputer ini tidak kehilangan posisinya dalam daftar, yang membuktikan bahwa ia adalah salah satu mesin terbaik di dunia.

Kekuatan superkomputer – 93 Pflop/detik

Sunway TaihuLight merupakan superkomputer tercepat di dunia, selain kecepatan komputasinya yang sangat besar, ia juga terkenal dengan dimensinya yang sangat besar - menempati area seluas lebih dari 1000 meter persegi. Konferensi internasional tahun 2016 yang berlangsung di Jerman mengakui superkomputer ini sebagai yang tercepat di dunia, dan masih belum memiliki pesaing yang serius dalam hal ini. Kecepatannya tiga kali lebih tinggi dari Tianhe-2, superkomputer terdekat dalam hal ini!

Kemajuan teknologi tidak tinggal diam, berkembang dengan kecepatan kosmik, mempengaruhi banyak aspek kehidupan manusia, dan memiliki banyak sisi positif dan negatif. Berbagai jenis teknologi kini telah tersedia bagi manusia: komputer, robot, dan instrumen. Namun tujuan utama dari segala peralatan adalah untuk mempermudah kehidupan seseorang, teknologi tidak boleh menjadi hiburan yang sia-sia dan hanya membuang-buang waktu saja.