Pēdējos gados datoru projektēšanas un ražošanas uzņēmumi strādā nenogurstoši. Tā rezultātā tehnoloģiju apjoms pasaulē pieaug eksponenciāli.

Jaudīgākie datori

Pavisam nesen pasaule nezināja par DirectX10, un FarCry vai NFS Underground 2 grafika šķita datora iespēju virsotne. Kādreiz 600 megabaitu informācijas glabāšanai spējīgs disks šķita kā tehnikas brīnums, bet tagad brīvi pieejamas terabaitu atmiņas kartes.

Superdatoru jomā notiek gandrīz tas pats. 1993. gadā Tenesī universitātes profesors Džeks Dongarra nāca klajā ar ideju izveidot pasaulē jaudīgāko datoru reitingu. Kopš tā laika šis saraksts ar nosaukumu TOP500 tiek atjaunināts divas reizes gadā: jūnijā un novembrī.

Laiks iet, un 90. gadu sākuma superdatoru reitingu līderi jau ir bezdievīgi novecojuši pat pēc parastu datoru lietotāju standartiem. Tātad, pirmais 1993. gadā bija Thinking Machines samontētais CM-5/1024: 1024 procesori ar takts frekvenci 32 MHz, skaitļošanas ātrums 59,7 gigaflopi — nedaudz ātrāk nekā parasts 8 kodolu dators zem jūsu galda. Kāds šodien ir labākais dators?

Sunway TaihuLight

Vēl pirms pieciem gadiem jaudas ziņā plaukstu konsekventi turēja ASV ražotie superdatori. 2013. gadā Ķīnas zinātnieki pārņēma vadību un, acīmredzot, negrasās no tās atteikties.

Šobrīd par jaudīgāko datoru pasaulē tiek uzskatīts Sunway TaihuLight (tulkojumā “Taihu ezera dievišķais gaismas spēks”), grandioza mašīna ar skaitļošanas ātrumu 93 petaflopi (maksimālais ātrums - 125,43 petaflopi). Tas ir 2,5 reizes jaudīgāks par iepriekšējo rekordistu - superdatoru Tianhe-2, kas tika uzskatīts par jaudīgāko līdz 2016. gada jūnijam.

Sunway Taihulight ir 10,5 miljoni iebūvētu kodolu (40 960 procesori, katrs ar 256 skaitļošanas un 4 vadības kodoliem).

Šādi izskatās 2016. gada jaudīgākais dators

Visas iekārtas tika izstrādātas un ražotas Ķīnā, savukārt iepriekšējā jaudīgākā datora procesorus ražoja amerikāņu kompānija Intel. Sunway TaihuLight izmaksas tiek lēstas 270 miljonu dolāru apmērā. Superdators atrodas Usji apgabala Nacionālajā superdatoru centrā.

Iepriekšējo gadu rekordisti

Līdz 2016. gada jūnijam (un TOP500 saraksts tiek atjaunināts katru jūniju un novembri) par jaudīgāko un ātrāko datoru kļuva supermašīna Tianhe-2 (tulkojumā no ķīniešu valodas “Piena ceļš”), kas izstrādāta Ķīnā Aizsardzības zinātnes un tehnoloģiju universitātē gadā. Čangša ar kompānijas Inspur palīdzību.

Tianhe-2 jauda nodrošina 2507 triljonus darbību sekundē (33,86 petaflopi sekundē), maksimālā veiktspēja ir 54,9 petaflopi. Ķīnas attīstība ir bijusi šī reitinga augšgalā kopš tās izlaišanas 2013. gadā – neticami iespaidīgs rādītājs!

Superdators Tianhe-2

Tianhe-2 raksturojums ir šāds: 16 tūkstoši mezglu, 32 tūkstoši 12 kodolu Intel Xeon E5-2692 procesoru un 48 tūkstoši 57 kodolu Intel Xeon Phi 31S1P paātrinātāju, kas kopā nozīmē 3 120 000 kodolu; 256 tūkstoši DDR3 RAM zibatmiņas pa 4 GB un 176 000 GDDR5 8 GB zibatmiņas - kopā 2 432 000 GB RAM. Cietā diska ietilpība ir vairāk nekā 13 miljoni GB. Tomēr jūs nevarēsit tajā spēlēt - tas ir paredzēts tikai skaitļošanai, un Milky Way 2 nav instalēta videokarte. Jo īpaši tas palīdz aprēķinos par metro ierīkošanu un pilsētu attīstību.

Jaguārs

Ilgu laiku reitinga augšgalā atradās ASV superdators Jaguar. Kā tas atšķiras no citiem un kādas ir tā tehniskās priekšrocības?

Superdators, ko sauc par Jaguar, sastāv no liela skaita neatkarīgu šūnu, kas sadalītas divās daļās - XT4 un XT5. Pēdējā sadaļā ir tieši 18688 skaitļošanas šūnas. Katrā šūnā ir divi sešu kodolu AMD Opteron 2356 procesori ar 2,3 GHz frekvenci, 16 GB DDR2 RAM, kā arī SeaStar 2+ maršrutētājs. Pat ar vienu šūnu no šīs sadaļas pietiktu, lai izveidotu jaudīgāko datoru spēlēm. Sadaļā ir tikai 149 504 skaitļošanas kodoli, milzīgs RAM apjoms - vairāk nekā 300 TB, kā arī veiktspēja 1,38 Petaflops un vairāk nekā 6 Petabaiti diska vietas.

Datormonstra veidošana

XT4 nodalījumā ir 7832 šūnas. To raksturlielumi ir pieticīgāki nekā iepriekšējai XT5 sadaļai: katrā šūnā ir viens sešu kodolu procesors ar frekvenci 2,1 GHz, 8 GB RAM un SeaStar 2 maršrutētājs. Kopumā sadaļā ir 31 328 skaitļošanas kodoli un vairāk nekā 62 TB atmiņa, kā arī maksimālā veiktspēja 263 TFLOPS un vairāk nekā 600 TB diska vietas. Jaguar superdators darbojas ar savu operētājsistēmu Cray Linux Environment.

Jaguar aizmugurē elpo vēl viens dators, IBM ideja – Roadrunner. Visspēcīgākais skaitļošanas monstrs spēj aprēķināt līdz 1000 000 000 000 operāciju sekundē. Tas tika izstrādāts īpaši Enerģētikas departamenta Nacionālajai kodoldrošības pārvaldei Losalamosā. Ar šī superdatora palīdzību viņi plānoja uzraudzīt visu Amerikas Savienotajās Valstīs esošo kodoliekārtu darbību.

Road Runner maksimālais apstrādes ātrums ir aptuveni 1,5 petaflopi. Mēs runājam par 3456 oriģinālo trīs asmeņu serveru kopējo jaudu, no kuriem katrs spēj veikt aptuveni 400 miljardus operāciju sekundē (tas ir, 400 gigaflops). Roadrunner iekšpusē ir aptuveni 20 tūkstoši augstas veiktspējas divkodolu procesoru - 12 960 Cell Broadband Engine un 6948 AMD Opteron, kas ir paša IBM ideja. Šāda superdatora sistēmas atmiņa ir 80 terabaiti.

Tātad, cik daudz vietas aizņem šis tehnoloģiju brīnums? Mašīna atrodas 560 kvadrātmetru platībā. Un viss nodaļas aprīkojums ir iepakots oriģinālās arhitektūras serveros. Visas iekārtas sver aptuveni 23 tonnas. Tātad, lai to transportētu, Nacionālās kodoldrošības administrācijas darbiniekiem būs nepieciešams vismaz 21 liels traktors.

Daži vārdi par to, kas ir petaflops. Viens petaflops ir aptuveni vienāds ar 100 tūkstošu mūsdienu klēpjdatoru kopējo jaudu. Ja mēģināt iedomāties, viņi var noasfaltēt gandrīz divarpus kilometrus garu ceļu. Vēl viens pieejams salīdzinājums: 46 gadu laikā visi planētas iedzīvotāji izmantos kalkulatorus, lai veiktu aprēķinus, ko Roadrunner var veikt vienas dienas laikā. Vai varat iedomāties, cik maz vajadzēs mūsu reitinga līderim Sunway TaihuLigh?

Titāns

2012. gadā ASV Enerģētikas departamenta Ouk Ridžas Nacionālā laboratorija palaida klajā superdatoru Titan, kura nominālvērtība ir 20 petaflopi — citiem vārdiem sakot, tas vienā sekundē spēj veikt kvadriljonus peldošā komata darbību.

Titānu izstrādāja Krejs. Bez Titan amerikāņu speciālisti pēdējos gados ir izstrādājuši vēl divus superdatorus. Viena no tām – Mira – paredzēta rūpniecisko un zinātnisko pētījumu vajadzībām, bet ar otra – Sequoia – palīdzību simulē kodolieroču izmēģinājumus. IBM korporācija ir aiz visiem šiem notikumiem.

Jaudīgākais dators Krievijā

Diemžēl Krievijas izstrādātais “Lomonosov-2”, kas atzīts par jaudīgāko datoru Krievijā, ir tikai 41. vietā TOP500 (uz 2016. gada jūniju). Tā atrodas Maskavas Valsts universitātes Zinātniskajā skaitļošanas centrā. Vietējā superdatora jauda ir 1849 petaflopi, maksimālā jauda ir aptuveni 2,5 petaflopi. Serdeņu skaits: 42 688.

Abonējiet mūsu kanālu vietnē Yandex.Zen

Superdators Titan

Cilvēki joprojām nelido uz Marsu, vēzis vēl nav izārstēts, un mēs neesam tikuši vaļā no atkarības no naftas. Un tomēr ir jomas, kurās cilvēce pēdējo desmitgažu laikā ir panākusi neticamu progresu. Datoru skaitļošanas jauda ir tikai viena no tām.

Divas reizes gadā Lorensa Bērklija Nacionālās laboratorijas un Tenesī universitātes eksperti publicē Top 500, kas piedāvā pasaulē jaudīgāko superdatoru sarakstu.

Nedaudz raugoties uz priekšu, iesakām šos skaitļus nogaršot jau iepriekš: pirmā desmitnieka pārstāvju produktivitāte mērāma desmitos kvadriljonos flopu. Salīdzinājumam: ENIAC, pirmā datora vēsturē, jauda bija 500 flops; Mūsdienās vidējam personālajam datoram ir simtiem gigaflopu (miljardiem flopu), iPhone 6 ir aptuveni 172 gigaflopi, un PS4 ir 1,84 teraflopi (triljoni flopu).

Apbruņojoties ar jaunāko 2014. gada novembra Top 500, Naked Science nolēma noskaidrot, kas ir 10 pasaulē jaudīgākie superdatori un kādu problēmu risināšanai ir nepieciešama tik milzīga skaitļošanas jauda.

• Atrašanās vieta: ASV
• Veiktspēja: 3,57 petaflops
• Teorētiskā maksimālā veiktspēja: 6,13 petaflopi
• Jauda: 1,4 MW

Tāpat kā gandrīz visi mūsdienu superdatori, tostarp katrs no šajā rakstā aprakstītajiem, CS-Storm sastāv no daudziem procesoriem, kas apvienoti vienā datortīklā, pamatojoties uz masveidā paralēlas arhitektūras principu. Patiesībā šī sistēma sastāv no daudziem statīviem (“skapjiem”) ar elektroniku (mezgliem, kas sastāv no daudzkodolu procesoriem), kas veido veselus koridorus.

Cray CS-Storm ir vesela virkne superdatoru kopu, taču viena no tām joprojām izceļas uz pārējo fona. Konkrēti, tas ir noslēpumainais CS-Storm, ko ASV valdība izmanto nezināmiem mērķiem un nezināmā vietā.

Ir zināms, ka amerikāņu amatpersonas iegādājās ļoti efektīvu enerģijas patēriņa ziņā (2386 megaflopi uz 1 vatu) CS-Storm ar kopējo kodolu skaitu gandrīz 79 tūkstoši no amerikāņu uzņēmuma Cray.

Tomēr ražotāja vietnē teikts, ka CS-Storm klasteri ir piemēroti augstas veiktspējas skaitļošanai kiberdrošības, ģeotelpiskās informācijas, modeļu atpazīšanas, seismisko datu apstrādes, renderēšanas un mašīnmācīšanās jomās. Kaut kur šajā sērijā valdības CS-Storm izmantošana, iespējams, nosēdās.

CRAY CS-STORM

9. Vulkāns – Blue Gene/Q

• Atrašanās vieta: ASV
• Veiktspēja: 4,29 petaflops
• Teorētiskā maksimālā veiktspēja: 5,03 petaflopi
• Jauda: 1,9 MW

“Vulcan” izstrādāja amerikāņu uzņēmums IBM, tas pieder Blue Gene ģimenei un atrodas Lawrence Livermore Nacionālajā laboratorijā. ASV Enerģētikas departamentam piederošais superdators sastāv no 24 statīviem. Klasteris sāka darboties 2013. gadā.

Atšķirībā no jau pieminētā CS-Storm, Vulcan pielietojuma joma ir labi zināma – dažādi zinātniski pētījumi, tai skaitā enerģētikas jomā, piemēram, dabas parādību modelēšana un liela datu apjoma analīze.

Piekļuvi superdatoram var iegūt dažādas zinātniskās grupas un uzņēmumi, iesniedzot pieteikumu High Performance Computing Innovation Center (HPC Inovāciju centrs), kas atrodas tajā pašā Livermoras Nacionālajā laboratorijā.

Superdators Vulcan

8. Juqueen – Blue Gene/Q

• Atrašanās vieta: Vācija
• Veiktspēja: 5 petaflops
• Teorētiskā maksimālā veiktspēja: 5,87 petaflopi
• Jauda: 2,3 MW

Kopš izlaišanas 2012. gadā Juqueen ir bijis otrs jaudīgākais superdators Eiropā un pirmais Vācijā. Tāpat kā Vulcan, arī šo superdatoru kopu IBM izstrādāja Blue Gene projekta ietvaros, un tas pieder tai pašai paaudzei Q.

Superdators atrodas vienā no lielākajiem pētniecības centriem Eiropā Jūličā. To attiecīgi izmanto – augstas veiktspējas skaitļošanai dažādos zinātniskos pētījumos.

Juqueen superdators

7. Stampede – PowerEdge C8220

• Atrašanās vieta: ASV
• Veiktspēja: 5,16 petaflops
• Teorētiskā maksimālā veiktspēja: 8,52 petaflopi
• Jauda: 4,5 MW

Atrodas Teksasā, Stampede ir vienīgā klasteris Top 500 pirmajā desmitniekā, ko izstrādājis amerikāņu uzņēmums Dell. Superdators sastāv no 160 statīviem.

Šis superdators ir pasaulē jaudīgākais starp tiem, ko izmanto tikai pētniecības nolūkos. Piekļuve Stampede iekārtām ir atvērta zinātniskām grupām. Klasteris tiek izmantots visdažādākajās zinātnes jomās – no precīzas cilvēka smadzeņu tomogrāfijas un zemestrīču prognozēšanas līdz pat mūzikas un valodas struktūru modeļu noteikšanai.

Superdatoru satricinājumi

6. Piz Daint – Cray XC30

• Atrašanās vieta: Šveice
• Veiktspēja: 6,27 petaflops
• Teorētiskā maksimālā veiktspēja: 7,78 petaflopi
• Jauda: 2,3 MW

Šveices Nacionālais superskaitļošanas centrs (CSCS) lepojas ar jaudīgāko superdatoru Eiropā. Piz Daint, kas nosaukts pēc Alpu kalna, ir izstrādājis Cray, un tas pieder XC30 saimei, kurā tas ir visproduktīvākais.

Piz Daint tiek izmantots dažādiem pētniecības mērķiem, piemēram, datorsimulācijām augstas enerģijas fizikas jomā.

Superdators Piz Daint

5. Mira – Blue Gene/Q

• Atrašanās vieta: ASV
• Veiktspēja: 8,56 petaflops
• Teorētiskā maksimālā veiktspēja: 10,06 petaflopi
• Jauda: 3,9 MW

Superdatoru Mira izstrādāja IBM kā daļu no projekta Blue Gene 2012. gadā. Argonnes Nacionālās laboratorijas Augstas veiktspējas skaitļošanas nodaļa, kurā atrodas klasteris, tika izveidota ar valdības finansējumu. Tiek uzskatīts, ka Vašingtonas intereses pieaugums par superskaitļošanas tehnoloģijām 2000. gadu beigās un 2010. gadu sākumā ir saistīts ar sāncensību ar Ķīnu šajā jomā.

Mira, kas atrodas uz 48 plauktiem, tiek izmantota zinātniskiem mērķiem. Piemēram, superdators tiek izmantots klimata un seismiskajai modelēšanai, kas ļauj iegūt precīzākus datus par zemestrīču un klimata pārmaiņu prognozēšanu.

Superdators Mira

4. K Dators

• Atrašanās vieta: Japāna
• Veiktspēja: 10,51 petaflops
• Teorētiskā maksimālā veiktspēja: 11,28 petaflopi
• Jauda: 12,6 MW

Fujitsu izstrādātais un Kobes Fizikāli ķīmisko pētījumu institūtā izvietotais K Computer ir vienīgais Japānas superdators, kas iekļuvis 500 labāko desmitniekā.

Savulaik (2011. gada jūnijā) šis klasteris ieņēma pirmo pozīciju reitingā, uz vienu gadu kļūstot par produktīvāko datoru pasaulē. Un 2011. gada novembrī K Computer kļuva par pirmo vēsturē, kas sasniedza jaudu virs 10 petaflopiem.

Superdators tiek izmantots vairākos pētniecības uzdevumos. Piemēram, dabas katastrofu prognozēšanai (kas Japānai ir svarīga reģiona paaugstinātās seismiskās aktivitātes un valsts augstās ievainojamības dēļ cunami gadījumā) un datormodelēšanai medicīnas jomā.

Superdators K

3. Sequoia – Blue Gene/Q

• Atrašanās vieta: ASV
• Izpildījums: 17,17 petaflops
• Teorētiskā maksimālā veiktspēja: 20,13 petaflopi
• Jauda: 7,8 MW

Jaudīgākais no četriem Blue Gene/Q saimes superdatoriem, kas ir reitinga pirmajā desmitniekā, atrodas ASV Livermoras Nacionālajā laboratorijā. IBM izstrādāja Sequoia Nacionālajai kodoldrošības pārvaldei (NNSA), kurai bija nepieciešams augstas veiktspējas dators ļoti specifiskam mērķim: kodolsprādzienu simulēšanai.

Ir vērts pieminēt, ka reāli kodolizmēģinājumi ir aizliegti kopš 1963. gada, un datorsimulācija ir viena no pieņemamākajām iespējām, lai turpinātu pētījumus šajā jomā.

Tomēr superdatora jauda tika izmantota citu, daudz cēlāku problēmu risināšanai. Piemēram, klasterim izdevās uzstādīt veiktspējas rekordus kosmoloģiskajā modelēšanā, kā arī cilvēka sirds elektrofizioloģiskā modeļa izveidē.

Sequoia superdators

2. Titāns – Cray XK7

• Atrašanās vieta: ASV
• Izpildījums: 17,59 petaflops
• Teorētiskā maksimālā veiktspēja: 27,11 petaflopi
• Jauda: 8,2 MW

Visproduktīvākais superdators, kas jebkad radīts Rietumos, kā arī jaudīgākais datoru klasteris ar zīmolu Cray, atrodas Amerikas Savienotajās Valstīs Oak Ridge National Laboratory. Neskatoties uz to, ka ASV Enerģētikas departamenta rīcībā esošais superdators ir oficiāli pieejams jebkuram zinātniskam pētījumam, 2012. gada oktobrī, kad tika palaists Titan, aplikāciju skaits pārsniedza visas robežas.

Tāpēc Oak Ridge laboratorijā tika sasaukta īpaša komisija, kas no 50 pieteikumiem atlasīja tikai 6 “progresīvākos” projektus. Tostarp, piemēram, neitronu uzvedības modelēšana pašā kodolreaktora sirdī, kā arī globālo klimata pārmaiņu prognozēšana nākamajiem 1-5 gadiem.

Neskatoties uz skaitļošanas jaudu un iespaidīgajiem izmēriem (404 kvadrātmetri), Titāns uz pjedestāla neizturēja ilgi. Tikai sešus mēnešus pēc triumfa 2012. gada novembrī amerikāņu lepnumu augstas veiktspējas skaitļošanas jomā negaidīti izspieda austrumu iezemietis, nebijušā veidā pārspējot iepriekšējos ranga līderus.

Superdators Titan

1. Tianhe-2 / Piena ceļš-2

• Atrašanās vieta: Ķīna
• Veiktspēja: 33,86 petaflopi
• Teorētiskā maksimālā veiktspēja: 54,9 petaflopi
• Jauda: 17,6 MW

Kopš pirmās palaišanas Tianhe-2 jeb Piena ceļš-2 ir bijis Top-500 līderis aptuveni divus gadus. Šis briesmonis ir gandrīz divas reizes jaudīgāks par reitinga 2. numuru – superdatoru TITAN.

Tianhe-2, ko izstrādājusi Tautas atbrīvošanas armijas Aizsardzības zinātnes un tehnoloģiju universitāte un Inspur, veido 16 tūkstoši mezglu ar kopējo kodolu skaitu 3,12 miljoni. Šīs kolosālās struktūras operatīvā atmiņa, kas aizņem 720 kvadrātmetrus, ir 1,4 petabaiti, bet atmiņas ierīce ir 12,4 petabaiti.

Piena ceļš 2 tika izstrādāts pēc Ķīnas valdības iniciatīvas, tāpēc nav pārsteidzoši, ka tā bezprecedenta jauda, ​​šķiet, kalpo valsts vajadzībām. Oficiāli tika paziņots, ka superdators nodarbojas ar dažādām simulācijām, analizējot milzīgus datu apjomus, kā arī nodrošinot Ķīnas nacionālo drošību.

Ņemot vērā Ķīnas militārajiem projektiem raksturīgo slepenību, var tikai minēt, kādu pielietojumu Piena ceļš-2 ik pa laikam saņem Ķīnas armijas rokās.

Superdators Tianhe-2

Sākums → Iekšzemes datortehnoloģiju vēsture → Superdatori

Superdatori

Andrejs Borzenko

Superdatori ir ātrākie datori. To galvenā atšķirība no lieldatoriem ir šāda: visi šāda datora resursi parasti ir paredzēti, lai pēc iespējas ātrāk atrisinātu vienu vai vismaz vairākus uzdevumus, savukārt lieldatori, kā likums, veic diezgan lielu skaitu uzdevumu, kas konkurē ar katru. cits. Datorindustrijas straujā attīstība nosaka pamatjēdziena relativitāti – tas, ko pirms desmit gadiem varēja saukt par superdatoru, mūsdienās vairs neatbilst šai definīcijai. Ir arī humoristiska superdatora definīcija: tā ir ierīce, kas samazina skaitļošanas problēmu līdz ievades-izejas problēmai. Tomēr tajā ir daļa patiesības: bieži vien vienīgais vājais kakls ātrgaitas sistēmā ir I/O ierīces. Kuriem superdatoriem šobrīd ir maksimālā veiktspēja, varat uzzināt no oficiālā piecsimt jaudīgāko sistēmu pasaulē saraksta - Top500 (http://www.top500.org), kas tiek publicēts divas reizes gadā.

Jebkurā datorā visi galvenie parametri ir cieši saistīti. Ir grūti iedomāties universālu datoru ar augstu veiktspēju un niecīgu operatīvo atmiņu vai milzīgu RAM un nelielu diska vietu. Šī iemesla dēļ šobrīd superdatorus raksturo ne tikai maksimāla veiktspēja, bet arī maksimālais operatīvās un diska atmiņas apjoms. Šādu tehnisko parametru nodrošināšana ir diezgan dārga - superdatoru izmaksas ir ārkārtīgi augstas. Kādi uzdevumi ir tik svarīgi, ka tiem ir vajadzīgas sistēmas, kas maksā desmitiem vai simtiem miljonu dolāru? Parasti tās ir fundamentālas zinātniskas vai inženiertehniskas skaitļošanas problēmas ar plašu pielietojumu klāstu, kuru efektīvs risinājums ir iespējams tikai ar jaudīgu skaitļošanas resursu pieejamību. Šeit ir tikai dažas jomas, kurās rodas šāda veida problēmas:

• laikapstākļu, klimata un globālo izmaiņu atmosfērā prognozes;
• materiālu zinātne;
• pusvadītāju ierīču konstrukcija;
• supravadītspēja;
• strukturālā bioloģija;
• farmaceitisko līdzekļu izstrāde;
• cilvēka ģenētika;
• kvantu hromodinamika;
• astronomija;
• automobiļu rūpniecība;
• transporta uzdevumi;
• hidro- un gāzes dinamika;
• kontrolēta kodoltermiskā kodolsintēze;
• degvielas sadegšanas sistēmu efektivitāte;
• naftas un gāzes izpēte;
• skaitļošanas problēmas okeāna zinātnēs;
• runas atpazīšana un sintēze;
• attēla atpazīšana.

Superdatori aprēķina ļoti ātri, pateicoties ne tikai modernākās elementu bāzes izmantošanai, bet arī jauniem risinājumiem sistēmu arhitektūrā. Šeit galveno vietu ieņem paralēlas datu apstrādes princips, kas iemieso ideju par vairāku darbību vienlaicīgu (paralēli) izpildi. Paralēlai apstrādei ir divi veidi: cauruļvads un faktiskais paralēlisms. Cauruļvada apstrādes būtība ir izcelt atsevišķus vispārīgas darbības veikšanas posmus, un katrs posms, pabeidzis savu darbu, nodod rezultātu nākamajam, vienlaikus pieņemot jaunu ievaddatu daļu. Apstrādes ātruma acīmredzams pieaugums tiek iegūts, apvienojot iepriekš veiktās darbības.

Ja noteikta ierīce laika vienībā veic vienu darbību, tad tā veiks tūkstoš operāciju tūkstoš vienībās. Ja ir piecas identiskas neatkarīgas ierīces, kas spēj darboties vienlaicīgi, tad piecu ierīču sistēma var veikt vienu un to pašu tūkstoš operāciju nevis tūkstoš, bet divsimt laika vienībās. Līdzīgi N ierīču sistēma veiks to pašu darbu 1000/N laika vienībās.

Protams, mūsdienās maz cilvēku pārsteidz paralēlisms datoru arhitektūrā. Visi mūsdienu mikroprocesori izmanto kādu paralēlu apstrādi, pat vienā mikroshēmā. Tajā pašā laikā pašas šīs idejas parādījās ļoti sen. Sākotnēji tie tika ieviesti sava laika vismodernākajos un līdz ar to vienotajos datoros. Šeit īpašs kredīts tiek piešķirts IBM un Control Data Corporation (CDC). Runa ir par tādiem jauninājumiem kā bitu paralēlā atmiņa, bitu paralēlā aritmētika, neatkarīgi ievades/izvades procesori, komandkonveijeris, konveijera neatkarīgās funkcionālās vienības utt.

Parasti vārds “superdators” ir saistīts ar Cray datoriem, lai gan šodien tas tā nav. Pirmā superdatora izstrādātājs un galvenais dizaineris bija Seimūrs Krejs, viena no leģendārākajām personībām datoru industrijā. 1972. gadā viņš pameta CDC un nodibināja savu uzņēmumu Cray Research. Pirmais superdators CRAY-1 tika izstrādāts četrus gadus vēlāk (1976. gadā), un tam bija vektoru cauruļvadu arhitektūra ar 12 konveijera funkcionālajām vienībām. Cray-1 maksimālā veiktspēja bija 160 MT/s (12,5 ns pulksteņa laiks), un 64 bitu RAM (ko varēja paplašināt līdz 8 MB) cikla laiks bija 50 ns. Galvenais jauninājums, protams, bija vektoru komandu ieviešana, kas darbojas ar veseliem neatkarīgu datu masīviem un ļauj efektīvi izmantot konveijera funkcionālās ierīces.

Visus 60.–80. gadus pasaules superdatoru ražošanas līderu uzmanība tika pievērsta tādu skaitļošanas sistēmu ražošanai, kas labi spēja atrisināt liela apjoma peldošā komata problēmas. Šādu uzdevumu netrūka – gandrīz visi tie bija saistīti ar kodolpētniecību un kosmosa modelēšanu un tika veikti militārpersonu interesēs. Vēlme pēc iespējas īsākā laikā sasniegt maksimālu veiktspēju nozīmēja, ka sistēmas kvalitātes novērtēšanas kritērijs bija nevis tās cena, bet gan veiktspēja. Piemēram, Cray-1 superdators pēc tam maksāja no 4 līdz 11 miljoniem dolāru atkarībā no konfigurācijas.

80.-90.gadu mijā. Aukstais karš beidzās, un militārie pasūtījumi tika aizstāti ar komerciāliem pasūtījumiem. Līdz tam laikam nozare bija guvusi lielus panākumus sērijveida procesoru ražošanā. Tiem bija aptuveni tāda pati skaitļošanas jauda kā pielāgotajiem, taču tie bija ievērojami lētāki. Standarta komponentu un mainīga skaita procesoru izmantošana ļāva atrisināt mērogojamības problēmu. Tagad, palielinoties skaitļošanas slodzei, bija iespējams palielināt superdatora un tā perifērijas ierīču veiktspēju, pievienojot jaunus procesorus un I/O ierīces. Tā 1990. gadā parādījās Intel iPSC/860 superdators ar procesoru skaitu, kas vienāds ar 128, kas LINPACK testā uzrādīja veiktspēju 2,6 Gflops.

Pagājušā gada novembrī tika publicēts 18. izdevums no 500 pasaules jaudīgāko datoru saraksta - Top500. Saraksta līdere joprojām ir IBM korporācija (http://www.ibm.com), kurai pieder 32% uzstādīto sistēmu un 37% kopējās produktivitātes. Interesanta ziņa bija Hewlett-Packard parādīšanās otrajā vietā sistēmu skaita ziņā (30%). Turklāt, tā kā visas šīs sistēmas ir salīdzinoši mazas, to kopējā veiktspēja ir tikai 15% no visa saraksta. Paredzams, ka pēc apvienošanās ar Compaq sarakstā dominēs jaunais uzņēmums. Nākamie pēc datoru skaita sarakstā ir SGI, Cray un Sun Microsystems.

Pasaulē jaudīgākais superdators joprojām bija ASCI White sistēma (pie tās atgriezīsimies vēlāk), kas uzstādīta Livermoras laboratorijā (ASV) un uzrādīja 7,2 Tflops veiktspēju LINPACK testā (58% no maksimālās veiktspējas). Otrajā vietā bija Compaq AlphaServer SC sistēma, kas uzstādīta Pitsburgas superskaitļošanas centrā ar veiktspēju 4 Tflops. Cray T3E sistēma noslēdz sarakstu ar LINPACK veiktspēju 94 Gflops.

Ir vērts atzīmēt, ka sarakstā jau bija 16 sistēmas ar veiktspēju vairāk nekā 1 teraflops, no kurām pusi uzstādīja IBM. Sistēmu skaits, kas ir mazu SMP bloku kopas, nepārtraukti pieaug - šobrīd sarakstā ir 43 šādas sistēmas. Tomēr lielākā daļa saraksta joprojām ir masveidā paralēlām sistēmām (50%), kam seko kopas, kas sastāv no lielām SMP sistēmām (29%).

Arhitektūras veidi

Galvenais paralēlo datoru klasifikācijas parametrs ir koplietotās vai sadalītās atmiņas klātbūtne. Kaut kas pa vidu ir arhitektūras, kurās atmiņa ir fiziski sadalīta, bet loģiski koplietota. No aparatūras viedokļa paralēlu sistēmu ieviešanai ir divas galvenās shēmas. Pirmā ir vairākas atsevišķas sistēmas ar lokālo atmiņu un procesoriem, kas mijiedarbojas kādā vidē, sūtot ziņojumus. Otrais ir sistēmas, kas mijiedarbojas, izmantojot koplietojamo atmiņu. Pagaidām neiedziļinoties tehniskās detaļās, teiksim dažus vārdus par mūsdienu superdatoru arhitektūras veidiem.

Ideja par masveidā paralēlām sistēmām ar sadalītu atmiņu (Massively Parallel Processing, MPP) ir diezgan vienkārša. Šim nolūkam tiek ņemti parastie mikroprocesori, no kuriem katrs ir aprīkots ar savu lokālo atmiņu un savienots, izmantojot kādu komutācijas datu nesēju. Šādai arhitektūrai ir daudz priekšrocību. Ja nepieciešama augsta veiktspēja, varat pievienot vairāk procesoru, un, ja finanses ir ierobežotas vai nepieciešamā skaitļošanas jauda ir zināma iepriekš, tad ir viegli izvēlēties optimālo konfigurāciju. Tomēr MPP ir arī trūkumi. Fakts ir tāds, ka mijiedarbība starp procesoriem ir daudz lēnāka nekā pašu apstrādātāju veiktā datu apstrāde.

Paralēlos datoros ar koplietojamo atmiņu visa RAM tiek dalīta starp vairākiem identiskiem procesoriem. Tādējādi tiek noņemtas iepriekšējās klases problēmas, bet tiek pievienotas jaunas. Fakts ir tāds, ka procesoru skaitu ar piekļuvi koplietojamai atmiņai nevar palielināt tikai tehnisku iemeslu dēļ.

Vektoru cauruļvadu datoru galvenās iezīmes, protams, ir konveijera funkcionālās vienības un vektoru instrukciju kopa. Atšķirībā no tradicionālās pieejas, vektoru komandas darbojas ar veseliem neatkarīgu datu masīviem, kas ļauj efektīvi ielādēt pieejamos cauruļvadus.

Pēdējais virziens, stingri ņemot, nav neatkarīgs, bet gan iepriekšējo trīs kombinācija. Skaitļošanas mezgls tiek veidots no vairākiem procesoriem (tradicionālā vai vektora cauruļvada) un to kopējās atmiņas. Ja iegūtā skaitļošanas jauda nav pietiekama, tad vairāki mezgli tiek apvienoti ar ātrgaitas kanāliem. Kā zināms, šādu arhitektūru sauc par klasteru.

MPP sistēmas

Masīvi paralēlas mērogojamās sistēmas ir paredzētas, lai atrisinātu lietojumprogrammu problēmas, kurām nepieciešams liels skaitļošanas un datu apstrādes apjoms. Apskatīsim tos tuvāk. Parasti tie sastāv no viendabīgiem skaitļošanas mezgliem, tostarp:

• viens vai vairāki centrālie procesori;
• lokālā atmiņa (tieša piekļuve citu mezglu atmiņai nav iespējama);
• sakaru procesors vai tīkla adapteris;
• dažreiz cietie diski un/vai citas ievades/izvades ierīces.

Turklāt sistēmai var pievienot īpašus I/O mezglus un vadības mezglus. Tie visi ir savienoti, izmantojot kādu sakaru līdzekli (ātrdarbīgs tīkls, slēdzis utt.). Attiecībā uz OS ir divas iespējas. Pirmajā gadījumā pilnvērtīga OS darbojas tikai vadības mašīnā, savukārt katrs mezgls palaiž ievērojami samazinātu OS versiju, nodrošinot tikai tajā esošās paralēlās lietojumprogrammas filiāles darbību. Citā gadījumā katrs mezgls darbojas ar pilnvērtīgu UNIX līdzīgu OS.

Procesoru skaits sadalītās atmiņas sistēmās teorētiski ir neierobežots. Izmantojot šādas arhitektūras, ir iespējams izveidot mērogojamas sistēmas, kuru veiktspēja palielinās lineāri līdz ar procesoru skaitu. Starp citu, pats termins “masīvi paralēlas sistēmas” parasti tiek lietots, lai apzīmētu šādus mērogojamus datorus ar lielu skaitu (desmitiem un simtiem) mezglu. Skaitļošanas sistēmas mērogojamība ir nepieciešama, lai proporcionāli paātrinātu aprēķinus, bet diemžēl ar to nepietiek. Lai iegūtu adekvātu ieguvumu problēmas risināšanā, ir nepieciešams arī mērogojams algoritms, kas var noslogot visus superdatora procesorus ar noderīgiem aprēķiniem.

Atgādināsim, ka pastāv divi programmu izpildes modeļi daudzprocesoru sistēmās: SIMD (viena instrukciju straume - vairākas datu straumes) un MIMD (vairākas instrukciju plūsmas - vairākas datu straumes). Pirmajā tiek pieņemts, ka visi procesori izpilda vienu un to pašu komandu, bet katrs ar saviem datiem. Otrajā gadījumā katrs procesors apstrādā savu komandu plūsmu.

Sadalītās atmiņas sistēmās, lai pārsūtītu informāciju no procesora uz procesoru, ir nepieciešams mehānisms ziņojumu pārsūtīšanai tīklā, kas savieno skaitļošanas mezglus. Lai abstrahētos no detaļām par sakaru iekārtu un programmu darbību augstā līmenī, parasti tiek izmantotas ziņojumu nodošanas bibliotēkas.

Intel superdatori

Intel Corporation (http://www.intel.com) ir labi pazīstama superdatoru pasaulē. Tās sadalītās atmiņas Paragon daudzprocesoru datori ir kļuvuši tikpat klasiski kā Cray Research vektoru cauruļvadu datori.

Intel Paragon vienā mezglā izmanto piecus i860 XP procesorus ar takts frekvenci 50 MHz. Dažreiz vienā mezglā tiek ievietoti dažāda veida procesori: skalārs, vektors un komunikācija. Pēdējais kalpo, lai atbrīvotu galveno procesoru no darbību veikšanas, kas saistītas ar ziņojumu pārraidi.

Jaunās paralēlās arhitektūras nozīmīgākā īpašība ir sakaru iekārtu veids. No tā ir atkarīgi divi svarīgākie superdatora darbības rādītāji: datu pārraides ātrums starp procesoriem un viena ziņojuma pārsūtīšanas pieskaitāmās izmaksas.

Starpsavienojums ir paredzēts, lai nodrošinātu lielu ziņojumapmaiņas ātrumu ar minimālu latentumu. Tas nodrošina vairāk nekā tūkstoš neviendabīgu mezglu savienojumu pa divdimensiju taisnstūra režģa topoloģiju. Tomēr lielākajai daļai lietojumprogrammu izstrādes jebkuru mezglu var uzskatīt par tieši savienotu ar visiem citiem mezgliem. Starpsavienojums ir mērogojams: tā caurlaidspēja palielinās līdz ar mezglu skaitu. Projektējot, izstrādātāji centās līdz minimumam samazināt to procesoru līdzdalību ziņojumu pārraidē, kas izpilda lietotāja procesus. Šim nolūkam ir ieviesti speciāli ziņojumu apstrādes procesori, kas atrodas uz mezgla plates un ir atbildīgi par ziņojumapmaiņas protokola apstrādi. Tā rezultātā mezglu galvenie procesori netiek novērsti no problēmas risināšanas. Jo īpaši nav dārga pārslēgšanās no uzdevuma uz uzdevumu, un pielietoto problēmu risināšana notiek paralēli ziņojumu apmaiņai.

Faktisko ziņojumu pārraidi veic maršrutēšanas sistēma, kuras pamatā ir tīkla mezglu maršrutētāja komponenti (Mesh Router Components, MRC). Lai dotā mezgla MRC piekļūtu tā atmiņai, mezglam ir arī īpašs interfeisa tīkla kontrolleris, kas ir pielāgots VLSI, kas nodrošina vienlaicīgu pārraidi uz un no mezgla atmiņas, kā arī uzrauga kļūdas ziņojumu pārraides laikā.

Intel Paragon modulārais dizains ne tikai atbalsta mērogojamību. Tas ļauj mums paļauties uz to, ka šī arhitektūra kalpos par pamatu jauniem datoriem, kuru pamatā ir citi mikroprocesori vai jaunas ziņojumapmaiņas tehnoloģijas. Mērogojamība ir atkarīga arī no dažādu superdatora bloku līdzsvarošanas dažādos līmeņos; pretējā gadījumā, palielinoties mezglu skaitam, kaut kur sistēmā var parādīties sašaurinājums. Tādējādi mezglu ātrums un atmiņas ietilpība ir līdzsvarota ar starpsavienojuma joslas platumu un latentumu, un mezglos esošo procesoru veiktspēja ir līdzsvarota ar kešatmiņas un RAM joslas platumu utt.

Vēl nesen viens no ātrākajiem datoriem bija Intel ASCI Red – paātrinātās stratēģiskās skaitļošanas iniciatīvas ASCI (Accelerated Strategic Computing Initiative) ideja. Šajā programmā piedalās trīs lielākās ASV nacionālās laboratorijas (Livermore, Los Alamos un Sandia). 1997. gadā ASV Enerģētikas departamentam izstrādātais ASCI Red apvieno 9152 Pentium Pro procesorus, tam ir 600 GB kopējās RAM un kopējā veiktspēja 1800 miljardu operāciju sekundē.

IBM superdatori

Kad datoru tirgū parādījās universālās sistēmas ar mērogojamu paralēlo arhitektūru SP (Scalable POWER parallel) no IBM Corporation (http://www.ibm.com), tās ātri ieguva popularitāti. Mūsdienās šādas sistēmas darbojas dažādās lietojumprogrammu jomās, piemēram, skaitļošanas ķīmijā, negadījumu analīzē, elektronisko shēmu projektēšanā, seismiskajā analīzē, rezervuāru modelēšanā, lēmumu atbalstīšanā, datu analīzē un tiešsaistes darījumu apstrādē. SP sistēmu panākumus galvenokārt nosaka to daudzpusība, kā arī arhitektūras elastība, kuras pamatā ir sadalītas atmiņas modelis ar ziņojumu pārsūtīšanu.

Vispārīgi runājot, SP superdators ir mērogojama, masveidā paralēla vispārējas nozīmes skaitļošanas sistēma, kas sastāv no RS/6000 bāzes staciju kopas, kas savienotas ar augstas veiktspējas slēdzi. Patiešām, kurš gan nezina, piemēram, superdatoru Deep Blue, kuram izdevās pārspēt Gariju Kasparovu šahā? Bet viena no tā modifikācijām sastāv no 32 mezgliem (IBM RS/6000 SP), kuru pamatā ir 256 P2SC (Power Two Super Chip) procesori.

RS/6000 saime ir IBM otrās paaudzes datori, kas balstīti uz ierobežoto instrukciju kopas arhitektūru (RISC), ko korporācija izstrādāja 1970. gadu beigās. Izmantojot šo koncepciju, visu darbu veikšanai datorsistēmā tiek izmantots ļoti vienkāršs komandu kopums. Tā kā komandas ir vienkāršas, tās var izpildīt ļoti lielā ātrumā un nodrošināt arī efektīvāku izpildāmās programmas ieviešanu. RS/6000 saimes pamatā ir POWER arhitektūra (performance Optimized by Advanced RISC arhitektūra) un tās atvasinājumi - PowerPC, P2SC, POWER3 utt. Tā kā POWER arhitektūra apvieno RISC arhitektūras koncepcijas ar dažām tradicionālākām koncepcijām, rezultāts ir sistēma ar optimālu kopējo veiktspēju.

RS/6000 SP sistēma nodrošina vairāku procesoru jaudu, lai atrisinātu vissarežģītākās skaitļošanas problēmas. SP komutācijas sistēma ir IBM jaunākais jauninājums liela joslas platuma, bez latentuma starpprocesoru komunikācijā efektīvai paralēlai skaitļošanai. Vairāku veidu procesoru mezgli, mainīgi rāmja (statīva) izmēri un dažādas papildu I/O iespējas nodrošina piemērotākās sistēmas konfigurācijas izvēli. SP atbalsta vadošie programmatūras pārdevēji tādās jomās kā paralēlās datu bāzes un reāllaika darījumu apstrāde, kā arī galvenie tehniskās programmatūras pārdevēji tādās jomās kā seismiskā apstrāde un inženierprojektēšana.

IBM RS/6000 SP uzlabo lietojumprogrammu iespējas ar paralēlu apstrādi. Sistēma novērš veiktspējas ierobežojumus un palīdz izvairīties no problēmām, kas saistītas ar mērogošanu un nedalāmu, atsevišķi izpildītu fragmentu klātbūtni. Tā kā visā pasaulē ir instalēts vairāk nekā tūkstotis klientu, SP nodrošina risinājumus sarežģītiem un liela apjoma tehniskajiem un komerciālajiem lietojumiem.

SP galvenā vienība ir procesora mezgls, kam ir RS/6000 darbstacijas arhitektūra. Ir vairāki SP mezglu veidi: tievie, platie, augstie, kas atšķiras ar vairākiem tehniskiem parametriem. Piemēram, High mezgli, kuru pamatā ir POWER3-II, ietver līdz 16 procesoriem un līdz 64 GB atmiņu, bet Thin mezgli pieļauj ne vairāk kā 4 procesorus un 16 GB atmiņu.

Sistēma ir mērogojama līdz 512 mezgliem, un tajā ir iespējams apvienot dažāda veida mezglus. Mezgli ir uzstādīti plauktos (līdz 16 mezgliem katrā). SP var gandrīz lineāri mērogot diskus kopā ar procesoriem un atmiņu, nodrošinot patiesu piekļuvi terabaitiem atmiņas. Šis jaudas palielinājums atvieglo sistēmas izveidi un paplašināšanu.

Mezgli ir savstarpēji savienoti ar augstas veiktspējas slēdzi (IBM high-performance switch), kam ir daudzpakāpju struktūra un kas darbojas ar pakešu komutāciju.

Katrā SP mezglā darbojas pilna AIX operētājsistēma, kas ļauj izmantot tūkstošiem jau esošu AIX lietojumprogrammu. Turklāt sistēmas mezglus var apvienot grupās. Piemēram, vairāki mezgli var darboties kā Lotus Notes serveri, bet visi pārējie apstrādā paralēlu datu bāzi.

Lielu sistēmu pārvaldība vienmēr ir sarežģīts uzdevums. Šim nolūkam SP izmanto vienu grafisko konsoli, kas parāda aparatūras un programmatūras stāvokļus, darbības uzdevumus un lietotāja informāciju. Sistēmas administrators, izmantojot šādu konsoli (vadības darbstaciju) un SP pievienoto PSSP (Parallel Systems Support Programs) programmatūras produktu, risina pārvaldības uzdevumus, tajā skaitā paroles aizsardzības un lietotāju atļauju pārvaldību, veikto uzdevumu uzskaiti, drukas pārvaldību, sistēmas uzraudzību. , palaižot un izslēdzot sistēmu.

Vislabākais

Kā jau minēts, saskaņā ar Top500 (tabula) mūsu laika jaudīgākais superdators ir ASCI White, kas aizņem divu basketbola laukumu lielu platību un ir uzstādīts Livermoras Nacionālajā laboratorijā. Tas ietver 512 SMP mezglus, kuru pamatā ir 64 bitu POWER3-II procesori (kopā 8192 procesoriem), un tajā tiek izmantota jauna Colony sakaru tehnoloģija ar caurlaidspēju aptuveni 500 MB/s, kas ir gandrīz četras reizes ātrāk nekā SP augstas veiktspējas. slēdzis.

Top 500 desmit labākie (18. izdevums)

Pozīcija	Ražotājs	Dators	Kur uzstādīts	Valsts	gads	Procesoru skaits
1	IBM	ASCI balts		ASV	2000	8192
2	Compaq	AlphaServer SC	Pitsburgas superskaitļošanas centrs	ASV	2001	3024
3	IBM	SP Power3	NERSC Enerģētikas pētniecības institūts	ASV	2001	3328
4	Intel	ASCI sarkans	Sandijas Nacionālā laboratorija	ASV	1999	9632
5	IBM	ASCI Blue Pacific	Livermoras Nacionālā laboratorija	ASV	1999	5808
6	Compaq	AlphaServer SC		ASV	2001	1536
7	Hitachi	SR8000/MPP	Tokijas universitāte	Japāna	2001	1152
8	SGI	ASCI Zilais kalns	Losalamos Nacionālā laboratorija	ASV	1998	6144
9	IBM	SP Power3	Okeanogrāfijas centrs NAVOCEANO	ASV	2000	1336
10	IBM	SP Power3	Vācu laikapstākļu dienests	Vācija	2001	1280

Jaunā superdatora arhitektūra ir balstīta uz pārbaudīto masveidā paralēlo RS/6000 arhitektūru un nodrošina 12,3 teraflopu veiktspēju (triljoni operāciju sekundē). Sistēma ietver kopā 8 TB RAM, kas sadalīta 16 procesoru SMP mezglos, un 160 TB diska atmiņas. Sistēmas piegādei no IBM laboratorijām Ņujorkas štatā uz Livermoru, Kalifornijā, bija nepieciešamas 28 kravas automašīnas.

Visos sistēmas mezglos darbojas AIX OS. Superdatoru izmanto ASV Enerģētikas departamenta zinātnieki, lai palaistu sarežģītus 3D modeļus, lai nodrošinātu kodolieroču drošību. Faktiski ASCI White ir trešais solis ASCI piecu posmu programmā, kas 2004. gadā plāno izveidot jaunu superdatoru. Vispārīgi runājot, ASCI White sastāv no trim atsevišķām sistēmām, no kurām White ir lielākā (512 mezgli, 8192 procesori), un ir arī Ice (28 mezgli, 448 procesori) un Frost (68 mezgli, 1088 procesori).

ASCI White priekštecis bija Blue Pacific superdators (cits nosaukums ASCI Blue), kas ietvēra 1464 četru procesoru mezglus, kuru pamatā bija PowerPC 604e/332 MHz kristāli. Mezgli ir savienoti vienā sistēmā, izmantojot kabeļus, kuru kopējais garums ir gandrīz piecas jūdzes, un datoru telpas platība ir 8 tūkstoši kvadrātpēdu. ASCI Blue sistēma kopumā sastāv no 5856 procesoriem un nodrošina maksimālo veiktspēju 3,88 teraflopi. Kopējais RAM apjoms ir 2,6 TB.

Superdators sastāv no kilometriem garu kabeļu.

ASV Nacionālais atmosfēras pētījumu centrs (NCAR) ir izvēlējies IBM par pasaulē jaudīgākā superdatora piegādātāju, kas paredzēts klimata pārmaiņu prognozēšanai. Sistēma, kas pazīstama kā Blue Sky, palielinās NCAR klimata modelēšanas iespējas par lielumu, kad tā šogad pilnībā darbosies. Blue Sky kodols būs IBM SP superdators un IBM eServer p690 sistēmas, kuru izmantošana sasniegs maksimālo veiktspēju gandrīz 7 Tflops ar IBM SSA diska apakšsistēmas apjomu 31,5 TB.

Superdators ar nosaukumu Blue Storm tiek izveidots pēc Eiropas Vidēja diapazona laika prognožu centra (ECMWF) pasūtījuma. Blue Storm būs divreiz jaudīgāks par ASCI White. Lai to izveidotu, nepieciešami 100 IBM eServer p690 serveri, kas pazīstami arī kā Regatta. Katrā sistēmas vienībā, ledusskapja lielumā, ir vairāk nekā tūkstotis procesoru. 2004. gadā Blue Storm tiks aprīkots ar jaunās paaudzes p960 serveriem, kas padarīs to divreiz jaudīgāku. Superdatorā darbosies AIX OS. Sākotnēji Blue Storm disku kopējā jauda būs 1,5 petabaiti, un skaitļošanas jauda būs aptuveni 23 teraflopi. Sistēma svērs 130 tonnas, un tā būs 1700 reižu jaudīgāka nekā Deep Blue šaha superdators.

IBM pētnieki sadarbojas ar Livermoras Nacionālo laboratoriju Blue Gene/L un Blue Gene/C datoros. Šie datori ir daļa no 5 gadus ilgā Blue Gene projekta, kas sākās tālajā 1999. gadā, lai pētītu olbaltumvielas, kurā tika ieguldīti 100 miljoni ASV dolāru.Jauna superdatora Blue Gene/L (200 teraflopi) izveide tiks pabeigta 2004. gadā - par sešus mēnešus – gadu ātrāk, nekā paredzēts, ka tiks pabeigti darbi pie jaudīgākā Blue Gene/C datora (1000 teraflopi). Tādējādi Blue Gene/L dizaina veiktspēja pārsniegs 500 pasaulē jaudīgāko datoru kopējo veiktspēju. Turklāt jaunais superdators aizņem tikai pusi tenisa korta. IBM inženieri strādāja arī pie enerģijas patēriņa samazināšanas – viņiem izdevās to samazināt 15 reizes.

Piezīmes

LINPACK testi.
LINPACK etalonu pamatā ir lineāru vienādojumu sistēmas atrisināšana ar blīvu koeficientu matricu reālā skaitļa laukā, izmantojot Gausa elimināciju. Reālie skaitļi parasti tiek attēloti ar pilnu precizitāti. Sakarā ar lielo darbību skaitu ar reāliem skaitļiem, LINPACK rezultāti tiek uzskatīti par etalonu aparatūras un programmatūras konfigurāciju veiktspējai jomās, kurās intensīvi tiek izmantoti sarežģīti matemātiskie aprēķini.

Zemes simulators.
Kā ziņo žurnāls New Scientist, superdatoru Top500 saraksta jaunajā, 19. versijā, NEC Corporation projekta Zemes simulators superdatoru sistēma ieņems pirmo vietu. Tas ir uzstādīts Japānas Zemes zinātņu institūtā (Yokohama Institute for Earth Sciences) Kanagavā, Jokohamas prefektūrā. Izstrādātāji apgalvo, ka tā maksimālā veiktspēja var sasniegt 40 Tflops.

Zemes simulatora superdators ir paredzēts klimata pārmaiņu simulācijai, pamatojoties uz datiem, kas saņemti no satelītiem. Kā norāda NEC pārstāvji, augsta datora veiktspēja tiek panākta, izmantojot īpaši izstrādātus vektorprocesorus. Sistēma ir balstīta uz 5120 šādiem procesoriem, kas apvienoti 640 SX-6 mezglos (8 procesori katrā). Superdatorā darbojas SUPER-UX OS. Izstrādes rīki ietver kompilatorus C/C++, Fortran 90 un HPF valodām, kā arī automātiskos vektorizācijas rīkus, MPI-2 interfeisa ieviešanu un ASL/ES matemātisko bibliotēku. Visa iekārta aizņem trīs tenisa kortus (50 x 65 m) un izmanto vairākus kilometrus garu kabeļu.

Superdators K Computer, kas iepriekš ieņēma pirmo vietu, ir nobīdīts uz trešo vietu. Tā veiktspēja ir 11,28 Pflops (skat. 1. attēlu). Atgādināsim, ka FLOPS (Floating-point Operations Per Second, FLOPS) ir datora veiktspējas mērvienība, kas parāda, cik peldošā komata operāciju sekundē spēj veikt konkrētā skaitļošanas sistēma.

K Computer ir Rikagaku Kenkiyo Fizikālo un ķīmisko pētījumu institūta (RIKEN) un Fujitsu kopīga izstrāde. Tā tika izveidota Japānas Izglītības, kultūras, sporta, zinātnes un tehnoloģiju ministrijas (MEXT) vadītās Augstas veiktspējas skaitļošanas infrastruktūras iniciatīvas ietvaros. Superdators ir uzstādīts Japānas pilsētas Kobes progresīvo skaitļošanas zinātņu institūta teritorijā.

Superdators ir balstīts uz sadalītas atmiņas arhitektūru. Sistēma sastāv no vairāk nekā 80 000 skaitļošanas mezglu, un tā ir izvietota 864 statīvos, no kuriem katrā ir 96 skaitļošanas mezgli un 6 I/O mezgli. Mezgli, katrs satur vienu procesoru un 16 GB RAM, ir savstarpēji savienoti saskaņā ar "sešdimensiju cilpas / torus" topoloģiju. Sistēma kopumā izmanto 88 128 astoņu kodolu SPARC64 VIIIfx procesorus (705 024 kodolus), ko Fujitsu ražo, izmantojot 45 nm tehnoloģiju.

Šis vispārējas nozīmes superdators nodrošina augstu veiktspējas līmeni un atbalstu plašam lietojumu klāstam. Sistēma tiek izmantota, lai veiktu pētījumus klimata pārmaiņu, katastrofu novēršanas un medicīnas jomās.

Unikālā ūdens dzesēšanas sistēma samazina aprīkojuma atteices iespējamību un samazina kopējo enerģijas patēriņu. Enerģijas ietaupījums tiek panākts, izmantojot ļoti efektīvas iekārtas, siltuma un elektroenerģijas koģenerācijas sistēmu un virkni saules paneļu. Turklāt dzesētāja notekūdeņu atkārtotas izmantošanas mehānisms samazina negatīvo ietekmi uz vidi.

Ēka, kurā atrodas K Computer, ir izturīga pret zemestrīcēm un var izturēt zemestrīces, kuru stiprums ir 6 vai vairāk pēc Japānas skalas (0-7). Lai efektīvāk izvietotu aprīkojuma statīvus un kabeļus, trešais stāvs, kura izmēri ir 50 × 60 m, ir pilnībā atbrīvoti no nesošajām kolonnām. Mūsdienu būvniecības tehnoloģijas ir ļāvušas nodrošināt pieņemamu slodzes līmeni (līdz 1 t/m2) statīvu uzstādīšanai, kuru svars var sasniegt 1,5 tonnas.

SEQUOIA SUPERDATORS

Lorensa Livermoras nacionālajā laboratorijā uzstādītais superdators Sequoia. Lawrence, ir 16,32 Pflops un ieņem otro vietu reitingā (skat. 2. attēlu).

Šis petaflop superdators, ko izstrādājis IBM, pamatojoties uz Blue Gene/Q, tika izveidots ASV Nacionālajai kodoldrošības pārvaldei (NNSA) kā daļa no programmas Advanced Simulation and Computing.

Sistēma sastāv no 96 statīviem un 98 304 skaitļošanas mezgliem (1024 mezgli uz statīvu). Katrā mezglā ir 16 kodolu PowerPC A2 procesors un 16 GB DDR3 RAM. Kopumā tiek izmantoti 1 572 864 procesora kodoli un 1,6 PB atmiņa. Mezgli ir savienoti viens ar otru saskaņā ar “piecdimensiju toru” topoloģiju. Sistēmas aizņemtā platība ir 280 m2. Kopējais enerģijas patēriņš ir 7,9 MW.

Sequoia superdators bija pirmais pasaulē, kas veica zinātniskus aprēķinus, kuriem bija nepieciešama skaitļošanas jauda vairāk nekā 10 Pflops. Tādējādi HACC kosmoloģijas simulācijas sistēmai bija nepieciešami aptuveni 14 Pflops, darbojoties 3,6 triljonu daļiņu režīmā, un, palaižot Cardiod projekta kodu cilvēka sirds elektrofizioloģijas simulēšanai, veiktspēja sasniedza gandrīz 12 Pflops.

TITĀNS SUPERDATORS

ASV Oak Ridge National Laboratory (ORNL) uzstādītais superdators Titan tika atzīts par pasaulē ātrāko superdatoru. Linpack etalona testos tā veiktspēja bija 17,59 Pflops.

Titan īsteno hibrīda CPU-GPU arhitektūru (skat. 3. attēlu). Sistēma sastāv no 18 688 mezgliem, katrs aprīkots ar 16 kodolu AMD Opteron procesoru un Nvidia Tesla K20X grafikas paātrinātāju. Kopā tiek izmantoti 560 640 procesori. Titan ir ORNL iepriekš darbinātā Jaguar superdatora atjauninājums un aizņem tos pašus serveru skapjus (kopējā platība 404 m2).

Iespēja izmantot esošās enerģijas un dzesēšanas sistēmas būvniecības laikā ietaupīja aptuveni 20 miljonus USD. Superdatora enerģijas patēriņš ir 8,2 MW, kas ir par 1,2 MW vairāk nekā Jaguar, savukārt tā veiktspēja peldošā komata operācijās ir gandrīz 10 reizes lielāka.

Titāns galvenokārt tiks izmantots, lai veiktu pētījumus materiālu zinātnē un kodolenerģētikā, kā arī ar iekšdedzes dzinēju efektivitātes uzlabošanu saistītos pētījumus. Turklāt to izmantos, lai modelētu klimata pārmaiņas un analizētu iespējamās stratēģijas to negatīvās ietekmes novēršanai.

"ZAĻĀKAIS" SUPERDATORS

Papildus Top500 vērtējumam, kura mērķis ir noteikt visaugstākās veiktspējas sistēmu, ir Green500 vērtējums, kas atzīst “zaļākos” superdatorus. Šeit par pamatu tiek ņemts energoefektivitātes rādītājs (Mflops/W). Šobrīd (pēdējais reitinga izlaidums ir 2012. gada novembris) Green500 līderis ir superdators Beacon (253. vieta Top500). Tā energoefektivitātes rādītājs ir 2499 Mflops/W.

Beacon darbina Intel Xeon Phi 5110P kopprocesori un Intel Xeon E5-2670 procesori, tāpēc maksimālā veiktspēja var sasniegt 112 200 Gflops ar kopējo enerģijas patēriņu 44,9 kW. Xeon Phi 5110P kopprocesori nodrošina augstu veiktspēju ar zemu enerģijas patēriņu. Katram kopprocesoram ir 1 teraflops jauda (dubultā precizitāte), un tas atbalsta līdz 8 GB GDDR5 atmiņu ar 320 Gbps joslas platumu.

Xeon Phi 5110P pasīvās dzesēšanas sistēmas jauda ir 225 W TDP, kas ir ideāli piemērota augsta blīvuma serveriem.

SUPERDATORS EURORA

Tomēr 2013. gada februārī parādījās ziņojumi, ka Eurora superdators, kas atrodas Boloņā (Itālija), pārspēja Beacon energoefektivitātes ziņā (3150 Mflops/W pret 2499 Mflops/W).

Eurora ir uzbūvējis Eurotech, un tas sastāv no 64 mezgliem, no kuriem katrs ietver divus Intel Xeon E5-2687W procesorus, divus Nvidia Tesla K20 GPU paātrinātājus un citu aparatūru. Šāda mezgla izmēri nepārsniedz klēpjdatora izmērus, taču to veiktspēja ir 30 reizes lielāka un enerģijas patēriņš ir 15 reizes mazāks.

Augsta energoefektivitāte Eurora tiek panākta, izmantojot vairākas tehnoloģijas. Ūdens dzesēšana sniedz vislielāko ieguldījumu. Tādējādi katrs superdatora mezgls ir sava veida sviestmaize: centrālais aprīkojums apakšā, ūdens siltummainis vidū un cits elektronikas bloks augšpusē (skat. 4. attēlu).

Tik augsti rezultāti tiek sasniegti, izmantojot materiālus ar labu siltumvadītspēju, kā arī plašam dzesēšanas kanālu tīklam. Uzstādot jaunu skaitļošanas moduli, tā kanāli tiek apvienoti ar dzesēšanas sistēmas kanāliem, kas ļauj mainīt superdatora konfigurāciju atkarībā no konkrētām vajadzībām. Pēc ražotāju domām, noplūžu risks ir novērsts.

Eurora superdatoru elementus darbina 48 voltu līdzstrāvas avoti, kuru ieviešana ir samazinājusi enerģijas pārveidojumu skaitu. Visbeidzot, no skaitļošanas tehnikas izņemto silto ūdeni var izmantot citiem mērķiem.

SECINĀJUMS

Superdatoru nozare aktīvi attīstās un uzstāda arvien jaunus veiktspējas un energoefektivitātes rekordus. Jāpiebilst, ka tieši šajā nozarē, kā nekur citur, mūsdienās plaši tiek izmantotas šķidruma dzesēšanas un 3D modelēšanas tehnoloģijas, jo speciālistu priekšā ir salikt superjaudīgu skaitļošanas sistēmu, kas spētu funkcionēt ierobežots tilpums ar minimāliem enerģijas zudumiem.

Jurijs Homutskis- I-Teco galvenais projektu inženieris. Ar viņu var sazināties: [aizsargāts ar e-pastu]. Rakstā izmantoti materiāli no interneta portāla par datu centriem “www.AboutDC.ru - Solutions for Data Centers”.

Lasīšanas laiks: 2 minūtes.

Līdz šim cilvēce nav sasniegusi Marsa atkritumu kaudzes, nav izgudrojusi jaunības eliksīru, automašīnas vēl nevar pacelties virs zemes, taču ir vairākas jomas, kurās mums tomēr ir izdevies. Jaudīgu superdatoru radīšana ir tieši tāda joma. Lai novērtētu datora jaudu, jums ir jānosaka, kurš galvenais parametrs ir atbildīgs par šo raksturlielumu. Šis parametrs ir flops — vērtība, kas parāda, cik operāciju dators var veikt vienā sekundē. Pamatojoties uz šo vērtību, mūsu žurnāls Big Rating ierindoja 2017. gada jaudīgākos datorus pasaulē.

Superdatora jauda - 8,1 Pflop/sek

Šajā datorā tiek glabāti dati, kas ir atbildīgi par ASV militārās struktūras drošību, un tas ir atbildīgs arī par gatavības stāvokli kodoluzbrukumam, ja tas ir nepieciešams. Pirms diviem gadiem šī mašīna bija viena no jaudīgākajām un dārgākajām pasaulē, taču šodien Trinity ir aizstātas ar jaunākām ierīcēm. Sistēma, kurā darbojas šis superdators, ir Cray XC40, pateicoties kurai ierīce var “veikt” tik daudz darbību sekundē.

Mira

Superdatora jauda – 8,6 Pflop/sek

Krejs ir izlaidis vēl vienu superdatoru Mira. ASV Enerģētikas departaments pasūtīja šīs iekārtas ražošanu, lai koordinētu savu darbu. Joma, kurā Mira darbojas, ir rūpniecība un pētniecības potenciāla attīstība. Šis superdators var aprēķināt 8,6 petaflopus sekundē.

Superdatora jauda – 10,5 Pflop/sek

Šīs ierīces nosaukums uzreiz raksturo jaudu, japāņu vārds “kei” (K) nozīmē desmit kvadriljonus. Šis skaitlis gandrīz precīzi raksturo tā ražošanas jaudu - 10,5 petaflopi. Šī superdatora galvenā iezīme ir tā dzesēšanas sistēma. Tiek izmantota ūdens dzesēšana, kas samazina enerģijas rezervju patēriņu un samazina montāžas ātrumu.

Superdatora jauda – 13,6 Pflop/sek

Uzlecošās saules zemes uzņēmums Fujitsu nepārstāja strādāt, izlaižot superdatoru K Computer, viņi nekavējoties sāka jaunu projektu. Šis projekts bija Oakforest-Pacs superdators, kas tiek klasificēts kā jaunās paaudzes mašīnas (Knights landing paaudze). Tās izstrādi pasūtīja Tokijas Universitāte un Cukubas Universitāte. Saskaņā ar sākotnējo plānu ierīces atmiņai bija jābūt 900 TB, bet Oakforest-Pacs veiktspēja būtu 25 kvadriljoni operāciju sekundē. Bet finansējuma trūkuma dēļ daudzi aspekti netika pabeigti, tāpēc superdatora jauda bija 13,6 petaflopi sekundē.

Cori

Superdatora jauda – 14 Pflop/sek

Pērn Cori bija sestajā vietā pasaules jaudīgāko superdatoru sarakstā, taču līdz ar trako tehnoloģiju attīstības ātrumu zaudēja vienu pozīciju. Šis superdators atrodas Amerikas Savienotajās Valstīs, Lorensa Bērklija Nacionālajā laboratorijā. Šveices zinātnieki ar Cori palīdzību spēja izstrādāt 45 kubitu kvantu skaitļošanas mašīnu. Šī superdatora ražošanas jauda ir 14 petaflopi sekundē.

Superdatora jauda – 17,2 Pflop/sek

Zinātnieki no visas pasaules jau sen ir vienojušies, ka Sequoia ir ātrākais superdators uz planētas. Un tas tā nav tikai tāpēc, ka viņš vienā sekundē spēj veikt aritmētiskos aprēķinus, kas aizņemtu 6,7 miljardus cilvēku 320 gadus. Mašīnas izmēri ir patiesi pārsteidzoši – tā aizņem vairāk nekā 390 kvadrātmetrus un ietver 96 statīvus. Sešpadsmit tūkstoši triljonu operāciju jeb, citiem vārdiem sakot, 17,2 petaflopi ir šī superdatora ražošanas jauda.

Titāns

Superdatora jauda – 17,6 Pflop/sek

Papildus tam, ka tas ir viens no ātrākajiem superdatoriem uz planētas, tas ir arī ļoti energoefektīvs. Energoefektivitātes rādītājs ir 2142,77 megaflopi uz patēriņam nepieciešamās enerģijas vatu. Iemesls šim zemajam enerģijas patēriņam ir Nvidia akselerators, kas nodrošina līdz pat 90% no skaitļošanai nepieciešamās jaudas. Turklāt Nvidia akselerators ir ievērojami samazinājis šī superdatora aizņemto platību, tagad tam nepieciešami tikai 404 kvadrātmetri.

Superdatora jauda – 19,6 Pflop/sek

Pirmā šīs ierīces palaišana notika 2013. gadā Šveicē, Lugāno pilsētā. Tagad šī superdatora ģeogrāfiskā atrašanās vieta ir Šveices Nacionālais superskaitļošanas centrs. Piz Daint ir visu augstāk minēto iekārtu labāko īpašību kombinācija, tai ir ļoti augsta energoefektivitāte un tas ir ļoti ātrs aprēķinos. Tikai viena īpašība atstāj daudz ko vēlēties - šī superdatora izmēri; tas aizņem 28 milzīgus statīvus. Piz Daint spēj sasniegt 19,6 petaflopus skaitļošanas jaudu sekundē.

Superdatora jauda – 33,9 Pflop/sek

Šai ierīcei ir romantiskais nosaukums Tianhe, kas ķīniešu valodā nozīmē “Piena ceļš”. Tianhe-2 bija ātrākais dators 500 ātrāko un jaudīgāko superdatoru sarakstā. Tas var aprēķināt 2507 aritmētiskās darbības, kas petaflopos ir 33,9 Pflops/sek. Šī datora izmantošanas specializācija ir būvniecība, tas aprēķina operācijas, kas saistītas ar ceļu būvniecību un ieklāšanu. Kopš pirmās palaišanas 2013. gadā šis dators nav zaudējis savas pozīcijas sarakstos, kas pierāda, ka tā ir viena no labākajām mašīnām pasaulē.

Superdatora jauda – 93 Pflop/sek

Sunway TaihuLight ir ātrākais superdators pasaulē, kas papildus milzīgajam skaitļošanas ātrumam ir slavens arī ar milzīgajiem izmēriem - aizņem vairāk nekā 1000 kvadrātmetru platību. 2016. gada starptautiskajā konferencē, kas norisinājās Vācijā, šis superdators tika atzīts par ātrāko pasaulē, un tam joprojām nav nopietna konkurenta šajā ziņā. Tā ātrums ir trīs reizes lielāks nekā Tianhe-2, šajā ziņā tuvākajam superdatoram!

Tehnoloģiskais progress nestāv uz vietas, tas attīstās kosmiskā ātrumā, ietekmē daudzus cilvēka dzīves aspektus, un tam ir daudz gan pozitīvo, gan negatīvo. Tagad cilvēkiem ir kļuvušas pieejamas dažāda veida tehnoloģijas: datori, roboti un instrumenti. Bet jebkura aprīkojuma galvenais mērķis ir vienkāršot cilvēka dzīvi; tehnoloģija nedrīkst kļūt par bezjēdzīgu izklaidi, kas tikai tērēs jūsu laiku.