V zadnjih letih so podjetja za računalniško oblikovanje in proizvodnjo neutrudno delala. Posledično količina tehnologije v svetu eksponentno narašča.

Najmočnejši računalniki

Še pred kratkim svet ni poznal DirectX10 in grafika FarCry ali NFS Underground 2 se je zdela vrhunec računalniških zmogljivosti. Nekoč se je disk, ki lahko shrani 600 megabajtov podatkov, zdel čudež tehnike, zdaj pa so terabajtne pomnilniške kartice prosto dostopne.

Na področju superračunalnikov se dogaja približno isto. Leta 1993 je profesor Jack Dongarra z univerze v Tennesseeju prišel na idejo o oblikovanju lestvice najmočnejših računalnikov na svetu. Od takrat se ta seznam, imenovan TOP500, posodablja dvakrat letno: junija in novembra.

Čas mineva in voditelji v ocenah superračunalnikov zgodnjih 90-ih so že brezbožno zastareli tudi po standardih običajnih uporabnikov osebnih računalnikov. Tako je bil prvi leta 1993 CM-5/1024, ki so ga sestavili Thinking Machines: 1024 procesorjev s taktno frekvenco 32 MHz, računalniško hitrostjo 59,7 gigaflopov - nekoliko hitreje kot navaden 8-jedrni računalnik pod vašo mizo. Kateri je najboljši računalnik danes?

Sunway TaihuLight

Še pred petimi leti so primat po moči vztrajno držali superračunalniki ameriške izdelave. Leta 2013 so kitajski znanstveniki prevzeli vodstvo in se mu očitno ne bodo odrekli.

Trenutno najmočnejši računalnik na svetu velja za Sunway TaihuLight (v prevodu "Božanska svetlobna moč jezera Taihu"), grandiozen stroj z računalniško hitrostjo 93 petaflopov (največja hitrost - 125,43 petaflopov). To je 2,5-krat zmogljivejši od prejšnjega rekorderja - superračunalnika Tianhe-2, ki je do junija 2016 veljal za najmočnejšega.

Sunway Taihulight ima 10,5 milijona vgrajenih jeder (40.960 procesorjev, vsak s 256 računalniškimi in 4 krmilnimi jedri).

Tako je videti najzmogljivejši računalnik leta 2016

Vsa oprema je bila razvita in izdelana na Kitajskem, medtem ko je procesorje prejšnjega najzmogljivejšega računalnika izdelalo ameriško podjetje Intel. Stroški Sunway TaihuLight so ocenjeni na 270 milijonov dolarjev. Superračunalnik se nahaja v nacionalnem superračunalniškem centru okrožja Wuxi.

Rekorderji preteklih let

Do junija 2016 (seznam TOP500 se posodablja vsak junij in november) je bil najzmogljivejši in najhitrejši računalnik superstroj Tianhe-2 (v prevodu iz kitajščine »Mlečna cesta«), razvit na Kitajskem na Univerzi za obrambno znanost in tehnologijo leta 2016. Changsha s pomočjo podjetja Inspur.

Moč Tianhe-2 zagotavlja 2507 trilijonov operacij na sekundo (33,86 petaflopov na sekundo), največja zmogljivost je 54,9 petaflopov. Kitajski razvoj je na vrhu te lestvice od lansiranja leta 2013 – neverjetno impresivna številka!

Superračunalnik Tianhe-2

Značilnosti Tianhe-2 so naslednje: 16 tisoč vozlišč, 32 tisoč 12-jedrnih procesorjev Intel Xeon E5-2692 in 48 tisoč 57-jedrnih pospeševalnikov Intel Xeon Phi 31S1P, kar skupaj pomeni 3.120.000 jeder; 256 tisoč DDR3 RAM ključkov po 4 GB in 176.000 GDDR5 8 GB ključkov – skupaj 2.432.000 GB RAM-a. Kapaciteta trdega diska je več kot 13 milijonov GB. Vendar pa na njem ne boste mogli igrati - namenjen je izključno za računalništvo, Milky Way 2 pa nima nameščene video kartice. Še posebej pomaga pri izračunih za polaganje podzemnih železnic in razvoj mest.

Jaguar

Dolgo časa je bil na vrhu lestvice superračunalnik Jaguar iz ZDA. V čem se razlikuje od drugih in kakšne so njegove tehnične prednosti?

Superračunalnik, imenovan Jaguar, je sestavljen iz velikega števila neodvisnih celic, razdeljenih na dva dela - XT4 in XT5. Zadnji razdelek vsebuje točno 18688 računskih celic. Vsaka celica vsebuje dva šestjedrna procesorja AMD Opteron 2356 s frekvenco 2,3 GHz, 16 GB DDR2 RAM-a in usmerjevalnik SeaStar 2+. Tudi ena celica iz tega odseka bi bila dovolj za ustvarjanje najzmogljivejšega računalnika za igre. Razdelek vsebuje samo 149.504 računalniških jeder, ogromno RAM-a - več kot 300 TB, pa tudi zmogljivost 1,38 Petaflopa in več kot 6 Petabajtov prostora na disku.

Izdelava računalniške pošasti

Particija XT4 vsebuje 7832 celic. Njihove značilnosti so bolj skromne kot pri prejšnjem odseku XT5: vsaka celica vsebuje en šestjedrni procesor s frekvenco 2,1 GHz, 8 GB RAM-a in usmerjevalnik SeaStar 2. Skupno ima odsek 31.328 računalniških jeder in več kot 62 TB pomnilnika, kot tudi vrhunska zmogljivost 263 TFLOPS in več kot 600 TB prostora na disku. Superračunalnik Jaguar deluje na lastnem operacijskem sistemu Cray Linux Environment.

Jaguarju v hrbet diha še en računalnik, pogruntavščina IBM-a – Roadrunner. Najmočnejša računalniška pošast je sposobna izračunati do 1000.000.000.000 operacij na sekundo. Razvit je bil posebej za Nacionalno upravo za jedrsko varnost ministrstva za energijo v Los Alamosu. S pomočjo tega superračunalnika so nameravali spremljati delovanje vseh jedrskih objektov v ZDA.

Najvišja hitrost obdelave Road Runnerja je približno 1,5 petaflopa. Govorimo o skupni zmogljivosti 3.456 originalnih tri-blade strežnikov, od katerih je vsak sposoben izvesti približno 400 milijard operacij na sekundo (to je 400 gigaflopov). Znotraj Roadrunnerja je približno 20 tisoč visoko zmogljivih dvojedrnih procesorjev - 12.960 Cell Broadband Engine in 6948 AMD Opteron, plod samega IBM-a. Takšen superračunalnik ima sistemski pomnilnik velikosti 80 terabajtov.

Koliko prostora torej zavzame ta čudež tehnike? Stroj se nahaja na površini 560 kvadratnih metrov. In vsa oprema oddelka je zapakirana v strežnike originalne arhitekture. Vsa oprema tehta približno 23 ton. Za prevoz bo osebje Nacionalne uprave za jedrsko varnost potrebovalo vsaj 21 velikih vlačilcev.

Nekaj besed o tem, kaj je petaflops. En petaflop je približno enak skupni moči 100 tisoč sodobnih prenosnikov. Če si predstavljate, lahko asfaltirajo skoraj dva kilometra in pol dolgo cesto. Še ena dostopna primerjava: v 46 letih bo celotno prebivalstvo planeta uporabljalo kalkulatorje za izračune, ki jih lahko Roadrunner naredi v enem dnevu. Si lahko predstavljate, kako malo bo potreboval Sunway TaihuLigh, vodja naše ocene?

Titan

Leta 2012 je Nacionalni laboratorij Oak Ridge Ministrstva za energijo ZDA lansiral superračunalnik Titan, ki je ocenjen na 20 petaflopov – z drugimi besedami, lahko izvede kvadrilijon operacij s plavajočo vejico v eni sekundi.

Titan je razvil Cray. Poleg Titana so ameriški strokovnjaki v zadnjih letih razvili še dva superračunalnika. Ena od njih - Mira - je namenjena industrijskim in znanstvenoraziskovalnim potrebam, s pomočjo druge - Sequoia - pa simulirata poskuse jedrskega orožja. Za vsem tem razvojem stoji IBM Corporation.

Najmočnejši računalnik v Rusiji

Žal je ruski razvoj "Lomonosov-2", priznan kot najmočnejši računalnik v Rusiji, šele na 41. mestu v TOP500 (od junija 2016). Sedež ima v Znanstvenem računalniškem centru Moskovske državne univerze. Moč domačega superračunalnika je 1.849 petaflopov, največja moč je približno 2,5 petaflopov. Število jeder: 42.688.

Naročite se na naš kanal v Yandex.Zen

Superračunalnik Titan

Ljudje še vedno ne letijo na Mars, rak še ni ozdravljen in nismo se znebili odvisnosti od nafte. Pa vendar obstajajo področja, kjer je človeštvo v zadnjih desetletjih doseglo neverjeten napredek. Računalniška moč računalnikov je le ena izmed njih.

Dvakrat letno strokovnjaki iz nacionalnega laboratorija Lawrence Berkeley in univerze v Tennesseeju objavijo Top 500, ki ponuja seznam najzmogljivejših superračunalnikov na svetu.

Če malo pogledamo naprej, predlagamo, da te številke okusite vnaprej: produktivnost predstavnikov prve deseterice se meri v desetinah kvadrilijonov flopov. Za primerjavo: ENIAC, prvi računalnik v zgodovini, je imel moč 500 flopov; Danes ima povprečen osebni računalnik na stotine gigaflopov (milijarde flopov), iPhone 6 ima približno 172 gigaflopov, PS4 pa 1,84 teraflopov (bilijon flopov).

Oborožena z najnovejšo lestvico Top 500 iz novembra 2014, se je Naked Science odločila ugotoviti, katerih je 10 najmočnejših superračunalnikov na svetu in katere težave zahtevajo tako izjemno računalniško moč za reševanje.

Lokacija: ZDA
Zmogljivost: 3,57 petaflopov
Teoretična največja zmogljivost: 6,13 petaflopov
Moč: 1,4 MW

Kot skoraj vsi sodobni superračunalniki, vključno s tistimi, predstavljenimi v tem članku, je tudi CS-Storm sestavljen iz številnih procesorjev, združenih v eno samo računalniško omrežje, ki temelji na principu masivne vzporedne arhitekture. V resnici je ta sistem sestavljen iz številnih stojal (»omaric«) z elektroniko (vozlišča, sestavljena iz večjedrnih procesorjev), ki tvorijo celotne hodnike.

Cray CS-Storm je cela serija superračunalniških gruč, a ena od njih vseeno izstopa od ostalih. Natančneje, gre za skrivnostni CS-Storm, ki ga ameriška vlada uporablja v neznane namene in na neznani lokaciji.

Znano je le, da so ameriški uradniki pri ameriškem podjetju Cray kupili izjemno učinkovit glede porabe energije (2386 megaflopov na 1 vat) CS-Storm s skupnim številom jeder skoraj 79 tisoč.

Na spletni strani proizvajalca pa piše, da so gruče CS-Storm primerne za visoko zmogljivo računalništvo na področjih kibernetske varnosti, geoprostorske inteligence, prepoznavanja vzorcev, obdelave seizmičnih podatkov, upodabljanja in strojnega učenja. Nekje v tej seriji se je uporaba vladnega CS-Storma verjetno ustalila.

CRAY CS-STORM

9. Vulkan – modri gen/Q

Lokacija: ZDA
Zmogljivost: 4,29 petaflopa
Teoretična največja zmogljivost: 5,03 petaflopa
Moč: 1,9 MW

"Vulcan" je razvilo ameriško podjetje IBM, pripada družini Blue Gene in se nahaja v nacionalnem laboratoriju Lawrence Livermore. Superračunalnik, ki je v lasti ameriškega ministrstva za energijo, je sestavljen iz 24 stojal. Grozd je začel delovati leta 2013.

Za razliko od že omenjenega CS-Storma je področje uporabe Vulcana dobro znano – različne znanstvene raziskave, tudi na področju energetike, kot je modeliranje naravnih pojavov in analiza velikih količin podatkov.

Različne znanstvene skupine in podjetja lahko pridobijo dostop do superračunalnika tako, da oddajo vlogo Inovacijskemu centru za visokozmogljivo računalništvo (HPC Innovation Center), ki ima sedež v istem nacionalnem laboratoriju Livermore.

Superračunalnik Vulcan

8. Juqueen – Blue Gene/Q

Lokacija: Nemčija
Zmogljivost: 5 petaflopov
Teoretična največja zmogljivost: 5,87 petaflopov
Moč: 2,3 MW

Od lansiranja leta 2012 je Juqueen drugi najzmogljivejši superračunalnik v Evropi in prvi v Nemčiji. Tako kot Vulcan je tudi to superračunalniško gručo razvil IBM v okviru projekta Blue Gene in spada v isto generacijo Q.

Superračunalnik se nahaja v enem največjih raziskovalnih centrov v Evropi v Jülichu. Temu primerno se uporablja – za visokozmogljivo računalništvo v različnih znanstvenih raziskavah.

Superračunalnik Juqueen

7. Stampedo – PowerEdge C8220

Lokacija: ZDA
Zmogljivost: 5,16 petaflopov
Teoretična največja zmogljivost: 8,52 petaflopa
Moč: 4,5 MW

Stampede, ki se nahaja v Teksasu, je edini grozd v prvi deseterici Top 500, ki ga je razvilo ameriško podjetje Dell. Superračunalnik je sestavljen iz 160 stojal.

Ta superračunalnik je najzmogljivejši na svetu med tistimi, ki se uporabljajo izključno v raziskovalne namene. Dostop do objektov Stampede je odprt za znanstvene skupine. Grozd se uporablja na najrazličnejših znanstvenih področjih – od natančne tomografije človeških možganov in napovedovanja potresov do prepoznavanja vzorcev v glasbi in jezikovnih strukturah.

Superračunalniški stampedo

6. Piz Daint – Cray XC30

Lokacija: Švica
Zmogljivost: 6,27 petaflopov
Teoretična največja zmogljivost: 7,78 petaflopov
Moč: 2,3 MW

Švicarski nacionalni superračunalniški center (CSCS) se ponaša z najzmogljivejšim superračunalnikom v Evropi. Piz Daint, poimenovan po alpski gori, je razvil Cray in spada v družino XC30, v kateri je najbolj produktiven.

Piz Daint se uporablja za različne raziskovalne namene, kot so računalniške simulacije na področju fizike visokih energij.

Superračunalnik Piz Daint

5. Mira – Blue Gene/Q

Lokacija: ZDA
Zmogljivost: 8,56 petaflopov
Teoretična največja zmogljivost: 10,06 petaflopov
Moč: 3,9 MW

Superračunalnik Mira je IBM razvil v okviru projekta Blue Gene leta 2012. Oddelek za visoko zmogljivo računalništvo Nacionalnega laboratorija Argonne, v katerem je gruča, je bil ustanovljen z vladnim financiranjem. Porast zanimanja za superračunalniško tehnologijo iz Washingtona v poznih 2000-ih in zgodnjih 2010-ih naj bi bil posledica rivalstva s Kitajsko na tem področju.

Mira, ki se nahaja na 48 stojalih, se uporablja v znanstvene namene. Superračunalnik se na primer uporablja za podnebno in seizmično modeliranje, kar omogoča pridobivanje natančnejših podatkov o napovedovanju potresov in podnebnih sprememb.

Superračunalnik Mira

4. K Računalnik

Lokacija: Japonska
Zmogljivost: 10,51 petaflopov
Teoretična največja zmogljivost: 11,28 petaflopov
Moč: 12,6 MW

Računalnik K, ki ga je razvil Fujitsu in se nahaja na Inštitutu za fizikalno-kemijske raziskave v Kobeju, je edini japonski superračunalnik, ki se je pojavil med prvimi desetimi izmed 500 najboljših.

Nekoč (junij 2011) je ta gruča zasedla prvo mesto na lestvici in za eno leto postala najproduktivnejši računalnik na svetu. In novembra 2011 je K Computer kot prvi v zgodovini dosegel moč nad 10 petaflopov.

Superračunalnik se uporablja pri številnih raziskovalnih nalogah. Na primer za napovedovanje naravnih nesreč (kar je za Japonsko pomembno zaradi povečane potresne aktivnosti regije in visoke ranljivosti države v primeru cunamija) in računalniško modeliranje na področju medicine.

Superračunalnik K

3. Sequoia – Blue Gene/Q

Lokacija: ZDA
Zmogljivost: 17,17 petaflopov
Teoretična največja zmogljivost: 20,13 petaflopov
Moč: 7,8 MW

Najmočnejši od štirih superračunalnikov družine Blue Gene/Q, ki so v prvi deseterici ocene, se nahaja v Združenih državah Amerike v nacionalnem laboratoriju Livermore. IBM je razvil Sequoio za Nacionalno upravo za jedrsko varnost (NNSA), ki je potrebovala visoko zmogljiv računalnik za zelo specifičen namen: simulacijo jedrskih eksplozij.

Omeniti velja, da so pravi jedrski poskusi prepovedani že od leta 1963, računalniška simulacija pa je ena najbolj sprejemljivih možnosti za nadaljevanje raziskav na tem področju.

Vendar je bila moč superračunalnika uporabljena za reševanje drugih, veliko bolj plemenitih problemov. Grozdu je na primer uspelo postaviti rekorde uspešnosti pri kozmološkem modeliranju, pa tudi pri ustvarjanju elektrofiziološkega modela človeškega srca.

Superračunalnik Sequoia

2. Titan – Cray XK7

Lokacija: ZDA
Zmogljivost: 17,59 petaflopov
Teoretična največja zmogljivost: 27,11 petaflopov
Moč: 8,2 MW

Najproduktivnejši superračunalnik, kar jih je bilo kdaj ustvarjeno na Zahodu, pa tudi najmočnejši računalniški grozd pod blagovno znamko Cray se nahaja v Združenih državah Amerike v nacionalnem laboratoriju Oak Ridge. Kljub temu, da je superračunalnik, s katerim razpolaga ameriško ministrstvo za energijo, uradno na voljo za kakršne koli znanstvene raziskave, je oktobra 2012, ko je bil Titan lansiran, število aplikacij preseglo vse meje.

Zaradi tega je bila v laboratoriju Oak Ridge sklicana posebna komisija, ki je izmed 50 prijav izbrala le 6 najbolj »naprednih« projektov. Med njimi je na primer modeliranje obnašanja nevtronov v samem srcu jedrskega reaktorja, pa tudi napoved globalnih podnebnih sprememb za naslednjih 1-5 let.

Kljub računalniški moči in impresivnim dimenzijam (404 kvadratnih metrov) Titan ni dolgo zdržal na podstavku. Samo šest mesecev po zmagoslavju novembra 2012 je ameriški ponos na področju visokozmogljivega računalništva nepričakovano izpodrinil domačin z Vzhoda, ki je presegel prejšnje vodilne na lestvici na način brez primere.

Superračunalnik Titan

1. Tianhe-2 / Rimska cesta-2

Lokacija: Kitajska
Zmogljivost: 33,86 petaflopov
Teoretična največja zmogljivost: 54,9 petaflopov
Moč: 17,6 MW

Tianhe-2 ali Milky Way-2 je bil od prve izstrelitve približno dve leti vodilni na lestvici Top-500. Ta pošast je skoraj dvakrat močnejša od številke 2 na lestvici – superračunalnika TITAN.

Tianhe-2, ki sta ga razvila Univerza za obrambno znanost in tehnologijo Ljudske osvobodilne vojske in Inspur, je sestavljen iz 16 tisoč vozlišč s skupnim številom jeder 3,12 milijona. RAM te ogromne strukture, ki zavzema 720 kvadratnih metrov, je 1,4 petabajta, pomnilniška naprava pa 12,4 petabajta.

Mlečna cesta 2 je bila zasnovana na pobudo kitajske vlade, zato ni presenetljivo, da se zdi, da njena moč brez primere služi potrebam države. Uradno je bilo navedeno, da se superračunalnik ukvarja z različnimi simulacijami, analizira ogromne količine podatkov, pa tudi zagotavlja nacionalno varnost Kitajske.

Glede na tajnost, ki je del kitajskih vojaških projektov, lahko samo ugibamo, kakšna je uporaba Mlečne ceste-2 občasno v rokah kitajske vojske.

Superračunalnik Tianhe-2

Domov → Zgodovina domače računalniške tehnologije → Superračunalniki

Superračunalniki

Andrej Borzenko

Superračunalniki so najhitrejši računalniki. Njihova glavna razlika od velikih računalnikov je naslednja: vsi viri takega računalnika so običajno usmerjeni v čim hitrejše reševanje ene ali vsaj več nalog, medtem ko glavni računalniki praviloma izvajajo precej veliko število nalog, ki tekmujejo z vsakim drugo. Hiter razvoj računalniške industrije določa relativnost osnovnega pojma – tisto, čemur smo pred desetimi leti lahko rekli superračunalnik, danes ne sodi več pod to definicijo. Obstaja tudi šaljiva definicija superračunalnika: to je naprava, ki računalniški problem reducira na vhodno-izhodni problem. Vendar je v tem nekaj resnice: pogosto so edino ozko grlo v hitrem sistemu V/I naprave. Kateri superračunalniki so trenutno najzmogljivejši, lahko izveste iz uradne lestvice petsto najzmogljivejših sistemov na svetu - Top500 (http://www.top500.org), ki je objavljena dvakrat letno.

V vsakem računalniku so vsi glavni parametri tesno povezani. Težko si je predstavljati univerzalni računalnik z visoko zmogljivostjo in malo RAM-a ali ogromnim RAM-om in majhnim prostorom na disku. Zaradi tega za superračunalnike trenutno ni značilna le največja zmogljivost, temveč tudi največja količina RAM-a in diskovnega pomnilnika. Zagotavljanje takšnih tehničnih lastnosti je precej drago - stroški superračunalnikov so izjemno visoki. Katere naloge so tako pomembne, da zahtevajo sisteme, ki stanejo na desetine ali stotine milijonov dolarjev? Praviloma gre za temeljne znanstvene ali inženirske računalniške probleme s širokim spektrom aplikacij, katerih učinkovita rešitev je možna le z razpoložljivostjo zmogljivih računalniških virov. Tukaj je le nekaj področij, kjer se pojavljajo tovrstne težave:

napovedi vremena, podnebja in globalnih sprememb v ozračju;
znanost o materialih;
konstrukcija polprevodniških naprav;
superprevodnost;
strukturna biologija;
razvoj farmacevtskih izdelkov;
človeška genetika;
kvantna kromodinamika;
astronomija;
avtomobilska industrija;
transportne naloge;
hidro- in plinska dinamika;
nadzorovana termonuklearna fuzija;
učinkovitost sistemov zgorevanja goriva;
raziskovanje nafte in plina;
računalniški problemi v oceanskih znanostih;
prepoznavanje in sinteza govora;
prepoznavanje slike.

Superračunalniki računajo zelo hitro ne samo zaradi uporabe najsodobnejše baze elementov, ampak tudi zaradi novih rešitev v sistemski arhitekturi. Glavno mesto tukaj zavzema načelo vzporedne obdelave podatkov, ki uteleša idejo hkratnega (vzporednega) izvajanja več dejanj. Vzporedna obdelava ima dve vrsti: cevovod in dejanski paralelizem. Bistvo cevovodne obdelave je osvetliti posamezne stopnje izvajanja splošne operacije, pri čemer vsaka stopnja, ko zaključi svoje delo, posreduje rezultat naslednji, hkrati pa sprejme nov del vhodnih podatkov. Očitno povečanje hitrosti obdelave je doseženo s kombiniranjem predhodno razporejenih operacij.

Če neka naprava izvede eno operacijo na časovno enoto, potem bo opravila tisoč operacij v tisoč enotah. Če obstaja pet enakih neodvisnih naprav, ki lahko delujejo hkrati, potem lahko sistem petih naprav izvede istih tisoč operacij ne v tisoč, ampak v dvesto časovnih enotah. Podobno bo sistem N naprav opravil enako delo v 1000/N časovnih enotah.

Seveda je danes le malo ljudi presenečeno nad paralelizmom v računalniški arhitekturi. Vsi sodobni mikroprocesorji uporabljajo neko obliko vzporednega procesiranja, tudi znotraj istega čipa. Hkrati so se same te ideje pojavile zelo dolgo nazaj. Sprva so bili implementirani v najnaprednejše in zato enojne računalnike svojega časa. Tu gre posebna zasluga IBM-u in Control Data Corporation (CDC). Govorimo o inovacijah, kot so bit-paralelni pomnilnik, bit-paralelna aritmetika, neodvisni vhodno-izhodni procesorji, ukazni cevovod, cevovodno neodvisne funkcionalne enote itd.

Običajno besedo »superračunalnik« povezujemo z računalniki Cray, čeprav danes temu še zdaleč ni tako. Razvijalec in glavni oblikovalec prvega superračunalnika je bil Seymour Cray, ena najbolj legendarnih osebnosti v računalniški industriji. Leta 1972 je zapustil CDC in ustanovil lastno podjetje Cray Research. Prvi superračunalnik CRAY-1 je bil razvit štiri leta kasneje (leta 1976) in je imel vektorsko cevovodno arhitekturo z 12 cevovodno funkcionalnimi enotami. Najvišja zmogljivost Cray-1 je bila 160 MT/s (12,5 ns taktni čas), 64-bitni RAM (ki ga je mogoče razširiti na 8 MB) pa je imel cikel 50 ns. Glavna novost je bila seveda uvedba vektorskih ukazov, ki delujejo s celotnimi nizi neodvisnih podatkov in omogočajo učinkovito uporabo cevovodnih funkcionalnih naprav.

V 60. in 80. letih prejšnjega stoletja je bila pozornost svetovnih voditeljev v proizvodnji superračunalnikov usmerjena v proizvodnjo računalniških sistemov, ki so bili dobri pri reševanju velikih problemov s plavajočo vejico. Takšnih nalog ni manjkalo – skoraj vse so bile povezane z jedrskimi raziskavami in modeliranjem vesoljskega letalstva in so se izvajale v interesu vojske. Želja po doseganju maksimalne zmogljivosti v najkrajšem možnem času je pomenila, da merilo za ocenjevanje kakovosti sistema ni bila cena, temveč zmogljivost. Na primer, superračunalnik Cray-1 je takrat stal od 4 do 11 milijonov dolarjev, odvisno od konfiguracije.

Na prelomu 80-90. Hladna vojna se je končala in vojaška naročila so nadomestila komercialna. Do takrat je industrija močno napredovala pri proizvodnji serijskih procesorjev. Imeli so približno enako računalniško moč kot prilagojeni, a bistveno cenejši. Uporaba standardnih komponent in variabilnega števila procesorjev je omogočila rešitev problema razširljivosti. Zdaj, ko se je računalniška obremenitev povečala, je bilo mogoče povečati zmogljivost superračunalnika in njegovih perifernih naprav z dodajanjem novih procesorjev in V/I naprav. Tako se je leta 1990 pojavil superračunalnik Intel iPSC/860 s številom procesorjev 128, ki je na testu LINPACK pokazal zmogljivost 2,6 Gflops.

Novembra lani je izšla 18. izdaja lestvice 500 najzmogljivejših računalnikov na svetu - Top500. Vodilni na lestvici je še vedno IBM Corporation (http://www.ibm.com), ki ima v lasti 32 % nameščenih sistemov in 37 % skupne produktivnosti. Zanimiva novica je bil pojav Hewlett-Packarda na drugem mestu po številu sistemov (30%). Poleg tega, ker so vsi ti sistemi razmeroma majhni, je njihova skupna zmogljivost le 15% celotnega seznama. Po združitvi s Compaqom naj bi novo podjetje prevladovalo na seznamu. Sledijo po številu računalnikov na seznamu SGI, Cray in Sun Microsystems.

Najmočnejši superračunalnik na svetu je bil še vedno sistem ASCI White (k njemu se bomo vrnili kasneje), nameščen v Livermore Laboratory (ZDA) in je na testu LINPACK pokazal zmogljivost 7,2 Tflops (58% največje zmogljivosti). Na drugem mestu je bil sistem Compaq AlphaServer SC, nameščen v Pittsburgh Supercomputing Center, z zmogljivostjo 4 Tflops. Sistem Cray T3E zapira seznam z zmogljivostjo LINPACK 94 Gflops.

Omeniti velja, da je na seznamu že 16 sistemov z zmogljivostjo več kot 1 teraflops, od katerih jih je polovico namestil IBM. Število sistemov, ki so grozdi majhnih blokov SMP, vztrajno narašča - na seznamu je zdaj 43 takih sistemov. Vendar je večina seznama še vedno za masivne vzporedne sisteme (50 %), sledijo jim grozdi, sestavljeni iz velikih sistemov SMP (29 %).

Vrste arhitektur

Glavni parameter za razvrščanje vzporednih računalnikov je prisotnost skupnega ali porazdeljenega pomnilnika. Nekaj vmes so arhitekture, kjer je pomnilnik fizično porazdeljen, a logično deljen. Z vidika strojne opreme se predlagata dve glavni shemi za implementacijo vzporednih sistemov. Prvi je več ločenih sistemov z lokalnim pomnilnikom in procesorji, ki medsebojno delujejo v nekem okolju s pošiljanjem sporočil. Drugi so sistemi, ki medsebojno delujejo prek skupnega pomnilnika. Ne da bi se za zdaj spuščali v tehnične podrobnosti, povejmo nekaj besed o vrstah arhitektur sodobnih superračunalnikov.

Zamisel o masivno vzporednih sistemih s porazdeljenim pomnilnikom (Massively Parallel Processing, MPP) je precej preprosta. V ta namen se vzamejo navadni mikroprocesorji, od katerih je vsak opremljen s svojim lokalnim pomnilnikom in povezan prek neke vrste preklopnega medija. Takšna arhitektura ima veliko prednosti. Če potrebujete visoko zmogljivost, lahko dodate več procesorjev, in če so finance omejene ali je zahtevana računalniška moč znana vnaprej, potem je enostavno izbrati optimalno konfiguracijo. Vendar ima MPP tudi slabosti. Dejstvo je, da je interakcija med procesorji veliko počasnejša od obdelave podatkov s strani procesorjev samih.

V vzporednih računalnikih s skupnim pomnilnikom si ves RAM deli več enakih procesorjev. To odpravlja težave prejšnjega razreda, a dodaja nove. Dejstvo je, da števila procesorjev z dostopom do skupnega pomnilnika ni mogoče povečati iz čisto tehničnih razlogov.

Glavne značilnosti vektorsko-cevovodnih računalnikov so seveda cevovodne funkcionalne enote in nabor vektorskih ukazov. Za razliko od tradicionalnega pristopa vektorski ukazi delujejo na celotnih nizih neodvisnih podatkov, kar omogoča učinkovito nalaganje razpoložljivih cevovodov.

Zadnja smer, strogo gledano, ni samostojna, temveč kombinacija prejšnjih treh. Računalniško vozlišče je sestavljeno iz več procesorjev (tradicionalnih ali vektorskih cevovodov) in njihovega skupnega pomnilnika. Če pridobljena računalniška moč ni dovolj, se več vozlišč združi s hitrimi kanali. Kot veste, se taka arhitektura imenuje grozd.

MPP sistemi

Masivno vzporedni razširljivi sistemi so zasnovani za reševanje aplikacijskih problemov, ki zahtevajo veliko količino računalništva in obdelave podatkov. Oglejmo si jih pobližje. Praviloma so sestavljeni iz homogenih računalniških vozlišč, vključno z:

ena ali več centralnih procesnih enot;
lokalni pomnilnik (neposreden dostop do pomnilnika drugih vozlišč ni mogoč);
komunikacijski procesor ali omrežni adapter;
včasih trdi diski in/ali druge vhodno/izhodne naprave.

Poleg tega je mogoče sistemu dodati posebna V/I vozlišča in krmilna vozlišča. Vsi so povezani preko nekega komunikacijskega medija (hitro omrežje, stikalo itd.). Kar zadeva OS, obstajata dve možnosti. V prvem primeru se polnopravni OS izvaja samo na krmilnem stroju, medtem ko vsako vozlišče izvaja močno zmanjšano različico OS, ki zagotavlja samo delovanje veje vzporedne aplikacije, ki se nahaja v njem. V drugem primeru vsako vozlišče poganja polnopravni OS, podoben UNIX-u.

Število procesorjev v porazdeljenih pomnilniških sistemih je teoretično neomejeno. Z uporabo takih arhitektur je mogoče zgraditi razširljive sisteme, katerih zmogljivost narašča linearno s številom procesorjev. Mimogrede, sam izraz "masivno vzporedni sistemi" se običajno uporablja za označevanje takšnih razširljivih računalnikov z velikim številom (na desetine in stotine) vozlišč. Razširljivost računalniškega sistema je nujna za sorazmerno pospešitev izračunov, a žal ni dovolj. Da bi dosegli ustrezen dobiček pri reševanju problema, je potreben tudi razširljiv algoritem, ki lahko naloži vse procesorje superračunalnika z uporabnimi izračuni.

Naj spomnimo, da obstajata dva modela izvajanja programov na večprocesorskih sistemih: SIMD (single instruction stream - multiple data streams) in MIMD (multiple instruction streams - multiple data streams). Prvi predvideva, da vsi procesorji izvajajo isti ukaz, vendar vsak na svojih podatkih. V drugem pa vsak procesor obdela svoj tok ukazov.

V porazdeljenih pomnilniških sistemih je za prenos informacij od procesorja do procesorja potreben mehanizem za prenos sporočil prek omrežja, ki povezuje računalniška vozlišča. Za abstrahiranje od podrobnosti delovanja komunikacijske opreme in programa na visoki ravni se običajno uporabljajo knjižnice za posredovanje sporočil.

Intelovi superračunalniki

Korporacija Intel (http://www.intel.com) je dobro poznana v svetu superračunalnikov. Njegovi večprocesorski računalniki Paragon s porazdeljenim pomnilnikom so postali tako klasični kot vektorski cevovodni računalniki Cray Research.

Intel Paragon uporablja pet procesorjev i860 XP s taktno frekvenco 50 MHz v enem vozlišču. Včasih so v enem vozlišču nameščeni procesorji različnih tipov: skalarni, vektorski in komunikacijski. Slednji služi za razbremenitev glavnega procesorja pri izvajanju operacij, povezanih s prenosom sporočil.

Najpomembnejša značilnost nove vzporedne arhitekture je vrsta komunikacijske opreme. Od tega sta odvisna dva najpomembnejša kazalca delovanja superračunalnika: hitrost prenosa podatkov med procesorji in stroški prenosa enega sporočila.

Medsebojna povezava je zasnovana tako, da zagotavlja visoke hitrosti sporočanja z minimalno zakasnitvijo. Zagotavlja povezavo več kot tisoč heterogenih vozlišč vzdolž dvodimenzionalne pravokotne mrežne topologije. Vendar pa se za večino razvoja aplikacij lahko šteje, da je vsako vozlišče neposredno povezano z vsemi drugimi vozlišči. Medsebojna povezava je razširljiva: njena prepustnost narašča s številom vozlišč. Pri načrtovanju so razvijalci poskušali minimizirati sodelovanje pri prenosu sporočil tistih procesorjev, ki izvajajo uporabniške procese. V ta namen so uvedeni posebni procesorji za obdelavo sporočil, ki se nahajajo na plošči vozlišča in so odgovorni za obdelavo protokola za sporočanje. Posledično se glavni procesorji vozlišč ne odvrnejo od reševanja problema. Predvsem ni dragega preklapljanja z naloge na nalogo, reševanje aplikativnih problemov pa poteka vzporedno z izmenjavo sporočil.

Dejanski prenos sporočil izvaja usmerjevalni sistem, ki temelji na komponentah usmerjevalnika omrežnih vozlišč (Mesh Router Components, MRC). Za MRC dostop določenega vozlišča do njegovega pomnilnika ima vozlišče tudi poseben vmesniški omrežni krmilnik, ki je VLSI po meri, ki zagotavlja hkraten prenos v in iz pomnilnika vozlišča ter spremljanje napak med prenosom sporočil.

Modularna zasnova Intel Paragona omogoča več kot le podporo razširljivosti. Omogoča nam računati na dejstvo, da bo ta arhitektura služila kot osnova za nove računalnike, ki bodo temeljili na drugih mikroprocesorjih ali uporabljali nove tehnologije sporočanja. Razširljivost je prav tako odvisna od uravnoteženja različnih blokov superračunalnika na različnih ravneh; sicer se lahko s povečanjem števila vozlišč nekje v sistemu pojavi ozko grlo. Tako sta hitrost in pomnilniška zmogljivost vozlišč uravnotežena s pasovno širino in zakasnitvijo medsebojne povezave, zmogljivost procesorjev znotraj vozlišč pa je uravnotežena s pasovno širino predpomnilnika in RAM-a itd.

Do nedavnega je bil eden najhitrejših računalnikov Intel ASCI Red – plod pobude za pospešeno strateško računalništvo ASCI (Accelerated Strategic Computing Initiative). V tem programu sodelujejo trije največji ameriški nacionalni laboratoriji (Livermore, Los Alamos in Sandia). ASCI Red, izdelan leta 1997 za Ministrstvo za energijo ZDA, združuje 9152 procesorjev Pentium Pro, ima 600 GB skupnega RAM-a in skupno zmogljivost 1800 milijard operacij na sekundo.

IBM-ovi superračunalniki

Ko so se na računalniškem trgu pojavili univerzalni sistemi s skalabilno vzporedno arhitekturo SP (Scalable POWER parallel) podjetja IBM (http://www.ibm.com), so hitro pridobili na priljubljenosti. Danes taki sistemi delujejo na različnih področjih uporabe, kot so računalniška kemija, analiza nesreč, načrtovanje elektronskih vezij, seizmična analiza, modeliranje rezervoarjev, podpora odločanju, analiza podatkov in obdelava spletnih transakcij. Uspeh sistemov SP določa predvsem njihova vsestranskost, pa tudi prilagodljivost arhitekture, ki temelji na modelu porazdeljenega pomnilnika s posredovanjem sporočil.

Na splošno je superračunalnik SP razširljiv, masivno vzporeden računalniški sistem za splošne namene, sestavljen iz niza baznih postaj RS/6000, povezanih z visoko zmogljivim stikalom. Res, kdo ne pozna na primer superračunalnika Deep Blue, ki mu je v šahu uspelo premagati Garija Kasparova? Toda ena od njegovih modifikacij je sestavljena iz 32 vozlišč (IBM RS/6000 SP), ki temeljijo na 256 procesorjih P2SC (Power Two Super Chip).

Družina RS/6000 je IBM-ova druga generacija računalnikov, ki temelji na arhitekturi z omejenim naborom ukazov (RISC), ki jo je razvilo podjetje v poznih sedemdesetih letih prejšnjega stoletja. S tem konceptom se za vse delo v računalniškem sistemu uporablja zelo preprost nabor ukazov. Ker so ukazi enostavni, jih je mogoče izvajati z zelo velikimi hitrostmi, poleg tega pa zagotavljajo učinkovitejšo izvedbo izvršljivega programa. Družina RS/6000 temelji na arhitekturi POWER (Performance Optimized by Advanced RISC architecture) in njenih izpeljankah – PowerPC, P2SC, POWER3 itd. Ker arhitektura POWER združuje koncepte arhitekture RISC z nekaterimi bolj tradicionalnimi koncepti, je rezultat sistem z optimalno splošno delovanje.

Sistem RS/6000 SP zagotavlja moč več procesorjev za reševanje najzapletenejših računalniških problemov. Preklopni sistem SP je najnovejša IBM-ova inovacija v medprocesorski komunikaciji z visoko pasovno širino brez zakasnitev za učinkovito vzporedno računalništvo. Več vrst procesorskih vozlišč, spremenljive velikosti okvirja (rack) in različne dodatne I/O zmogljivosti zagotavljajo izbiro najprimernejše sistemske konfiguracije. SP podpirajo vodilni prodajalci programske opreme na področjih, kot so vzporedne podatkovne baze in obdelava transakcij v realnem času, pa tudi glavni prodajalci tehnične programske opreme na področjih, kot sta seizmična obdelava in inženirsko načrtovanje.

IBM RS/6000 SP izboljšuje zmogljivosti aplikacije z vzporedno obdelavo. Sistem odpravlja omejitve zmogljivosti in pomaga preprečiti težave, povezane s skaliranjem in prisotnostjo nedeljivih, ločeno izvedenih fragmentov. Z več kot tisoč strankami, nameščenimi po vsem svetu, SP-ji zagotavljajo rešitve za kompleksne in obsežne tehnične in komercialne aplikacije.

Glavna enota SP je procesorsko vozlišče, ki ima arhitekturo delovne postaje RS/6000. Obstaja več vrst vozlišč SP: tanka, široka, visoka, ki se razlikujejo po številnih tehničnih parametrih. Visoka vozlišča, ki temeljijo na POWER3-II, na primer vključujejo do 16 procesorjev in do 64 GB pomnilnika, tanka vozlišča pa ne dovoljujejo več kot 4 procesorje in 16 GB pomnilnika.

Sistem je razširljiv do 512 vozlišč, možno pa je tudi kombiniranje različnih tipov vozlišč. Vozlišča so nameščena v regali (do 16 vozlišč v vsakem). SP lahko diske spreminja skoraj linearno skupaj s procesorji in pomnilnikom, kar omogoča pravi dostop do terabajtov pomnilnika. To povečanje moči olajša gradnjo in razširitev sistema.

Vozlišča so med seboj povezana z visoko zmogljivim stikalom (IBM high-performance switch), ki ima večstopenjsko strukturo in deluje s paketnim preklapljanjem.

Vsako vozlišče SP poganja celoten operacijski sistem AIX, kar vam omogoča, da izkoristite tisoče že obstoječih aplikacij AIX. Poleg tega je sistemska vozlišča mogoče združiti v skupine. Na primer, več vozlišč lahko deluje kot strežniki Lotus Notes, medtem ko vsa druga obdelujejo vzporedno bazo podatkov.

Upravljanje velikih sistemov je vedno zahtevna naloga. SP za ta namen uporablja eno samo grafično konzolo, ki prikazuje stanja strojne in programske opreme, tekoče naloge in podatke o uporabniku. Skrbnik sistema s pomočjo takšne konzole (nadzorne delovne postaje) in na SP priključenega programskega izdelka PSSP (Parallel Systems Support Programs) rešuje naloge upravljanja, vključno z upravljanjem zaščite z geslom in uporabniškimi dovoljenji, obračunavanjem opravljenih opravil, upravljanjem tiskanja, spremljanjem sistema. , zagon in izklop sistema.

Najboljši

Kot že omenjeno, je po lestvici Top500 (tabela) najzmogljivejši superračunalnik našega časa ASCI White, ki zavzema površino velikosti dveh košarkarskih igrišč in je nameščen v Livermorskem nacionalnem laboratoriju. Vključuje 512 vozlišč SMP, ki temeljijo na 64-bitnih procesorjih POWER3-II (za skupno 8192 procesorjev) in uporablja novo komunikacijsko tehnologijo Colony s prepustnostjo približno 500 MB/s, kar je skoraj štirikrat hitreje od visoko zmogljivega SP. stikalo.

Najboljših deset Top500 (18. izdaja)

Položaj	Proizvajalec	Računalnik	Kjer je nameščen	Država	leto	Število procesorjev
1	IBM	ASCI bela		ZDA	2000	8192
2	Compaq	AlphaServer SC	Superračunalniški center Pittsburgh	ZDA	2001	3024
3	IBM	SP Power3	Inštitut za energetske raziskave NERSC	ZDA	2001	3328
4	Intel	ASCI rdeča	Nacionalni laboratorij Sandia	ZDA	1999	9632
5	IBM	ASCI Blue Pacific	Nacionalni laboratorij Livermore	ZDA	1999	5808
6	Compaq	AlphaServer SC		ZDA	2001	1536
7	Hitachi	SR8000/MPP	Tokijska univerza	Japonska	2001	1152
8	SGI	ASCI Modra gora	Nacionalni laboratorij Los Alamos	ZDA	1998	6144
9	IBM	SP Power3	Oceanografski center NAVOCEANO	ZDA	2000	1336
10	IBM	SP Power3	Nemška vremenska služba	Nemčija	2001	1280

Arhitektura novega superračunalnika temelji na preizkušeni masivno vzporedni arhitekturi RS/6000 in zagotavlja zmogljivost 12,3 teraflopov (bilijon operacij na sekundo). Sistem vključuje skupno 8 TB RAM-a, porazdeljenega po 16-procesorskih SMP vozliščih, in 160 TB diskovnega pomnilnika. Za dostavo sistema iz laboratorijev IBM v zvezni državi New York v Livermore v Kaliforniji je bilo potrebnih 28 tovornjakov s prikolicami.

Vsa sistemska vozlišča poganjajo OS AIX. Superračunalnik uporabljajo znanstveniki ameriškega ministrstva za energijo za izvajanje kompleksnih 3D modelov za varno jedrsko orožje. Pravzaprav je ASCI White tretji korak v petstopenjskem programu ASCI, ki načrtuje ustvarjanje novega superračunalnika leta 2004. Na splošno je ASCI White sestavljen iz treh ločenih sistemov, od katerih je White največji (512 vozlišč, 8192 procesorjev), tu sta tudi Ice (28 vozlišč, 448 procesorjev) in Frost (68 vozlišč, 1088 procesorjev).

Predhodnik ASCI White je bil superračunalnik Blue Pacific (drugo ime za ASCI Blue), ki je vključeval 1464 štiriprocesorskih vozlišč na osnovi kristalov PowerPC 604e/332 MHz. Vozlišča so povezana v enoten sistem s kabli, dolgimi skoraj pet milj, površina računalniške sobe pa je 8 tisoč kvadratnih metrov. Sistem ASCI Blue je sestavljen iz skupno 5856 procesorjev in zagotavlja največjo zmogljivost 3,88 teraflopov. Skupna količina RAM-a je 2,6 TB.

Superračunalnik je sestavljen iz kilometrov kablov.

Ameriški nacionalni center za raziskave atmosfere (NCAR) je izbral IBM za dobavitelja najzmogljivejšega superračunalnika na svetu, namenjenega napovedovanju podnebnih sprememb. Sistem, znan kot Blue Sky, bo povečal zmogljivosti NCAR za modeliranje podnebja za red velikosti, ko bo letos v celoti deloval. Jedro Blue Sky bosta superračunalnik IBM SP in sistem IBM eServer p690, z uporabo katerih bo dosežena vrhunska zmogljivost skoraj 7 Tflops ob volumnu diskovnega podsistema IBM SSA 31,5 TB.

Superračunalnik, imenovan Blue Storm, nastaja po naročilu Evropskega centra za srednjeročne vremenske napovedi (ECMWF). Blue Storm bo dvakrat močnejši od ASCI White. Če ga želite ustvariti, potrebujete 100 strežnikov IBM eServer p690, znanih tudi kot Regatta. Vsaka sistemska enota, velika kot hladilnik, vsebuje več kot tisoč procesorjev. V letu 2004 bo Blue Storm opremljen s strežniki nove generacije p960, kar bo dvakrat zmogljivejše. Superračunalnik bo poganjal OS AIX. Sprva bo skupna kapaciteta diskov Blue Storm 1,5 petabajta, računska moč pa približno 23 teraflopov. Sistem bo tehtal 130 ton in bo 1700-krat močnejši od šahovskega superračunalnika Deep Blue.

IBM-ovi raziskovalci sodelujejo z Livermorskim nacionalnim laboratorijem na računalnikih Blue Gene/L in Blue Gene/C. Ti računalniki so del 5-letnega projekta Blue Gene, ki se je začel leta 1999 za preučevanje beljakovin in v katerega je bilo vloženih 100 milijonov $.Ustvarjanje novega superračunalnika Blue Gene/L (200 teraflopov) bo končano leta 2004 - za šest mesecev - leto prej od predvidenega zaključka del na zmogljivejšem računalniku Blue Gene/C (1000 teraflopov). Oblikovalska zmogljivost Blue Gene/L bo tako presegla skupno zmogljivost 500 najmočnejših računalnikov na svetu. Poleg tega novi superračunalnik zavzema površino, ki je enaka le polovici teniškega igrišča. IBM-ovi inženirji so si prizadevali tudi za zmanjšanje porabe energije – uspelo jim jo je zmanjšati za 15-krat.

Opombe

LINPACK testi.
Primerjalna merila LINPACK temeljijo na reševanju sistema linearnih enačb z gosto matriko koeficientov nad poljem realnega števila z uporabo Gaussove eliminacije. Realna števila so običajno predstavljena s polno natančnostjo. Zaradi velikega števila operacij nad realnimi števili se rezultati LINPACK štejejo za merilo uspešnosti konfiguracij strojne in programske opreme na področjih, ki intenzivno uporabljajo kompleksne matematične izračune.

Simulator Zemlje.
Po poročanju revije New Scientist bo v novi, 19. različici lestvice Top500 superračunalnikov prvo mesto zasedel superračunalniški sistem za projekt Earth Simulator korporacije NEC. Nameščen je na japonskem inštitutu za znanosti o Zemlji (Yokohama Institute for Earth Sciences) v Kanagawi, prefektura Jokohama. Razvijalci trdijo, da lahko njegova največja zmogljivost doseže 40 Tflops.

Superračunalnik Earth Simulator je zasnovan za simulacijo podnebnih sprememb na podlagi podatkov, prejetih s satelitov. Po mnenju predstavnikov NEC je visoka zmogljivost računalnika dosežena z uporabo posebej zasnovanih vektorskih procesorjev. Sistem temelji na 5120 takih procesorjih, združenih v 640 vozlišč SX-6 (po 8 procesorjev). Superračunalnik poganja SUPER-UX OS. Razvojna orodja vključujejo prevajalnike za jezike C/C++, Fortran 90 in HPF ter orodja za avtomatsko vektorizacijo, implementacijo vmesnika MPI-2 in matematično knjižnico ASL/ES. Celoten stroj zavzema površino treh teniških igrišč (50 x 65 m) in uporablja več kilometrov kabla.

Superračunalnik K Computer, ki je prej zasedal prvo mesto, je potisnjen na tretje mesto. Njegova zmogljivost je 11,28 Pflops (glej sliko 1). Naj spomnimo, da je FLOPS (FLoating-point Operations Per Second, FLOPS) merska enota zmogljivosti računalnika, ki pove, koliko operacij s plavajočo vejico na sekundo je določen računalniški sistem sposoben izvesti.

K Computer je skupen razvoj Inštituta za fizikalne in kemijske raziskave Rikagaku Kenkiyo (RIKEN) in Fujitsuja. Ustvarjen je bil kot del pobude za visoko zmogljivo računalniško infrastrukturo, ki jo vodi japonsko ministrstvo za izobraževanje, kulturo, šport, znanost in tehnologijo (MEXT). Superračunalnik je nameščen na ozemlju Inštituta za napredne računalniške znanosti v japonskem mestu Kobe.

Superračunalnik temelji na porazdeljeni pomnilniški arhitekturi. Sistem je sestavljen iz več kot 80.000 računalniških vozlišč in je nameščen v 864 omarah, od katerih je v vsakem 96 računalniških vozlišč in 6 V/I vozlišč. Vozlišča, od katerih vsako vsebuje po en procesor in 16 GB RAM-a, so med seboj povezana v skladu s topologijo »šestidimenzionalne zanke / torusa«. Sistem uporablja skupaj 88.128 osemjedrnih procesorjev SPARC64 VIIIfx (705.024 jeder), ki jih proizvaja Fujitsu po 45 nm tehnologiji.

Ta superračunalnik za splošne namene zagotavlja visoko raven zmogljivosti in podporo za široko paleto aplikacij. Sistem se uporablja za izvajanje raziskav na področju podnebnih sprememb, preprečevanja nesreč in medicine.

Edinstven sistem vodnega hlajenja zmanjšuje verjetnost okvare opreme in zmanjšuje skupno porabo energije. Prihranki energije so doseženi z uporabo visoko učinkovite opreme, sistema za soproizvodnjo toplote in električne energije ter niza sončnih kolektorjev. Poleg tega mehanizem ponovne uporabe odpadne vode iz hladilnika zmanjšuje negativne vplive na okolje.

Stavba, v kateri se nahaja K Computer, je protipotresno odporna in prenese potres z magnitudo 6 ali več po japonski lestvici (0-7). Za učinkovitejšo namestitev regalov opreme in kablov je tretja etaža dimenzij 50 × 60 m popolnoma brez nosilnih stebrov. Sodobne gradbene tehnologije so omogočile zagotovitev sprejemljive stopnje obremenitve (do 1 t / m2) za namestitev regalov, katerih teža lahko doseže 1,5 tone.

SUPERRAČUNALNIK SEQUOIA

Superračunalnik Sequoia, nameščen v nacionalnem laboratoriju Lawrence Livermore. Lawrence, ima zmogljivost 16,32 Pflops in je na drugem mestu na lestvici (glej sliko 2).

Ta petaflops superračunalnik, ki ga je razvil IBM na podlagi Blue Gene/Q, je bil ustvarjen za ameriško državno upravo za jedrsko varnost (NNSA) kot del programa Advanced Simulation and Computing.

Sistem je sestavljen iz 96 omaric in 98.304 računalniških vozlišč (1024 vozlišč na omaro). Vsako vozlišče vključuje 16-jedrni procesor PowerPC A2 in 16 GB DDR3 RAM-a. Skupaj je uporabljenih 1.572.864 procesorskih jeder in 1,6 PB pomnilnika. Vozlišča so med seboj povezana v skladu s topologijo "petdimenzionalnega torusa". Površina, ki jo zavzema sistem, je 280 m2. Skupna poraba energije je 7,9 MW.

Superračunalnik Sequoia je prvi na svetu izvedel znanstvene izračune, ki so zahtevali več kot 10 Pflopov računalniške moči. Tako je kozmološki simulacijski sistem HACC zahteval približno 14 Pflopov, ko je deloval v načinu 3,6 bilijona delcev, pri izvajanju kode projekta Cardiod za simulacijo elektrofiziologije človeškega srca pa je zmogljivost dosegla skoraj 12 Pflopov.

SUPERRAČUNALNIK TITAN

Superračunalnik Titan, nameščen v Oak Ridge National Laboratory (ORNL) v ZDA, je bil priznan za najhitrejši superračunalnik na svetu. V primerjalnih testih Linpack je bila njegova zmogljivost 17,59 Pflops.

Titan izvaja hibridno arhitekturo CPE-GPE (glej sliko 3). Sistem je sestavljen iz 18.688 vozlišč, od katerih je vsako opremljeno s 16-jedrnim procesorjem AMD Opteron in grafičnim pospeševalnikom Nvidia Tesla K20X. Skupno je uporabljenih 560.640 procesorjev. Titan je posodobitev ORNL-jevega prej upravljanega superračunalnika Jaguar in zaseda iste strežniške omare (skupna površina 404 m2).

Možnost uporabe obstoječih sistemov za napajanje in hlajenje je med gradnjo prihranila približno 20 milijonov dolarjev. Poraba energije superračunalnika je 8,2 MW, kar je 1,2 MW več od Jaguarja, medtem ko je njegova zmogljivost pri operacijah s plavajočo vejico skoraj 10-krat večja.

Titan bo namenjen predvsem izvajanju raziskav na področju znanosti o materialih in jedrske energije ter raziskav, povezanih z izboljšanjem učinkovitosti motorjev z notranjim zgorevanjem. Poleg tega se bo uporabljal za modeliranje podnebnih sprememb in analizo možnih strategij za obravnavo njihovih negativnih vplivov.

"NAJZELENIJI" SUPERRAČUNALNIK

Poleg ocene Top500, namenjene prepoznavanju najbolj zmogljivega sistema, obstaja ocena Green500, ki priznava »najbolj zelene« superračunalnike. Tu je kot osnova vzet indikator energetske učinkovitosti (Mflops/W). Trenutno (zadnja izdaja ocene je november 2012) je vodja Green500 superračunalnik Beacon (253. mesto v Top500). Indikator njegove energetske učinkovitosti je 2499 Mflops/W.

Beacon poganjajo koprocesorji Intel Xeon Phi 5110P in procesorji Intel Xeon E5-2670, tako da lahko največja zmogljivost doseže 112.200 Gflops s skupno porabo energije 44,9 kW. Koprocesorji Xeon Phi 5110P zagotavljajo visoko zmogljivost z nizko porabo energije. Vsak koprocesor ima 1 teraflops moči (dvojna natančnost) in podpira do 8 GB pomnilnika GDDR5 s pasovno širino 320 Gbps.

Pasivni hladilni sistem Xeon Phi 5110P je ocenjen na 225 W TDP, kar je idealno za strežnike z visoko gostoto.

SUPERRAČUNALNIK EURORA

Vendar so se februarja 2013 pojavila poročila, da je superračunalnik Eurora, ki se nahaja v Bologni (Italija), presegel Beacon v energetski učinkovitosti (3150 Mflops/watt proti 2499 Mflops/W).

Euroro je zgradil Eurotech in je sestavljena iz 64 vozlišč, od katerih vsako vključuje dva procesorja Intel Xeon E5-2687W, dva GPU pospeševalnika Nvidia Tesla K20 in drugo strojno opremo. Dimenzije takega vozlišča ne presegajo dimenzij prenosnega računalnika, vendar je njihova zmogljivost 30-krat večja, poraba energije pa 15-krat manjša.

Visoka energetska učinkovitost v Eurori je dosežena z uporabo več tehnologij. Največji prispevek ima vodno hlajenje. Tako je vsako superračunalniško vozlišče nekakšen sendvič: centralna oprema na dnu, vodni toplotni izmenjevalnik na sredini in druga elektronska enota na vrhu (glej sliko 4).

Tako visoki rezultati so doseženi zahvaljujoč uporabi materialov z dobro toplotno prevodnostjo, kot tudi obsežni mreži hladilnih kanalov. Pri namestitvi novega računalniškega modula se njegovi kanali združijo s kanali hladilnega sistema, kar vam omogoča spreminjanje konfiguracije superračunalnika glede na posebne potrebe. Po mnenju proizvajalcev je tveganje puščanja odpravljeno.

Superračunalniške elemente Eurora napajajo 48-voltni enosmerni viri, z uvedbo katerih se je zmanjšalo število pretvorb energije. Končno se lahko topla voda, odstranjena iz računalniške opreme, uporabi za druge namene.

ZAKLJUČEK

Industrija superračunalnikov se aktivno razvija in postavlja vse več novih rekordov glede zmogljivosti in energetske učinkovitosti. Opozoriti je treba, da se prav v tej panogi, kot nikjer drugje, danes široko uporabljajo tehnologije tekočinskega hlajenja in 3D modeliranja, saj se strokovnjaki soočajo z nalogo sestaviti super zmogljiv računalniški sistem, ki bi lahko deloval v omejena prostornina z minimalnimi izgubami energije.

Jurij Khomutski- glavni projektni inženir v I-Teco. Lahko ga kontaktirate na: [e-pošta zaščitena]. Članek uporablja materiale iz internetnega portala o podatkovnih centrih “www.AboutDC.ru - Rešitve za podatkovne centre”.

Čas branja: 2 minuti.

Človeštvo do zdaj še ni doseglo marsovskih odpadkov, ni iznašlo eliksirja mladosti, avtomobili še ne morejo zleteti nad zemljo, a je nekaj področij, na katerih nam je vseeno uspelo. Ustvarjanje zmogljivih superračunalnikov je ravno takšno področje. Če želite oceniti moč računalnika, morate ugotoviti, kateri ključni parameter je odgovoren za to lastnost. Ta parameter je flops - vrednost, ki prikazuje, koliko operacij lahko računalnik izvede v eni sekundi. Na podlagi te vrednosti je naša revija Big Rating uvrstila najzmogljivejše računalnike na svetu za leto 2017.

Moč superračunalnika - 8,1 Pflop/sek

Ta računalnik hrani podatke, ki so odgovorni za varnost vojaške strukture Združenih držav, odgovoren pa je tudi za stanje pripravljenosti na jedrski napad, če bo potrebno. Pred dvema letoma je bil ta stroj eden najmočnejših in najdražjih na svetu, danes pa so Trinity zamenjale novejše naprave. Sistem, na katerem teče ta superračunalnik, je Cray XC40, zahvaljujoč kateremu lahko naprava "izvede" tolikšno število operacij na sekundo.

Mira

Moč superračunalnika – 8,6 Pflop/sek

Cray je izdal še en superračunalnik, Mira. Ameriško ministrstvo za energijo je naročilo proizvodnjo tega stroja, da bi uskladilo svoje delo. Področje delovanja Mire je industrija in razvoj raziskovalnega potenciala. Ta superračunalnik lahko izračuna 8,6 petaflopov na sekundo.

Moč superračunalnika – 10,5 Pflop/sek

Ime te naprave takoj opiše moč, japonska beseda "kei" (K) pomeni deset kvadrilijonov. Ta številka skoraj natančno opisuje njegovo proizvodno zmogljivost - 10,5 petaflopov. Vrhunec tega superračunalnika je njegov hladilni sistem. Uporabljeno je vodno hlajenje, kar zmanjša porabo zalog energije in zmanjša hitrost montaže.

Moč superračunalnika – 13,6 Pflop/sek

Podjetje Fujitsu iz dežele vzhajajočega sonca ni nehalo delati, saj je izdalo superračunalnik K Computer in se takoj lotilo novega projekta. Ta projekt je bil superračunalnik Oakforest-Pacs, ki ga uvrščamo v novo generacijo strojev (generacija Knights landing). Njegov razvoj sta naročili Univerza v Tokiu in Univerza Tsukuba. Po prvotnem načrtu naj bi pomnilnik naprave znašal 900 TB, zmogljivost Oakforest-Pacs pa 25 kvadrilijonov operacij na sekundo. Toda zaradi pomanjkanja financiranja veliko vidikov ni bilo dokončanih, tako da je bila moč superračunalnika 13,6 petaflopov na sekundo.

Cori

Moč superračunalnika – 14 Pflop/sek

Lani je bil Cori na šestem mestu lestvice najmočnejših superračunalnikov na svetu, a je z noro hitrostjo razvoja tehnologije izgubil eno mesto. Ta superračunalnik se nahaja v Združenih državah, v nacionalnem laboratoriju Lawrence Berkeley. Znanstveniki iz Švice so s pomočjo Cori uspeli razviti 45-kubitni kvantni računalniški stroj. Proizvodna zmogljivost tega superračunalnika je 14 petaflopov na sekundo.

Moč superračunalnika – 17,2 Pflop/sek

Znanstveniki z vsega sveta se že dolgo strinjajo, da je Sequoia najhitrejši superračunalnik na planetu. In to ni kar tako, saj je sposoben opraviti aritmetične izračune, ki bi 6,7 milijardam ljudi vzeli 320 let, v eni sekundi. Velikost stroja je res neverjetna - zavzema več kot 390 kvadratnih metrov in vključuje 96 regalov. Šestnajst tisoč bilijonov operacij ali z drugimi besedami 17,2 petaflopa je proizvodna zmogljivost tega superračunalnika.

Titan

Moč superračunalnika – 17,6 Pflop/sek

Poleg tega, da je eden najhitrejših superračunalnikov na planetu, je tudi zelo energetsko učinkovit. Indikator energetske učinkovitosti je 2142,77 megaflopov na vat potrebne energije. Razlog za tako nizko porabo energije je pospeševalnik Nvidia, ki zagotavlja do 90 % moči, potrebne za računalništvo. Poleg tega je pospeševalnik Nvidia precej zmanjšal površino, ki jo zaseda ta superračunalnik, zdaj potrebuje le še 404 kvadratne metre.

Moč superračunalnika – 19,6 Pflop/sek

Prvo lansiranje te naprave je potekalo leta 2013 v Švici, v mestu Lugano. Zdaj je geolokacija tega superračunalnika Švicarski nacionalni superračunalniški center. Piz Daint je kombinacija vseh najboljših lastnosti zgoraj omenjenih strojev, ima zelo visoko energijsko učinkovitost in je zelo hiter pri izračunih. Le ena značilnost pušča veliko želenega - dimenzije tega superračunalnika, zavzema 28 ogromnih stojal. Piz Daint zmore 19,6 petaflopov računske moči na sekundo.

Moč superračunalnika – 33,9 Pflop/sek

Ta naprava ima romantično ime Tianhe, kar v kitajščini pomeni "Mlečna cesta". Tianhe-2 je bil najhitrejši računalnik na seznamu 500 najhitrejših in najzmogljivejših superračunalnikov. Izračuna lahko 2507 aritmetičnih operacij, kar je v petaflopsih 33,9 Pflops/s. Specializacija, v kateri se uporablja ta računalnik, je gradbeništvo, izračunava operacije, povezane z gradnjo in polaganjem cest. Od prve predstavitve leta 2013 ta računalnik ni izgubil položaja na seznamih, kar dokazuje, da je eden najboljših strojev na svetu.

Moč superračunalnika – 93 Pflop/sek

Sunway TaihuLight je najhitrejši superračunalnik na svetu, poleg ogromne računalniške hitrosti slovi tudi po ogromnih dimenzijah – zavzema površino več kot 1000 kvadratnih metrov. Mednarodna konferenca 2016, ki je potekala v Nemčiji, je ta superračunalnik prepoznala kot najhitrejšega na svetu in v tem pogledu še vedno nima resnega tekmeca. Njegova hitrost je trikrat višja od Tianhe-2, najbližjega superračunalnika v tem pogledu!

Tehnološki napredek ne miruje, razvija se z vesoljsko hitrostjo, vpliva na številne vidike človekovega življenja in ima veliko tako pozitivnih kot negativnih plati. Človeku je zdaj na voljo različna tehnologija: računalniki, roboti in instrumenti. Toda glavni namen vsake opreme je poenostaviti človekovo življenje; tehnologija ne sme postati nesmiselna zabava, ki bo le tratila čas.