Վերջին տարիներին համակարգչային նախագծման և արտադրության ընկերությունները անխոնջ աշխատում են: Արդյունքում աշխարհում տեխնոլոգիաների քանակը երկրաչափական աճ է գրանցում:

Ամենահզոր համակարգիչները

Վերջերս աշխարհը չգիտեր DirectX10-ի մասին, և FarCry-ի կամ NFS Underground 2-ի գրաֆիկան կարծես համակարգչային հնարավորությունների գագաթնակետն էր: Ժամանակին 600 մեգաբայթ տեղեկատվություն պահելու ունակ սկավառակը տեխնոլոգիայի հրաշք էր թվում, սակայն այժմ ազատորեն հասանելի են տերաբայթ հիշողության քարտերը:

Գերհամակարգիչների ոլորտում մոտավորապես նույն բանն է տեղի ունենում։ 1993 թվականին Թենեսիի համալսարանի պրոֆեսոր Ջեք Դոնգարրան գաղափար է ստեղծել աշխարհի ամենահզոր համակարգիչների վարկանիշը: Այդ ժամանակից ի վեր այս ցուցակը, որը կոչվում է TOP500, թարմացվում է տարին երկու անգամ՝ հունիսին և նոյեմբերին:

Ժամանակն անցնում է, և 90-ականների սկզբի սուպերհամակարգիչների վարկանիշի առաջատարներն արդեն անաստվածորեն հնացած են նույնիսկ սովորական PC օգտագործողների չափանիշներով: Այսպիսով, առաջինը 1993-ին CM-5/1024-ն էր, որը հավաքվել էր Thinking Machines-ի կողմից. 1024 պրոցեսոր՝ 32 ՄՀց ժամացույցի հաճախականությամբ, 59,7 գիգաֆլոպս հաշվողական արագություն՝ մի փոքր ավելի արագ, քան սովորական 8 միջուկանի ԱՀ-ը ձեր գրասեղանի տակ: Ո՞րն է լավագույն համակարգիչը այսօր:

Sunway TaihuLight

Ընդամենը հինգ տարի առաջ ափը հզորության առումով հետևողականորեն պահում էին ԱՄՆ-ում արտադրված սուպերհամակարգիչները։ 2013 թվականին չինացի գիտնականները գրավել են ղեկավարությունը և, ըստ ամենայնի, չեն պատրաստվում հրաժարվել դրանից։

Այս պահին աշխարհի ամենահզոր համակարգիչը համարվում է Sunway TaihuLight-ը (թարգմանվում է որպես «Տայհու լճի աստվածային լույսի ուժը»), 93 պետաֆլոպս հաշվողական արագությամբ (առավելագույն արագությունը՝ 125,43 պետաֆլոպս) վիթխարի մեքենա: Սա 2,5 անգամ ավելի հզոր է, քան նախորդ ռեկորդակիրը՝ Tianhe-2 սուպերհամակարգիչը, որը համարվում էր ամենահզորը մինչև 2016 թվականի հունիսը։

Sunway Taihulight-ն ունի 10,5 միլիոն ներկառուցված միջուկ (40960 պրոցեսոր՝ յուրաքանչյուրը 256 հաշվողական և 4 կառավարման միջուկով):

Ահա թե ինչ տեսք ունի 2016 թվականի ամենահզոր համակարգիչը

Ամբողջ սարքավորումները մշակվել և արտադրվել են Չինաստանում, մինչդեռ նախորդ ամենահզոր համակարգչի պրոցեսորները արտադրվել են ամերիկյան Intel ընկերության կողմից։ Sunway TaihuLight-ի արժեքը գնահատվում է 270 միլիոն դոլար: Գերհամակարգիչը գտնվում է Ուսի շրջանի Ազգային սուպերհամակարգչային կենտրոնում:

Անցած տարիների ռեկորդակիրներ

Մինչև 2016 թվականի հունիսը (և TOP500 ցուցակը թարմացվում է ամեն հունիս և նոյեմբեր), ամենահզոր և ամենաարագ համակարգիչը Tianhe-2 սուպերմեքենան էր (չինարենից թարգմանաբար՝ «Ծիր Կաթին»), որը մշակվել էր Չինաստանում՝ Պաշտպանական գիտության և տեխնոլոգիաների համալսարանում։ Չանշա Inspur ընկերության օգնությամբ:

Tianhe-2-ի հզորությունն ապահովում է վայրկյանում 2507 տրիլիոն գործողություն (վայրկյանում 33,86 պետաֆլոպս), առավելագույն կատարողականը 54,9 պետաֆլոպս է: Չինական զարգացումը գլխավորել է այս վարկանիշը 2013 թվականի իր մեկնարկից ի վեր՝ աներևակայելի տպավորիչ ցուցանիշ:

Սուպերհամակարգիչ Tianhe-2

Tianhe-2-ի բնութագրիչները հետևյալն են՝ 16 հազար հանգույց, 32 հազար 12 միջուկ Intel Xeon E5-2692 պրոցեսոր և 48 հազար 57 միջուկ Intel Xeon Phi 31S1P արագացուցիչ, ինչը նշանակում է ընդհանուր առմամբ 3,120,000 միջուկ; 256 հազար DDR3 RAM ձողիկներ՝ յուրաքանչյուրը 4 ԳԲ և 176,000 GDDR5 8 ԳԲ ձողիկներ՝ ընդհանուր 2,432,000 ԳԲ օպերատիվ հիշողություն։ Կոշտ սկավառակի հզորությունը ավելի քան 13 միլիոն ԳԲ է: Այնուամենայնիվ, դուք չեք կարողանա խաղալ դրա վրա. այն նախատեսված է բացառապես հաշվարկների համար, իսկ Milky Way 2-ում տեղադրված չէ վիդեո քարտ: Մասնավորապես, այն օգնում է մետրոների անցկացման և քաղաքաշինության հաշվարկներին։

Յագուար

Երկար ժամանակ վարկանիշային աղյուսակի առաջին տեղում էր Jaguar սուպերհամակարգիչը ԱՄՆ-ից։ Ինչո՞վ է այն տարբերվում մյուսներից և որո՞նք են դրա տեխնիկական առավելությունները։

Սուպերհամակարգիչը, որը կոչվում է Jaguar, բաղկացած է մեծ թվով անկախ բջիջներից, որոնք բաժանված են երկու մասի՝ XT4 և XT5: Վերջին բաժինը պարունակում է ճշգրիտ 18688 հաշվողական բջիջ: Յուրաքանչյուր բջիջ պարունակում է երկու վեցմիջուկ AMD Opteron 2356 պրոցեսոր՝ 2,3 ԳՀց հաճախականությամբ, 16 ԳԲ DDR2 RAM, ինչպես նաև SeaStar 2+ երթուղիչ։ Այս բաժնից նույնիսկ մեկ բջիջը բավական կլինի խաղերի համար ամենահզոր համակարգիչը ստեղծելու համար: Բաժինը պարունակում է ընդամենը 149,504 հաշվողական միջուկ, հսկայական քանակությամբ օպերատիվ հիշողություն՝ ավելի քան 300 ՏԲ, ինչպես նաև 1,38 Պետաֆլոպս և ավելի քան 6 Պետաբայթ սկավառակի տարածություն:

Համակարգչային հրեշի կառուցում

XT4 բաժանումը պարունակում է 7832 բջիջ: Նրանց բնութագրերն ավելի համեստ են, քան նախորդ XT5 հատվածի բնութագրերը. յուրաքանչյուր բջիջ պարունակում է մեկ վեց միջուկանի պրոցեսոր՝ 2,1 ԳՀց հաճախականությամբ, 8 ԳԲ RAM և SeaStar 2 երթուղիչ: Ընդհանուր առմամբ բաժինն ունի 31328 հաշվողական միջուկ և ավելի քան 62 TB հիշողություն, ինչպես նաև 263 TFLOPS և ավելի քան 600 TB սկավառակի տարածություն: Jaguar սուպերհամակարգիչն աշխատում է սեփական օպերացիոն համակարգով՝ Cray Linux Environment:

Մեկ այլ համակարգիչ շնչում է Jaguar-ի ետևում, որը IBM-ի մտահղացումն է՝ Roadrunner-ը: Ամենահզոր հաշվողական հրեշը կարող է վայրկյանում հաշվարկել մինչև 1000,000,000,000 գործողություն: Այն մշակվել է հատուկ Լոս Ալամոսի Էներգետիկայի դեպարտամենտի Միջուկային անվտանգության ազգային վարչության համար: Այս սուպերհամակարգչի օգնությամբ նրանք նախատեսում էին վերահսկել ԱՄՆ-ում տեղակայված բոլոր միջուկային կայանքների աշխատանքը։

Road Runner-ի մշակման առավելագույն արագությունը մոտ 1,5 պետաֆլոպ է: Խոսքը 3456 օրիգինալ tri-blade սերվերների ընդհանուր հզորության մասին է, որոնցից յուրաքանչյուրն ունակ է վայրկյանում կատարել մոտ 400 միլիարդ գործողություն (այսինքն՝ 400 գիգաֆլոպս)։ Roadrunner-ի ներսում կա մոտ 20 հազար բարձրորակ երկմիջուկ պրոցեսոր՝ 12960 Cell Broadband Engine և 6948 դրամանոց Opteron, որը հենց IBM-ի մտահղացումն է: Նման սուպերհամակարգիչը ունի 80 տերաբայթ համակարգային հիշողություն:

Այսպիսով, որքան տեղ է զբաղեցնում տեխնոլոգիայի այս հրաշքը: Մեքենան գտնվում է 560 քմ տարածքի վրա։ Իսկ բաժնի ողջ սարքավորումները փաթեթավորված են բնօրինակ ճարտարապետության սերվերներում: Բոլոր սարքավորումները կշռում են մոտ 23 տոննա։ Այսպիսով, այն տեղափոխելու համար Միջուկային անվտանգության ազգային վարչության աշխատակիցներին անհրաժեշտ կլինի առնվազն 21 խոշոր տրակտոր:

Մի քանի խոսք այն մասին, թե ինչ է petaflops-ը։ Մեկ պետաֆլոպը մոտավորապես հավասար է 100 հազար ժամանակակից նոութբուքերի ընդհանուր հզորությանը։ Եթե փորձեք պատկերացնել, նրանք կարող են ասֆալտապատել գրեթե երկուսուկես կիլոմետր երկարությամբ ճանապարհ։ Մեկ այլ մատչելի համեմատություն. 46 տարվա ընթացքում մոլորակի ողջ բնակչությունը կօգտագործի հաշվիչներ՝ հաշվարկներ կատարելու համար, որոնք Roadrunner-ը կարող է անել մեկ օրում: Պատկերացնու՞մ եք, թե մեր վարկանիշի առաջատար Sunway TaihuLigh-ին ինչքան քիչ բան կպահանջվի։

Տիտան

2012 թվականին ԱՄՆ Էներգետիկայի դեպարտամենտի Oak Ridge ազգային լաբորատորիան գործարկեց Titan սուպերհամակարգիչը, որը գնահատվում է 20 պետաֆլոպս, այլ կերպ ասած՝ այն կարող է մեկ վայրկյանում կատարել լողացող կետով գործողություններ:

Titan-ը մշակվել է Քրեյի կողմից։ Բացի Titan-ից, ամերիկացի մասնագետները վերջին տարիներին մշակել են եւս երկու սուպերհամակարգիչ։ Դրանցից մեկը՝ Միրան, նախատեսված է արդյունաբերական և գիտահետազոտական կարիքների համար, իսկ մյուսի՝ Sequoia-ի օգնությամբ մոդելավորում են միջուկային զենքի փորձարկումները։ Այս բոլոր զարգացումների հետևում կանգնած է IBM կորպորացիան:

Ռուսաստանի ամենահզոր համակարգիչը

Ավաղ, ռուսական «Լոմոնոսով-2» մշակումը, որը ճանաչվել է որպես Ռուսաստանի ամենահզոր համակարգիչը, TOP500-ում միայն 41-րդ տեղում է (2016 թվականի հունիսի դրությամբ): Այն հիմնված է Մոսկվայի պետական համալսարանի գիտական հաշվողական կենտրոնում: Կենցաղային գերհամակարգչի հզորությունը 1849 պետաֆլոպս է, առավելագույն հզորությունը՝ մոտ 2,5 պետաֆլոպս։ Միջուկների քանակը՝ 42688։

Բաժանորդագրվեք մեր ալիքին Yandex.Zen-ում

Սուպերհամակարգիչ Titan

Մարդիկ դեռ չեն թռչում դեպի Մարս, քաղցկեղը դեռ չի բուժվել, և մենք չենք ազատվել նավթային կախվածությունից։ Եվ այնուամենայնիվ կան ոլորտներ, որտեղ մարդկությունն անհավատալի առաջընթաց է գրանցել վերջին տասնամյակների ընթացքում: Համակարգիչների հաշվողական հզորությունը դրանցից մեկն է միայն։

Տարին երկու անգամ Լոուրենս Բերքլիի ազգային լաբորատորիայի և Թենեսիի համալսարանի փորձագետները հրապարակում են Թոփ 500-ը, որն առաջարկում է աշխարհի ամենահզոր գերհամակարգիչների ցանկը։

Մի փոքր առաջ նայելով՝ առաջարկում ենք նախապես համտեսել այս թվերը՝ լավագույն տասնյակի ներկայացուցիչների արտադրողականությունը չափվում է տասնյակ կվադրիլիոն ֆլոպներով։ Համեմատության համար նշենք. ENIAC-ը՝ պատմության մեջ առաջին համակարգիչը, ուներ 500 ֆլոպ հզորություն; Այսօր միջին անձնական համակարգիչն ունի հարյուրավոր գիգաֆլոպս (միլիարդավոր ֆլոպ), iPhone 6-ը՝ մոտավորապես 172 գիգաֆլոպս, իսկ PS4-ը՝ 1,84 տերաֆլոպս (տրիլիոն ֆլոպ):

Զինված լինելով 2014 թվականի նոյեմբերի վերջին Թոփ 500-ով, Naked Science-ը որոշեց պարզել, թե որոնք են աշխարհի 10 ամենահզոր սուպերհամակարգիչները և ինչ խնդիրներ են պահանջում լուծելու համար այդպիսի հսկայական հաշվողական ուժ:

Գտնվելու վայրը՝ ԱՄՆ
Կատարողականությունը՝ 3,57 պետաֆլոպս
Տեսական առավելագույն կատարումը՝ 6,13 պետաֆլոպս
Հզորությունը՝ 1,4 ՄՎտ

Ինչպես գրեթե բոլոր ժամանակակից սուպերհամակարգիչները, ներառյալ այս հոդվածում ներկայացվածներից յուրաքանչյուրը, CS-Storm-ը բաղկացած է բազմաթիվ պրոցեսորներից, որոնք միավորված են մեկ համակարգչային ցանցի մեջ՝ հիմնված զանգվածային զուգահեռ ճարտարապետության սկզբունքի վրա: Իրականում այս համակարգը բաղկացած է բազմաթիվ դարակներից («պահարաններ») էլեկտրոնիկայի հետ (բազմաբջջային պրոցեսորներից բաղկացած հանգույցներ), որոնք կազմում են ամբողջ միջանցքներ։

Cray CS-Storm-ը սուպերհամակարգիչների կլաստերների մի ամբողջ շարք է, սակայն դրանցից մեկը դեռ առանձնանում է մնացածներից: Մասնավորապես, դա առեղծվածային CS-Storm-ն է, որն օգտագործվում է ԱՄՆ կառավարության կողմից անհայտ նպատակներով և անհայտ վայրում։

Հայտնի է, որ ամերիկացի պաշտոնյաները էներգիայի սպառման առումով չափազանց արդյունավետ (2386 մեգաֆլոպս 1 Վտ-ի դիմաց) գնել են CS-Storm՝ գրեթե 79 հազար միջուկների ընդհանուր քանակով ամերիկյան Cray ընկերությունից։

Արտադրողի կայքում, սակայն, ասվում է, որ CS-Storm կլաստերները հարմար են կիբերանվտանգության, աշխարհատարածական ինտելեկտի, օրինաչափությունների ճանաչման, սեյսմիկ տվյալների մշակման, մատուցման և մեքենայական ուսուցման ոլորտներում բարձր արդյունավետության հաշվարկների համար: Ինչ-որ տեղ այս շարքում, հավանաբար, կարգավորվեց կառավարության CS-Storm-ի օգտագործումը:

CRAY CS-STORM

9. Vulcan – Blue Gene/Q

Գտնվելու վայրը՝ ԱՄՆ
Կատարողականությունը՝ 4,29 պետաֆլոպս
Տեսական առավելագույն կատարումը՝ 5,03 պետաֆլոպս
Հզորությունը՝ 1,9 ՄՎտ

«Vulcan»-ը մշակվել է ամերիկյան IBM ընկերության կողմից, պատկանում է Blue Gene ընտանիքին և գտնվում է Lawrence Livermore National Laboratory-ում։ Սուպերհամակարգիչը, որը պատկանում է ԱՄՆ էներգետիկայի նախարարությանը, բաղկացած է 24 դարակից։ Կլաստերը սկսել է գործել 2013թ.

Ի տարբերություն արդեն հիշատակված CS-Storm-ի, Vulcan-ի կիրառման շրջանակը հայտնի է՝ տարբեր գիտական հետազոտություններ, այդ թվում՝ էներգետիկայի ոլորտում, ինչպիսիք են բնական երևույթների մոդելավորումը և մեծ քանակությամբ տվյալների վերլուծությունը:

Տարբեր գիտական խմբեր և ընկերություններ կարող են օգտվել սուպերհամակարգչից՝ հայտ ներկայացնելով նույն Լիվերմորի ազգային լաբորատորիայում տեղակայված High Performance Computing Innovation Center (HPC Innovation Center):

Սուպերհամակարգիչ Vulcan

8. Ջուկին – Կապույտ գեն/Ք

Գտնվելու վայրը՝ Գերմանիա
Կատարումը՝ 5 պետաֆլոպս
Տեսական առավելագույն կատարումը՝ 5,87 պետաֆլոպս
Հզորությունը՝ 2,3 ՄՎտ

2012 թվականին թողարկվելուց ի վեր Juqueen-ը երկրորդ ամենահզոր սուպերհամակարգիչն է Եվրոպայում և առաջինը Գերմանիայում: Ինչպես Vulcan-ը, այնպես էլ այս գերհամակարգչային կլաստերը մշակվել է IBM-ի կողմից որպես Blue Gene նախագծի մաս և պատկանում է նույն սերնդի Q-ին:

Սուպերհամակարգիչը գտնվում է Եվրոպայի խոշորագույն հետազոտական կենտրոններից մեկում՝ Յուլիխում։ Այն օգտագործվում է համապատասխանաբար՝ տարբեր գիտական հետազոտություններում բարձր կատարողական հաշվարկների համար:

Juqueen սուպերհամակարգիչ

7. Փոթորիկ – PowerEdge C8220

Գտնվելու վայրը՝ ԱՄՆ
Կատարողականությունը՝ 5,16 պետաֆլոպս
Տեսական առավելագույն կատարումը՝ 8,52 պետաֆլոպս
Հզորությունը՝ 4,5 ՄՎտ

Տեխասում գտնվող Stampede-ը միակ կլաստերն է Top 500-ի լավագույն տասնյակում, որը մշակվել է ամերիկյան Dell ընկերության կողմից: Գերհամակարգիչը բաղկացած է 160 դարակներից։

Այս սուպերհամակարգիչն աշխարհում ամենահզորն է բացառապես հետազոտական նպատակներով օգտագործվողների շարքում։ Stampede-ի օբյեկտների մուտքը բաց է գիտական խմբերի համար: Կլաստերն օգտագործվում է գիտական լայն բնագավառում՝ սկսած մարդու ուղեղի ճշգրիտ տոմոգրաֆիայից և երկրաշարժերի կանխատեսումից մինչև երաժշտության և լեզվական կառուցվածքների օրինաչափությունների հայտնաբերում:

Սուպերհամակարգչի հրմշտոց

6. Piz Daint – Cray XC30

Գտնվելու վայրը՝ Շվեյցարիա
Կատարողականությունը՝ 6,27 պետաֆլոպս
Տեսական առավելագույն կատարումը՝ 7,78 պետաֆլոպս
Հզորությունը՝ 2,3 ՄՎտ

Շվեյցարիայի ազգային գերհամակարգչային կենտրոնը (CSCS) հպարտանում է Եվրոպայի ամենահզոր սուպերհամակարգիչով: Piz Daint-ը, որն անվանվել է Ալպյան լեռան պատվին, մշակվել է Քրեյի կողմից և պատկանում է XC30 ընտանիքին, որի շրջանակներում այն ամենաարդյունավետն է:

Piz Daint-ը օգտագործվում է տարբեր հետազոտական նպատակներով, ինչպիսիք են համակարգչային սիմուլյացիան բարձր էներգիայի ֆիզիկայի ոլորտում:

Supercomputer Piz Daint

5. Միրա – Կապույտ գեն/Ք

Գտնվելու վայրը՝ ԱՄՆ
Կատարողականությունը՝ 8,56 պետաֆլոպս
Տեսական առավելագույն կատարումը՝ 10,06 պետաֆլոպս
Հզորությունը՝ 3,9 ՄՎտ

Mira սուպերհամակարգիչը մշակվել է IBM-ի կողմից Blue Gene նախագծի շրջանակներում 2012 թվականին: Argonne ազգային լաբորատորիայի բարձր արդյունավետության հաշվողական բաժինը, որտեղ գտնվում է կլաստերը, ստեղծվել է կառավարության ֆինանսավորմամբ: Ենթադրվում է, որ 2000-ականների վերջին և 2010-ականների սկզբին Վաշինգտոնից գերհամակարգչային տեխնոլոգիաների նկատմամբ հետաքրքրության աճը պայմանավորված է այս ոլորտում Չինաստանի հետ մրցակցության պատճառով:

Գտնվելով 48 դարակների վրա՝ Mira-ն օգտագործվում է գիտական նպատակներով։ Օրինակ, սուպերհամակարգիչը օգտագործվում է կլիմայի և սեյսմիկ մոդելավորման համար, ինչը թույլ է տալիս ավելի ճշգրիտ տվյալներ ստանալ երկրաշարժերի և կլիմայի փոփոխության կանխատեսման վերաբերյալ։

Սուպերհամակարգիչ Mira

4. K Համակարգիչ

Գտնվելու վայրը՝ Ճապոնիա
Կատարումը` 10,51 պետաֆլոպս
Տեսական առավելագույն կատարումը՝ 11,28 պետաֆլոպս
Հզորությունը՝ 12,6 ՄՎտ

Մշակված Fujitsu-ի կողմից և տեղակայված է Կոբեի ֆիզիկաքիմիական հետազոտությունների ինստիտուտում, K Computer-ը ճապոնական միակ գերհամակարգիչն է, որը հայտնվել է Top 500-ի լավագույն տասնյակում:

Ժամանակին (2011թ. հունիս) այս կլաստերը զբաղեցրել է վարկանիշի առաջին հորիզոնականը՝ մեկ տարվա ընթացքում դառնալով աշխարհի ամենաարդյունավետ համակարգիչը։ Իսկ 2011 թվականի նոյեմբերին K Computer-ը դարձավ պատմության մեջ առաջինը, ով ձեռք բերեց 10 պետաֆլոպսից բարձր հզորություն:

Սուպերհամակարգիչը օգտագործվում է մի շարք հետազոտական առաջադրանքներում։ Օրինակ՝ բնական աղետների կանխատեսման համար (որը կարևոր է Ճապոնիայի համար՝ կապված տարածաշրջանի սեյսմիկ ակտիվության և ցունամիի դեպքում երկրի բարձր խոցելիության հետ) և բժշկության ոլորտում համակարգչային մոդելավորման համար։

Սուպերհամակարգիչ Կ

3. Sequoia – Կապույտ գեն/Q

Գտնվելու վայրը՝ ԱՄՆ
Կատարումը` 17,17 պետաֆլոպս
Տեսական առավելագույն կատարումը՝ 20,13 պետաֆլոպս
Հզորությունը՝ 7,8 ՄՎտ

Blue Gene/Q ընտանիքի չորս սուպերհամակարգիչներից ամենահզորը, որոնք գտնվում են վարկանիշի առաջին տասնյակում, գտնվում է ԱՄՆ-ում՝ Livermore National Laboratory-ում։ IBM-ը մշակել է Sequoia-ն Միջուկային անվտանգության ազգային վարչության (NNSA) համար, որին անհրաժեշտ էր բարձր արդյունավետության համակարգիչ շատ կոնկրետ նպատակով՝ միջուկային պայթյունների մոդելավորում:

Հարկ է նշել, որ իրական միջուկային փորձարկումներն արգելվել են 1963 թվականից, և համակարգչային սիմուլյացիան այս ոլորտում հետազոտությունները շարունակելու ամենաընդունելի տարբերակներից մեկն է։

Այնուամենայնիվ, սուպերհամակարգչի հզորությունը օգտագործվել է այլ, շատ ավելի վեհ խնդիրներ լուծելու համար։ Օրինակ՝ կլաստերին հաջողվել է ռեկորդներ սահմանել տիեզերաբանական մոդելավորման, ինչպես նաև մարդու սրտի էլեկտրաֆիզիոլոգիական մոդելի ստեղծման գործում։

Sequoia սուպերհամակարգիչ

2. Titan – Cray XK7

Գտնվելու վայրը՝ ԱՄՆ
Կատարումը` 17,59 պետաֆլոպս
Տեսական առավելագույն կատարումը՝ 27,11 պետաֆլոպս
Հզորությունը՝ 8,2 ՄՎտ

Արևմուտքում երբևէ ստեղծված ամենաարդյունավետ սուպերհամակարգիչը, ինչպես նաև Cray ապրանքանիշի ներքո ամենահզոր համակարգչային կլաստերը գտնվում է ԱՄՆ-ում՝ Oak Ridge ազգային լաբորատորիայում: Չնայած այն հանգամանքին, որ ԱՄՆ էներգետիկայի նախարարության տրամադրության տակ գտնվող սուպերհամակարգիչը պաշտոնապես հասանելի է ցանկացած գիտական հետազոտության համար, 2012 թվականի հոկտեմբերին, երբ գործարկվեց Titan-ը, հավելվածների թիվը գերազանցեց բոլոր սահմանները։

Այդ իսկ պատճառով, Oak Ridge Laboratory-ում հրավիրվեց հատուկ հանձնաժողով, որը 50 դիմումներից ընտրեց միայն 6-ն ամենաառաջադեմ նախագծերից: Դրանց թվում, օրինակ, միջուկային ռեակտորի հենց սրտում նեյտրոնների վարքագծի մոդելավորումը, ինչպես նաև առաջիկա 1-5 տարվա համար կլիմայի գլոբալ փոփոխությունների կանխատեսումը։

Չնայած իր հաշվողական հզորությանը և տպավորիչ չափերին (404 քառակուսի մետր), Տիտանը երկար չդիմացավ պատվանդանի վրա։ 2012 թվականի նոյեմբերի հաղթանակից ընդամենը վեց ամիս անց ամերիկյան հպարտությունը բարձր արդյունավետությամբ հաշվողական ոլորտում անսպասելիորեն փոխարինվեց արևելքի բնիկով՝ աննախադեպ կերպով գերազանցելով վարկանիշի նախորդ առաջատարներին:

Սուպերհամակարգիչ Titan

1. Tianhe-2 / Ծիր Կաթին-2

Գտնվելու վայրը՝ Չինաստան
Կատարումը` 33,86 պետաֆլոպս
Տեսական առավելագույն կատարումը՝ 54,9 պետաֆլոպս
Հզորությունը՝ 17,6 ՄՎտ

Իր առաջին արձակումից ի վեր Tianhe-2-ը կամ Milky Way-2-ը մոտ երկու տարի եղել է Top-500-ի առաջատարը: Այս հրեշը գրեթե երկու անգամ ավելի հզոր է, քան վարկանիշի 2-րդ տեղը՝ TITAN սուպերհամակարգիչը:

Ժողովրդաազատագրական բանակի պաշտպանության գիտատեխնիկական համալսարանի և Inspur-ի կողմից մշակված Tianhe-2-ը բաղկացած է 16 հազար հանգույցներից՝ 3,12 միլիոն միջուկների ընդհանուր քանակով: Այս վիթխարի կառույցի օպերատիվ հիշողությունը, որը զբաղեցնում է 720 քառակուսի մետր, 1,4 փետաբայթ է, իսկ պահեստավորման սարքը՝ 12,4 փետաբայթ։

Ծիր Կաթին 2-ը նախագծվել է Չինաստանի կառավարության նախաձեռնությամբ, ուստի զարմանալի չէ, որ նրա աննախադեպ հզորությունը սպասարկում է պետության կարիքները: Պաշտոնապես հայտարարվեց, որ սուպերհամակարգիչը զբաղվում է տարբեր սիմուլյացիաներով՝ վերլուծելով հսկայական քանակությամբ տվյալներ, ինչպես նաև ապահովելով Չինաստանի ազգային անվտանգությունը։

Հաշվի առնելով չինական ռազմական նախագծերին բնորոշ գաղտնիությունը՝ կարելի է միայն կռահել, թե ինչ կիրառություն է ստանում «Ծիր Կաթին-2»-ը ժամանակ առ ժամանակ չինական բանակի ձեռքում։

Սուպերհամակարգիչ Tianhe-2

Գլխավոր → Ներքին համակարգչային տեխնիկայի պատմություն → Սուպերհամակարգիչներ

Սուպերհամակարգիչներ

Անդրեյ Բորզենկո

Սուպերհամակարգիչները ամենաարագ համակարգիչներն են: Նրանց հիմնական տարբերությունը հիմնականներից հետևյալն է. նման համակարգչի բոլոր ռեսուրսները սովորաբար ուղղված են մեկ կամ առնվազն մի քանի առաջադրանքների հնարավորինս արագ լուծմանը, մինչդեռ հիմնական սարքերը, որպես կանոն, կատարում են բավականին մեծ թվով առաջադրանքներ, որոնք մրցում են յուրաքանչյուրի հետ: այլ. Համակարգչային արդյունաբերության արագ զարգացումը որոշում է հիմնական հայեցակարգի հարաբերականությունը. այն, ինչ տասը տարի առաջ կարելի էր անվանել սուպերհամակարգիչ, այսօր այլևս չի ընկնում այս սահմանման տակ: Գոյություն ունի նաև սուպերհամակարգչի հումորային սահմանումը. այն սարքավորում է, որը հաշվողական խնդիրը վերածում է մուտքային-ելքային խնդրի: Այնուամենայնիվ, դրա մեջ որոշակի ճշմարտություն կա. հաճախ գերարագ համակարգի միակ խոչընդոտը I/O սարքերն են: Թե որ սուպերհամակարգիչները ներկայումս ունեն առավելագույն արդյունավետություն, կարող եք պարզել աշխարհի հինգ հարյուր ամենահզոր համակարգերի պաշտոնական ցուցակից՝ Top500 (http://www.top500.org), որը հրապարակվում է տարին երկու անգամ։

Ցանկացած համակարգչում բոլոր հիմնական պարամետրերը սերտորեն կապված են: Դժվար է պատկերացնել ունիվերսալ համակարգիչ, որն ունի բարձր արդյունավետություն և սակավ RAM, կամ հսկայական RAM և փոքր սկավառակի տարածություն: Այդ պատճառով սուպերհամակարգիչները ներկայումս բնութագրվում են ոչ միայն առավելագույն կատարողականությամբ, այլև RAM-ի և սկավառակի հիշողության առավելագույն քանակով: Նման տեխնիկական բնութագրերի ապահովումը բավականին թանկ է` գերհամակարգիչների արժեքը չափազանց բարձր է: Ո՞ր խնդիրներն են այնքան կարևոր, որ դրանք պահանջում են տասնյակ կամ հարյուրավոր միլիոն դոլար արժողությամբ համակարգեր: Որպես կանոն, դրանք հիմնարար գիտական կամ ինժեներական հաշվողական խնդիրներ են՝ կիրառական լայն շրջանակով, որոնց արդյունավետ լուծումը հնարավոր է միայն հզոր հաշվողական ռեսուրսների առկայության դեպքում։ Ահա ընդամենը մի քանի ոլորտներ, որտեղ այս տեսակի խնդիր է առաջանում.

եղանակի, կլիմայի և մթնոլորտի գլոբալ փոփոխությունների կանխատեսումներ;
նյութագիտություն;
կիսահաղորդչային սարքերի կառուցում;
գերհաղորդականություն;
կառուցվածքային կենսաբանություն;
դեղագործական արտադրանքի զարգացում;
մարդու գենետիկա;
քվանտային քրոմոդինամիկա;
աստղագիտություն;
ավտոմոբիլային արդյունաբերություն;
տրանսպորտային առաջադրանքներ;
հիդրո- և գազի դինամիկա;
վերահսկվող ջերմամիջուկային միաձուլում;
վառելիքի այրման համակարգերի արդյունավետություն;
նավթի և գազի հետախուզում;
հաշվողական խնդիրներ օվկիանոսային գիտություններում;
խոսքի ճանաչում և սինթեզ;
պատկերի ճանաչում:

Սուպերհամակարգիչները շատ արագ հաշվարկում են ոչ միայն ամենաժամանակակից տարրերի բազայի օգտագործման, այլ նաև համակարգի ճարտարապետության նոր լուծումների շնորհիվ: Այստեղ հիմնական տեղը զբաղեցնում է տվյալների զուգահեռ մշակման սկզբունքը, որը մարմնավորում է մի քանի գործողությունների միաժամանակյա (զուգահեռ) կատարման գաղափարը։ Զուգահեռ մշակումն ունի երկու տեսակ՝ խողովակաշար և փաստացի զուգահեռություն: Խողովակաշարի մշակման էությունը կայանում է նրանում, որ ընդգծվի ընդհանուր գործողության կատարման առանձին փուլերը, և յուրաքանչյուր փուլ, ավարտելով իր աշխատանքը, արդյունքը փոխանցում է հաջորդին, միաժամանակ ընդունելով մուտքային տվյալների նոր մասը: Մշակման արագության ակնհայտ շահույթը ձեռք է բերվում նախկինում բաժանված գործողությունների համադրմամբ:

Եթե որոշակի սարքը կատարում է մեկ գործողություն մեկ միավորի համար, ապա այն կկատարի հազար գործողություն հազար միավորում: Եթե կան հինգ նույնական անկախ սարքեր, որոնք կարող են միաժամանակ աշխատել, ապա հինգ սարքերից բաղկացած համակարգը կարող է նույն հազար գործողությունը կատարել ոչ թե հազար, այլ երկու հարյուր միավոր ժամանակում։ Նմանապես, N սարքերի համակարգը նույն աշխատանքը կկատարի 1000/N ժամանակի միավորներով:

Իհարկե, այսօր քչերին է զարմացնում համակարգչային ճարտարապետության զուգահեռությունը: Բոլոր ժամանակակից միկրոպրոցեսորներն օգտագործում են զուգահեռ մշակման ինչ-որ ձև, նույնիսկ նույն չիպի ներսում: Ընդ որում, այդ գաղափարներն իրենք ի հայտ են եկել շատ վաղուց։ Սկզբում դրանք ներդրվել են իրենց ժամանակի ամենազարգացած, հետևաբար միայնակ համակարգիչներում: Այստեղ հատուկ վարկը բաժին է ընկնում IBM-ին և Control Data Corporation-ին (CDC): Խոսքը այնպիսի նորարարությունների մասին է, ինչպիսիք են բիթային զուգահեռ հիշողությունը, բիթային զուգահեռ թվաբանությունը, անկախ մուտքային/ելքային պրոցեսորները, հրամանի խողովակաշարը, խողովակաշարից անկախ ֆունկցիոնալ միավորները և այլն։

Սովորաբար «գերհամակարգիչ» բառը ասոցացվում է Cray համակարգիչների հետ, թեև այսօր դա հեռու է դեպքից: Առաջին սուպերհամակարգչի մշակողն ու գլխավոր դիզայները Սեյմուր Քրեյն էր՝ համակարգչային արդյունաբերության ամենալեգենդար դեմքերից մեկը։ 1972 թվականին նա լքեց CDC-ն և հիմնեց իր սեփական ընկերությունը՝ Cray Research: Առաջին սուպերհամակարգիչը՝ CRAY-1-ը, մշակվել է չորս տարի անց (1976 թվականին) և ուներ վեկտոր-խողովակաշարային ճարտարապետություն՝ 12 խողովակաշարային ֆունկցիոնալ միավորներով։ Cray-1-ի առավելագույն արդյունավետությունը 160 ՄՏ/վ էր (12,5 վրկ ժամացույցի ժամանակ), իսկ 64-բիթանոց RAM-ը (որը կարող էր ընդլայնվել մինչև 8 ՄԲ) ուներ 50 նս ցիկլի ժամանակ: Հիմնական նորամուծությունը, իհարկե, վեկտորային հրամանների ներդրումն էր, որոնք աշխատում են անկախ տվյալների ամբողջ զանգվածների հետ և թույլ են տալիս արդյունավետ օգտագործել խողովակաշարի ֆունկցիոնալ սարքերը:

Ողջ 60-80-ական թվականներին գերհամակարգիչների արտադրության համաշխարհային առաջատարների ուշադրությունը կենտրոնացած էր հաշվողական համակարգերի արտադրության վրա, որոնք լավ էին լուծում մեծ ծավալի լողացող կետի խնդիրներ: Նման առաջադրանքների պակաս չկար՝ գրեթե բոլորը վերաբերում էին միջուկային հետազոտություններին և օդատիեզերական մոդելավորմանը և իրականացվում էին զինվորականների շահերից ելնելով։ Հնարավորինս կարճ ժամանակում առավելագույն արդյունավետության հասնելու ցանկությունը նշանակում էր, որ համակարգի որակը գնահատելու չափանիշը ոչ թե դրա գինն էր, այլ դրա կատարողականը: Օրինակ, Cray-1 սուպերհամակարգիչը այնուհետև արժեր 4-ից մինչև 11 միլիոն դոլար՝ կախված կոնֆիգուրացիայից:

80-90-ականների սահմանին. Սառը պատերազմն ավարտվեց, և ռազմական պատվերները փոխարինվեցին առևտրայիններով: Այդ ժամանակ արդյունաբերությունը մեծ հաջողություններ էր գրանցել սերիական պրոցեսորների արտադրության մեջ։ Նրանք ունեին մոտավորապես նույն հաշվողական հզորությունը, ինչ սովորականները, բայց զգալիորեն ավելի էժան էին: Ստանդարտ բաղադրիչների և պրոցեսորների փոփոխական քանակի օգտագործումը հնարավորություն տվեց լուծել մասշտաբայնության խնդիրը։ Այժմ, երբ հաշվողական ծանրաբեռնվածությունը մեծացավ, հնարավոր եղավ բարձրացնել սուպերհամակարգչի և դրա ծայրամասային սարքերի աշխատանքը՝ ավելացնելով նոր պրոցեսորներ և I/O սարքեր: Այսպես, 1990 թվականին հայտնվեց Intel iPSC/860 սուպերհամակարգիչը՝ 128 պրոցեսորների քանակով, որը LINPACK թեստի վրա ցույց տվեց 2,6 Գֆլոպս կատարողականություն։

Անցյալ նոյեմբերին հրապարակվեց աշխարհի 500 ամենահզոր համակարգիչների՝ Top500-ի 18-րդ հրատարակությունը։ Ցուցակի առաջատարը շարունակում է մնալ IBM Corporation-ը (http://www.ibm.com), որին պատկանում է տեղադրված համակարգերի 32%-ը և ընդհանուր արտադրողականության 37%-ը։ Հետաքրքիր նորություն էր Hewlett-Packard-ի հայտնվելը համակարգերի քանակով երկրորդ տեղում (30%)։ Ավելին, քանի որ այս բոլոր համակարգերը համեմատաբար փոքր են, դրանց ընդհանուր կատարումը կազմում է ամբողջ ցանկի միայն 15%-ը: Compaq-ի հետ միաձուլումից հետո ակնկալվում է, որ նոր ընկերությունը կգերիշխի ցուցակում: Ցուցակում համակարգիչների քանակով հաջորդը SGI, Cray և Sun Microsystems ընկերություններն են:

Աշխարհի ամենահզոր սուպերհամակարգիչը դեռևս ASCI White համակարգն էր (դրան կանդրադառնանք ավելի ուշ), որը տեղադրված էր Լիվերմորի լաբորատորիայում (ԱՄՆ) և ցուցադրում էր 7,2 Tflops-ի կատարում LINPACK թեստի վրա (գագաթնակետային կատարողականի 58%): Երկրորդ տեղում Պիտսբուրգի գերհաշվարկային կենտրոնում տեղադրված Compaq AlphaServer SC համակարգն էր՝ 4 Tflops կատարողականությամբ: Cray T3E համակարգը եզրափակում է ցուցակը LINPACK-ի 94 Gflops կատարողականությամբ:

Հարկ է նշել, որ ցանկում արդեն ներառված էր 16 համակարգ՝ ավելի քան 1 տերաֆլոպս արտադրողականությամբ, որոնց կեսը տեղադրվել է IBM-ի կողմից։ Համակարգերի թիվը, որոնք փոքր SMP բլոկների կլաստերներ են, անշեղորեն աճում է. այժմ ցուցակում կա 43 այդպիսի համակարգ: Այնուամենայնիվ, ցուցակի մեծ մասը դեռևս մասսայական զուգահեռ համակարգերի համար է (50%), որին հաջորդում են խոշոր SMP համակարգերից բաղկացած կլաստերները (29%):

Ճարտարապետության տեսակները

Զուգահեռ համակարգիչների դասակարգման հիմնական պարամետրը ընդհանուր կամ բաշխված հիշողության առկայությունն է: Ինչ-որ բան միջև ընկած են ճարտարապետությունները, որտեղ հիշողությունը ֆիզիկապես բաշխված է, բայց տրամաբանորեն կիսվում է: Սարքավորման տեսանկյունից երկու հիմնական սխեման առաջարկում են իրենց զուգահեռ համակարգեր իրականացնելու համար: Առաջինը մի քանի առանձին համակարգեր է՝ տեղային հիշողությամբ և պրոցեսորներով, որոնք փոխազդում են ինչ-որ միջավայրում՝ ուղարկելով հաղորդագրություններ: Երկրորդը համակարգերն են, որոնք փոխազդում են ընդհանուր հիշողության միջոցով: Առայժմ չխորանալով տեխնիկական մանրամասների մեջ, մի քանի խոսք ասենք ժամանակակից գերհամակարգիչների ճարտարապետության տեսակների մասին։

Բաշխված հիշողությամբ զանգվածային զուգահեռ համակարգերի գաղափարը (Massively Parallel Processing, MPP) բավականին պարզ է: Այդ նպատակով վերցվում են սովորական միկրոպրոցեսորներ, որոնցից յուրաքանչյուրը հագեցած է իր տեղական հիշողությամբ և միացված է ինչ-որ անջատիչ միջավայրի միջոցով։ Նման ճարտարապետությունը շատ առավելություններ ունի: Եթե Ձեզ անհրաժեշտ է բարձր կատարողականություն, կարող եք ավելացնել ավելի շատ պրոցեսորներ, և եթե ֆինանսները սահմանափակ են կամ անհրաժեշտ հաշվողական հզորությունը նախապես հայտնի է, ապա հեշտ է ընտրել օպտիմալ կոնֆիգուրացիան: Այնուամենայնիվ, MPP-ն ունի նաև թերություններ. Փաստն այն է, որ պրոցեսորների միջև փոխազդեցությունը շատ ավելի դանդաղ է, քան տվյալների մշակումը հենց պրոցեսորների կողմից:

Համօգտագործվող հիշողությամբ զուգահեռ համակարգիչներում ամբողջ RAM-ը կիսվում է մի քանի նույնական պրոցեսորների միջև: Սա վերացնում է նախորդ դասի խնդիրները, բայց ավելացնում է նորերը: Փաստն այն է, որ ընդհանուր հիշողության հասանելիություն ունեցող պրոցեսորների թիվը չի կարող մեծ լինել զուտ տեխնիկական պատճառներով:

Վեկտոր-խողովակաշարային համակարգիչների հիմնական առանձնահատկությունները, իհարկե, խողովակաշարի ֆունկցիոնալ միավորներն են և վեկտորային հրահանգների մի շարք: Ի տարբերություն ավանդական մոտեցման, վեկտորային հրամանները գործում են անկախ տվյալների ամբողջ զանգվածների վրա, ինչը թույլ է տալիս արդյունավետ բեռնել առկա խողովակաշարերը:

Վերջին ուղղությունը, խիստ ասած, անկախ չէ, այլ ավելի շուտ նախորդ երեքի համադրություն։ Հաշվողական հանգույցը ձևավորվում է մի քանի պրոցեսորներից (ավանդական կամ վեկտոր-խողովակաշար) և նրանց ընդհանուր հիշողությունից։ Եթե ստացված հաշվողական հզորությունը բավարար չէ, ապա մի քանի հանգույցներ զուգակցվում են գերարագ ալիքների հետ։ Ինչպես գիտեք, նման ճարտարապետությունը կոչվում է կլաստեր:

MPP համակարգեր

Զանգվածային զուգահեռ մասշտաբային համակարգերը նախատեսված են լուծելու կիրառական խնդիրները, որոնք պահանջում են մեծ քանակությամբ հաշվարկներ և տվյալների մշակում: Եկեք մանրամասն նայենք դրանց: Որպես կանոն, դրանք բաղկացած են միատարր հաշվողական հանգույցներից, ներառյալ.

մեկ կամ մի քանի կենտրոնական մշակման միավոր;
տեղական հիշողություն (այլ հանգույցների հիշողության անմիջական մուտքը հնարավոր չէ);
կապի պրոցեսոր կամ ցանցային ադապտեր;
երբեմն կոշտ սկավառակներ և/կամ այլ մուտքային/ելքային սարքեր:

Բացի այդ, համակարգին կարող են ավելացվել հատուկ I/O հանգույցներ և կառավարման հանգույցներ: Դրանք բոլորը միացված են ինչ-որ կապի միջոցով (գերարագ ցանց, անջատիչ և այլն): Ինչ վերաբերում է ՕՀ-ին, ապա կա երկու տարբերակ. Առաջին դեպքում, լիարժեք ՕՀ-ն աշխատում է միայն կառավարման մեքենայի վրա, մինչդեռ յուրաքանչյուր հանգույց գործարկում է OS-ի խիստ կրճատված տարբերակը՝ ապահովելով միայն դրանում տեղակայված զուգահեռ հավելվածի մասնաճյուղի աշխատանքը: Մեկ այլ դեպքում, յուրաքանչյուր հանգույց աշխատում է UNIX-ի նման լիարժեք ՕՀ:

Բաշխված հիշողության համակարգերում պրոցեսորների թիվը տեսականորեն անսահմանափակ է: Օգտագործելով նման ճարտարապետություններ, հնարավոր է կառուցել ընդլայնվող համակարգեր, որոնց կատարողականը գծայինորեն աճում է պրոցեսորների քանակով: Ի դեպ, «զանգվածային զուգահեռ համակարգեր» տերմինն ինքնին սովորաբար օգտագործվում է մեծ թվով (տասնյակ և հարյուրավոր) հանգույցներով նման մասշտաբային համակարգիչներին մատնանշելու համար: Հաշվարկային համակարգի մասշտաբայնությունը անհրաժեշտ է հաշվարկներն արագացնելու համար, բայց, ավաղ, դա բավարար չէ։ Խնդիրը լուծելու համար համապատասխան շահույթ ստանալու համար պահանջվում է նաև մասշտաբային ալգորիթմ, որը կարող է բեռնել սուպերհամակարգչի բոլոր պրոցեսորները օգտակար հաշվարկներով:

Հիշենք, որ բազմապրոցեսորային համակարգերում կա ծրագրի կատարման երկու մոդել՝ SIMD (մեկ հրահանգի հոսք - տվյալների բազմաթիվ հոսքեր) և MIMD (բազմակի հրահանգների հոսքեր՝ տվյալների բազմակի հոսքեր): Առաջինը ենթադրում է, որ բոլոր պրոցեսորները կատարում են նույն հրամանը, բայց յուրաքանչյուրն իր տվյալների վրա: Երկրորդում յուրաքանչյուր պրոցեսոր մշակում է իր հրամանի հոսքը:

Բաշխված հիշողության համակարգերում ինֆորմացիան պրոցեսորից պրոցեսոր փոխանցելու համար անհրաժեշտ է համակարգչային հանգույցներ միացնող ցանցով հաղորդագրություններ փոխանցելու մեխանիզմ։ Կապի սարքավորումների և ծրագրերի բարձր մակարդակով գործելու մանրամասներից վերացվելու համար սովորաբար օգտագործվում են հաղորդագրություն փոխանցող գրադարաններ:

Intel սուպերհամակարգիչներ

Intel Corporation (http://www.intel.com) հայտնի է գերհամակարգիչների աշխարհում: Նրա բաշխված հիշողության Paragon բազմապրոցեսորային համակարգիչները դարձել են նույնքան դասական, որքան Cray Research-ի վեկտոր-խողովակաշարային համակարգիչները:

Intel Paragon-ն օգտագործում է հինգ i860 XP պրոցեսոր՝ 50 ՄՀց հաճախականությամբ մեկ հանգույցում։ Երբեմն մեկ հանգույցում տեղադրվում են տարբեր տեսակի պրոցեսորներ՝ սկալյար, վեկտոր և հաղորդակցություն։ Վերջինս ծառայում է հիմնական պրոցեսորին հաղորդագրությունների փոխանցման հետ կապված գործողություններից ազատելուն։

Նոր զուգահեռ ճարտարապետության ամենանշանակալի բնութագիրը կապի սարքավորումների տեսակն է։ Սուպերհամակարգչի աշխատանքի երկու ամենակարևոր ցուցանիշները կախված են դրանից՝ պրոցեսորների միջև տվյալների փոխանցման արագությունը և մեկ հաղորդագրություն փոխանցելու ծախսը:

Փոխկապակցումը նախատեսված է հաղորդագրությունների փոխանակման բարձր արագություն ապահովելու համար՝ նվազագույն ուշացումով: Այն ապահովում է ավելի քան հազար տարասեռ հանգույցների միացում երկչափ ուղղանկյուն վանդակավոր տոպոլոգիայի երկայնքով։ Այնուամենայնիվ, հավելվածների մշակման մեծ մասի համար ցանկացած հանգույց կարելի է համարել ուղղակիորեն կապված բոլոր մյուս հանգույցների հետ: Փոխկապակցումը մասշտաբային է. դրա թողունակությունը մեծանում է հանգույցների քանակով: Նախագծելիս ծրագրավորողները ձգտել են նվազագույնի հասցնել մասնակցությունը հաղորդագրությունների փոխանցմանը այն պրոցեսորների, որոնք կատարում են օգտատիրոջ գործընթացները: Այդ նպատակով ներդրվել են հաղորդագրությունների մշակման հատուկ պրոցեսորներ, որոնք տեղակայված են հանգույցի տախտակի վրա և պատասխանատու են հաղորդագրությունների փոխանցման արձանագրության մշակման համար։ Արդյունքում հանգույցների հիմնական պրոցեսորները չեն շեղվում խնդիրը լուծելուց։ Մասնավորապես, խնդիրից առաջադրանք թանկ անցում չի կատարվում, իսկ կիրառական խնդիրների լուծումը տեղի է ունենում հաղորդագրությունների փոխանակմանը զուգահեռ։

Հաղորդագրությունների փաստացի փոխանցումն իրականացվում է երթուղային համակարգի միջոցով, որը հիմնված է ցանցային հանգույցների երթուղիչի բաղադրիչների վրա (Mesh Router Components, MRC): Տվյալ հանգույցի հիշողությանը MRC մուտք գործելու համար հանգույցն ունի նաև հատուկ ինտերֆեյս ցանցի վերահսկիչ, որը սովորական VLSI է, որն ապահովում է միաժամանակյա փոխանցում դեպի և դեպի հանգույցի հիշողություն, ինչպես նաև հաղորդագրությունների փոխանցման ընթացքում սխալների մոնիտորինգ:

Intel Paragon-ի մոդուլային դիզայնն ավելին է անում, քան պարզապես սատարում է մասշտաբայնությունը: Այն թույլ է տալիս մեզ հույս դնել այն փաստի վրա, որ այս ճարտարապետությունը հիմք կծառայի նոր համակարգիչների համար, որոնք հիմնված են այլ միկրոպրոցեսորների վրա կամ օգտագործող նոր հաղորդագրությունների տեխնոլոգիաներ: Scalability-ը նաև հիմնված է սուպերհամակարգչի տարբեր բլոկների հավասարակշռման վրա տարբեր մակարդակներում. Հակառակ դեպքում, քանի որ հանգույցների թիվը մեծանում է, համակարգում ինչ-որ տեղ կարող է հայտնվել խցան: Այսպիսով, հանգույցների արագությունը և հիշողության հզորությունը հավասարակշռված են փոխկապակցման թողունակության և հետաձգման հետ, իսկ հանգույցների ներսում գտնվող պրոցեսորների աշխատանքը հավասարակշռված է քեշի հիշողության և RAM-ի թողունակության հետ և այլն:

Մինչև վերջերս ամենաարագ համակարգիչներից մեկը Intel ASCI Red-ն էր՝ Accelerated Strategic Computing Initiative ASCI (Accelerated Strategic Computing Initiative)-ի մտահղացումը: Այս ծրագրին մասնակցում են ԱՄՆ երեք խոշորագույն ազգային լաբորատորիաները (Լիվերմոր, Լոս Ալամոս և Սանդիա): 1997 թվականին ԱՄՆ էներգետիկայի նախարարության համար կառուցված ASCI Red-ը միավորում է 9152 Pentium Pro պրոցեսորներ, ունի 600 ԳԲ ընդհանուր օպերատիվ հիշողություն և 1800 միլիարդ գործողություն վայրկյանում:

IBM սուպերհամակարգիչներ

Երբ համակարգչային շուկայում հայտնվեցին IBM Corporation-ի (http://www.ibm.com) SP (Scalable POWER parallel) ունիվերսալ համակարգերը, դրանք արագորեն ժողովրդականություն ձեռք բերեցին: Այսօր նման համակարգերը գործում են մի շարք կիրառական ոլորտներում, ինչպիսիք են հաշվողական քիմիան, վթարների վերլուծությունը, էլեկտրոնային սխեմայի նախագծումը, սեյսմիկ վերլուծությունը, ջրամբարների մոդելավորումը, որոշումների աջակցությունը, տվյալների վերլուծությունը և առցանց գործարքների մշակումը: SP համակարգերի հաջողությունը հիմնականում պայմանավորված է դրանց բազմակողմանիությամբ, ինչպես նաև ճարտարապետության ճկունությամբ՝ հիմնված հաղորդագրությունների փոխանցման բաշխված հիշողության մոդելի վրա:

Ընդհանուր առմամբ, SP սուպերհամակարգիչը մասշտաբային, զանգվածաբար զուգահեռ ընդհանուր նշանակության հաշվողական համակարգ է, որը բաղկացած է RS/6000 բազային կայաններից, որոնք միացված են բարձր արդյունավետության անջատիչով: Իսկապես, ո՞վ չգիտի, օրինակ, Deep Blue սուպերհամակարգիչը, որը կարողացավ շախմատում հաղթել Գարի Կասպարովին: Բայց դրա փոփոխություններից մեկը բաղկացած է 32 հանգույցներից (IBM RS/6000 SP), որոնք հիմնված են 256 P2SC (Power Two Super Chip) պրոցեսորների վրա։

RS/6000 ընտանիքը IBM-ի երկրորդ սերնդի համակարգիչներն է՝ հիմնված սահմանափակ հրահանգների հավաքածուի ճարտարապետության (RISC) վրա, որը մշակվել է կորպորացիայի կողմից 1970-ականների վերջին: Այս հայեցակարգով, շատ պարզ հրամանների հավաքածու է օգտագործվում համակարգչային համակարգում ամբողջ աշխատանքը կատարելու համար: Քանի որ հրամանները պարզ են, դրանք կարող են կատարվել շատ բարձր արագությամբ, ինչպես նաև ապահովել գործարկվող ծրագրի ավելի արդյունավետ իրականացում: RS/6000 ընտանիքը հիմնված է POWER ճարտարապետության վրա (Performance Optimized by Advanced RISC ճարտարապետությունը) և դրա ածանցյալները՝ PowerPC, P2SC, POWER3 և այլն: Քանի որ POWER ճարտարապետությունը համատեղում է RISC ճարտարապետության հայեցակարգերը ավելի ավանդական հասկացությունների հետ, արդյունքը համակարգն է օպտիմալ ընդհանուր կատարում:

RS/6000 SP համակարգը ապահովում է բազմաթիվ պրոցեսորների հզորություն՝ լուծելու ամենաբարդ հաշվողական խնդիրները: SP միացման համակարգը IBM-ի վերջին նորամուծությունն է բարձր թողունակությամբ, առանց հապաղման միջպրոցեսորային հաղորդակցության արդյունավետ զուգահեռ հաշվարկների համար: Մի քանի տեսակի պրոցեսորային հանգույցներ, փոփոխական շրջանակի (դարակի) չափսեր և մի շարք լրացուցիչ I/O հնարավորություններ ապահովում են համակարգի ամենահարմար կոնֆիգուրացիայի ընտրությունը: SP-ին աջակցում են ծրագրային ապահովման առաջատար վաճառողները այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են տվյալների զուգահեռ շտեմարանները և իրական ժամանակում գործարքների մշակումը, ինչպես նաև հիմնական տեխնիկական ծրագրային ապահովման վաճառողները այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են սեյսմիկ մշակումը և ինժեներական նախագծումը:

IBM RS/6000 SP-ն ընդլայնում է հավելվածների հնարավորությունները զուգահեռ մշակման միջոցով: Համակարգը վերացնում է կատարողականի սահմանափակումները և օգնում է խուսափել մասշտաբի հետ կապված խնդիրներից և անբաժանելի, առանձին կատարված բեկորների առկայությունից: Աշխարհում տեղադրված ավելի քան հազար հաճախորդներով, SP-ները լուծումներ են տալիս բարդ և մեծ ծավալի տեխնիկական և առևտրային ծրագրերի համար:

SP հիմնական միավորը պրոցեսորային հանգույց է, որն ունի RS/6000 աշխատանքային կայանի ճարտարապետություն: Գոյություն ունեն SP հանգույցների մի քանի տեսակներ՝ բարակ, լայն, բարձր, որոնք տարբերվում են մի շարք տեխնիկական պարամետրերով։ Օրինակ, POWER3-II-ի վրա հիմնված High հանգույցները ներառում են մինչև 16 պրոցեսոր և մինչև 64 ԳԲ հիշողություն, բայց բարակ հանգույցները թույլ են տալիս ոչ ավելի, քան 4 պրոցեսոր և 16 ԳԲ հիշողություն:

Համակարգը ընդլայնելի է մինչև 512 հանգույց, և հնարավոր է միավորել տարբեր տեսակի հանգույցներ։ Հանգույցները տեղադրվում են դարակաշարերում (յուրաքանչյուրում մինչև 16 հանգույց): SP-ն կարող է գրեթե գծային մասշտաբել սկավառակները պրոցեսորների և հիշողության հետ միասին՝ թույլ տալով իրական մուտք գործել տերաբայթ հիշողություն: Հզորության այս աճը հեշտացնում է համակարգի կառուցումն ու ընդլայնումը:

Հանգույցները փոխկապակցված են բարձր արդյունավետության անջատիչով (IBM high-performance switch), որն ունի բազմաստիճան կառուցվածք և գործում է փաթեթային կոմուտացիայով։

Յուրաքանչյուր SP հանգույց աշխատում է ամբողջական AIX օպերացիոն համակարգով, որը թույլ է տալիս օգտագործել հազարավոր նախկինում գոյություն ունեցող AIX հավելվածներ: Բացի այդ, համակարգի հանգույցները կարող են միավորվել խմբերի մեջ: Օրինակ, մի քանի հանգույցներ կարող են գործել որպես Lotus Notes սերվերներ, մինչդեռ մյուսները մշակում են զուգահեռ տվյալների բազա:

Խոշոր համակարգերի կառավարումը միշտ էլ դժվար խնդիր է: SP-ն այս նպատակով օգտագործում է մեկ գրաֆիկական վահանակ, որը ցուցադրում է ապարատային և ծրագրային ապահովման վիճակները, գործող առաջադրանքները և օգտվողի տեղեկությունները: Համակարգի ադմինիստրատորը, օգտագործելով նման կոնսոլը (վերահսկիչ աշխատանքային կայան) և PS-ին կցված PSSP (Զուգահեռ համակարգերի աջակցության ծրագրեր) ծրագրային արտադրանքը, լուծում է կառավարման խնդիրները, ներառյալ գաղտնաբառի պաշտպանության և օգտագործողի թույլտվությունների կառավարումը, կատարված առաջադրանքների հաշվառումը, տպագրության կառավարումը, համակարգի մոնիտորինգը: , համակարգի գործարկումն ու անջատումը։

Լավագույնը

Ինչպես արդեն նշվեց, ըստ Top500-ի (աղյուսակ), մեր ժամանակների ամենահզոր սուպերհամակարգիչը ASCI White-ն է, որը զբաղեցնում է երկու բասկետբոլի դաշտի չափ տարածք և տեղադրված է Լիվերմորի ազգային լաբորատորիայում: Այն ներառում է 512 SMP հանգույցներ՝ հիմնված 64-բիթանոց POWER3-II պրոցեսորների վրա (ընդհանուր 8192 պրոցեսորների համար) և օգտագործում է Colony հաղորդակցության նոր տեխնոլոգիա՝ մոտավորապես 500 ՄԲ/վ թողունակությամբ, ինչը գրեթե չորս անգամ ավելի արագ է, քան SP-ի բարձր արտադրողականությունը։ անջատիչ.

Լավագույն տասնյակը Top500 (18-րդ հրատարակություն)

Դիրք	Արտադրող	Համակարգիչ	Որտեղ տեղադրված է	Մի երկիր	Տարի	Պրոցեսորների քանակը
1	IBM	ASCI Սպիտակ		ԱՄՆ	2000	8192
2	Compaq	AlphaServer SC	Պիտսբուրգի գերհամակարգչային կենտրոն	ԱՄՆ	2001	3024
3	IBM	SP Power3	NERSC էներգետիկ գիտահետազոտական ինստիտուտ	ԱՄՆ	2001	3328
4	Intel	ASCI Կարմիր	Սանդիա ազգային լաբորատորիա	ԱՄՆ	1999	9632
5	IBM	ASCI Blue Pacific	Լիվերմորի ազգային լաբորատորիա	ԱՄՆ	1999	5808
6	Compaq	AlphaServer SC		ԱՄՆ	2001	1536
7	Հիտաչի	SR8000 / MPP	Տոկիոյի համալսարան	Ճապոնիա	2001	1152
8	SGI	ASCI Կապույտ լեռ	Լոս Ալամոսի ազգային լաբորատորիա	ԱՄՆ	1998	6144
9	IBM	SP Power3	Oceanographic Center NAVOCEANO	ԱՄՆ	2000	1336
10	IBM	SP Power3	Գերմանիայի օդերեւութաբանական ծառայություն	Գերմանիա	2001	1280

Նոր սուպերհամակարգչի ճարտարապետությունը հիմնված է ապացուցված զանգվածային զուգահեռ RS/6000 ճարտարապետության վրա և ապահովում է 12,3 տերաֆլոպս (տրիլիոն գործողություններ վայրկյանում): Համակարգը ներառում է ընդհանուր առմամբ 8 TB RAM, որը բաշխված է 16 պրոցեսորային SMP հանգույցների և 160 TB սկավառակի հիշողության մեջ: Համակարգը Նյու Յորք նահանգի IBM լաբորատորիաներից Լիվերմոր, Կալիֆորնիա հասցնելու համար պահանջվում էր 28 բեռնատար-կցասայլ:

Համակարգի բոլոր հանգույցներն աշխատում են AIX OS-ով: Սուպերհամակարգիչն օգտագործվում է ԱՄՆ էներգետիկայի նախարարության գիտնականների կողմից՝ միջուկային զենքը անվտանգ պահելու համար բարդ 3D մոդելներ գործարկելու համար: Փաստորեն, ASCI White-ը ASCI-ի հինգ փուլային ծրագրի երրորդ քայլն է, որը նախատեսում է ստեղծել նոր սուպերհամակարգիչ 2004 թվականին: Ընդհանուր առմամբ, ASCI White-ը բաղկացած է երեք առանձին համակարգերից, որոնցից White-ն ամենամեծն է (512 հանգույց, 8192 պրոցեսոր): և կա նաև Ice (28 հանգույց, 448 պրոցեսոր) և Frost (68 հանգույց, 1088 պրոցեսոր):

ASCI White-ի նախորդը Blue Pacific սուպերհամակարգիչն էր (ASCI Blue-ի մեկ այլ անվանում), որը ներառում էր 1464 չորս պրոցեսորային հանգույցներ՝ հիմնված PowerPC 604e/332 ՄՀց բյուրեղների վրա։ Հանգույցները միացված են մեկ համակարգի՝ օգտագործելով մոտ հինգ մղոն ընդհանուր մալուխներ, իսկ համակարգչային սենյակի տարածքը 8 հազար քառակուսի ոտնաչափ է: ASCI Blue համակարգը բաղկացած է ընդհանուր առմամբ 5856 պրոցեսորներից և ապահովում է առավելագույն արդյունավետություն՝ 3,88 տերաֆլոպս: RAM-ի ընդհանուր ծավալը 2,6 ՏԲ է:

Սուպերհամակարգիչը բաղկացած է կիլոմետրանոց մալուխներից։

ԱՄՆ Մթնոլորտային հետազոտությունների ազգային կենտրոնը (NCAR) ընտրել է IBM-ին որպես աշխարհի ամենահզոր սուպերհամակարգչի մատակարար, որը նախատեսված է կլիմայի փոփոխությունները կանխատեսելու համար։ Համակարգը, որը հայտնի է որպես Կապույտ երկինք, այս տարի լիարժեք գործելու դեպքում կմեծացնի NCAR-ի կլիմայի մոդելավորման հնարավորությունները մեծության կարգով: Blue Sky-ի միջուկը լինելու է IBM SP գերհամակարգիչը և IBM eServer p690 համակարգերը, որոնց կիրառմամբ առավելագույն արդյունավետություն կհասնի գրեթե 7 Tflops-ի՝ IBM SSA սկավառակի ենթահամակարգի 31,5 ՏԲ ծավալով:

Կապույտ փոթորիկ կոչվող սուպերհամակարգիչը ստեղծվում է Եղանակի միջին հեռահարության կանխատեսումների եվրոպական կենտրոնի (ECMWF) պատվերով։ Blue Storm-ը կրկնակի հզոր կլինի, քան ASCI White-ը: Այն ստեղծելու համար ձեզ հարկավոր է 100 IBM eServer p690 սերվեր, որը նաև հայտնի է որպես Regatta: Յուրաքանչյուր համակարգային միավոր՝ սառնարանի չափ, պարունակում է ավելի քան հազար պրոցեսոր: 2004 թվականին Blue Storm-ը կհամալրվի նոր սերնդի p960 սերվերներով, ինչը թույլ կտա այն կրկնակի հզորացնել։ Սուպերհամակարգիչը կաշխատի AIX OS-ով: Սկզբում Blue Storm կրիչների ընդհանուր հզորությունը կկազմի 1,5 պետաբայթ, իսկ հաշվողական հզորությունը՝ մոտ 23 տերաֆլոպս։ Համակարգը կկշռի 130 տոննա, և կլինի 1700 անգամ ավելի հզոր, քան Deep Blue շախմատային սուպերհամակարգիչը։

IBM-ի հետազոտողները աշխատում են Livermore National Laboratory-ի հետ Blue Gene/L և Blue Gene/C համակարգիչների վրա: Այս համակարգիչները 5-ամյա Blue Gene նախագծի մի մասն են, որը սկսվել է դեռևս 1999 թվականին՝ սպիտակուցների ուսումնասիրման համար, որում ներդրվել է 100 միլիոն դոլար: Նոր սուպերհամակարգչի ստեղծումը Blue Gene/L (200 տերաֆլոպս) կավարտվի 2004 թվականին: վեց ամիս՝ ավելի հզոր Blue Gene/C համակարգչի վրա (1000 տերաֆլոպս) աշխատանքների ակնկալվող ավարտից մեկ տարի շուտ: Blue Gene/L-ի նախագծման արդյունավետությունը, այսպիսով, կգերազանցի աշխարհի 500 ամենահզոր համակարգիչների համատեղ աշխատանքը: Ընդ որում, նոր սուպերհամակարգիչը զբաղեցնում է թենիսի ընդամենը կես կորտի հավասար տարածք։ IBM-ի ինժեներները նույնպես աշխատել են էներգիայի սպառումը նվազեցնելու ուղղությամբ՝ նրանց հաջողվել է կրճատել այն 15 անգամ:

Նշումներ

LINPACK թեստեր.
LINPACK-ի հենանիշերը հիմնված են իրական թվերի դաշտի վրա գործակիցների խիտ մատրիցով գծային հավասարումների համակարգի լուծման վրա՝ օգտագործելով Գաուսի վերացումը: Իրական թվերը սովորաբար ներկայացված են ամբողջական ճշգրտությամբ: Իրական թվերի վրա կատարվող գործողությունների մեծ քանակի պատճառով LINPACK-ի արդյունքները համարվում են ապարատային և ծրագրային ապահովման կոնֆիգուրացիաների կատարման չափանիշ այն տարածքներում, որտեղ ինտենսիվորեն օգտագործվում են բարդ մաթեմատիկական հաշվարկներ:

Երկրի սիմուլյատոր.
New Scientist ամսագրի տվյալներով՝ գերհամակարգիչների Top500 ցուցակի նոր՝ 19-րդ տարբերակում NEC Corporation-ի Earth Simulator նախագծի գերհամակարգչային համակարգը կզբաղեցնի առաջին տեղը։ Այն տեղադրված է Երկրի մասին գիտությունների ճապոնական ինստիտուտում (Yokohama Institute for Earth Sciences) Կանագավայում, Յոկոհամա պրեֆեկտուրա: Մշակողները պնդում են, որ դրա առավելագույն արդյունավետությունը կարող է հասնել 40 Tflops-ի:

Earth Simulator սուպերհամակարգիչը նախատեսված է արբանյակներից ստացված տվյալների հիման վրա կլիմայի փոփոխությունը մոդելավորելու համար: Ըստ NEC-ի ներկայացուցիչների, համակարգչային բարձր արդյունավետությունը ձեռք է բերվում հատուկ մշակված վեկտորային պրոցեսորների կիրառմամբ: Համակարգը հիմնված է 5120 նման պրոցեսորների վրա՝ միավորված 640 SX-6 հանգույցներում (յուրաքանչյուրը 8 պրոցեսոր)։ Սուպերհամակարգիչը աշխատում է SUPER-UX OS-ով: Մշակման գործիքները ներառում են C/C++, Fortran 90 և HPF լեզուների կոմպիլյատորներ, ինչպես նաև ավտոմատ վեկտորացման գործիքներ, MPI-2 ինտերֆեյսի ներդրում և ASL/ES մաթեմատիկական գրադարան: Ամբողջ մեքենան զբաղեցնում է երեք թենիսի կորտերի տարածք (50 x 65 մ) և օգտագործում է մի քանի կիլոմետր մալուխ։

K Computer սուպերհամակարգիչը, որը նախկինում զբաղեցնում էր առաջին տեղը, առաջ է մղվել երրորդ հորիզոնական։ Դրա կատարումը 11,28 Pflops է (տես Նկար 1): Հիշենք, որ FLOPS-ը (Floating-point Operations Per Second, FLOPS) համակարգչի կատարողականի չափման միավոր է, որը ցույց է տալիս, թե տվյալ հաշվողական համակարգը վայրկյանում քանի լողացող կետով գործողություն կարող է կատարել:

K Computer-ը Rikagaku Kenkiyo-ի ֆիզիկական և քիմիական հետազոտությունների ինստիտուտի (RIKEN) և Fujitsu-ի համատեղ մշակումն է: Այն ստեղծվել է Ճապոնիայի կրթության, մշակույթի, սպորտի, գիտության և տեխնոլոգիայի նախարարության (MEXT) կողմից ղեկավարվող Բարձր արդյունավետության հաշվողական ենթակառուցվածքի նախաձեռնության շրջանակներում: Սուպերհամակարգիչը տեղադրված է Ճապոնիայի Կոբե քաղաքի Ընդլայնված հաշվողական գիտությունների ինստիտուտի տարածքում։

Գերհամակարգիչը հիմնված է բաշխված հիշողության ճարտարապետության վրա: Համակարգը բաղկացած է ավելի քան 80,000 հաշվողական հանգույցներից և տեղավորված է 864 դարակաշարերում, որոնցից յուրաքանչյուրը տեղավորում է 96 հաշվողական հանգույց և 6 I/O հանգույց։ Հանգույցները, որոնցից յուրաքանչյուրը պարունակում է մեկ պրոցեսոր և 16 ԳԲ օպերատիվ հիշողություն, փոխկապակցված են «վեցաչափ հանգույց/տորուս» տոպոլոգիայի համաձայն: Համակարգն օգտագործում է ընդհանուր առմամբ 88128 ութմիջուկ SPARC64 VIIIfx պրոցեսորներ (705024 միջուկներ), որոնք արտադրվել են Fujitsu-ի կողմից՝ օգտագործելով 45 նմ տեխնոլոգիա:

Ընդհանուր նշանակության այս սուպերհամակարգիչը ապահովում է աշխատանքի բարձր մակարդակ և աջակցություն կիրառությունների լայն շրջանակի համար: Համակարգն օգտագործվում է կլիմայի փոփոխության, աղետների կանխարգելման և բժշկության ոլորտներում հետազոտություններ իրականացնելու համար։

Ջրի հովացման եզակի համակարգը նվազեցնում է սարքավորումների խափանման հավանականությունը և նվազեցնում էներգիայի ընդհանուր սպառումը: Էներգախնայողությունները ձեռք են բերվում բարձր արդյունավետ սարքավորումների, ջերմության և էլեկտրաէներգիայի համակցված արտադրության համակարգի և արևային մարտկոցների մի շարք օգտագործմամբ: Բացի այդ, հովացուցիչից կեղտաջրերի վերաօգտագործման մեխանիզմը նվազեցնում է շրջակա միջավայրի վրա բացասական ազդեցությունը:

Շենքը, որտեղ գտնվում է K Computer-ը, սեյսմակայուն է և կարող է դիմակայել ճապոնական սանդղակով (0-7) 6 բալ և ավելի ուժգնությամբ երկրաշարժերին: Սարքավորումների դարակաշարերի և մալուխների ավելի արդյունավետ տեղադրման համար երրորդ հարկը, 50 × 60 մ չափերով, լիովին զերծ է կրող սյուներից: Շինարարական ժամանակակից տեխնոլոգիաները հնարավորություն են տվել ապահովել բեռնվածության ընդունելի մակարդակ (մինչև 1 տ/մ2) դարակաշարերի տեղադրման համար, որոնց քաշը կարող է հասնել 1,5 տոննայի։

SEQUOIA ՍՈՒՊԵՐՀԱՄԱԿԱՐԳԻՉ

Լոուրենս Լիվերմորի ազգային լաբորատորիայում տեղադրված Sequoia սուպերհամակարգիչը։ Լոուրենսը, ունի 16,32 Pflops կատարողականություն և զբաղեցնում է երկրորդ հորիզոնականը վարկանիշում (տես Գծապատկեր 2):

Այս petaflop սուպերհամակարգիչը, որը մշակվել է IBM-ի կողմից Blue Gene/Q-ի հիման վրա, ստեղծվել է ԱՄՆ Միջուկային անվտանգության ազգային վարչության (NNSA) համար՝ Advanced Simulation and Computing ծրագրի շրջանակներում:

Համակարգը բաղկացած է 96 դարակներից և 98304 հաշվողական հանգույցներից (1024 հանգույց մեկ դարակում): Յուրաքանչյուր հանգույց ներառում է 16 միջուկանի PowerPC A2 պրոցեսոր և 16 ԳԲ DDR3 RAM: Ընդհանուր առմամբ, օգտագործվում է 1,572,864 պրոցեսորային միջուկ և 1,6 PB հիշողություն: Հանգույցները միացված են միմյանց՝ համաձայն «հինգաչափ տորուս» տոպոլոգիայի։ Համակարգի զբաղեցրած տարածքը 280 մ2 է։ Ընդհանուր էներգիայի սպառումը կազմում է 7,9 ՄՎտ:

Sequoia սուպերհամակարգիչը աշխարհում առաջինն էր, ով իրականացրել է գիտական հաշվարկներ, որոնք պահանջում էին ավելի քան 10 Pflops հաշվողական հզորություն։ Այսպիսով, HACC տիեզերագիտության սիմուլյացիայի համակարգը պահանջում էր մոտ 14 Pflops 3,6 տրիլիոն մասնիկների ռեժիմով աշխատելիս, իսկ մարդու սրտի էլեկտրաֆիզիոլոգիայի մոդելավորման համար Cardiod նախագծի կոդը գործարկելիս, կատարողականը հասնում էր գրեթե 12 Pflops-ի:

TITAN ՍՈՒՊԵՐՀԱՄԱԿԱՐԳԻՉ

ԱՄՆ-ի Oak Ridge ազգային լաբորատորիայում (ORNL) տեղադրված Titan սուպերհամակարգիչը ճանաչվել է աշխարհի ամենաարագ սուպերհամակարգիչը։ Linpack-ի հենանիշային թեստերում դրա կատարողականը եղել է 17,59 Pflops:

Titan-ն իրականացնում է CPU-GPU հիբրիդային ճարտարապետություն (տես Նկար 3): Համակարգը բաղկացած է 18688 հանգույցներից, որոնցից յուրաքանչյուրը հագեցած է 16 միջուկանի AMD Opteron պրոցեսորով և Nvidia Tesla K20X գրաֆիկական արագացուցիչով։ Ընդհանուր առմամբ օգտագործվում է 560640 պրոցեսոր։ Titan-ը ORNL-ի նախկինում շահագործվող Jaguar սուպերհամակարգչի թարմացումն է և զբաղեցնում է նույն սերվերի կաբինետները (ընդհանուր մակերեսը 404 մ2):

Գոյություն ունեցող էլեկտրաէներգիայի և հովացման համակարգերի օգտագործման հնարավորությունը շինարարության ընթացքում խնայեց մոտ 20 միլիոն դոլար: Սուպերհամակարգչի էներգիայի սպառումը կազմում է 8,2 ՄՎտ, ինչը 1,2 ՄՎտ-ով ավելի է Jaguar-ից, մինչդեռ լողացող կետի գործառնություններում նրա կատարումը գրեթե 10 անգամ ավելի է։

Titan-ը հիմնականում կօգտագործվի նյութերի գիտության և միջուկային էներգիայի, ինչպես նաև ներքին այրման շարժիչների արդյունավետության բարձրացման հետ կապված հետազոտություններ կատարելու համար: Բացի այդ, այն կօգտագործվի կլիմայի փոփոխության մոդելավորման և դրա բացասական ազդեցությունները լուծելու հնարավոր ռազմավարությունների վերլուծության համար:

«ԱՄԵՆԱԿԱՆԱՉ» ԳԵՐՀԱՄԱԿԱՐԳՉԸ

Ի լրումն Top500 վարկանիշի, որի նպատակն է բացահայտել ամենաբարձր արտադրողական համակարգը, կա Green500 վարկանիշը, որը ճանաչում է «ամենականաչ» սուպերհամակարգիչները: Այստեղ հիմք է ընդունվում էներգաարդյունավետության ցուցանիշը (Mflops/W): Այս պահին (վարկանիշի վերջին թողարկումը 2012 թվականի նոյեմբերն է), Green500-ի առաջատարը գերհամակարգիչ Beacon-ն է (253-րդ տեղը Top500-ում): Դրա էներգաարդյունավետության ցուցանիշը 2499 Մֆլոպս/Վտ է:

Beacon-ը սնուցվում է Intel Xeon Phi 5110P համապրոցեսորներով և Intel Xeon E5-2670 պրոցեսորներով, ուստի առավելագույն արդյունավետությունը կարող է հասնել 112200 Գֆլոպս՝ 44,9 կՎտ ընդհանուր էներգիայի սպառմամբ: Xeon Phi 5110P կոպրոցեսորներն ապահովում են բարձր արդյունավետություն ցածր էներգիայի սպառմամբ: Յուրաքանչյուր համապրոցեսոր ունի 1 տերաֆլոպ հզորություն (կրկնակի ճշգրտություն) և աջակցում է մինչև 8 ԳԲ GDDR5 հիշողություն՝ 320 Գբիտ/վ թողունակությամբ։

Xeon Phi 5110P-ի պասիվ հովացման համակարգը գնահատվում է 225W TDP, որն իդեալական է բարձր խտության սերվերների համար:

ՍՈՒՊԵՐՀԱՄԱԿԱՐԳԻՉ ԵՎՐՈՐԱ

Այնուամենայնիվ, 2013 թվականի փետրվարին տեղեկություններ հայտնվեցին, որ Eurora սուպերհամակարգիչը, որը գտնվում է Բոլոնիայում (Իտալիա), գերազանցել է Beacon-ին էներգաարդյունավետությամբ (3150 Մֆլոպս/վտ դիմաց 2499 Մֆլոպս/Վտ):

Eurora-ն կառուցված է Eurotech-ի կողմից և բաղկացած է 64 հանգույցներից, որոնցից յուրաքանչյուրը ներառում է երկու Intel Xeon E5-2687W պրոցեսոր, երկու Nvidia Tesla K20 GPU արագացուցիչ և այլ սարքավորումներ։ Նման հանգույցի չափերը չեն գերազանցում նոութբուքի չափսերը, սակայն դրանց կատարումը 30 անգամ բարձր է, իսկ էներգիայի սպառումը 15 անգամ ցածր է։

Բարձր էներգաարդյունավետությունը Եվրայում ձեռք է բերվում մի քանի տեխնոլոգիաների կիրառմամբ: Ջրի սառեցումը ամենամեծ ներդրումն է ունենում: Այսպիսով, յուրաքանչյուր գերհամակարգչային հանգույց մի տեսակ սենդվիչ է. կենտրոնական սարքավորում ներքևում, ջրի ջերմափոխանակիչ՝ մեջտեղում և մեկ այլ էլեկտրոնիկայի միավոր՝ վերևում (տես Նկար 4):

Նման բարձր արդյունքների են հասնում լավ ջերմային հաղորդունակությամբ նյութերի օգտագործման, ինչպես նաև հովացման ալիքների լայն ցանցի շնորհիվ: Նոր հաշվողական մոդուլի տեղադրման ժամանակ դրա ալիքները համակցվում են հովացման համակարգի ալիքների հետ, ինչը թույլ է տալիս փոխել գերհամակարգչի կոնֆիգուրացիան՝ կախված կոնկրետ կարիքներից։ Արտադրողների կարծիքով՝ արտահոսքի վտանգը վերացված է։

Eurora սուպերհամակարգչի տարրերը սնուցվում են 48 վոլտ DC աղբյուրներով, որոնց ներդրումը նվազեցրել է էներգիայի փոխակերպումների քանակը։ Ի վերջո, հաշվողական սարքավորումներից հեռացված տաք ջուրը կարող է օգտագործվել այլ նպատակներով:

ԵԶՐԱԿԱՑՈՒԹՅՈՒՆ

Գերհամակարգիչների արդյունաբերությունը ակտիվորեն զարգանում և սահմանում է ավելի ու ավելի շատ նոր ռեկորդներ կատարողականի և էներգաարդյունավետության առումով: Հարկ է նշել, որ հենց այս ոլորտում, ինչպես ոչ մի այլ տեղ, այսօր լայնորեն կիրառվում են հեղուկ սառեցման և 3D մոդելավորման տեխնոլոգիաները, քանի որ մասնագետների առջեւ խնդիր է դրված հավաքել գերհզոր հաշվողական համակարգ, որը կկարողանա գործել սահմանափակ ծավալ՝ էներգիայի նվազագույն կորուստներով։

Յուրի Խոմուտսկի- Ծրագրի գլխավոր ինժեներ I-Teco-ում: Նրա հետ կարելի է կապ հաստատել հետևյալ հասցեով՝ [էլփոստը պաշտպանված է]. Հոդվածում օգտագործվում են նյութեր ինտերնետ պորտալից տվյալների կենտրոնների մասին «www.AboutDC.ru - լուծումներ տվյալների կենտրոնների համար»:

Ընթերցանության ժամանակը. 2 րոպե.

Մինչ այժմ մարդկությունը չի հասել Մարսի աղբակույտերին, չի հորինել երիտասարդության էլիքսիրը, մեքենաները դեռ չեն կարող սավառնել գետնից վեր, բայց կան մի քանի ոլորտներ, որտեղ մենք դեռ հաջողության ենք հասել: Հզոր սուպերհամակարգիչների ստեղծումը հենց այդպիսի ոլորտ է։ Համակարգչի հզորությունը գնահատելու համար անհրաժեշտ է որոշել, թե որ հիմնական պարամետրն է պատասխանատու այս հատկանիշի համար: Այս պարամետրը flops-ն է՝ արժեք, որը ցույց է տալիս, թե համակարգիչը քանի գործողություն կարող է կատարել մեկ վայրկյանում: Հենց այս արժեքի հիման վրա մեր Big Rating ամսագիրը դասակարգել է 2017 թվականի աշխարհի ամենահզոր համակարգիչները։

Գերհամակարգչի հզորությունը՝ 8,1 Պֆլոպ/վրկ

Այս համակարգիչը պահպանում է տվյալներ, որոնք պատասխանատու են Միացյալ Նահանգների ռազմական կառույցի անվտանգության համար, ինչպես նաև պատասխանատու է անհրաժեշտության դեպքում միջուկային հարձակման պատրաստության վիճակի համար։ Երկու տարի առաջ այս մեքենան աշխարհում ամենահզոր և թանկարժեք մեքենաներից մեկն էր, սակայն այսօր Trinity-ն փոխարինվել է ավելի նոր սարքերով: Համակարգը, որի վրա աշխատում է այս սուպերհամակարգիչը, Cray XC40-ն է, որի շնորհիվ սարքը կարող է վայրկյանում «կատարել» նման քանակությամբ գործողություններ։

Միրա

Գերհամակարգչի հզորությունը – 8,6 Պֆլոպ/վրկ

Քրեյը թողարկել է մեկ այլ սուպերհամակարգիչ՝ Mira-ն։ ԱՄՆ-ի էներգետիկայի նախարարությունը հրահանգել է արտադրել այս մեքենան՝ դրա աշխատանքը համակարգելու համար։ Ոլորտը, որտեղ Mira-ն գործում է, արդյունաբերությունն է և հետազոտական ներուժի զարգացումը: Այս սուպերհամակարգիչը կարող է վայրկյանում հաշվարկել 8,6 պետաֆլոպս:

Գերհամակարգչի հզորությունը – 10,5 Pflop/վրկ

Այս սարքի անվանումը անմիջապես նկարագրում է հզորությունը, ճապոնական «kei» (K) բառը նշանակում է տասը կվադրիլիոն: Այս ցուցանիշը գրեթե ճշգրիտ նկարագրում է դրա արտադրական հզորությունը՝ 10,5 պետաֆլոպս։ Այս սուպերհամակարգչի ուշագրավը հովացման համակարգն է: Օգտագործվում է ջրային հովացում, որը նվազեցնում է էներգիայի պաշարների սպառումը և նվազեցնում հավաքման արագությունը։

Գերհամակարգչի հզորությունը – 13,6 Պֆլոպ/վրկ

Ծագող արևի երկրից Fujitsu ընկերությունը չդադարեց աշխատել՝ թողարկելով K Computer սուպերհամակարգիչը, նրանք անմիջապես սկսեցին նոր նախագիծ։ Այս նախագիծը Oakforest-Pacs սուպերհամակարգիչն էր, որը դասակարգվում է որպես նոր սերնդի մեքենաներ (Knights landing generation): Դրա մշակումը պատվիրվել է Տոկիոյի համալսարանի և Ցուկուբայի համալսարանի կողմից: Նախնական պլանի համաձայն՝ սարքի հիշողությունը պետք է կազմեր 900 ՏԲ, իսկ Oakforest-Pacs-ի կատարողականը կկազմի վայրկյանում 25 կվադրիլիոն գործողություն։ Սակայն ֆինանսավորման բացակայության պատճառով շատ ասպեկտներ վերջնականապես չմշակվեցին, ուստի սուպերհամակարգչի հզորությունը կազմում էր 13,6 պետաֆլոպ վայրկյանում:

Կորի

Սուպերհամակարգչի հզորությունը – 14 Pflop/վրկ

Անցյալ տարի Cori-ն վեցերորդ տեղում էր աշխարհի ամենահզոր սուպերհամակարգիչների ցանկում, սակայն տեխնոլոգիաների զարգացման խելահեղ արագությամբ կորցրեց մեկ դիրք։ Այս սուպերհամակարգիչը գտնվում է ԱՄՆ-ում՝ Լոուրենս Բերքլիի ազգային լաբորատորիայում։ Շվեյցարիայի գիտնականները Cori-ի օգնությամբ կարողացել են մշակել 45 կուբիթանոց քվանտային հաշվողական մեքենա։ Այս սուպերհամակարգչի արտադրական հզորությունը վայրկյանում 14 պետաֆլոպս է։

Գերհամակարգչի հզորությունը – 17,2 Պֆլոպ/վրկ

Ամբողջ աշխարհի գիտնականները վաղուց են համաձայնել, որ Sequoia-ն մոլորակի ամենաարագ սուպերհամակարգիչն է: Եվ սա միայն այդպես չէ, քանի որ նա կարողանում է կատարել թվաբանական հաշվարկներ, որոնք 6,7 միլիարդ մարդուն կպահանջեն 320 տարի՝ մեկ վայրկյանում: Մեքենայի չափերն իսկապես զարմանալի են՝ այն զբաղեցնում է ավելի քան 390 քառակուսի մետր և ներառում է 96 դարակ։ Տասնվեց հազար տրիլիոն գործողություն կամ այլ կերպ ասած՝ 17,2 պետաֆլոպս այս սուպերհամակարգչի արտադրական հզորությունն է։

Տիտան

Գերհամակարգչի հզորությունը – 17,6 Պֆլոպ/վրկ

Բացի այն, որ այն մոլորակի ամենաարագ սուպերհամակարգիչներից մեկն է, այն նաև էներգաարդյունավետ է: Էներգաարդյունավետության ցուցանիշը կազմում է 2142,77 մեգաֆլոպս սպառման համար պահանջվող էներգիայի մեկ վտ: Այս ցածր էներգիայի սպառման պատճառը Nvidia արագացուցիչն է, որն ապահովում է հաշվարկների համար անհրաժեշտ էներգիայի մինչև 90%-ը: Բացի այդ, Nvidia արագացուցիչը զգալիորեն կրճատել է այս սուպերհամակարգչի զբաղեցրած տարածքը, այժմ նրան անհրաժեշտ է ընդամենը 404 քմ։

Գերհամակարգչի հզորությունը – 19,6 Պֆլոպ/վրկ

Այս սարքի առաջին գործարկումը տեղի է ունեցել 2013 թվականին, Շվեյցարիայում՝ Լուգանո քաղաքում։ Այժմ այս սուպերհամակարգչի աշխարհագրական դիրքը Շվեյցարիայի ազգային գերհամակարգչային կենտրոնն է: Piz Daint-ը վերը նշված մեքենաների բոլոր լավագույն հատկանիշների համակցությունն է, այն ունի շատ բարձր էներգաարդյունավետություն և շատ արագ է հաշվարկներում: Միայն մեկ հատկանիշ է մնում ցանկալի՝ այս սուպերհամակարգչի չափսերը, այն զբաղեցնում է 28 հսկայական դարակ: Piz Daint-ն ունակ է վայրկյանում 19,6 պետաֆլոպ հաշվողական հզորություն:

Գերհամակարգչի հզորությունը – 33,9 Պֆլոպ/վրկ

Այս սարքը ստացել է Tianhe ռոմանտիկ անվանումը, որը չինարեն նշանակում է «Կաթին ճանապարհ»: Tianhe-2-ը ամենաարագ համակարգիչն էր 500 ամենաարագ և հզոր գերհամակարգիչների ցանկում։ Այն կարող է հաշվարկել 2507 թվաբանական գործողություն, որը պետաֆլոպսում կազմում է 33,9 Pflops/վրկ։ Մասնագիտությունը, որում օգտագործվում է այս համակարգիչը, շինարարությունն է, այն հաշվարկում է ճանապարհների կառուցման և տեղադրման հետ կապված գործառնությունները: 2013 թվականին իր առաջին գործարկումից ի վեր այս համակարգիչը չի կորցրել իր դիրքերը ցուցակներում, ինչը վկայում է, որ այն աշխարհի լավագույն մեքենաներից մեկն է։

Գերհամակարգչի հզորությունը – 93 Pflop/վրկ

Sunway TaihuLight-ը աշխարհի ամենաարագ սուպերհամակարգիչն է, բացի իր հաշվողական ահռելի արագությունից, այն հայտնի է նաև իր հսկայական չափսերով՝ այն զբաղեցնում է ավելի քան 1000 քառակուսի մետր տարածք։ 2016 թվականի միջազգային համաժողովը, որը տեղի ունեցավ Գերմանիայում, այս սուպերհամակարգիչը ճանաչեց աշխարհում ամենաարագընթացը, և այն դեռևս չունի լուրջ մրցակից այս առումով։ Նրա արագությունը երեք անգամ ավելի բարձր է, քան Tianhe-2-ը՝ այս առումով ամենամոտ սուպերհամակարգիչը:

Տեխնոլոգիական առաջընթացը կանգ չի առնում, այն զարգանում է տիեզերական արագությամբ, ազդում է մարդկային կյանքի բազմաթիվ ասպեկտների վրա և ունի բազմաթիվ դրական և բացասական կողմեր։ Այժմ մարդկանց համար հասանելի են դարձել տարբեր տեսակի տեխնոլոգիաներ՝ համակարգիչներ, ռոբոտներ և գործիքներ: Բայց ցանկացած սարքավորման հիմնական նպատակը մարդու կյանքը պարզեցնելն է, տեխնոլոգիան չպետք է դառնա անիմաստ զվարճանք, որը միայն կկորցնի ձեր ժամանակը: