СУПЕРКОМПЬЮТЕР

082.- Суперкомпьютер

Суперкомпьютер (англ. SupercomputerСверхЭВМСуперЭВМсверхвычислитель) — специализированная вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам и скорости вычислений большинство существующих в мире компьютеров.

Как правило, современные суперкомпьютеры представляют собой большое число высокопроизводительных серверных компьютеров, соединённых друг с другом локальной высокоскоростной магистралью для достижения максимальной производительности в рамках реализации распараллеливания вычислительной задачи.

Определение понятия «суперкомпьютер» не раз было предметом многочисленных споров и обсуждений.

Чаще всего авторство термина приписывается Джорджу Майклу (George Anthony Michael) и Сиднею Фернбачу (Sidney Fernbach), в конце 60-х годов XX века работавшим в Ливерморской национальной лаборатории, и компании CDC. Тем не менее ещё в 1920 году газета New York World[en] рассказывала о «супервычислениях», выполнявшихся при помощи табулятора IBM, собранного по заказу Колумбийского университета.

В общеупотребительный лексикон термин «суперкомпьютер» вошёл благодаря распространённости компьютерных систем Сеймура Крэя, таких как, CDC 6600CDC 7600Cray-1Cray-2Cray-3[en] и Cray-4[en]. Сеймур Крэй разрабатывал вычислительные машины, которые по сути становились основными вычислительными средствами правительственных, промышленных и академических научно-технических проектов США с середины 60-х годов до 1996 года. Шуточным определением термина «суперкомпьютер» тех лет было «любой компьютер, который создал Сеймур Крэй». Сам Крэй никогда не называл свои детища суперкомпьютерами, предпочитая называть их просто компьютерами.

Компьютерные системы Крэя удерживались на вершине рынка в течение 5 лет с 1985 по 1990 годы80-е годы XX века охарактеризовались появлением множества небольших конкурирующих компаний, занимающихся созданием высокопроизводительных компьютеров, однако к середине 90-х большинство из них оставили эту сферу деятельности, что даже заставило обозревателей заговорить о «крахе рынка суперкомпьютеров».

Ныне каждый суперкомпьютер представляет собой уникальную систему, создаваемую одним из «традиционных» игроков компьютерной индустрии (например: IBMHewlett-PackardNEC и другими), которые приобрели множество ранних компаний, вместе с их опытом и технологиями. Компания Cray по-прежнему занимает достойное место в ряду производителей суперкомпьютеров.

Из-за большой гибкости самого термина до сих пор распространены довольно нечёткие представления о понятии «суперкомпьютер». Шуточная классификация Гордона Белла и Дона Нельсона, разработанная приблизительно в 1989 году, предлагала считать суперкомпьютером любой компьютер, весящий более тонны. И хотя современные суперкомпьютеры действительно весят более 1 тонны, однако далеко не каждый тяжеловесный компьютер достоин чести считаться суперкомпьютером. В общем случае, суперкомпьютер — это компьютер намного более мощный, чем доступные для большинства пользователей машины. Однако, с этим определением также есть проблема, так как из-за технического прогресса, суперкомпьютеры-лидеры быстро сдают лидерские позиции.

Архитектура также не может считаться признаком принадлежности к классу суперкомпьютеров. Ранние компьютеры CDC были обычными машинами, всего лишь оснащёнными быстрыми для своего времени скалярными процессорами, скорость работы которых была в несколько десятков раз выше, чем у компьютеров, предлагаемых другими компаниями.

Большинство суперкомпьютеров 70-х оснащались векторными процессорами, а к началу и середине 80-х небольшое число (от 4 до 16) параллельно работающих векторных процессоров практически стало стандартной основой конфигурацией суперкомпьютеров. Конец 80-х и начало 90-х годов охарактеризовались сменой магистрального направления развития суперкомпьютеров от векторно-конвейерной обработки к большому и сверхбольшому числу параллельно соединённых скалярных процессоров.

Массово-параллельные системы стали объединять в себе сотни и даже тысячи отдельных процессорных элементов, причём ими могли служить не только специально разработанные, но и массово производимые и, следовательно, доступные в свободной продаже процессоры. Большинство массово-параллельных компьютеров создавалось на основе мощных процессоров с архитектурой RISC, наподобие PowerPC или PA-RISC.

В конце 90-х годов высокая стоимость специализированных суперкомпьютерных систем и нарастающая потребность разных слоёв общества в доступных вычислительных ресурсах привели к широкому распространению компьютерных кластеров. Для этого класса систем характерно использование отдельных узлов на основе дешёвых и широко доступных компьютерных комплектующих для серверов и персональных компьютеров и объединённых при помощи мощных коммуникационных систем и специализированных программно-аппаратных решений. Несмотря на кажущуюся простоту, кластеры довольно быстро заняли достаточно большой сегмент суперкомпьютерной индустрии, обеспечивая высочайшую производительность при минимальной стоимости системы.

В настоящее время суперкомпьютерами принято называть компьютеры с огромной вычислительной мощностью. Такие машины используются для выполнения программ, реализующих наиболее интенсивные вычисления (например, прогнозирование погодно-климатических условий, моделирование ядерных взрывов и т. п.), что в том числе отличает их от серверов и мэйнфреймов (англ. mainframe) — компьютеров с высокой общей производительностью, призванных решать типовые задачи (например, обслуживание больших баз данных или одновременная работа с множеством пользователей).

Иногда суперкомпьютер выполняет одну-единственную программу, использующую всю доступную память и все процессоры системы. В иных случаях они обеспечивают выполнение большого числа разнообразных прикладных программ.

Суперкомпьютеры выполняют столько операций в секунду, что для их описания используются числа, которые в быту никто не произносит. Для чего же нужна такая скорость?

Развитие технологий происходит в некотором смысле незаметно. Всего чуть более 50 лет назад человек ступил на поверхность Луны. В этом ему помогла техника, которая по сегодняшним меркам просто смехотворно слаба. Обычный мобильный телефон сегодня в миллионы раз мощнее, чем вся техника НАСА, использованная для полета корабля Аполлон-11 в 1969 году.

Обывателям неизвестно над какими задачами работают компьютерные инженеры сегодня. Да что там, зачастую мы не замечаем, как тот или иной умный прибор прочно входит в нашу жизнь. Вот смартфоны, планшеты и смарт-браслеты – такие привычные вещи, о которых еще 15 лет назад простой человек не мог и мечтать.

Что же считается передовой вычислительной техникой сегодня? Однозначно суперкомпьютеры.

Как и домашний ПК, суперкомпьютер выполняет функции по хранению и обработке данных, только в других масштабах. Он состоит из нескольких кластеров вычислительных блоков, которые выполняют операции в миллионы раз быстрее, чем обычный ноутбук или настольный ПК.

Если раньше скорость работы компьютеров измерялась в IPS (инструкции в секунду), то для суперкомпьютеров пришлось изобретать новую единицу – FLOPS, то есть операции с плавающей запятой в секунду. Чем это число выше, тем компьютер мощнее.

На момент написания этой статьи самым быстрым в мире суперкомпьютером является Frontier, разработанный компанией Hewlett Packard Enterprise со штаб-квартирой в штате Теннесси, США. Его строительство обошлось в колоссальную сумму – 600 миллионов долларов, а каждый из его 74 блоков весит по 3,5 тонны.

Интересно, что лидером мощности он стал лишь в 2022 году, когда сместил с первого места японский суперкомпьютер Fugaku. Frontier – первый в мире экзафлопсный суперкомпьютер: он выполняет один экзафлопс операций с плавающей запятой в секунду (EFLOPS), что равняется одному квинтиллиону.

Квинтиллион – миллиард миллиардов, единица с 18 нулями.

Для сравнения: скорость самого мощного чипа Apple M1 Ultra составляет около 21 терафлопс (один триллион FLOPS). Число огромное, это факт. Но удивительно то, что еще в 2002 году был компьютер, который развивал скорость еще больше – суперкомпьютер Earth Simulator японского технологического гиганта NEC Corporation. Его скорость была около 36 терафлопс!

Ссылки:

МЫ В СОЦСЕТЯХ