Lucrați în cele mai puternice sisteme. BBS GROUP Integrator de sistem

Majoritatea oamenilor asociază cuvântul „calculator” în primul rând cu computerele personale, care pot fi văzute astăzi nu numai în orice birou, ci și în multe apartamente. Cu toate acestea, nu trebuie să uităm că un computer este doar o parte din lumea computerelor, unde există sisteme de calcul mult mai puternice și complexe, care sunt inaccesibile pentru utilizatorul obișnuit.

Mulți oameni au auzit probabil de un computer numit Deep Blue, care l-a învins pe însuși Garry Kasparov în 1997. Este clar intuitiv că o astfel de mașină nu ar putea fi un simplu computer personal. Un alt exemplu este computerul autohton MVS-1000 cu o capacitate de 200 de miliarde de operațiuni pe secundă, instalat recent la Centrul Interdepartamental de Supercomputer din Moscova. În plus, din când în când apar rapoarte în presă despre livrările ilegale de echipamente informatice către Rusia, care fac obiectul unui embargo de către guvernul american.

Pentru mulți, astfel de computere rămân un secret sigilat, înconjurate de un halou de asocieri cu ceva foarte mare: dimensiuni uriașe, sarcini extrem de complexe, firme și companii mari, viteze incredibile etc. Într-un cuvânt, un super-computer, ceva îndepărtat și inaccesibil. Între timp, dacă ați folosit vreodată serviciile unor motoare de căutare serioase pe Internet, ați avut de-a face, fără să știți, cu una dintre aplicațiile tehnologiilor supercomputerelor.

Ce este un supercomputer?
Se crede că supercalculatoarele sunt computere cu performanțe maxime. Cu toate acestea, dezvoltarea rapidă a industriei calculatoarelor face ca acest concept să fie foarte, foarte relativ: ceea ce în urmă cu zece ani se putea numi supercomputer, astăzi nu se mai încadrează în această definiție. Performanța primelor supercomputere de la începutul anilor 70 a fost comparabilă cu performanța PC-urilor moderne bazate pe procesoare Pentium tradiționale. După standardele de astăzi, nici unul, nici celălalt, desigur, nu aparțin supercalculatoarelor.

În orice computer, toți parametrii principali sunt interconectați. Este greu de imaginat un computer universal care are performanțe ridicate și RAM redusă, sau RAM uriașă și un spațiu mic pe disc. De aici concluzia simplă: un super-computer este un computer care nu are doar performanță maximă, ci și cantitatea maximă de RAM și memorie de disc în combinație cu software specializat cu care acest monstru poate fi folosit eficient.

Ei au încercat în mod repetat să dea definiții universale supercalculatoarelor - uneori s-au dovedit a fi serioși, alteori ironici. De exemplu, s-a propus odată ca o mașină care cântărește mai mult de o tonă să fie considerată un supercomputer. Cu câțiva ani în urmă, a fost propusă următoarea opțiune: un supercomputer este un dispozitiv care reduce problema de calcul la o problemă de intrare/ieșire. De fapt, sarcinile care anterior durau mult timp pentru a calcula sunt finalizate instantaneu pe un supercomputer, iar aproape tot timpul este acum cheltuit pe proceduri mai lente de introducere și ieșire a datelor, care sunt de obicei efectuate la aceeași viteză.

Deci, ce este un supercomputer modern? Cel mai puternic computer de astăzi este sistemul Intel ASCI RED, construit pentru Departamentul de Energie al SUA. Pentru a ne imagina capabilitățile acestui supercomputer, este suficient să spunem că combină 9632 (!) procesoare Pentium Pro, are peste 600 GB de RAM și o performanță totală de 3200 de miliarde de operații pe secundă. O persoană ar dura 100.000 de ani pentru a efectua, chiar și cu un calculator, toate operațiunile pe care le face acest computer în doar 1 secundă!

Crearea unui astfel de sistem de calcul este ca și cum a construi o întreagă fabrică cu propriile sisteme de răcire, sursă de alimentare neîntreruptibilă etc. Este clar că orice supercomputer, chiar și într-o configurație mai moderată, ar trebui să coste mai mult de un milion de dolari SUA: doar pentru distracție, estimați cât costă, să zicem, doar 600 GB de RAM? Întrebarea firească este: ce sarcini sunt atât de importante încât necesită calculatoare de mai multe milioane de dolari? Sau alta: ce sarcini sunt atât de complexe încât un Pentium III bun nu este suficient pentru a le rezolva?

Avem nevoie de supercalculatoare?
Se pare că există o serie de probleme vitale care pur și simplu nu pot fi rezolvate fără utilizarea tehnologiilor supercomputerelor.

Să luăm, de exemplu, Statele Unite, care sunt lovite de tornade distructive de două ori pe an. Ei mătură orașele în calea lor, ridică mașini și autobuze în aer și fac râurile să-și reverse malurile, inundând astfel teritorii gigantice. Combaterea tornadelor este o parte semnificativă a bugetului american. Numai statul Florida, care este aproape de locul unde provin aceste tornade, a cheltuit peste 50 de miliarde de dolari pentru eforturile de urgență în ultimii ani. Guvernul nu economisește cheltuieli pentru introducerea tehnologiei care ar face posibilă prezicerea apariției unei tornade și determinarea unde va ajunge.

Cum se calculează o tornadă? Evident, pentru aceasta este necesar să se rezolve problema schimbărilor climatice locale, adică problema mișcării maselor de aer și a distribuției căldurii într-o anumită regiune. În principiu, acest lucru nu este dificil, dar în practică apar două probleme. Problema unu: pentru a observa apariția unei tornade, este necesar să se efectueze calcule la dimensiuni caracteristice formării acesteia, adică la distanțe de aproximativ doi kilometri. A doua dificultate este legată de stabilirea corectă a condițiilor inițiale și limită. Cert este că temperatura la granițele regiunii care te interesează depinde de ceea ce se întâmplă în regiunile învecinate. Raționând în continuare, este ușor de observat că nu putem rezolva problema tornadei fără a avea date despre clima de pe întregul Pământ. Clima de pe planetă poate fi calculată, ceea ce se face în fiecare zi în toate țările pentru a compila prognoze meteo pe termen mediu. Cu toate acestea, resursele disponibile permit calcule doar cu pași foarte mari - zeci și sute de kilometri. Este clar că o astfel de prognoză nu are nimic de-a face cu prezicerea tornadelor.

Este necesar să combinați două sarcini aparent prost compatibile: calculul global, unde pasul este foarte mare, și local, unde pasul este foarte mic. Acest lucru se poate face, dar numai adunând resurse de calcul cu adevărat fantastice. O dificultate suplimentară este că calculele nu ar trebui să dureze mai mult de 4 ore, deoarece după 5 ore imaginea vremii este complet neclară, iar tot ceea ce calculezi nu mai are nimic de-a face cu realitatea. Este necesar nu numai să procesați o cantitate mare de date, ci și să o faceți suficient de rapid. Numai supercalculatoarele pot face asta.

Prognoza meteo este departe de a fi singurul exemplu de utilizare a supercalculatoarelor. Astăzi, explorarea seismică, industria petrolului și gazelor, industria auto, proiectarea dispozitivelor electronice, farmacologia, sinteza de noi materiale și multe alte industrii nu se pot face fără ele.

Astfel, conform Ford, pentru a efectua teste de impact, în care mașini reale se ciocnesc de un perete de beton în timp ce măsoară parametrii necesari, filmează și apoi procesează rezultatele, ar fi nevoie de 10 până la 150 de prototipuri pentru fiecare model nou. În acest caz, costurile totale ar varia între 4 și 60 de milioane de dolari. Utilizarea supercalculatoarelor a redus numărul de prototipuri cu o treime.

Supercomputerele au ajutat celebra companie DuPont să sintetizeze un material care înlocuiește clorofluorocarbura. A fost necesar să se găsească un material care să aibă aceleași calități pozitive: neinflamabilitate, rezistență la coroziune și toxicitate scăzută, dar fără efecte nocive asupra stratului de ozon al Pământului. Într-o săptămână, calculele necesare au fost efectuate pe un supercomputer cu un cost total de aproximativ 5 mii de dolari. Potrivit experților DuPont, utilizarea metodelor tradiționale de cercetare experimentală ar necesita 50 de mii de dolari și aproximativ trei luni de muncă - iar acest lucru nu ține cont de timpul necesar pentru a sintetiza și purifica cantitatea necesară de substanță.

De ce supercalculatoarele calculează atât de repede?
Deci, vedem că astăzi chiar nu ne putem lipsi de supercalculatoare. Mai rămâne o întrebare de clarificat: de ce se numără atât de repede? Acest lucru se poate datora, în primul rând, dezvoltării bazei de elemente și, în al doilea rând, utilizării de noi soluții în arhitectura computerelor.

Să încercăm să ne dăm seama care dintre acești factori este decisiv pentru obținerea unei performanțe record. Să ne întoarcem la faptele istorice cunoscute. Pe unul dintre primele computere din lume, EDSAC, care a apărut în 1949 la Cambridge și avea un timp de ceas de 2 microsecunde (2·10-6 secunde), a fost posibilă efectuarea a 2n operații aritmetice în 18n milisecunde, adică în medie. 100 de operații aritmetice pe secundă. Să comparăm cu un nod de calcul al unui supercomputer modern Hewlett-Packard V2600: timpul de ceas este de aproximativ 1,8 nanosecunde (1,8 10-9 secunde), iar performanța maximă este de aproximativ 77 de miliarde de operații aritmetice pe secundă.

Ce se întâmplă? Peste o jumătate de secol, performanța computerului a crescut de peste șapte sute de milioane de ori. În același timp, câștigul de performanță asociat cu reducerea timpului ciclului de ceas de la 2 microsecunde la 1,8 nanosecunde este de numai aproximativ 1000 de ori. De unde a venit restul? Răspunsul este evident - prin utilizarea de noi soluții în arhitectura computerelor. Locul principal printre ele este ocupat de principiul procesării paralele a datelor, care întruchipează ideea executării simultane (paralele) a mai multor acțiuni.

Există două metode de procesare paralelă: paralelă reală și conductă. Ambele metode sunt complet intuitive, așa că vom face doar mici explicații.

Procesare paralelă
Pentru simplitate, să presupunem că un anumit dispozitiv efectuează o operație pe ciclu de ceas. În acest caz, un astfel de dispozitiv va efectua o mie de operații într-o mie de cicluri de ceas. Dacă există cinci dispozitive independente identice capabile să funcționeze simultan, atunci un sistem de cinci dispozitive poate efectua aceeași mie de operații nu într-o mie, ci în două sute de cicluri de ceas. În mod similar, un sistem de N dispozitive va efectua aceeași muncă în cicluri 1000/N. Exemple similare pot fi găsite în viață: dacă un soldat sapă un șanț în 10 ore, atunci o companie de cincizeci de soldați cu aceleași abilități, lucrând simultan, va face față aceleiași lucrări în 12 minute - principiul paralelismului în acțiune!

Apropo, pionierul procesării paralele a fluxurilor de date a fost academicianul A. A. Samarsky, care a efectuat calculele necesare pentru a simula exploziile nucleare la începutul anilor '50. Samarsky a rezolvat această problemă folosind metoda grilei, așezând câteva zeci de domnișoare cu mașini de adăugare la mese (noduri de grilă). Doamnele și-au transmis date între ele pur și simplu în cuvinte și au scris numerele necesare pe mașinile de adăugare. Astfel, în special, a fost calculată evoluția undei de explozie. Era multă muncă, domnișoarele erau obosite, iar Alexander Andreevici a mers printre ele și le-a încurajat. Astfel, s-ar putea spune, a fost creat primul sistem paralel. Deși calculele pentru bomba cu hidrogen au fost efectuate cu pricepere, precizia lor s-a dovedit a fi foarte scăzută, deoarece erau puține noduri în grila utilizată, iar timpul de calcul a fost prea lung.

Prelucrare transportoare
Ce este necesar pentru a adăuga două numere reale reprezentate sub formă de virgulă mobilă? O mulțime de operațiuni mici, cum ar fi compararea comenzilor, alinierea comenzilor, adăugarea de mantise, normalizarea etc. Procesoarele primelor calculatoare au efectuat toate aceste „micro-operații” pentru fiecare pereche de termeni secvenţial, unul după altul, până când au ajuns la rezultatul final și abia apoi au trecut la procesarea următoarei perechi de termeni.

Ideea procesării conductei este de a împărți o operațiune în etape separate sau, așa cum se numește în mod obișnuit, etape transportoare. Fiecare etapă, după ce și-a încheiat activitatea, transmite rezultatul la următoarea etapă, în timp ce primește simultan o nouă porțiune de date de intrare. Există un câștig evident în viteza de procesare. De fapt, să presupunem că în operația de adăugare există cinci micro-operații, fiecare dintre acestea fiind efectuată într-un ciclu de ceas al computerului. Dacă există un dispozitiv de adăugare secvenţial indivizibil, atunci va procesa 100 de perechi de argumente în 500 de cicluri de ceas. Dacă acum fiecare microoperație este convertită într-o etapă separată a dispozitivului transportor, atunci în al cincilea ciclu de ceas primele cinci perechi de argumente se vor afla în diferite etape de procesare, iar apoi dispozitivul transportor va produce rezultatul următoarei adăugări la fiecare ceas. ciclu. Evident, întregul set de o sută de perechi de termeni va fi procesat în 104 unități de timp - o accelerare față de un dispozitiv serial de aproape cinci ori (în ceea ce privește numărul de etape de conductă).

Ideea procesării paralele a apărut cu mult timp în urmă. Inițial, acestea au fost implementate în cele mai avansate, și, prin urmare, singure, computere din vremea lor. Apoi, după o dezvoltare adecvată a tehnologiei și o producție mai ieftină, s-au coborât la calculatoarele din clasa de mijloc și, în cele din urmă, astăzi toate acestea sunt întruchipate pe deplin în stațiile de lucru și computerele personale. Toate microprocesoarele moderne, fie ele Pentium III sau PA-8600, E2K sau Power2 SuperChip, folosesc unul sau altul tip de procesare paralelă.

Pentru a fi din nou convinși că totul nou este bine uitat vechi, sunt suficiente doar câteva exemple. Deja în 1961, a fost creat computerul IBM STRETCH, care are două caracteristici fundamentale importante: anticipare pentru preluarea comenzilor (în care comenzile executate ulterior sunt citite simultan cu cea actuală) și stratificarea memoriei în două bănci - implementarea paralelismului în timpul lucrului. cu memorie. În 1963, computerul ATLAS a fost dezvoltat la Universitatea din Manchester, folosind principiul conductei de execuție a comenzilor. Execuția instrucțiunilor este împărțită în patru etape: preluarea instrucțiunilor, calcularea adresei operandului, preluarea operandului și execuția operației. Acest lucru a făcut posibilă reducerea timpului de execuție a comenzii de la o medie de 6 la 1,6 microsecunde. În 1969, Control Data Corporation a lansat computerul CDC-7600 cu opt unități funcționale de conducte independente.

Supercalculatoare moderne
Ce se folosește în lume acum? În ce direcții se îndreaptă dezvoltarea tehnologiei de calcul de înaltă performanță? Există patru astfel de direcții.

Calculatoare transportoare vectoriale
Două caracteristici principale ale unor astfel de mașini: prezența dispozitivelor funcționale transportoare și un set de comenzi vectoriale. Spre deosebire de comenzile convenționale, comenzile vectoriale operează pe matrice întregi de date independente, adică o comandă precum A=B+C poate însemna adăugarea a două matrice, nu a două numere. Un reprezentant tipic al acestei direcții este familia CRAY de calculatoare vector-pipeline, care include, de exemplu, CRAY EL, CRAY J90, CRAY T90 (în luna martie a acestui an, compania americană TERA a cumpărat divizia CRAY de la Silicon Graphics, Inc. .).

Calculatoare masiv paralele cu memorie distribuită
Ideea de a construi computere din această clasă este banală: microprocesoarele seriale sunt conectate folosind echipamente de rețea - asta este tot. Această arhitectură are multe avantaje: dacă este nevoie de performanțe ridicate, atunci pot fi adăugate procesoare, iar dacă finanțele sunt limitate sau puterea de calcul necesară este cunoscută dinainte, atunci este ușor să selectați configurația optimă. Această clasă include și rețele simple de calculatoare, care astăzi sunt din ce în ce mai văzute ca o alternativă ieftină la supercalculatoarele extrem de scumpe. (Desigur, scrierea unui program paralel eficient pentru astfel de rețele este destul de dificilă și, în unele cazuri, pur și simplu imposibilă). Calculatoarele masiv paralele includ Intel Paragon, ASCI RED, IBM SP1, Parsytec și, într-o oarecare măsură, IBM SP2 și CRAY T3D/T3E.

Calculatoare paralele cu memorie partajată
Toată memoria RAM din astfel de computere este partajată de mai multe procesoare identice care accesează memoria de disc partajată. Practic, nu există probleme cu schimbul de date între procesoare și sincronizarea muncii lor. Cu toate acestea, principalul dezavantaj al acestei arhitecturi este că, din motive pur tehnice, numărul de procesoare cu acces la memoria partajată nu poate fi mărit. Această linie de supercomputere include multe computere moderne SMP (Symmetric Multi Processing), de exemplu serverul HP9000 N-class sau Sun Ultra Enterprise 5000.

Calculatoare în cluster
Această clasă de supercalculatoare, strict vorbind, nu poate fi numită independentă; mai degrabă, este o combinație a celor trei anterioare. Un nod de calcul este format din mai multe procesoare, tradiționale sau vector-pipeline, și memoria lor comună. Dacă puterea unui nod nu este suficientă, se creează un cluster din mai multe noduri conectate prin canale de mare viteză. CRAY SV1, HP Exemplar, Sun StarFire, NEC SX-5, cele mai recente modele IBM SP2 și altele sunt construite pe acest principiu. În prezent, această direcție este considerată cea mai promițătoare.

De două ori pe an, este întocmită o listă cu cele mai puternice cinci sute de instalații de calcul din lume (poate fi vizualizată pe Internet la http://parallel.ru/top500.html). Conform celei mai recente ediții a topului top500, lansată în noiembrie anul trecut, computerul Intel ASCI Red masiv paralel se află pe primul loc. Pe locul doi se află computerul ASCI Blue-Pacific de la IBM, care combină procesoare 5808 PowerPC 604e/332MHz. Ambele supercalculatoare au fost create ca parte a programului național american Advanced Strategic Computing Initiative, a cărui abreviere este prezentă în nume. Performanța computerului care se află pe ultimul loc, pe locul 500, pe lista celor mai puternice este de 33,4 miliarde de operații pe secundă.

Dacă puterea computerelor existente este uimitoare, atunci ce putem spune despre planuri. În decembrie 1999, IBM a anunțat un nou proiect de cercetare în valoare de aproximativ 100 de milioane de dolari pentru a construi un supercalculator cu performanțe de 500 de ori mai mari decât cele mai puternice computere de astăzi. Calculatorul, cu numele de cod Blue Gene, va avea o performanță de aproximativ 1 PETAFLOPS (1015 operații pe secundă) și va fi folosit pentru a studia proprietățile moleculelor de proteine. Se presupune că fiecare procesor Blue Gene individual va avea o performanță de aproximativ 1 GFLOPS (109 operații pe secundă). 32 de astfel de procesoare vor fi plasate pe un cip. Placa compactă de 2x2 picioare va conține 64 de cipuri, ceea ce este la fel de puternic ca și supercalculatoarele ASCI menționate anterior, care ocupă o suprafață de 8.000 de metri pătrați. Mai mult, 8 dintre aceste carduri vor fi plasate într-un rack de 6 picioare, iar întregul sistem va fi format din 64 de rack-uri cu o performanță totală de 1 PFLOPS. Fantastic!

Clusterul de calcul al Universității de Stat din Moscova. M.V. Lomonosov - cost minim, performanță supercomputer. În prezent, acesta este cel mai puternic sistem de calcul instalat la o universitate rusă.

Supercalculatoare în Rusia
Ideea de a ne construi propriile sisteme de supercomputer a existat întotdeauna în Rusia. În 1966, M.A. Kartsev a propus ideea de a crea un complex de calcul multi-mașină M-9, cu o productivitate de aproximativ un miliard de operațiuni pe secundă. La acea vreme, niciuna dintre mașinile din lume nu funcționa cu atâta viteză. Cu toate acestea, în ciuda evaluării pozitive a ministerului, complexul M-9 nu a primit dezvoltare industrială.

Lucrările la crearea sistemelor de supercomputer și a centrelor de supercomputer sunt în curs de desfășurare în Rusia astăzi. Cea mai cunoscută este linia de supercomputere autohtone MVS-1000, creată în cooperare cu institutele de cercetare ale Academiei Ruse de Științe și Industrie. Supercomputerul liniei MVS-1000 este o matrice multiprocesor combinată cu memorie externă de disc, dispozitive de intrare/ieșire a informațiilor și un computer de control. Calculatoarele MVS-1000 folosesc microprocesoare Alpha 21164 (dezvoltate de DEC-Compaq) cu o performanță de până la 1-2 miliarde de operațiuni pe secundă și 0,1-2 GB RAM.

Gama de probleme științifice și practice rezolvate pe un astfel de computer poate fi foarte mare: calculul debitelor instabile tridimensionale de gaz vâsco-compresibil, calculele debitelor cu neomogenități termice locale în flux, modelarea formării structurii și dinamica moleculară și sisteme biomoleculare, rezolvarea problemelor de jocuri diferențiale liniare, calculul deformațiilor corpurilor solide ținând cont de procesele de distrugere și multe altele. Unul dintre cele mai puternice sisteme ale liniei MVS-1000, instalat la Centrul Interdepartamental de Supercomputer, conține 96 de procesoare.

Recent, în Rusia, precum și în întreaga lume, a fost utilizată în mod activ o abordare cluster a construcției de supercomputere. Calculatoarele și stațiile de lucru standard sunt achiziționate și combinate într-un sistem de calcul paralel folosind instrumente de rețea standard. Această cale a fost urmată și, trebuie să spun, cu succes, de Centrul de Cercetare în Calcul al Universității de Stat din Moscova. M.V. Lomonosov, care a creat un cluster de 12 servere Excimer cu dublu procesor bazate pe Intel Pentium III/500MHz (24 de procesoare în total, mai mult de 3 GB RAM, 66 GB memorie pe disc). Astăzi este cea mai mare unitate de calcul dintr-o universitate rusă, concepută pentru a sprijini cercetarea și educația științifică fundamentală. La un cost minim, clusterul de calcul al Centrului de Calcul de Cercetare al Universității de Stat din Moscova arată o performanță de 5,7 miliarde de operații pe secundă atunci când rezolvă un sistem de ecuații algebrice liniare cu o matrice densă de 16000x16000 în dimensiune! În viitor, este planificată creșterea semnificativă a capacității clusterului atât prin adăugarea de noi procesoare, cât și prin modernizarea nodurilor de calcul.

În loc de concluzie
Din păcate, miracolele se întâmplă rar în viața noastră. Performanța enormă a computerelor paralele și a supercalculatoarelor este mai mult decât compensată de complexitatea utilizării lor. Ce folos, uneori chiar și întrebările care apar în jurul supercomputerelor sunt nedumerite. Crezi că afirmația este adevărată: cu cât computerul este mai puternic, cu atât mai rapid poate rezolva o anumită problemă? Ei bine, desigur că nu... Un exemplu simplu de zi cu zi. Dacă un săpător sapă o groapă în 1 oră, atunci doi săpători vor face față sarcinii în 30 de minute - încă poți să crezi. Cât timp vor dura 60 de excavatori pentru a face această treabă? Serios într-un minut? Desigur că nu! Pornind de la un anumit punct, pur și simplu vor interfera unul cu celălalt, nu accelerând, ci încetinind procesul. La fel este și în computere: dacă sarcina este prea mică, atunci vom petrece mai mult timp distribuind munca, sincronizând procesele, adunând rezultate etc., decât activități direct utile.

Dar toate problemele care însoțesc un supercomputer, desigur, sunt rezolvate. Da, utilizarea supercalculatoarelor este mai dificilă decât utilizarea unui computer personal: sunt necesare cunoștințe și tehnologie suplimentare, specialiști înalt calificați și o infrastructură informațională mai complexă. Scrierea unui program paralel eficient este mult mai dificilă decât scrierea unuia secvenţial, şi într-adevăr crearea de software pentru calculatoare paralele este problema centrală a supercalculaturii. Dar astăzi nu ne putem lipsi de supercalculatoare și este îmbucurător faptul că în țara noastră există o înțelegere a necesității dezvoltării acestor tehnologii. Astfel, în noiembrie anul trecut, la Prezidiul Academiei Ruse de Științe a avut loc deschiderea unui centru interdepartamental de supercalculatoare. Centrele de supercalculatoare sunt în proces de formare în Dubna, Cernogolovka și Institutul de Matematică Aplicată al Academiei Ruse de Științe. M. V. Keldysh, Institutul de Modelare Matematică al Academiei Ruse de Științe, Universitatea de Stat din Moscova. M. V. Lomonosov. O linie de supercalculatoare domestice MVS-1000 a fost creată și este în curs de dezvoltare. Centrul de Informare și Analitică pentru Calcul Paralel pe Internet WWW.PARALLEL.RU își dezvoltă activ activitățile, oferind suport informațional pentru multe proiecte rusești. Altfel este imposibil. Calculul paralel și computerele paralele sunt o realitate și asta este pentru totdeauna.
Doctor în științe fizice și matematice V. Voevodin

Supercomputerul Titan

Oamenii încă nu zboară pe Marte, cancerul nu a fost încă vindecat și nu am scăpat de dependența de petrol. Și totuși există domenii în care umanitatea a făcut progrese incredibile în ultimele decenii. Puterea de calcul a computerelor este doar una dintre ele.

De două ori pe an, experții de la Laboratorul Național Lawrence Berkeley și de la Universitatea din Tennessee publică Top 500, care oferă o listă cu cele mai puternice supercalculatoare din lume.

Privind puțin în perspectivă, vă sugerăm să gustați din timp aceste cifre: productivitatea reprezentanților primilor zece se măsoară în zeci de cvadrilioane de flops. Spre comparație: ENIAC, primul computer din istorie, avea o putere de 500 de flop-uri; Astăzi, computerul personal mediu are sute de gigaflopi (miliarde de flops), iPhone 6 are aproximativ 172 de gigaflopi, iar PS4 are 1,84 teraflopi (trilioane de flops).

Înarmată cu cel mai recent Top 500 din noiembrie 2014, Naked Science a decis să descopere care sunt cele mai puternice 10 supercalculatoare din lume și ce probleme necesită o putere de calcul atât de mare pentru a fi rezolvată.

• Locație: SUA
• Performanță: 3,57 petaflops
• Performanță maximă teoretică: 6,13 petaflopi
• Putere: 1,4 MW

La fel ca aproape toate supercalculatoarele moderne, inclusiv fiecare dintre cele prezentate în acest articol, CS-Storm constă din multe procesoare unite într-o singură rețea de calculatoare bazată pe principiul unei arhitecturi masiv paralele. În realitate, acest sistem este format din multe rafturi („cabinete”) cu electronice (noduri formate din procesoare multi-core), care formează coridoare întregi.

Cray CS-Storm este o serie întreagă de clustere de supercomputere, dar unul dintre ele iese în evidență de restul. Mai exact, este misteriosul CS-Storm, care este folosit de guvernul SUA în scopuri necunoscute și într-o locație necunoscută.

Ce se știe este că oficialii americani au cumpărat extrem de eficient din punct de vedere al consumului de energie (2386 megaflops la 1 Watt) CS-Storm cu un număr total de nuclee de aproape 79 de mii de la compania americană Cray.

Site-ul web al producătorului, însă, spune că clusterele CS-Storm sunt potrivite pentru calcularea de înaltă performanță în domeniile securității cibernetice, inteligenței geospațiale, recunoașterii modelelor, procesării datelor seismice, randării și învățării automate. Undeva în această serie, probabil că utilizarea guvernului CS-Storm sa stabilit.

CRAY CS-STORM

9. Vulcan – Blue Gene/Q

• Locație: SUA
• Performanță: 4,29 petaflopi
• Performanță maximă teoretică: 5,03 petaflopi
• Putere: 1,9 MW

„Vulcan” a fost dezvoltat de compania americană IBM, aparține familiei Blue Gene și se află la Laboratorul Național Lawrence Livermore. Supercomputerul, deținut de Departamentul de Energie al SUA, este format din 24 de rafturi. Clusterul a început să funcționeze în 2013.

Spre deosebire de CS-Storm deja menționat, domeniul de aplicare al lui Vulcan este binecunoscut - diverse cercetări științifice, inclusiv în domeniul energiei, precum modelarea fenomenelor naturale și analiza unor cantități mari de date.

Diverse grupuri științifice și companii pot obține acces la supercomputer prin depunerea unei cereri la Centrul de inovare în calcul de înaltă performanță (Centrul de inovare HPC), cu sediul la același Laborator Național Livermore.

Supercomputerul Vulcan

8. Juqueen – Blue Gene/Q

• Locație: Germania
• Performanță: 5 petaflopi
• Performanță maximă teoretică: 5,87 petaflopi
• Putere: 2,3 MW

De la lansarea sa în 2012, Juqueen a fost al doilea cel mai puternic supercomputer din Europa și primul din Germania. La fel ca și Vulcan, acest cluster de supercomputere a fost dezvoltat de IBM ca parte a proiectului Blue Gene și aparține aceleiași generații Q.

Supercomputerul este situat într-unul dintre cele mai mari centre de cercetare din Europa, în Jülich. Este utilizat în consecință - pentru calcularea de înaltă performanță în diverse cercetări științifice.

supercomputer Juqueen

7. Stampede – PowerEdge C8220

• Locație: SUA
• Performanță: 5,16 petaflopi
• Performanță maximă teoretică: 8,52 petaflopi
• Putere: 4,5 MW

Situat în Texas, Stampede este singurul cluster din top zece din Top 500 care a fost dezvoltat de compania americană Dell. Supercomputerul este format din 160 de rafturi.

Acest supercomputer este cel mai puternic din lume dintre cele folosite exclusiv în scopuri de cercetare. Accesul la facilitățile Stampede este deschis grupurilor științifice. Clusterul este utilizat într-o gamă largă de domenii științifice - de la tomografia precisă a creierului uman și predicția cutremurelor până la identificarea modelelor în structurile muzicale și ale limbajului.

Supercomputer Stampede

6. Piz Daint – Cray XC30

• Locație: Elveția
• Performanță: 6,27 petaflopi
• Performanță maximă teoretică: 7,78 petaflopi
• Putere: 2,3 MW

Centrul Național de Supercomputing Elvețian (CSCS) se mândrește cu cel mai puternic supercomputer din Europa. Piz Daint, numit după muntele alpin, a fost dezvoltat de Cray și aparține familiei XC30, în cadrul căreia este cel mai productiv.

Piz Daint este utilizat în diverse scopuri de cercetare, cum ar fi simulări pe computer în domeniul fizicii înaltelor energii.

Supercomputer Piz Daint

5. Mira – Blue Gene/Q

• Locație: SUA
• Performanță: 8,56 petaflops
• Performanță maximă teoretică: 10,06 petaflopi
• Putere: 3,9 MW

Supercomputerul Mira a fost dezvoltat de IBM ca parte a proiectului Blue Gene în 2012. Divizia de calcul de înaltă performanță a Laboratorului Național Argonne, care găzduiește clusterul, a fost creată cu finanțare guvernamentală. Creșterea interesului pentru tehnologia de supercalculatură de la Washington la sfârșitul anilor 2000 și începutul anilor 2010 se crede că se datorează rivalității cu China în acest domeniu.

Amplasat pe 48 de rafturi, Mira este folosit în scopuri științifice. De exemplu, supercomputerul este folosit pentru modelarea climatică și seismică, ceea ce permite obținerea de date mai precise privind predicția cutremurelor și schimbărilor climatice.

Supercalculatorul Mira

4. K Computer

• Locație: Japonia
• Performanță: 10,51 petaflops
• Performanță maximă teoretică: 11,28 petaflops
• Putere: 12,6 MW

Dezvoltat de Fujitsu și situat la Institutul de Cercetări Fizicochimice din Kobe, K Computer este singurul supercomputer japonez care apare în top zece din Top 500.

La un moment dat (iunie 2011), acest cluster a ocupat prima poziție în clasament, devenind cel mai productiv computer din lume timp de un an. Și în noiembrie 2011, K Computer a devenit primul din istorie care a obținut o putere peste 10 petaflopi.

Supercomputerul este utilizat într-o serie de sarcini de cercetare. De exemplu, pentru prognoza dezastrelor naturale (care este importantă pentru Japonia datorită activității seismice crescute a regiunii și a vulnerabilității mari a țării în caz de tsunami) și modelarea computerizată în domeniul medicinei.

Supercalculatorul K

3. Sequoia – Blue Gene/Q

• Locație: SUA
• Performanță: 17,17 petaflopi
• Performanță maximă teoretică: 20,13 petaflopi
• Putere: 7,8 MW

Cel mai puternic dintre cele patru supercomputere ale familiei Blue Gene/Q, care se află în primele zece clasamente, se află în Statele Unite la Laboratorul Național Livermore. IBM a dezvoltat Sequoia pentru National Nuclear Security Administration (NNSA), care avea nevoie de un computer de înaltă performanță pentru un scop foarte specific: simularea exploziilor nucleare.

De menționat că testele nucleare reale au fost interzise din 1963, iar simularea pe computer este una dintre cele mai acceptabile opțiuni pentru continuarea cercetărilor în acest domeniu.

Cu toate acestea, puterea supercomputerului a fost folosită pentru a rezolva alte probleme mult mai nobile. De exemplu, clusterul a reușit să stabilească recorduri de performanță în modelarea cosmologică, precum și în crearea unui model electrofiziologic al inimii umane.

Supercomputer Sequoia

2. Titan – Cray XK7

• Locație: SUA
• Performanță: 17,59 petaflops
• Performanță maximă teoretică: 27,11 petaflopi
• Putere: 8,2 MW

Cel mai productiv supercomputer creat vreodată în Occident, precum și cel mai puternic cluster de computere sub marca Cray, se află în Statele Unite, la Laboratorul Național Oak Ridge. În ciuda faptului că supercomputerul aflat la dispoziția Departamentului de Energie al SUA este disponibil oficial pentru orice cercetare științifică, în octombrie 2012, când a fost lansat Titan, numărul de aplicații a depășit toate limitele.

Din această cauză, la Laboratorul Oak Ridge a fost convocată o comisie specială, care a selectat doar 6 dintre cele mai „avansate” proiecte din 50 de cereri. Printre acestea, de exemplu, modelarea comportamentului neutronilor chiar în inima unui reactor nuclear, precum și prognozarea schimbărilor climatice globale pentru următorii 1-5 ani.

În ciuda puterii sale de calcul și a dimensiunilor impresionante (404 metri pătrați), Titan nu a rezistat mult pe piedestal. La doar șase luni de la triumful din noiembrie 2012, mândria americană în domeniul calculului de înaltă performanță a fost înlocuită în mod neașteptat de un originar din Est, depășind liderii anteriori ai clasamentului într-un mod fără precedent.

Supercomputerul Titan

1. Tianhe-2 / Calea Lactee-2

• Locație: China
• Performanță: 33,86 petaflopi
• Performanță maximă teoretică: 54,9 petaflopi
• Putere: 17,6 MW

De la prima sa lansare, Tianhe-2, sau Milky Way-2, a fost liderul Top-500 de aproximativ doi ani. Acest monstru este aproape de două ori mai puternic decât numărul 2 în clasament – ​​supercomputerul TITAN.

Dezvoltat de Universitatea de Știință și Tehnologie de Apărare a Armatei Populare de Eliberare și Inspur, Tianhe-2 este format din 16 mii de noduri cu un număr total de nuclee de 3,12 milioane. RAM-ul acestei structuri colosale, care ocupă 720 de metri pătrați, este de 1,4 petabytes, iar dispozitivul de stocare este de 12,4 petabytes.

Calea Lactee 2 a fost concepută la inițiativa guvernului chinez, așa că nu este de mirare că puterea sa fără precedent pare să servească nevoilor statului. S-a declarat oficial că supercomputerul este angajat în diverse simulări, analizând cantități uriașe de date, precum și asigurând securitatea națională a Chinei.

Având în vedere secretul inerent proiectelor militare chineze, se poate doar ghici ce fel de utilizare primește Calea Lactee-2 din când în când în mâinile armatei chineze.

Supercomputerul Tianhe-2

Supercomputerul K Computer, care anterior ocupa primul loc, a fost împins pe locul trei. Performanța sa este de 11,28 Pflops (vezi Figura 1). Să ne amintim că FLOPS (Floating-point Operations Per Second, FLOPS) este o unitate de măsură a performanței computerului, care arată câte operații în virgulă mobilă pe secundă este capabil să efectueze un anumit sistem de calcul.

K Computer este o dezvoltare comună a Institutului de Cercetări Fizice și Chimice Rikagaku Kenkiyo (RIKEN) și Fujitsu. A fost creat ca parte a inițiativei Infrastructurii de calcul de înaltă performanță condusă de Ministerul japonez al Educației, Culturii, Sportului, Științei și Tehnologiei (MEXT). Supercomputerul este instalat pe teritoriul Institutului de Științe Informatice Avansate din orașul japonez Kobe.

Supercomputerul se bazează pe o arhitectură de memorie distribuită. Sistemul constă din peste 80.000 de noduri de calcul și este găzduit în 864 de rafturi, fiecare dintre ele găzduind 96 de noduri de calcul și 6 noduri I/O. Nodurile, fiecare conținând un procesor și 16 GB de RAM, sunt interconectate în conformitate cu topologia „buclă / torus în șase dimensiuni”. Sistemul folosește un total de 88.128 de procesoare SPARC64 VIIIfx cu opt nuclee (705.024 de nuclee) fabricate de Fujitsu folosind tehnologia 45 nm.

Acest supercomputer de uz general oferă niveluri ridicate de performanță și suport pentru o gamă largă de aplicații. Sistemul este utilizat pentru a efectua cercetări în domeniile schimbărilor climatice, prevenirii dezastrelor și medicinei.

Sistemul unic de răcire cu apă reduce probabilitatea defecțiunii echipamentului și reduce consumul total de energie. Economiile de energie sunt realizate prin utilizarea de echipamente foarte eficiente, un sistem de cogenerare a energiei termice și electrice și o serie de panouri solare. În plus, mecanismul de reutilizare a apei uzate de la răcitor reduce impactul negativ asupra mediului.

Clădirea în care se află K Computer este rezistentă la cutremure și poate rezista la cutremure de magnitudine 6 sau mai mare pe scara japoneză (0-7). Pentru a găzdui mai eficient rafturile și cablurile pentru echipamente, etajul al treilea, care măsoară 50 × 60 m, este complet lipsit de coloane portante. Tehnologiile moderne de construcție au făcut posibilă asigurarea unui nivel de încărcare acceptabil (până la 1 t/m2) pentru instalarea de rafturi, a căror greutate poate ajunge la 1,5 tone.

SUPERCOMPUTERUL SEQUOIA

Supercomputerul Sequoia instalat la Laboratorul Național Lawrence Livermore. Lawrence, are o performanță de 16,32 Pflops și ocupă locul al doilea în clasament (vezi Figura 2).

Acest supercomputer petaflop, dezvoltat de IBM pe baza Blue Gene/Q, a fost creat pentru Administrația Națională de Securitate Nucleară din SUA (NNSA) ca parte a programului Advanced Simulation and Computing.

Sistemul este format din 96 de rafturi și 98.304 de noduri de calcul (1024 de noduri per rack). Fiecare nod include un procesor PowerPC A2 cu 16 nuclee și 16 GB de memorie RAM DDR3. În total, sunt folosite 1.572.864 de nuclee de procesor și 1,6 PB de memorie. Nodurile sunt conectate între ele în conformitate cu topologia „torului în cinci dimensiuni”. Suprafața ocupată de sistem este de 280 m2. Consumul total de energie este de 7,9 MW.

Supercomputerul Sequoia a fost primul din lume care a efectuat calcule științifice care necesitau mai mult de 10 Pflopi de putere de calcul. Astfel, sistemul de simulare a cosmologiei HACC a necesitat aproximativ 14 Pflopi la rularea în modul de particule de 3,6 trilioane, iar la rularea codului proiectului Cardiod pentru simularea electrofiziologiei inimii umane, performanța a ajuns la aproape 12 Pflopi.

SUPERCOMPUTERUL TITAN

Supercomputerul Titan, instalat la Laboratorul Național Oak Ridge (ORNL) din SUA, a fost recunoscut drept cel mai rapid supercomputer din lume. În testele de referință Linpack, performanța sa a fost de 17,59 Pflops.

Titan implementează o arhitectură hibridă CPU-GPU (vezi Figura 3). Sistemul este format din 18.688 de noduri, fiecare echipat cu un procesor AMD Opteron cu 16 nuclee și un accelerator grafic Nvidia Tesla K20X. Sunt utilizate în total 560.640 de procesoare. Titan este o actualizare a supercomputerului Jaguar operat anterior de ORNL și ocupă aceleași dulapuri de server (suprafață totală de 404 m2).

Capacitatea de a utiliza sistemele de energie și răcire existente a economisit aproximativ 20 de milioane de dolari în timpul construcției. Consumul de energie al supercomputerului este de 8,2 MW, adică cu 1,2 MW mai mult decât Jaguar, în timp ce performanța sa în operațiuni cu virgulă mobilă este de aproape 10 ori mai mare.

Titan va fi folosit în principal pentru a efectua cercetări în domeniul științei materialelor și energiei nucleare, precum și cercetări legate de îmbunătățirea eficienței motoarelor cu ardere internă. În plus, va fi folosit pentru a modela schimbările climatice și pentru a analiza potențialele strategii pentru a aborda impactul negativ al acesteia.

CEL MAI VERDE SUPERCOMPUTER

Pe lângă ratingul Top500, care vizează identificarea celui mai performant sistem, există un rating Green500, care recunoaște cele mai „verzi” supercomputere. Aici se ia ca bază indicatorul de eficiență energetică (Mflops/W). În acest moment (cea mai recentă lansare a ratingului este noiembrie 2012), liderul Green500 este supercomputerul Beacon (locul 253 în Top500). Indicatorul său de eficiență energetică este de 2499 Mflops/W.

Beacon este alimentat de coprocesoare Intel Xeon Phi 5110P și procesoare Intel Xeon E5-2670, astfel încât performanța de vârf poate atinge 112.200 Gflops cu un consum total de energie de 44,9 kW. Coprocesoarele Xeon Phi 5110P oferă performanțe ridicate cu un consum redus de energie. Fiecare coprocesor are 1 teraflops de putere (dublă precizie) și acceptă până la 8 GB de memorie GDDR5 cu lățime de bandă de 320 Gbps.

Sistemul de răcire pasiv al lui Xeon Phi 5110P este evaluat la 225 W TDP, ceea ce este ideal pentru serverele de înaltă densitate.

SUPERCALCULATOR EURORA

Cu toate acestea, în februarie 2013, au apărut rapoarte conform cărora supercomputerul Eurora, situat în Bologna (Italia), a depășit Beacon în ceea ce privește eficiența energetică (3150 Mflops/watt față de 2499 Mflops/W).

Eurora este construit de Eurotech și este format din 64 de noduri, fiecare dintre ele incluzând două procesoare Intel Xeon E5-2687W, două acceleratoare GPU Nvidia Tesla K20 și alt hardware. Dimensiunile unui astfel de nod nu depășesc dimensiunile unui laptop, dar performanța lor este de 30 de ori mai mare, iar consumul de energie este de 15 ori mai mic.

Eficiența energetică ridicată în Eurora este obținută prin utilizarea mai multor tehnologii. Răcirea cu apă are cea mai mare contribuție. Astfel, fiecare nod de supercomputer este un fel de sandwich: echipament central în partea de jos, un schimbător de căldură cu apă în mijloc și o altă unitate electronică în partea de sus (vezi Figura 4).

Astfel de rezultate ridicate sunt obținute datorită utilizării materialelor cu conductivitate termică bună, precum și a unei rețele extinse de canale de răcire. La instalarea unui nou modul de calcul, canalele acestuia sunt combinate cu canalele sistemului de răcire, ceea ce vă permite să schimbați configurația supercomputerului în funcție de nevoile specifice. Potrivit producătorilor, riscul de scurgeri este eliminat.

Elementele supercomputerelor Eurora sunt alimentate de surse de 48 volți DC, a căror introducere a redus numărul de conversii de energie. În cele din urmă, apa caldă îndepărtată din echipamentele de calcul poate fi folosită în alte scopuri.

CONCLUZIE

Industria supercomputerelor se dezvoltă activ și stabilește din ce în ce mai multe recorduri noi pentru performanță și eficiență energetică. Trebuie remarcat faptul că în această industrie, ca nicăieri altundeva, tehnologiile de răcire cu lichid și de modelare 3D sunt utilizate pe scară largă astăzi, deoarece specialiștii se confruntă cu sarcina de a asambla un sistem de calcul super-puternic care ar putea funcționa într-un volum limitat cu pierderi minime de energie.

Yuri Khomutsky- Inginer șef de proiect la I-Teco. El poate fi contactat la: [email protected]. Articolul folosește materiale de pe portalul de internet despre centrele de date „www.AboutDC.ru - Solutions for Data Centers”.

Oamenii încă nu zboară pe Marte, cancerul nu a fost încă vindecat și nu am scăpat de dependența de petrol. Și totuși există domenii în care umanitatea a făcut progrese incredibile în ultimele decenii. Puterea de calcul a computerelor este doar una dintre ele.

De două ori pe an, experții de la Laboratorul Național Lawrence Berkeley și de la Universitatea din Tennessee publică Top 500, care oferă o listă cu cele mai puternice supercalculatoare din lume.

Privind puțin în perspectivă, vă sugerăm să gustați din timp aceste cifre: productivitatea reprezentanților primilor zece se măsoară în zeci de cvadrilioane de flops. Spre comparație: ENIAC, primul computer din istorie, avea o putere de 500 de flop-uri; Astăzi, computerul personal mediu are sute de gigaflopi (miliarde de flops), iPhone 6 are aproximativ 172 de gigaflopi, iar PS4 are 1,84 teraflopi (trilioane de flops).

Înarmată cu cel mai recent Top 500 din noiembrie 2014, Naked Science a decis să descopere care sunt cele mai puternice 10 supercalculatoare din lume și ce probleme necesită o putere de calcul atât de mare pentru a fi rezolvată.

10. Cray CS-Storm

• Locație: SUA
• Performanță: 3,57 petaflops
• Performanță maximă teoretică: 6,13 petaflopi
• Putere: 1,4 MW

La fel ca aproape toate supercalculatoarele moderne, inclusiv fiecare dintre cele prezentate în acest articol, CS-Storm constă din multe procesoare unite într-o singură rețea de calculatoare bazată pe principiul unei arhitecturi masiv paralele. În realitate, acest sistem este format din multe rafturi („cabinete”) cu electronice (noduri formate din procesoare multi-core), care formează coridoare întregi.

Cray CS-Storm este o serie întreagă de clustere de supercomputere, dar unul dintre ele iese în evidență de restul. Mai exact, este misteriosul CS-Storm, care este folosit de guvernul SUA în scopuri necunoscute și într-o locație necunoscută.

Ce se știe este că oficialii americani au cumpărat extrem de eficient din punct de vedere al consumului de energie (2386 megaflops la 1 Watt) CS-Storm cu un număr total de nuclee de aproape 79 de mii de la compania americană Cray.

Site-ul web al producătorului, însă, spune că clusterele CS-Storm sunt potrivite pentru calcularea de înaltă performanță în domeniile securității cibernetice, inteligenței geospațiale, recunoașterii modelelor, procesării datelor seismice, randării și învățării automate. Undeva în această serie, probabil că utilizarea guvernului CS-Storm sa stabilit.

CRAY CS-STORM

9. Vulcan – Blue Gene/Q

• Locație: SUA
• Performanță: 4,29 petaflopi
• Performanță maximă teoretică: 5,03 petaflopi
• Putere: 1,9 MW

„Vulcan” a fost dezvoltat de compania americană IBM, aparține familiei Blue Gene și se află la Laboratorul Național Lawrence Livermore. Supercomputerul, deținut de Departamentul de Energie al SUA, este format din 24 de rafturi. Clusterul a început să funcționeze în 2013.

Spre deosebire de CS-Storm deja menționat, domeniul de aplicare al lui Vulcan este binecunoscut - diverse cercetări științifice, inclusiv în domeniul energiei, precum modelarea fenomenelor naturale și analiza unor cantități mari de date.

Diverse grupuri științifice și companii pot obține acces la supercomputer prin depunerea unei cereri la Centrul de inovare în calcul de înaltă performanță (Centrul de inovare HPC), cu sediul la același Laborator Național Livermore.

Supercomputerul Vulcan

8. Juqueen – Blue Gene/Q

• Locație: Germania
• Performanță: 5 petaflopi
• Performanță maximă teoretică: 5,87 petaflopi
• Putere: 2,3 MW

De la lansarea sa în 2012, Juqueen a fost al doilea cel mai puternic supercomputer din Europa și primul din Germania. La fel ca și Vulcan, acest cluster de supercomputere a fost dezvoltat de IBM ca parte a proiectului Blue Gene și aparține aceleiași generații Q.

Supercomputerul este situat într-unul dintre cele mai mari centre de cercetare din Europa, în Jülich. Este utilizat în consecință - pentru calcularea de înaltă performanță în diverse cercetări științifice.

supercomputer Juqueen

7. Stampede – PowerEdge C8220

• Locație: SUA
• Performanță: 5,16 petaflopi
• Performanță maximă teoretică: 8,52 petaflopi
• Putere: 4,5 MW

Situat în Texas, Stampede este singurul cluster din top zece din Top 500 care a fost dezvoltat de compania americană Dell. Supercomputerul este format din 160 de rafturi.

Acest supercomputer este cel mai puternic din lume dintre cele folosite exclusiv în scopuri de cercetare. Accesul la facilitățile Stampede este deschis grupurilor științifice. Clusterul este utilizat într-o gamă largă de domenii științifice - de la tomografia precisă a creierului uman și predicția cutremurelor până la identificarea modelelor în structurile muzicale și ale limbajului.

Supercomputer Stampede

6. Piz Daint – Cray XC30

• Locație: Elveția
• Performanță: 6,27 petaflopi
• Performanță maximă teoretică: 7,78 petaflopi
• Putere: 2,3 MW

Centrul Național de Supercomputing Elvețian (CSCS) se mândrește cu cel mai puternic supercomputer din Europa. Piz Daint, numit după muntele alpin, a fost dezvoltat de Cray și aparține familiei XC30, în cadrul căreia este cel mai productiv.

Piz Daint este utilizat în diverse scopuri de cercetare, cum ar fi simulări pe computer în domeniul fizicii înaltelor energii.

Supercomputer Piz Daint

5. Mira – Blue Gene/Q

• Locație: SUA
• Performanță: 8,56 petaflops
• Performanță maximă teoretică: 10,06 petaflopi
• Putere: 3,9 MW

Supercomputerul Mira a fost dezvoltat de IBM ca parte a proiectului Blue Gene în 2012. Divizia de calcul de înaltă performanță a Laboratorului Național Argonne, care găzduiește clusterul, a fost creată cu finanțare guvernamentală. Creșterea interesului pentru tehnologia de supercalculatură de la Washington la sfârșitul anilor 2000 și începutul anilor 2010 se crede că se datorează rivalității cu China în acest domeniu.

Amplasat pe 48 de rafturi, Mira este folosit în scopuri științifice. De exemplu, supercomputerul este folosit pentru modelarea climatică și seismică, ceea ce permite obținerea de date mai precise privind predicția cutremurelor și schimbărilor climatice.

Supercalculatorul Mira

4. K Computer

• Locație: Japonia
• Performanță: 10,51 petaflops
• Performanță maximă teoretică: 11,28 petaflops
• Putere: 12,6 MW

Dezvoltat de Fujitsu și situat la Institutul de Cercetări Fizicochimice din Kobe, K Computer este singurul supercomputer japonez care apare în top zece din Top 500.

La un moment dat (iunie 2011), acest cluster a ocupat prima poziție în clasament, devenind cel mai productiv computer din lume timp de un an. Și în noiembrie 2011, K Computer a devenit primul din istorie care a obținut o putere peste 10 petaflopi.

Supercomputerul este utilizat într-o serie de sarcini de cercetare. De exemplu, pentru prognoza dezastrelor naturale (care este importantă pentru Japonia datorită activității seismice crescute a regiunii și a vulnerabilității mari a țării în caz de tsunami) și modelarea computerizată în domeniul medicinei.

Supercalculatorul K

3. Sequoia – Blue Gene/Q

• Locație: SUA
• Performanță: 17,17 petaflopi
• Performanță maximă teoretică: 20,13 petaflopi
• Putere: 7,8 MW

Cel mai puternic dintre cele patru supercomputere ale familiei Blue Gene/Q, care se află în primele zece clasamente, se află în Statele Unite la Laboratorul Național Livermore. IBM a dezvoltat Sequoia pentru National Nuclear Security Administration (NNSA), care avea nevoie de un computer de înaltă performanță pentru un scop foarte specific: simularea exploziilor nucleare.

De menționat că testele nucleare reale au fost interzise din 1963, iar simularea pe computer este una dintre cele mai acceptabile opțiuni pentru continuarea cercetărilor în acest domeniu.

Cu toate acestea, puterea supercomputerului a fost folosită pentru a rezolva alte probleme mult mai nobile. De exemplu, clusterul a reușit să stabilească recorduri de performanță în modelarea cosmologică, precum și în crearea unui model electrofiziologic al inimii umane.

Supercomputer Sequoia

2. Titan – Cray XK7

• Locație: SUA
• Performanță: 17,59 petaflops
• Performanță maximă teoretică: 27,11 petaflopi
• Putere: 8,2 MW

Cel mai productiv supercomputer creat vreodată în Occident, precum și cel mai puternic cluster de computere sub marca Cray, se află în Statele Unite, la Laboratorul Național Oak Ridge. În ciuda faptului că supercomputerul aflat la dispoziția Departamentului de Energie al SUA este disponibil oficial pentru orice cercetare științifică, în octombrie 2012, când a fost lansat Titan, numărul de aplicații a depășit toate limitele.

Din această cauză, la Laboratorul Oak Ridge a fost convocată o comisie specială, care a selectat doar 6 dintre cele mai „avansate” proiecte din 50 de cereri. Printre acestea, de exemplu, modelarea comportamentului neutronilor chiar în inima unui reactor nuclear, precum și prognozarea schimbărilor climatice globale pentru următorii 1-5 ani.

În ciuda puterii sale de calcul și a dimensiunilor impresionante (404 metri pătrați), Titan nu a rezistat mult pe piedestal. La doar șase luni de la triumful din noiembrie 2012, mândria americană în domeniul calculului de înaltă performanță a fost înlocuită în mod neașteptat de un originar din Est, depășind liderii anteriori ai clasamentului într-un mod fără precedent.

Supercomputerul Titan

1. Tianhe-2 / Calea Lactee-2

• Locație: China
• Performanță: 33,86 petaflopi
• Performanță maximă teoretică: 54,9 petaflopi
• Putere: 17,6 MW

De la prima sa lansare, Tianhe-2, sau Milky Way-2, a fost liderul Top-500 de aproximativ doi ani. Acest monstru este aproape de două ori mai puternic decât numărul 2 în clasament – ​​supercomputerul TITAN.

Dezvoltat de Universitatea de Știință și Tehnologie de Apărare a Armatei Populare de Eliberare și Inspur, Tianhe-2 este format din 16 mii de noduri cu un număr total de nuclee de 3,12 milioane. RAM-ul acestei structuri colosale, care ocupă 720 de metri pătrați, este de 1,4 petabytes, iar dispozitivul de stocare este de 12,4 petabytes.

Calea Lactee 2 a fost concepută la inițiativa guvernului chinez, așa că nu este de mirare că puterea sa fără precedent pare să servească nevoilor statului. S-a declarat oficial că supercomputerul este angajat în diverse simulări, analizând cantități uriașe de date, precum și asigurând securitatea națională a Chinei.

Având în vedere secretul inerent proiectelor militare chineze, se poate doar ghici ce fel de utilizare primește Calea Lactee-2 din când în când în mâinile armatei chineze.

Supercomputerul Tianhe-2

În ultimii ani, companiile de proiectare și producție de computere au lucrat neobosit. Ca urmare, cantitatea de tehnologie din lume crește exponențial.

Cele mai puternice computere

Recent, lumea nu știa despre DirectX10, iar grafica FarCry sau NFS Underground 2 părea a fi punctul culminant al capabilităților computerului. Pe vremuri, un disc capabil să stocheze 600 de megaocteți de informații părea un miracol al tehnologiei, dar acum cardurile de memorie terabyte sunt disponibile gratuit.

În domeniul supercomputerelor se întâmplă cam același lucru. În 1993, profesorul de la Universitatea din Tennessee Jack Dongarra a venit cu ideea de a crea un clasament al celor mai puternice computere din lume. De atunci, această listă, numită TOP500, a fost actualizată de două ori pe an: în iunie și noiembrie.

Timpul trece, iar liderii în ratingurile supercomputerelor de la începutul anilor 90 sunt deja învechiți chiar și după standardele utilizatorilor obișnuiți de PC. Așadar, primul din 1993 a fost CM-5/1024, asamblat de Thinking Machines: procesoare 1024 cu o frecvență de ceas de 32 MHz, o viteză de calcul de 59,7 gigaflopi - puțin mai rapid decât un PC obișnuit cu 8 nuclee sub birou. Care este cel mai bun computer din ziua de azi?

Sunway TaihuLight

Cu doar cinci ani în urmă, palma în ceea ce privește puterea era deținută în mod constant de supercomputerele fabricate în SUA. În 2013, oamenii de știință chinezi au preluat conducerea și, se pare, nu vor renunța.

În acest moment, cel mai puternic computer din lume este considerat a fi Sunway TaihuLight (tradus ca „Puterea luminii divine a lacului Taihu”), o mașină grandioasă cu o viteză de calcul de 93 petaflopi (viteza maximă - 125,43 petaflopi). Acesta este de 2,5 ori mai puternic decât deținătorul recordului anterior - supercomputerul Tianhe-2, care a fost considerat cel mai puternic până în iunie 2016.

Sunway Taihulight are 10,5 milioane de nuclee încorporate (40.960 de procesoare, fiecare cu 256 de nuclee de calcul și 4 de control).

Așa arată cel mai puternic computer din 2016

Toate echipamentele au fost dezvoltate și fabricate în China, în timp ce procesoarele celui mai puternic computer anterior au fost produse de compania americană Intel. Costul Sunway TaihuLight este estimat la 270 de milioane de dolari. Supercomputerul este situat la Centrul Național de Supercomputer din județul Wuxi.

Deținători de recorduri din anii trecuți

Până în iunie 2016 (iar lista TOP500 este actualizată în fiecare iunie și noiembrie), cel mai puternic și mai rapid computer a fost supermașina Tianhe-2 (tradusă din chineză ca „Calea Lactee”), dezvoltată în China la Universitatea de Știință și Tehnologie a Apărării în Changsha cu ajutorul companiei Inspur.

Puterea lui Tianhe-2 oferă 2507 trilioane de operațiuni pe secundă (33,86 petaflopi pe secundă), performanța maximă este de 54,9 petaflopi. Dezvoltarea chineză a ajuns în fruntea acestui clasament de la lansarea sa în 2013 – o cifră incredibil de impresionantă!

Supercomputerul Tianhe-2

Caracteristicile lui Tianhe-2 sunt următoarele: 16 mii de noduri, 32 mii de procesoare Intel Xeon E5-2692 cu 12 nuclee și 48 mii de acceleratoare Intel Xeon Phi 31S1P cu 57 de nuclee, ceea ce înseamnă 3.120.000 de nuclee în total; 256 de mii de stick-uri RAM DDR3 de 4 GB fiecare și 176 000 stick-uri GDDR5 de 8 GB - 2 432 000 GB RAM în total. Capacitatea hard disk-ului este de peste 13 milioane GB. Cu toate acestea, nu veți putea juca pe el - este destinat exclusiv computerului, iar Milky Way 2 nu are o placă video instalată. În special, ajută la calculele pentru amenajarea metrourilor și dezvoltarea urbană.

Jaguar

Multă vreme, în fruntea clasamentului s-a aflat Jaguar, un supercomputer din SUA. Cum este diferit de celelalte și care sunt avantajele sale tehnice?

Supercomputerul, numit Jaguar, este format dintr-un număr mare de celule independente împărțite în două secțiuni - XT4 și XT5. Ultima secțiune conține exact 18688 de celule de calcul. Fiecare celulă conține două procesoare AMD Opteron 2356 cu șase nuclee, cu o frecvență de 2,3 GHz, 16 GB RAM DDR2, precum și un router SeaStar 2+. Chiar și o celulă din această secțiune ar fi suficientă pentru a crea cel mai puternic computer pentru jocuri. Secțiunea conține doar 149.504 nuclee de calcul, o cantitate uriașă de RAM - mai mult de 300 TB, precum și o performanță de 1,38 Petaflops și mai mult de 6 Petabytes de spațiu pe disc.

Construirea unui monstru computer

Partiția XT4 conține 7832 de celule. Caracteristicile lor sunt mai modeste decât cele ale secțiunii anterioare XT5: fiecare celulă conține un procesor cu șase nuclee cu o frecvență de 2,1 GHz, 8 GB RAM și un router SeaStar 2. În total, secțiunea are 31.328 de nuclee de calcul și mai mult de 62 TB de memorie, precum și o performanță de vârf de 263 TFLOPS și mai mult de 600 TB spațiu pe disc. Supercomputerul Jaguar rulează pe propriul sistem de operare, Cray Linux Environment.

Un alt computer respiră în spatele lui Jaguar, o creație a IBM - Roadrunner. Cel mai puternic monstru de calcul este capabil să calculeze până la 1000.000.000.000 de operații pe secundă. A fost dezvoltat special pentru Administrația Națională de Securitate Nucleară a Departamentului Energiei din Los Alamos. Cu ajutorul acestui supercomputer au plănuit să monitorizeze funcționarea tuturor instalațiilor nucleare situate în Statele Unite.

Viteza maximă de procesare a Road Runner este de aproximativ 1,5 petaflopi. Vorbim despre o capacitate totală de 3.456 de servere tri-blade originale, fiecare dintre ele capabil să efectueze aproximativ 400 de miliarde de operațiuni pe secundă (adică 400 de gigaflopi). În interiorul Roadrunner există aproximativ 20 de mii de procesoare dual-core de înaltă performanță - 12.960 Cell Broadband Engine și 6948 AMD Opteron, creația IBM însuși. Un astfel de supercomputer are o memorie de sistem de 80 de terabytes.

Deci, cât spațiu ocupă acest miracol al tehnologiei? Mașina este amplasată pe o suprafață de 560 de metri pătrați. Și toate echipamentele departamentului sunt împachetate în servere cu arhitectura originală. Toate echipamentele cântăresc aproximativ 23 de tone. Deci, pentru a-l transporta, personalul Administrației Naționale de Securitate Nucleară va avea nevoie de cel puțin 21 de tractoare mari.

Câteva cuvinte despre ce este petaflops. Un petaflop este aproximativ egal cu puterea totală a 100 de mii de laptopuri moderne. Dacă încerci să-ți imaginezi, pot asfalta un drum lung de aproape doi kilometri și jumătate. O altă comparație accesibilă: în decurs de 46 de ani, întreaga populație a planetei va folosi calculatoare pentru a face calcule pe care Roadrunner le poate face într-o singură zi. Vă puteți imagina cât de puțin va avea nevoie Sunway TaihuLigh, liderul ratingului nostru?

Titan

În 2012, Laboratorul Național Oak Ridge al Departamentului de Energie al SUA a lansat supercomputerul Titan, care este evaluat la 20 de petaflopi - cu alte cuvinte, poate efectua un cvadrilion de operațiuni în virgulă mobilă într-o secundă.

Titan a fost dezvoltat de Cray. Pe lângă Titan, specialiștii americani au dezvoltat încă două supercomputere în ultimii ani. Unul dintre ele - Mira - este destinat nevoilor de cercetare industrială și științifică, iar cu ajutorul celuilalt - Sequoia - simulează teste de arme nucleare. IBM Corporation este în spatele tuturor acestor evoluții.

Cel mai puternic computer din Rusia

Din păcate, dezvoltarea rusă „Lomonosov-2”, recunoscută drept cel mai puternic computer din Rusia, se află abia pe locul 41 în TOP500 (din iunie 2016). Are sediul la Centrul de calcul științific al Universității de Stat din Moscova. Puterea supercomputerului intern este de 1.849 petaflopi, puterea de vârf este de aproximativ 2,5 petaflopi. Număr de nuclee: 42.688.

Abonați-vă la canalul nostru în Yandex.Zen