по теме: Суперкомпьютеры

Супер компьютер. Причина использования. Сфера применения. — Bash batches

по теме: Суперкомпьютеры

ВведениеЦелью создания реферата является представление технологий в области суперкомпьютерных систем и способов  связи с существующими областями науки и промышленности, нуждающимися в высокопроизводительных вычислениях и моделировании. В то время, когда появились первые компьютеры, перед разработчиками вычислительной техники стала проблема — производительность вычислительной системы. С годами производительность компьютеров стремительно возрастала, с каждым годом росло и число пользователей компьютерами, что привело к расширению сферы вычислительных систем — это стало одной из причины появления суперкомпьютеров. Что представляют собой  суперкомпьютеры, и какова их функция в жизни человека?Суперкомпьютер- это обычная вычислительная система, которая позволяет производить сложные расчеты за более короткие промежутки времени. Система компьютера  состоит из трех компонентов — счетного устройства, блока памяти и вторичной системы хранения информации. Большое значение имеет пропускная способность каналов, которая связывает их друг с другом и с терминалами потребителей. Важным показателем компьютера является быстродействие, которое измеряется флопсами. Флопс — внесистемная единица, используемая для измерения производительности компьютеров, показывающая, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет данная вычислительная система. Для чего нужны суперкомпьютеры? Расширение границ человеческого знания всегда опиралось на  теорию и опыт. Но теперь ученые сталкиваются с тем, что многие испытания стали невозможными — в некоторых случаях из-за своих масштабов, в других — дороговизны или опасности для здоровья и жизни людей. Тут-то и нашли применение  мощным компьютерам. Они позволяют экспериментировать, становятся опорой современной науки и производства.  Иногда суперкомпьютеры используются для работы с одним-единственным приложением; в других случаях они обеспечивают выполнение большого числа разнообразных приложений. 

Суперкомпьютер что это?

Суперкомпьютер – это компьютер, способный производить сотни миллиардов операций за 1 с. Такие большие объёмы вычислений нужны для решения задач в аэродинамике, метеорологии, физике высоких энергий, геофизике. Суперкомпьютеры так же нашли своё применение в финансовой сфере при обработке больших объёмов сделок на биржах. Сверхвысокое быстродействие суперкомпьютера обеспечивается параллельной работой множества микропроцессоров.Суперкомпьютеры – это не выдумка. Хотя суперкомпьютеры не используются обычными людьми в повседневной жизни, их влияние, как на все человечество, так и на каждого из нас очень заметно. Вернее, стало бы заметно, если бы они в один миг исчезли или сломались.  Суперкомпьютеры – это современные вычислительные машины с высокой мощностью и скоростью обработки данных. Они не выпускаются большими партиями и не продаются в магазинах. Каждый суперкомпьютер уникален, так как разрабатывается и изготавливается под конкретный заказ, для решения определенной задачи. Суперкомпьютеры могут быть как микроскопически малы, так и занимать несколько комнат или даже этажей, все зависит от функций и задач, которые будет решать электронная техника.   Изобретателем суперкомпьютера является американский инженер С.Крей. В 1972 году он открыл свою фирму под названием «Крей Ресерч Инкорпорейтед». Эта фирма занималась разработкой самых высокоскоростных компьютеров в мире. Изобретением стали мультипроцессорные компьютеры, способные осуществлять одновременную обработку данных. В 1976 году был выпущен первый суперкомпьютер под названием  «Крей-1», который мог осуществлять 240 млн. вычислений в одну секунду. Он применялся для научных исследований, таких, например, как моделирование сложных физических явлений. Такие компьютеры приобретались правительственными учреждениями и университетскими лабораториями. Следующие модели Крея – «Крей 1-М» и «Крей X-МР» обладали ещё большим быстродействием.В 1985 г. появился «Крей-2», который мог выполнить 1 200 млн. операций за 1 с. Представленный в 1988 г. «Крей Y-MP» обладал быстродействием 2 670 млн. операций за 1 с.Позднее были созданы суперкомпьютеры с ещё большим быстродействием. 

Развитие суперкомпьютеров.

  Первым отечественным суперкомпьютером является БЭСМ-6, выпущенный в 1967 году под руководством, гениального инженера Сергея Алексеевича Лебедева. Данная машина, по формальной производительности сопоставимая с CDC 6600, реально намного превосходила своего иностранного конкурента. В данном компьютере было заложено так много инновационных решений, что её производство продолжалось на протяжении двадцати лет! Попытка американских инженеров создать что-либо совершеннее БЭСМ-6, носившая имя ILLIAC-IV, окончилась неудачей: данный суперкомпьютер оказалась дороже, сложнее и медленнее «русской машины». БЭСМ-6 не была единственным советским суперкомпьютером. В последние годы своей жизни Лебедев руководил работами по созданию многопроцессорного комплекса «Эльбрус», однако в 1974 году смерть помешала ему увидеть результаты своих трудов. Работы над первым компьютером серии «Эльбрус» завершились в 1979 году, и, хотя по производительности он, равно как и другие компьютеры серии, отставали от зарубежных аналогов, в его процессоре впервые была применена технология суперскалярности. Супер скалярная архитектура, то есть технология параллельного выполнения нескольких команд, независимых друг от друга, вскоре была реализована в большинстве процессоров для персональных компьютеров; таким образом, в процессорах Intel и AMD есть частичка нашего, русского, инженерного знания.  Но, перестройка, раскол Советского Союза и последовавшие за ним события крайне негативно отразились на отечественной суперкомпьютерной промышленности. Прощальным приветом отечественных инженеров-электронщиков можно считать появившийся в 1990-х процессор Elbrus 2000 (E2K) , который так и не смог выйти на рынок: сначала помешал кризис, ну а затем, когда казалось, что «вот уже чуть-чуть», команду «Эльбруса» на корню купила Intel. На данный момент все существующие в России суперкомпьютеры либо зарубежного производства, либо основаны на зарубежных комплектующих и технологиях.Оправившись от кризиса, индустрия производства суперкомпьютеров принялась за штурм новых высот. В 1997 году был создансуперкомпьютер ASCI RED, обладавший неслыханной тогда производительностью в 1,34 ТФЛОПС. Однако самое интересное, что данный компьютер был построен на базе почти что десяти тысяч процессоров Pentium II , тех самых, которых можно было спокойно найти в любом топовом ПК тех лет. Подобная система объединения вычислительных мощностей относительно недорогих процессоров получила название MassivelyParallelProcessing, или просто MPP. Преимущество MPP-систем — в их гибкости: незагруженные процессорные блоки можно легко отключить, а по возможности — включить заново, а вдобавок подключить дополнительные. На данный момент большинство суперкомпьютеров было построено именно на базе данной технологии.  Шло время, и производители выпускали всё более и более новыесуперкомпьютеры, которые задавали новые стандарты производительности. Символический барьер в один ПФЛОПС (читается «пентафлопс»; 1 ПФЛОПС = 1000 ТФЛОПС) был преодолён в 2008 году компьютером Roadrunner от IBM. Характеристики данной машины, мягко говоря, шокируют: почти 100 Тб оперативной памяти, около 20 000 процессоров… Удивляет и то, что всё это работает под управлением Linux-систем RedHat и Fedora, причём тех же самых версий, что устанавливаются на домашние компьютеры.  Однако Roadrunner не является самым быстрым суперкомпьютером на сегодняшний день. Согласно рейтингу самых мощных компьютеров Top-500, наиболее производительным является японский суперкомпьютер производства Fujitsu, запущенный в эксплуатацию незадолго до написания этих строк. Этот 70 000-процессорный гигант (причём процессоры, стоит заметить, все до одного восьмиядерные) на момент написания статьи обладал безумной производительностью в 8,162 ПФЛОПС. Даже не хватает воображения, что бы представить, чем же можно нагрузить подобную махину. Впрочем, на это есть учёные — перед ними стоят ещё очень много неразрешённых вопросов. 

Разновидности параллельных числовых систем

В соответствии с классификацией, предложенной М.Флинном еще в начале 60-х годов прошлого столетия, параллельные вычислительные системы имеют несколько разновидностей.При этом в основу данной классификации заложено два возможных вида параллелизма: независимость потоков заданий (команд), существующих в системе, и независимость (отсутствие логической связанности) данных, обрабатываемых в каждом потоке:  

    Магистральные(конвейерные),в  которых процессоры одновременно выполняют  разные операции.Над последовательным потоком обрабатываемых данных; по принятой классификации такие системы относятся к системам с многократным потоком команд и однократным потоком данных МКОД (MISD MultipleInstructionSingleData);Векторные, в которых все процессоры одновременно выполняют одну команду. Над различными данными однократный поток команд с многократным потоком данных ОКМД (SIMD SingleInstructionMultipleData);Матричные, в которых процессоры одновременно выполняют разные операции. Над несколькими последовательными потоками обрабатываемых данных многократный поток команд с многократным потоком данных МКМД (MIMD MultipleInstructionMultipleData).В суперЭВМ используются все три варианта архитектуры параллельных вычислительных систем.

Классический тип суперкомпьютерной архитектуры (однопроцессорная и конвейерная) использует общую оперативную память.  Обращение, к которой осуществляется через системную шину. Единое пространство оперативной памяти значительно упрощает программирование за счет более удобных механизмов синхронизации между задачами. Но с ростом числа процессоров наличие общей памяти приводит к возрастанию нагрузки на системную шину, которая в конце концов перестает обслуживать обмен данными между оперативной памятью и процессорами в требуемом темпе. Добавление локальной кэш-памяти в каждый процессор несколько снижает остроту проблемы. Тем не менее, вне зависимости от наличия локальной кэш-памяти системная шина все равно является уязвимым местом такой архитектуры при 8 и более процессорах.Параллельная архитектура (векторная и матричная) позволяет избежать проблем с системной шиной за счет отсутствия общей для всех процессоров оперативной памяти. Каждый процессор снабжается своей локальной памятью. Чтобы осуществить доступ к локальной памяти другого процессора, используется сеть связи, объединяющая процессоры в систему. Таким образом, в параллельной архитектуре удается снизить нагрузку на шину, ведущую к локальной памяти процессоров, поскольку здесь она обслуживает только запросы на доступ именно к этой памяти, а не каждый запрос на доступ к общей оперативной памяти. Это позволяет строить суперкомпьютеры из сотен и даже тысяч процессоров.Основным недостатком параллельной архитектуры является сложность программирования, особенно для задач, которым необходима память, превышающая размер локальной оперативной памяти одного процессора. Синхронизация также затруднена, особенно если ее требуется осуществить между параллельными ветвями алгоритма, выполняемыми процессорами, которые разделяет значительное расстояние в сети связи.   

Сферы применения суперкомпьютеров

 Традиционной сферой внедрения суперкомпьютеров постоянно были исследования: физика плазмы и статистическая механика, физика конденсированных сред, молекулярная и атомная физика, теория простых частиц, газовая динамика и теория турбулентности, астрофизика. В химии — разные области вычислительной химии: квантовая химия (включая расчеты электронной структуры для целей конструирования новейших материалов, к примеру, катализаторов и сверхпроводников), молекулярная динамика, хим. кинетика, теория поверхностных явлений и химия твердого тела, конструирование фармацевтических средств. Естественно, что ряд областей внедрения находится на стыках соответственных наук, к примеру, химии и биологии, и перекрывается с техническими приложениями. Так, задачи метеорологии, исследование атмосферных явлений и, сначала, задача длительного прогноза погоды, для решения которой постоянно не хватает мощностей современных суперЭВМ, тесновато соединены с решением ряда вышеперечисленных проблем физики. Посреди технических проблем, для решения которых употребляются суперкомпьютеры, укажем на задачи аэрокосмической и авто индустрии, ядерной энергетики, предсказания и разработки месторождений нужных ископаемых, нефтедобывающей и газовой индустрии (в том числе трудности действенной эксплуатации месторождений, в особенности трехмерные задачки их исследования), и, в конце концов, конструирование новейших микропроцессоров и компов, сначала самих суперЭВМ.  Суперкомпьютеры обычно используются для военных целей. Не считая тривиальных задач разработки орудия массового ликвидирования и конструирования самолетов и ракет, можно упомянуть, к примеру, конструирование бесшумных подводных лодок и др. Самый известный пример — это южноамериканская программа СОИ. Уже упоминавшийся MPP-компьютер Министерства энергетики США будет применяться для моделирования ядерного орудия, что дозволит,в общем, отменить ядерные тесты в данной стране.Еще есть одна неувязка внедрения суперЭВМ, о которой нужно огласить — это визуализация данных, приобретенных в итоге выполнения расчетов. Нередко, к примеру, при решении дифференциальных уравнений способом сеток, приходится сталкиваться с циклопическими размерами результатов, которые в числовой форме человек просто не в состоянии обработать. Тут во почти всех вариантах нужно обратиться к графической форме представления информации. В любом случае возникает задача транспортировки информации по компьютерной сети. Решению этого комплекса проблем в ближайшее время уделяется все большее внимание. А именно, известный Государственный центр суперкомпьютерных приложений США (NCSA) вместе с компанией SiliconGraphics ведет работы по программе «суперкомпьютерного окружения грядущего». В этом проекте предполагается интегрировать способности суперкомпьютеров POWER CHALLENGE и средств визуализации компании SGI со средствами информационной супермагистрали. 

Применение суперкомпьютеров

 

   Для кого разрабатываются сверхмощные  и сверхумные машины и где они  используются?Компьютеры  используются учеными при решении задач квантовой физики и механики.    В военной промышленности суперкомпьютеры помогают разрабатывать новые тактические и стратегические позиции, позволяют проводить различные исследования по повышению эффективности готовой боевой техники и по ее модернизации. Также новейшие виды оружия и средств защиты разрабатываются вычислительными машинами.    Исследование ядерных процессов, моделирование цепной реакции и ядерного взрыва дают ученым богатый материал для исследования этих удивительных, но опасных явлений.    Изучение молекулярной структуры белка помогает сделать немало важных и ценных для человечества открытий, определить причины и механизмы генетически обусловленных заболеваний. Такая работа под силу только суперкомпьютерам.    Виртуальные модели кровеносной системы человека исследуются врачами и биологами, чтобы получить эффективные способы борьбы с заболеваниями сердца и сосудов.   Но суперкомпьютеры нужны не только для проведения серьезных научных исследований, результаты которых принесут человечеству плоды только в будущем. Прикладное применение суперкомпьютеров можно обнаружить во многих сферах нашей жизни.  Современные медицинские исследования, новейшие разработки и научные открытия стали  возможны именно благодаря суперкомпьютерам, которые позволяют проводить своевременную диагностику, с большим процентом вероятности прогнозировать ход болезни и реакцию организма на лечение. Суперкомпьютеры позволяют моделировать процессы, происходящие в жизненно важных органах, чтобы понять основной принцип их работы и эффективно бороться с патологиями.    В биологии суперкомпьютеры, микрочипы и электронные микроскопы используются для изучения процессов, происходящих на клеточном уровне, что дает большие возможности для серьезнейших научных открытий, способных изменить современную науку.   В медицине и биологии суперкомпьютеры больше нужны именно для исследовательской работы, хотя, некоторые крупные клиники могут позволить себе использовать такие машины и для решения прикладных задач: диагностики и лечения. Суперкомпьютеры нужны не только для фиксирования данных на борту космических станций  и обеспечения эффективности  работы этих грандиозных сооружений. Мощнейшая вычислительная техника  позволяет проектировать новые  орбитальные и межпланетные станции, выстраивать данные оптимальной  траектории движения станций, изучать  процессы, влияющие на геомагнитный фон  Земли, отслеживать и предугадывать  всплески солнечной активности и  выявить их закономерности.   При разработке новых моделей космических станций и искусственных спутников, суперкомпьютеры проводят серьезную работу по моделированию и прогнозированию всех возможных ситуаций, обеспечивая, таким образом, безопасность полета.Климат  и погода.Благодаря суперкомпьютерам стало возможно очень  точно предсказывать погоду. Цифровая обработка данных, полученных на метеорологических  станциях, производится в кратчайшие сроки, что дает шанс заглянуть в  будущее и предупредить людей  о возможных погодных неприятностях. Эта работа суперкомпьютеров тесно связана с прогнозами стихийных бедствий, которые способны спасти жизнь многих людей.Стихийные бедствия и экологические  катастрофы.Современные мощные суперкомпьютеры дают возможность с большой долей вероятности прогнозировать природные катаклизмы: землетрясения, цунами, пожары, наводнения и штормы. Чем раньше люди получат информацию о надвигающейся беде, чем больше у них шансов спастись.Промышленность.Благодаря суперкомпьютерам наша жизнь становится более комфортабельной и безопасной, ведь именно эти машины помогают разрабатывать новые модели автомобилей и самолетов. Исследование аэродинамических свойств, устойчивости, маневренности, способы сочетать эти качества в оптимальной пропорции могут только суперкомпьютеры.   Суперкомпьютеры имеют большое влияние на жизнь современного человека, хотя мало кто об этом задумывается. Сидя в новом автомобиле и слушая по радио прогнозы погоды, отправляясь в поездку с GPRS навигатором, покупая билет на самолет к теплому морю, просматривая по телевизору 500 цифровых каналов, включая чайник, электроэнергия для которого была получена в недрах атомного реактора, люди почти замечают, что пользуются результатами работы сложнейших суперкомпьютеров.

    

Топ 500

Распределение количества суперкомпьютеров по пяти ведущим странам и областям их применения, полученные с помощью методов многомерного анализа данных топ 500 самых мощных компьютеров мира, представлено на Рис. 1. Анализ диаграммы свидетельствует о лидирующем положении США практически во всех областях (энергетическом комплексе, аэрокосмической промышленности, финансовых операциях, производстве, телекоммуникационных системах, Интернете и базах данных), за исключением автомобильной и химической промышленности, где первенство принадлежит Германии. При этом в фармацевтике и на транспорте США практически на равных используют суперЭВМ наряду с Германией и Великобританией.
и т.д……………..

Источник: https://www.sites.google.com/site/bashbatches/super-komputer-pricina-ispolzovania-sfera-primenenia

Суперкомпьютеры: История и современность

по теме: Суперкомпьютеры

СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ: История и современность.

1.Введение

Я учусь в информационно – математическом классе, где одним из основных направлений является изучение информатики. Мы изучаем компьютеры и их устройство, основы программирования, сферы применения ЭВМ.

Каждый школьника сегодня знаком с компьютером, пользуется сотовым телефоном, операционные системы которых совершенствуются день ото дня.

Меня заинтересовал вопрос: а есть ли предел этому совершенству? Какая машина на сегодняшний день является самой быстродействующей, и какие перспективы ожидают нас в этом направлении?

2.Немного истории

Первый в мире компьютер появился в 1943 г. во время Второй мировой войны. Изобретатели из Великобритании назвали его «Colossus», а предназначался он для раскодировки немецкой шифровальной машины «Энигма». «КОЛОСУС» насчитывал 2000 электронных ламп и работал с фантастической скоростью, обрабатывая около 25 000 символов в секунду.

Время шло, прогресс не стоял на месте и более новые, скоростные, менее громоздкие ЭВМ изобретались людьми. И сегодня персональный компьютер, который есть дома почти у каждого, может сделать гораздо больше чем его предшественники.

С момента появления первых компьютеров одной из основных проблем, стоящих перед разработчиками, была производительность вычислительной системы.

За время развития компьютерной индустрии производительность процессора стремительно возрастала, однако появление все более изощренного программного обеспечения, рост числа пользователей и расширение сферы приложения вычислительных систем предъявляют новые требования к мощности используемой техники, что и привело к появлению суперкомпьютеров.

3.Суперкомпьютер, флопс и закон Мура.

Что же такое суперкомпьютеры? Суперкомпью́тер (англ. supercomputerСуперЭВМ)  — это вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам большинство существующих на данный момент компьютеров. Она позволяет производить сложные расчеты за более короткие промежутки времени.

О чем собственно и говорит приставка «Супер» (Super в переводе с английского означает: сверх, над). Любая компьютерная система состоит из трех основных компонентов — центрального процессора, то есть счетного устройства, блока памяти и вторичной системы хранения информации.

Ключевое значение имеют не только технические параметры каждого из этих элементов, но и пропускная способность каналов, связывающих их друг с другом и с терминалами потребителей.

Важным показателем производительности компьютера является степень его быстродействия.

Она измеряется так называемыми флопсами — от английского сокращения, (FloatingpointOPerationsper Second, произносится как флопс) — внесистемная единица, используемая для измерения производительности компьютеров, показывающая, сколько операций в секунду выполняет данная вычислительная система. То есть за основу берется подсчет — сколько наиболее сложных расчетов машина может выполнить за один миг.

Началом эры суперкомпьютеров можно, пожалуй, назвать 1976 год, когда появилась первая векторная система Cray 1. Работая с ограниченным в то время набором приложений, Cray 1 показала настолько впечатляющие по сравнению с обычными системами результаты, что заслуженно получила название “суперкомпьютер” и определяла развитие всей индустрии высокопроизводительных вычислений еще долгие годы.  

Cray-1, был самым быстродействующим на тот момент времени. Память Cray-1 составляла 8 Мбайт, поделенных на 16 блоков, с суммарным временем доступа 12,5 нс. Имелась и внешняя память на магнитных дисках емкостью около 450 Мбайт, расширявшаяся до 8 Гбайт. Для машины был создан оптимизирующий транслятор с Фортрана, макроассемблер и специальная многозадачная ОС.

За последние 15 лет нормы быстродействия суперкомпьютеров менялись несколько раз. По определению Оксфордского словаря вычислительной техники 1986 года, для того, чтобы получить гордое название «супер ЭВМ», машине нужно было иметь производительность в 10 мегафлоп (миллионов операций в секунду).В начале 90-х была преодолена отметка 200 мегафлоп, затем 1 гигафлоп.

Все компьютеры на планете Земля подчиняются закону Мура: их производительность удваивается каждые полтора года.

В 1965 году Гордон Мур, один из основателей Intel, обнаружил следующую закономерность: появление новых моделей микросхем наблюдалось спустя примерно год после предшественников, при этом количество транзисторов в них возрастало каждый раз приблизительно вдвое.

Мур пришел к выводу, что при сохранении этой тенденции мощность вычислительных устройств за относительно короткий промежуток времени может вырасти экспоненциально. Это наблюдение и получило название закона Мура. Все развитие электронной промышленности за последние 45 лет только подтверждает правильность этого закона.

4.Применение суперкомпьютеров

А зачем вообще нужны суперкомпьютеры? Раздвижение границ человеческого знания всегда опиралось на два краеугольных камня, которые не могут, существовать друг без друга, — теорию и опыт.

Однако теперь ученые сталкиваются с тем, что многие испытания стали практически невозможными — в некоторых случаях из-за своих масштабов, в других — дороговизны или опасности для здоровья и жизни людей. Тут-то и приходят на помощь мощные компьютеры.

Позволяя экспериментировать с электронными моделями реальной действительности, они становятся «третьей опорой» современной науки и производства.

Традиционной сферой применения суперкомпьютеров всегда были научные исследования: физика плазмы и статистическая механика, физика конденсированных сред, молекулярная и атомная физика, теория элементарных частиц, газовая динамика и теория турбулентности, астрофизика.

В химии — различные области вычислительной химии: квантовая химия (включая расчеты электронной структуры для целей конструирования новых материалов, например, катализаторов и сверхпроводников), молекулярная динамика, химическая кинетика, теория поверхностных явлений и химия твердого тела, конструирование лекарств.

Естественно, что ряд областей применения находится на стыках соответствующих наук, например, химии и биологии, и перекрывается с техническими приложениями.

Так, задачи метеорологии, изучение атмосферных явлений и, в первую очередь, задача долгосрочного прогноза погоды, для решения которой постоянно не хватает мощностей современных суперЭВМ, тесно связаны с решением ряда перечисленных выше проблем физики.

Среди технических проблем, для решения которых используются суперкомпьютеры, укажем на задачи аэрокосмической и автомобильной промышленности (например, этапы проектирования, моделирование краш-тестов), ядерной энергетики, предсказания и разработки месторождений полезных ископаемых, нефтедобывающей и газовой промышленности (в том числе проблемы эффективной эксплуатации месторождений, особенно трехмерные задачи их исследования), и, наконец, конструирование новых микропроцессоров и компьютеров, в первую очередь самих суперЭВМ.

Суперкомпьютеры применяются и для военных целей. Кроме очевидных задач разработки оружия массового уничтожения и конструирования самолетов и ракет, можно упомянуть, например, конструирование бесшумных подводных лодок и др.

Самый знаменитый пример — это американская программа СОИ.

Уже упоминавшийся MPP-компьютер Министерства энергетики США будет применяться для моделирования ядерного оружия, что позволит вообще отменить ядерные испытания в этой стране.

5.Современные стандарты суперкомпьютеров

Каковы же современные стандарты для суперкомпьютеров?

На последней международной конференции SC11 в Сиэтле был преодолен рубеж в 10 петафолопс, т. е. 10 квадриллионов вычислительных операций в секунду. Такую производительность показал K Computer японской корпорации Fujitsu, содержащий 705 024 процессорных ядра.

Второе место в рейтинге с показателем 2,6 петафолопса занимает китайская установка Tianhe-1A из суперкомпьютерного центра города Тяньзиня. Всего лишь год назад она была на первом месте.

На третьем месте – мощнейший суперкомпьютер США с производительностью 1,8 петафолопса, который уже почти три года не модернизировался.

В 2005 году в Америке была представлена задача преодолеть барьер в 1 петафолопс. Эту задачу они выполнили к 2008 года. Но с началом кризиса развитие Американских суперкомпьютеров резко сократилось.

На конференции SC11 был поставлен мировой рекорд скорости передачи информации.

Информация из Сиэтла в канадскую Викторию, расстояние между которыми 212 км, передавалась по прямому многомодемовому оптоволокну со скоростью 98 гигабит в секунду.

При такой скорости скачивание фильма заняло бы время меньше секунды. Такие высокие скорости передачи данных необходимы для совместной международной обработки данных, получаемых ЦЕРН на Большом андронном коллайдере.

6. Рынок суперкомпьютеров в России.

Во всемирный процесс активизации рынка высокопроизводительных вычислений (HPC) все активнее включается и Россия.

В 2003 компания «Paradigm», ведущий поставщик технологий для обработки геолого-геофизических данных и проектирования бурения для нефтегазовой отрасли, модернизировала свой расположенный в Москве центр обработки сейсмических данных, установив серверный кластер IBM из 34 двухпроцессорных серверов на базе процессоров Intel Xeon.

Новая система ускорила работу ресурсоемких вычислительных приложений «Paradigm» за счет применения кластерных технологий на базе ОС Linux. Новые возможности проведения более точных расчетов, несомненно, увеличат конкурентоспособность российских нефтяных компаний на мировом рынке.

Двумя важнейшими проэктами 2005 года стала установка суперкомпьютера МВС-15000BM отечественной разработки в Межведомственном Суперкомпьютерном Центре РАН (МСЦ) и установка на НПО кластера IBM eServer Cluster 1350, включающего 64 двухпроцессорных сервера IBM eServer xSeries 336.

Последний является крупнейшей в России супер-ЭВМ, используемой в промышленности, и четвертым в совокупном рейтинге суперкомпьютеров на территории СНГ. НПО собирается использовать его в проектировании авиационных газотурбинных двигателей для самолетов гражданской авиации.

Решаются вопросы и специального инженерного программного обеспечения для моделирования различных высокоэнергетических процессов в химической, атомной и аэрокосмической промышленности.

Так, пакет IP-3D предназначен для численного моделирования газодинамических процессов в условиях экстремально высоких температур и давлений, невоспроизводимых в лабораторных условиях.

Еще одним крупнейшим отечественным проектом в области суперкомпьютеров являются российский проект МВС и российско-белорусский СКИФ. Разработка СуперЭВМ проекта МВС финансировалась за счет средств Минпромнауки России, РАН, Минобразования России, РФФИ, Российского фонда технологического развития.

В настоящее время машины этой серии установлены в МСЦ РАН и ряде региональных научных центров РАН (Казань, Екатеринбург, Новосибирск) и используются преимущественно для научных расчетов. Так же одним из разработчиков ПО для МВС является фирма «InterProgma», работающая в Черноголовке в рамках уже существующего ИТ-парка.

Компания в тесном сотрудничестве с ИПХФ РАН ведет разработку базового программного обеспечения для крупномасштабного моделирования на суперкомпьютерных системах.

В России же СКИФ и МВС пока воспринимаются лишь как академические проекты. Причина этого в том, что крупные российские машиностроительные корпорации, такие как НПО , предпочитают зарубежные суперЭВМ, поскольку отработанные прикладные решения от мировых лидеров, таких как IBM и HP уже снабжены готовым целевым ПО и средствами разработки, имеют лучший сервис.

Сделать МВС и СКИФ востребованными для российской промышленности поможет создание общего вычислительного центра ориентированного на промышленный сектор, с распределенным доступом к машинному времени.

Создание Центра резко удешевит затраты на обслуживание суперкомпьютера, а также ускорит процесс создания и систематизации ПО (написание драйверов, библиотек, стандартных приложений).

7.Заключение

Еще 10-15 лет назад суперкомпьютеры были чем-то вроде элитарного штучного инструмента, доступного в основном ученым из засекреченных ядерных центров.

Однако развитие аппаратных и программных средств сверхвысокой производительности позволило освоить промышленный выпуск этих машин, а число их пользователей в настоящее время достигает десятков тысяч.

Фактически, в наши дни весь мир переживает подлинный бум суперкомпьютерных проектов, результатами которых активно пользуются не только такие традиционные потребители высоких технологий, как аэрокосмическая, автомобильная, судостроительная и радиоэлектронная отрасли промышленности, но и важнейшие области современных научных знаний.

Источник: https://pandia.ru/text/80/143/12856.php

Суперкомпьютеры и их применение

по теме: Суперкомпьютеры

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

http://allbest.ruРазмещено на

Поволжская Государственная Академия Физической Культуры, Сервиса и Туризма

Реферат

На тему: Суперкомпьютеры и их применение

Выполнила:

Камаева Анжелика ,

1 курс,14 группа

2013 г.

f

Введение

1. Первые суперкомпьютеры

2. Сферы применения суперкомпьютеров

3. Суперкомпьютеры в России

4. Перспективы суперкомпьютерных технологий в России

5. Архитектура современных суперЭВМ

Вывод

Список используемой литературы

fВведение

С момента появления первых компьютеров одной из основных проблем, стоящих перед разработчиками, была производительность вычислительной системы.

За время развития компьютерной индустрии производительность процессора стремительно возрастала, однако появление все более изощренного программного обеспечения, рост числа пользователей и расширение сферы приложения вычислительных систем предъявляют новые требования к мощности используемой техники, что и привело к появлению суперкомпьютеров. Что же такое суперкомпьютеры, и зачем они нужны?

В принципе, суперкомпьютер это обычная вычислительная система, позволяющая производить сложные расчеты за более короткие промежутки времени. О чем собственно и говорит приставка «Супер».

Любая компьютерная система состоит из трех основных компонентов — центрального процессора, то есть счетного устройства, блока памяти и вторичной системы хранения информации (к примеру, в виде дисков или лент).

Ключевое значение имеют не только технические параметры каждого из этих элементов, но и пропускная способность каналов, связывающих их друг с другом и с терминалами потребителей. Одна из заповедей «Крей рисерч» гласит: «Быстродействие всей системы не превышает скорости самой медленнодействующей ее части».

Важным показателем производительности компьютера является степень его быстродействия. Она измеряется так называемыми флопсами — от английского сокращения, обозначающего количество операций с числами, представленными в форме с плавающей запятой, в секунду. То есть за основу берется подсчет — сколько наиболее сложных расчетов машина может выполнить за один миг.

Суперкомпьютер — это вычислительная машина, значительно превосходящая по своим параметрам большинство существующих компьютеров.

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

А для чего нужны вообще суперкомпьютеры? Теперь ученые сталкиваются с тем, что многие испытания стали практически невозможными, в некоторых случаях из-за своих масштабов , в других — дороговизны или опасности для здоровья человека. Тут и приходят на помощь СуперЭВМ, которые помогают экспериментировать с электронными моделями в действительности, не нанося вред человеку. Они стали современными помощниками науке и производства.

Основные признаки, характеризующие суперЭВМ .среди которых кроме высокой производительности следует отметить:

· Самый современный технологический уровень

· Специфические архитектурные решения, направленные на повышения быстродействия ( например. Наличие операций над векторами )

· Цена выше 1-2 миллионов долларов.

Суперкомпьютер Вычислительный Сложный Мощность

f1. Первые суперкомпьютеры

Cray-1 принято считать одним из первых суперЭВМ. Он появился в 1974 году. В процессорах компьютера был огромный набор регистров, которые разделялись на группы. Каждая группа имела свое собственное функциональное назначение.

Блок адресных регистров, который отвечал за адресацию в памяти ЭВМ, Блок векторных регистров, блок скалярных регистров. Производительность суперЭВМ составляла 180 миллионов операций в секунду над числами с плавающей точкой.

Использовались 32 разрядные команды — это учитывая то, что современники данного компьютера только начинали переходить от 8 разрядных команд к 16 разрядным.

Сборка компьютера Cray-1

Так же после появился компьютер Cray-2.

Компьютеры Крея применялись в правительственных организациях ,промышленных и научно — исследовательских центрах. Так же было много конкурирующих компаний. Но многие из них так и не достигли успеха. В 90-х годах эти фирмы начали банкротиться. Компания Крея Cray Inc до сих пор является одним из ведущих производителей суперкомпьютеров.

Суперкомпьютеры компании nCube.

Одним из пионеров MPP-систем стала основанная в 1983 году компания nCube. В 1985 году появился первый ее MPP-компьютер nCube 1.

В ее системе, как и в системе всех последующих поколений компьютеров nCube , лежит гиперкубическая топология межпроцессорных соединений и высокий уровень интеграции на базе технологий VLSI, показала рекордные результаты по абсолютной производительности и в соотношении цена/производительность для научных вычислений.

В 1989 году компания nCube выпустила семейство суперкомпьютеров nCube 2. Большие вычислительные возможности, гибкая архитектура и мощное специализированное программное обеспечение позволяет применять системы nCube 2 в широком диапазоне областей — от сложнейших научных задач до управления информацией в бизнесе.

Система nCube 2 представляет собой масштабируемую серию систем. Каждый супер компьютер этой серии содержит набор процессоров соединенных в гиперкубическую сеть. Наибольшую систему составляют 8192 процессора , и ее мощность более чем в 1000 раз превышает мощность наименьшей — с 8 процессорами. Возможности памяти и системы ввода/вывода возрастают вместе с ростом процессорной мощности.

2. Сферы применения суперкомпьютеров

Традиционной сферой применения суперкомпьютеров всегда были научные исследования: физика плазмы и статистическая механика, физика конденсированных сред, молекулярная и атомная физика, теория элементарных частиц, газовая динамика и теория турбулентности, астрофизика.

В химии — различные области вычислительной химии: квантовая химия (включая расчеты электронной структуры для целей конструирования новых материалов, например, катализаторов и сверхпроводников), молекулярная динамика, химическая кинетика, теория поверхностных явлений и химия твердого тела, конструирование лекарств.

Естественно, что ряд областей применения находится на стыках соответствующих наук, например, химии и биологии, и перекрывается с техническими приложениями.

Так, задачи метеорологии, изучение атмосферных явлений и, в первую очередь, задача долгосрочного прогноза погоды, для решения которой постоянно не хватает мощностей современных суперЭВМ, тесно связаны с решением ряда перечисленных выше проблем физики.

Среди технических проблем , для решения которых используются суперкомпьютеры, укажем на задачи аэрокосмической и автомобильной промышленности, ядерной энергетики, предсказания и разработки месторождений полезных ископаемых, нефтедобывающей и газовой промышленности (в том числе проблемы эффективной эксплуатации месторождений, особенно трехмерные задачи их исследования), и, наконец, конструирование новых микропроцессоров и компьютеров, в первую очередь самих суперЭВМ.

Суперкомпьютеры традиционно применяются для военных целей. Кроме очевидных задач разработки оружия массового уничтожения и конструирования самолетов и ракет, можно упомянуть, например, конструирование бесшумных подводных лодок и др.

Самый знаменитый пример — это американская программа СОИ. Уже упоминавшийся MPP-компьютер Министерства энергетики США будет применяться для моделирования ядерного оружия, что позволит вообще отменить ядерные испытания в этой стране.

Есть еще одна проблема применения суперЭВМ, о которой необходимо сказать — это визуализация данных, полученных в результате выполнения расчетов.

Часто, например, при решении дифференциальных уравнений методом сеток, приходится сталкиваться с гигантскими объемами результатов, которые в числовой форме человек просто не в состоянии обработать. Здесь во многих случаях необходимо обратиться к графической форме представления информации.

В любом случае возникает задача транспортировки информации по компьютерной сети. Решению этого комплекса проблем в последнее время уделяется все большее внимание.

В частности, знаменитый Национальный центр суперкомпьютерных приложений США (NCSA) совместно с компанией Silicon Graphics ведет работы по программе «суперкомпьютерного окружения будущего». В этом проекте предполагается интегрировать возможности суперкомпьютеров POWER CHALLENGE и средств визуализации компании SGI со средствами информационной супермагистрали.

3. Суперкомпьютеры в России

СуперЭВМ являются национальным достоянием, и их разработка и производство, несомненно, должны быть одним из приоритетов государственной технической политики стран, являющихся мировыми лидерами в области науки и техники.

Блестящим примером глубокого понимания всего комплекса соответствующих проблем является статья известного нобелевского лауреата в области физики К. Вильсона.

Опубликованная свыше десять лет назад, она и сейчас представляет интерес для российского читателя.

Практически единственными странами, разрабатывающими и производящими суперЭВМ в больших масштабах, являются США и Япония. Свои суперкомпьютеры были созданы в Индии и Китае. Большинство развитых стран, в том числе и ряд государств Восточной Европы, предпочитают использовать суперкомпьютеры, произведенные в США и Японии.

Положение с разработками суперкомпьютеров в России, очевидно, оставляет сегодня желать лучшего. Работы над отечественными суперЭВМ в последние годы велись сразу в нескольких организациях. Под управлением академика В.А.

Мельникова была разработана векторная суперЭВМ «Электроника CC-100» с архитектурой, напоминающей Сгау-1. В ИТМиВТ РАН проводятся работы по созданию суперкомпьютеров «Эльбрус-3». Этот компьютер может иметь до 16 процессоров с тактовой частотой 10 нс.

По оценкам разработчиков, на тестах LINPACK при N = 100 быстродействие процессора составит 200 MFL0PS, при N = 1000 — 370 MFLOPS.

Другая разработка, выполненная в этом институте, — Модульный Конвейерный Процессор (МКП), в котором используется оригинальная векторная архитектура, однако по быстродействию он, вероятно, должен уступать «Эльбрус-3».

Между тем отсутствие возможностей применения суперЭВМ сдерживает развитие отечественной науки и делает принципиально невозможным успешное развитие целых направлений научных исследований.

Приобретение одного или двух даже очень мощных, суперкомпьютеров не поможет решить данную проблему. И дело не только в стоимости их приобретения и затрат на поддержание работоспособности (включая электропитание и охлаждение).

Существует еще целый ряд причин (например, доставка информации по компьютерной сети), препятствующих эффективному использованию суперЭВМ.

Что касается отечественных суперЭВМ, то без необходимой государственной поддержки проектов по их разработке не приходиться рассчитывать на создание промышленных образцов в ближайшие несколько лет , и вряд ли такие компьютеры смогут составить основу парка суперЭВМ в создающихся сегодня отечественных суперкомпьютерных центрах.

Пока еще не все компании в России понимают, насколько вычисления могут дать им преимущества в конкурентной борьбе и позволить сэкономить деньги.

А тем временем, например, в США суперкомпьютеры строятся уже не на деньги государства, а на деньги регионов, то есть их важность понимают и на региональном уровне.

И это достаточно мощные машины, ведь по ту сторону океана бизнес и правительство понимают, что для развития надо не просто производить вычисления — надо в них побеждать, побеждать по качеству вычислений и скорости.

4. Перспективы суперкомпьютерных технологий в России

Для таких задач, как моделирование живой клетки, поведения самолета в различных ситуациях, Большого взрыва Вселенной, создания синтетического топлива и получения точных долгосрочных прогнозов погоды, необходимо преодолеть новый рубеж производительности суперкомпьютеров — 1 ЭКСАФЛОП. Учитывая, что сегодня мы подошли к 2 ПЕТАФЛОПС, это перспектива ближайших десяти лет.

Конечно, далеко не каждое предприятие может позволить себе купить, содержать и использовать суперкомпьютер. Вероятнее всего, должна быть создана сеть высокопроизводительных вычислений, содержащая топовые модели с максимальной производительностью в основных регионах нашей страны. Это позволит снизить нагрузку на каналы связи и сократить расходы на построение ЦОД и электроэнергию.

Системы второго уровня, более слабые, должны быть равномерно распределены по регионам с развитой наукой, образованием и промышленностью. Как считает Леонид Борисович Соколинский, профессор, зав.

кафедрой Южно-Уральского государственного университета, высокопроизводительные вычисления должны иметь «облачную» структуру, которая позволит любому университету, конструкторскому бюро или предприятию пользоваться их мощностями удалённо, возможно с оплатой за процессорочасы.

Естественно, такой путь развития невозможен без поддержки на уровне правительства РФ — выделения бюджетов на построение HPC, развитие каналов связи, предоставления дополнительных льгот институтам. Ведь когда потребность в вычислениях. Это должна быть долгосрочная программа, которая обеспечит переход на инновационную экономику.

5. Архитектура современных суперЭВМ

Рассмотрим архитектуры ЭВМ , которые распространены сегодня , я приведу классическую систематику :

В соответствии с ней, все компьютеры делятся на четыре класса в зависимости от числа потоков команд и данных.

К первому классу (последовательные компьютеры фон Неймана) принадлежат обычные скалярные однопроцессорные системы: одиночный поток команд — одиночный поток данных (SISD).

Персональный компьютер имеет архитектуру SISD, причем не важно, используются ли в ПК конвейеры для ускорения выполнения операций.

Второй класс характеризуется наличием одиночного потока команд, но множественного nomoka данных (SIMD). К этому архитектурному классу принадлежат однопроцессорные векторные или, точнее говоря, векторно-конвейерные суперкомпьютеры, например, Cray-1 [6].

В этом случае мы имеем дело с одним потоком (векторных) команд, а потоков данных — много: каждый элемент вектора входит в отдельный поток данных. К этому же классу вычислительных систем относятся матричные процессоры, например, знаменитый в свое время ILLIAC-IV.

Они также имеют векторные команды и реализуют векторную обработку, но не посредством конвейеров, как в векторных суперкомпьютерах, а с помощью матриц процессоров.

К третьему классу — MIMD — относятся системы, имеющие множественный поток команд и множественный поток данных. К нему принадлежат не только многопроцессорные векторные суперЭВМ, но и вообще все многопроцессорные компьютеры. Подавляющее большинство современных суперЭВМ имеют архитектуру MIMD.

Четвертый класс в систематике Флинна, MISD, не представляет практического интереса ,по крайней мере, для анализируемых нами компьютеров. В последнее время в литературе часто используется также термин SPMD (одна программа — множественные данные).

Он относится не к архитектуре компьютеров, а к модели распараллеливания программ и не является расширением систематики Флинна. SPMD обычно относится к MPP (т.е.

MIMD) — системам и означает, что несколько копий одной программы параллельно выполняются в разных процессорных узлах с разными данными.

А так же имеется иное направление в развитие компьютерных архитектур — это машины потоков данных.

fВывод

Еще 10-15 лет назад суперкомпьютеры были чем-то вроде элитарного штучного инструмента, доступного в основном ученым из засекреченных ядерных центров и криптоаналитикам спецслужб.

Однако развитие аппаратных и программных средств, сверхвысокой производительности, позволило освоить промышленный выпуск этих машин, а число их пользователей в настоящее время достигает десятков тысяч.

На самом деле, в наши дни весь мир переживает подлинный бум суперкомпьютерных проектов, результатами которых активно пользуются не только такие традиционные потребители высоких технологий, как аэрокосмическая, автомобильная, судостроительная и радиоэлектронная отрасли промышленности, но и важнейшие области современных научных знаний.

fСписок используемой литературы

1. К. Вильсон, в сб. «Высокоскоростные вычисления». М. Радио и Связь, 1988, сс.12-48.

2. http://www.hwp.ru/articles/Superkompyuteri_v_Rossii___segodnyashnie_realii_i_zavtrashnie_tendentsii_80491/index.php?PAGEN_1=2

3. Наталья Дубова, Суперкомпьютеры nCube. Открытые системы, # 2, 1995, сс.42-47.

4. Смирнов А.Д. Архитектура вычислительных систем: Учеб. пособие для вузов. М.: Наука. Гл. ред. физ.мат. лит., 1990. 320 с.

Размещено на Allbest.ru

Источник: https://revolution.allbest.ru/programming/00369435_0.html

Зачем нужны суперкомпьютеры и где их используют?

по теме: Суперкомпьютеры

В 2021 году Аргоннская национальная лаборатория (исследовательский центр Министерства энергетики США) планирует представить суперкомпьютер нового поколения Aurora, который сможет выполнить операцию, на которую человеку понадобилось бы 31,7 трлн лет, за одну секунду. Aurora будет в пять-десять раз быстрее, чем Summit — самый мощный из существующих суперкомпьютеров.

Издание Built In разобралось, что такое суперкомпьютеры и зачем они нужны.

Зачем нужны суперкомпьютеры и где их используют? Анна Полякова

Суперкомпьютеры выполняют массовую параллельную обработку данных, при которой задачи разбиваются на части и одновременно обрабатываются тысячами процессоров. Это их главное отличие от обычных компьютеров, которые последовательно решают задачу за задачей.

Если воспользоваться аналогией, то это все равно что подойти к кассам в супермаркете с полной тележкой и разделить товары между несколькими друзьями. Каждый оплатит свою часть отдельно, после чего вы встретитесь у выхода и снова сложите продукты в одну тележку.

Чем больше друзей, тем быстрее можно завершить параллельную обработку — по крайней мере, в теории.

«Если система настроена правильно, то какую бы задачу вы ни поставили суперкомпьютеру, он справится с ней гораздо быстрее, чем компьютер с меньшим количеством процессоров или одним процессором.

Для некоторых вычислений домашнему ноутбуку понадобились бы недели или даже месяцы, но если вы сможете настроить эффективную параллельную обработку данных, то это займет не больше дня», — объясняет исследователь из Политехнического института Ренсселера Джоан Росс, которая недавно вернулась из Аргоннской национальной лаборатории, где она проработала шесть месяцев.

По словам Росс, обработке данных способны помешать некорректные параметры программы. Например, расчеты могут идти стремительно при работе четырех процессоров, но замедлиться при подключении пятого. 

Для чего используются суперкомпьютеры?

Главной ценностью суперкомпьютеров является их постоянно улучшающаяся способность симулировать реальность. Они могут моделировать производственные условия и разрабатывать более совершенные продукты в областях от нефтегазовой промышленности до фармацевтики. Джек Донгарра, один из ведущих экспертов по суперкомпьютерам, сравнивает эту способность с магическим шаром для предсказаний.

«Например, я хочу узнать, что происходит, когда сталкиваются две галактики. Я не могу провести такой эксперимент. Я не могу взять две галактики и столкнуть их. Поэтому я должен построить модель и запустить ее на компьютере.

Или другой пример — в прошлом инженеры при проектировании автомобиля заставляли его врезаться в стену, чтобы увидеть, насколько хорошо он выдержит удар. Но это довольно дорого и требует много времени.

Сегодня мы просто создаем компьютерную модель машины и заставляем ее врезаться в виртуальную стену», — отметил Донгарра, добавив, что половина пятисот лучших суперкомпьютеров занята в промышленности.

Высокопроизводительные вычисления также важны для оборонного сектора. В частности, сложные симуляции фактически устранили необходимость реальных испытаний оружия, в том числе ядерного.  

«Военные больше не выходят в пустыню с недавно разработанным оружием, чтобы опробовать его. Теперь они создают его модель на суперкомпьютере. Они также имитируют процессы, которые происходят с оружием при долгом хранении, потому что должны убедиться в его работоспособности», — уточняет Донгарра.

Исследовательская лаборатория ВВС — один из пяти центров с суперкомпьютерами Министерства обороны США — выделила четыре суперкомпьютера на исследования в области вооружения.

Проект был продвинут как способ помочь ученым «быстро реагировать на самые актуальные и сложные проблемы нашей страны, а также реализовать новые возможности разработки оружия при меньших затратах со стороны налогоплательщиков».

Суперкомпьютеры также используются в области искусственного интеллекта.

Как рассказал директор Аргоннской национальной лаборатории Пол Кернс, Aurora предназначена для ИИ следующего поколения, который ускорит научные открытия и сделает возможными улучшения в таких областях, как прогнозирование экстремальных погодных явлений, медицина, картирование головного мозга и разработка новых материалов. Aurora поможет человечеству лучше понять Вселенную, «и это только начало», убежден Кернс.

Однако работа с ИИ — лишь небольшой процент того, что делают суперкомпьютеры. 90% расчетов по-прежнему посвящены традиционным задачам: инженерным симуляциям, моделированию погоды и тому подобному. ИИ занимает во всем этом лишь 5-10%, указывает Эндрю Джонс, консультант по высокопроизводительным вычислениям.

Николь Хемсот, соучредитель The Next Platform, считает, что пройдет еще не менее пяти лет, прежде чем в суперкомпьютеры начнут массово внедрять ИИ и глубокое обучение. При этом будут требоваться куда более мощные вычислительные возможности, чем есть сейчас, отмечает она.

Что ждет суперкомпьютеры в будущем?

Удивительный факт: ваш смартфон работает так же быстро, как суперкомпьютер в 1994 году — у него была тысяча процессоров и он моделировал испытания ядерного оружия. Таким образом, теоретически примерно через четверть века смартфоны смогут достичь уровня Aurora. 

Не исключено, что в будущем симуляции на суперкомпьютерах отойдут на второй план.

«В частности, в течение следующих полутора десятилетий машинное обучение может стать доминирующим в большинстве компьютерных наук, включая высокопроизводительные расчеты (и даже аналитику данных).

Хотя сегодня оно в основном используется в качестве вспомогательного инструмента в традиционных вычислениях, в некоторых случаях, например при разработке лекарств, оно вполне может заменить симуляцию», — говорит исследователь Майкл Фельдман.

Какую бы форму ни приняли суперкомпьютеры, в Аргоннской национальной лаборатории уверены, что они будут становиться все более мощными и начнут влиять на все — от разработки более эффективных аккумуляторов для электромобилей до искоренения таких серьезных болезней, как рак.

Источник.

Фото на обложке: Аргоннская национальная лаборатория

Источник: https://rb.ru/story/supercomputers/

Лекция по теме: Суперкомпьютеры

по теме: Суперкомпьютеры

Дальневосточный федеральный университет

Институт физики и информационных технологий

Факультет информационных технологий

по теме:

Суперкомпьютеры

Преподаватель: Нефедев К. В.

Выполнил: студент 134-А группы

Хомик В. Н.

2011 г.

Введение…………………………………………………………………………………………3

Первые суперкомпьютеры……………………………………………………………………..3

Архитектура суперкомпьютеров……………………………………………………………….4

Применение суперкомпьютеров……………………………………………………………….5

TOP500……………………………………………………………………….………..6

TOP50…………………………………………………………………………………………….7

Формирование списка 50 наиболее мощных компьютеров СНГ…………………………….8

Заключение…………………………………………………………………….………………10

Приложения……………………………………………………………………………………10

Введение

С момента появления первых компьютеров одной из основных проблем, стоящих перед разработчиками, была производительность вычислительной системы.

За время развития компьютерной индустрии производительность процессора стремительно возрастала, однако появление все более изощренного программного обеспечения, рост числа пользователей и расширение сферы приложения вычислительных систем предъявляют новые требования к мощности используемой техники, что и привело к появлению суперкомпьютеров. Что же такое суперкомпьютеры, и зачем они нужны?

В принципе, суперкомпьютер это обычная вычислительная система, позволяющая производить сложные расчеты за более короткие промежутки времени. О чем собственно и говорит приставка «Супер» (Super в переводе с английского означает: сверх, над).

Любая компьютерная система состоит из трех основных компонентов — центрального процессора, то есть счетного устройства, блока памяти и вторичной системы хранения информации (к примеру, в виде дисков или лент).

Ключевое значение имеют не только технические параметры каждого из этих элементов, но и пропускная способность каналов, связывающих их друг с другом и с терминалами потребителей. Одна из заповедей «Крей рисерч» гласит: «Быстродействие всей системы не превышает скорости самой медленнодействующей ее части».

Важным показателем производительности компьютера является степень его быстродействия. Она измеряется так называемыми флопсами — от английского сокращения, обозначающего количество операций с числами, представленными в форме с плавающей запятой, в секунду. То есть за основу берется подсчет — сколько наиболее сложных расчетов машина может выполнить за один миг.

А зачем вообще нужны суперкомпьютеры? Раздвижение границ человеческого знания всегда опиралось на два краеугольных камня, которые не могут, существовать друг без друга, — теорию и опыт.

Однако теперь ученые сталкиваются с тем, что многие испытания стали практически невозможными — в некоторых случаях из-за своих масштабов, в других — дороговизны или опасности для здоровья и жизни людей. Тут-то и приходят на помощь мощные компьютеры.

Позволяя экспериментировать с электронными моделями реальной действительности, они становятся «третьей опорой» современной науки и производства.

Прошло время, когда создатели суперкомпьютеров стремились обеспечить максимальную производительность любой ценой. Специальные процессоры, дорогостоящая сверхбыстрая память, нестандартное периферийное оборудование — все это обходилось заказчикам в круглую сумму. Приобретали суперкомпьютеры либо предприятия ВПК, либо крупные университеты.

И те, и другие делали это, как правило, за государственный счет. Окончание «холодной войны» и последовавшее за ним сокращение ассигнований на военные и околовоенные нужды нанесли серьезный удар по производителям суперкомпьютеров. Большинство из них были поглощены изготовителями менее производительной, но более доступной и ходовой вычислительной техники.

Впрочем, у этих слияний были и технологические предпосылки — быстродействие серийно выпускаемых микропроцессоров постоянно росло, и производители суперкомпьютеров быстро переориентировались на них, что позволило существенно сократить общую стоимость разработки.

Основной упор стал делаться на увеличение числа процессоров и повышение степени параллелизма программ.

Первые суперкомпьютеры

Началом эры суперкомпьютеров можно, пожалуй, назвать 1976 год, когда появилась первая векторная система Cray 1.

Работая с ограниченным в то время набором приложений, Cray 1 показала настолько впечатляющие по сравнению с обычными системами результаты, что заслуженно получила название “суперкомпьютер” и определяла развитие всей индустрии высокопроизводительных вычислений еще долгие годы.

Но более чем за два десятилетия совместной эволюции архитектур и программного обеспечения на рынке появлялись системы с кардинально различающимися характеристиками, поэтому само понятие “суперкомпьютер” стало многозначным и пересматривать его пришлось неоднократно.

Попытки дать определение суперкомпьютеру опираясь только на производительность привели к необходимости постоянно поднимать планку, отделяющую его от рабочей станции или даже обычного настольного компьютера. Только за последние 15 лет нормы менялись несколько раз.

По определению Оксфордского словаря вычислительной техники 1986 года, для того, чтобы получить это гордое название, нужно было иметь производительность в 10 мегафлоп (миллионов операций с плавающей запятой в секунду). В начале 90-х была преодолена отметка 200 мегафлоп, затем 1 гигафлоп.

Сейчас суперкомпьютеры взяли планку в несколько петафлопс.

Архитектура суперкомпьютеров

В соответствии с классичесой систематикой Флинна, все компьютеры делятся на четыре класса в зависимости от числа потоков команд и данных.

К первому классу (последовательные компьютеры фон Неймана) принадлежат обычные скалярные однопроцессорные системы: одиночный поток команд — одиночный поток данных (SISD).

Персональный компьютер имеет архитектуру SISD, причем не важно, используются ли в ПК конвейеры для ускорения выполнения операций.

Второй класс характеризуется наличием одиночного потока команд, но множественного потока данных (SIMD). К этому архитектурному классу принадлежат однопроцессорные векторные или, точнее говоря, векторно-конвейерные суперкомпьютеры, например, Cray-1.

В этом случае мы имеем дело с одним потоком (векторных) команд, а потоков данных — много: каждый элемент вектора входит в отдельный поток данных. К этому же классу вычислительных систем относятся матричные процессоры, например, знаменитый в свое время ILLIAC-IV.

Они также имеют векторные команды и реализуют векторную обработку, но не посредством конвейеров, как в векторных суперкомпьютерах, а с помощью матриц процессоров.

К третьему классу — MIMD — относятся системы, имеющие множественный поток команд и множественный поток данных. К нему принадлежат не только многопроцессорные векторные суперЭВМ, но и вообще все многопроцессорные компьютеры. Подавляющее большинство современных суперЭВМ имеют архитектуру MIMD.

Четвертый класс в систематике Флинна, MISD, не представляет практического интереса, по крайней мере для анализируемых нами компьютеров. В последнее время в литературе часто используется также термин SPMD (одна программа — множественные данные).

Он относится не к архитектуре компьютеров, а к модели распараллеливания программ и не является расширением систематики Флинна. SPMD обычно относится к MPP (т.е.

MIMD) — системам и означает, что несколько копий одной программы параллельно выполняются в разных процессорных узлах с разными данными.

Интересно также упомянуть о принципиально ином направлении в развитии компьютерных архитектур — машинах потоков данных.

В середине 80-х годов многие исследователи полагали, что будущее высокопроизводительных ЭВМ связано именно с компьютерами, управляемыми потоками данных, в отличие от всех рассмотренных нами классов вычислительных систем, управляемых потоками команд.

В машинах потоков данных могут одновременно выполняться сразу много команд, для которых готовы операнды.

Хотя ЭВМ с такой архитектурой сегодня промышленно не выпускаются, некоторые элементы этого подхода нашли свое отражение в современных суперскалярных микропроцессорах, имеющих много параллельно работающих функциональных устройств и буфер команд, ожидающих готовности операндов. В качестве примеров таких микропроцессоров можно привести HP РА-8000 и Intel Pentium Pro.

Применение суперкомпьютеров

Для каких применений нужна столь дорогостоящая техника? Может показаться, что с ростом производительности настольных ПК и рабочих станций, а также серверов, сама потребность в суперЭВМ будет снижаться. Это не так.

С одной стороны, целый ряд приложений может теперь успешно выполняться на рабочих станциях, но с другой стороны, время показало, что устойчивой тенденцией является появление все новых приложений, для которых необходимо использовать суперЭВМ.

Традиционной сферой применения суперкомпьютеров всегда были научные исследования: физика плазмы и статистическая механика, физика конденсированных сред, молекулярная и атомная физика, теория элементарных частиц, газовая динамика и теория турбулентности, астрофизика.

В химии — различные области вычислительной химии: квантовая химия (включая расчеты электронной структуры для целей конструирования новых материалов, например, катализаторов и сверхпроводников), молекулярная динамика, химическая кинетика, теория поверхностных явлений и химия твердого тела, конструирование лекарств.

Естественно, что ряд областей применения находится на стыках соответствующих наук, например, химии и биологии, и перекрывается с техническими приложениями.

Так, задачи метеорологии, изучение атмосферных явлений и, в первую очередь, задача долгосрочного прогноза погоды, для решения которой постоянно не хватает мощностей современных суперЭВМ, тесно связаны с решением ряда перечисленных выше проблем физики.

Среди технических проблем, для решения которых используются суперкомпьютеры, укажем на задачи аэрокосмической и автомобильной промышленности, ядерной энергетики, предсказания и разработки месторождений полезных ископаемых, нефтедобывающей и газовой промышленности (в том числе проблемы эффективной эксплуатации месторождений, особенно трехмерные задачи их исследования), и, наконец, конструирование новых микропроцессоров и компьютеров, в первую очередь самих суперЭВМ.

Суперкомпьютеры традиционно применяются для военных целей.

Кроме очевидных задач разработки оружия массового уничтожения и конструирования самолетов и ракет, можно упомянуть, например, конструирование бесшумных подводных лодок и др. Самый знаменитый пример — это американская программа СОИ.

Уже упоминавшийся MPP-компьютер Министерства энергетики США применяется для моделирования ядерного оружия, что позволит вообще отменить ядерные испытания в этой стране.

Сравнительная таблица по использованию суперкомпьютеров. Ниже приведен сравнительный анализ оснащенности суперкомпьютерами предприятий СНГ и наиболее развитых мировых держав в различных отраслях экономики на основе последней редакции мирового суперкомпьютерного рейтинга Тор500 и рейтинга самых мощных компьютеров СНГ Тор50.

Область использованияВ миреСНГ
Промышленность, в т.ч.- электронная- тяжелая (автомобильная, авиационная, металлургия и др.)- добывающая (геологоразведка, нефте- и газодобыча)44,3%14%
Наука и образование18,4%40%
Прогнозы погоды и климатические исследования18,5%
Исследования (в т.ч. в области вычислений, прикладные в различных областях, стратегические)9,9%19%
Финансы (банки, финансовые компании, страхование, финансовые прогнозы и консалтинг)3,5%25%

Анализируя потенциальные потребности в суперЭВМ существующих сегодня приложений, можно условно разбить их на два класса. К первому можно отнести приложения, в которых известно, какой уровень производительности надо достигнуть в каждом конкретном случае, например, долгосрочный прогноз погоды.

Ко второму можно отнести задачи, для которых характерен быстрый рост вычислительных затрат с увеличением размера исследуемого объекта.

Например, в квантовой химии неэмпирические расчеты электронной структуры молекул требуют затрат вычислительных ресурсов, пропорциональных N4 или И5, где N условно характеризует размер молекулы. Сейчас многие молекулярные системы вынужденно исследуются в упрощенном модельном представлении.

Имея в резерве еще более крупные молекулярные образования (биологические системы, кластеры и т.д.), квантовая химия дает пример приложения, являющегося «потенциально бесконечным» пользователем суперкомпьютерных ресурсов.

Есть еще одна проблема применения суперЭВМ, о которой необходимо сказать — это визуализация данных, полученных в результате выполнения расчетов.

Часто, например, при решении дифференциальных уравнений методом сеток, приходится сталкиваться с гигантскими объемами результатов, которые в числовой форме человек просто не в состоянии обработать. Здесь во многих случаях необходимо обратиться к графической форме представления информации.

В любом случае возникает задача транспортировки информации по компьютерной сети. Решению этого комплекса проблем в последнее время уделяется все большее внимание.

В частности, знаменитый Национальный центр суперкомпьютерных приложений США (NCSA) совместно с компанией Silicon Graphics ведет работы по программе «суперкомпьютерного окружения будущего». В этом проекте предполагается интегрировать возможности суперкомпьютеров POWER CHALLENGE и средств визуализации компании SGI со средствами информационной супермагистрали.

TOP-500

В середине 80-х Эрик Стромайер из университета Теннеси (США) и Ганс Мейер из университета Маннхейма (Германия) начали собирать статистику о развитии рынка суперкомпьютеров. В то время благодаря малочисленности “подопытных” и большому их отличию от персональных компьютеров сделать это было довольно легко.

В итоге в начале 1993 года статистические исследования оформились в виде списка top-500, который публикуется дважды в год, в июне и ноябре. В этот список включаются наиболее мощные компьютерные системы, установленные по всему миру. Они и получают расплывчатое определение “суперкомпьютер”.

С развитием рынка и появлением множества различных архитектур актуальной проблемой стало найти наиболее объективный способ определения возможностей систем. Им стал тест Linpack, разработанный Джеком Донгарра, который представляет собой решение системы N линейных уравнений методом Гаусса.

Собственно, по результатам этого теста и определяются места в списке. В первом июньском top-500 1993 года лидером являлся Thinking Machines CM5 с 1 024 процессорами и Rmax=59,7 гигафлоп (Rmax — производительность по тесту Linpack), а в конце списка находилась система Fujitsu с 140 векторными процессорами и Rmax=0,422 гигафлоп.

В то время это был первый японский компьютер в Европе. Он имел 64 Мбайт памяти и считался самым быстрым в этом классе.

В наше время суперкомпьютеры стали намного мощнее, но ТОР 500 по прежнему каждые июнь и ноябрь составляют свой рейтинг. Рассмотрим поближе некоторые машины из последнего списка.

В июне 2011г. первое место занимает суперкомпьютер K Computer, производства корпорации Fujitsu. Суперкомпьютер набрал рекордные 8162 терафлопс по тесту Linpack.

Машина Fujitsu в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса официально стала самым мощным компьютером на планете.

Fujitsu планирует использовать свой частный суперкомпьютер для исследований в области гидродинамики, материаловедения, квантовой химии, гидрогазодинамики и любых других областях требующих огромных вычислительных ресурсов.

Второе место в рейтинге занимает компьютер под названием Tianhe-1A NUDT TH MPP. Он расположен в Национальном суперкомпьютерном центре в Тяньцзыне, Китай. На нем установлено 186368 процессоров Х5670 с частотой 2.93 гигагерц. Его максимальная производительность составляет 4701 терафлопс.

На третьем месте компьютер Jaguar Cray XT5 находяшийся в Окриджской национальной лаборатории, США. У него 224162 процессора Opteron. Максимальная полученная производительность 2331 терафлопс.

ТОР 50

Совместный проект Межведомственного Суперкомпьютерного Центр Российской Академии Наук и Научно-исследовательского вычислительного центра Московского Государственного Университета им. М.В.Ломоносова по формированию списка 50 наиболее мощных компьютеров СНГ стартовал в мае 2004 года.

В рейтинг Тор50 входят 50 наиболее мощных вычислительных систем, установленных на территориях стран СНГ. Системы ранжируются по показателям реальной производительности, полученным на тестах Linpack в соответствии с мировым стандартом.

Тор50 обновляется 2 раза в год и позволяет оперативно отслеживать тенденции развития суперкомпьютерной отрасли в СНГ.

23 марта 2011г. в Москве НИВЦ МГУ и МСЦ РАН объявляют о выпуске четырнадцатой редакции рейтинга самых мощных компьютеров СНГ Тор50.

Объявление новой редакции рейтинга состоялось на Всероссийской научной конференции «Научный сервис в сети Интернет: технологии распределенных вычислений.

Генеральный спонсор проекта — российский разработчик комплексных решений для высокопроизводительных вычислений компания «Т-Платформы».

Лидером списка является компьютер Ломоносов – Т-Платформы Т-Blade2/1.1, Xeon X5570/X5670 2.93GHz установленный в Московском государственном университете имени М. В. Ломоносова.

В текущем рейтинге Top500 самых мощных компьютеров мира эта машина заняла 13 место, что является рекордом для вычислительных систем, установленных на территории СНГ.

Таким образом, темпы роста производительности мощнейших суперкомпьютеров СНГ сравнимы с мировыми: согласно суперкомпьютерному рейтингу Тор500 (www.top500.org), показатели реальной производительности самого мощного компьютера в мире за полгода возросли в 1,9 раза.

Формирование списка 50 наиболее мощных компьютеров СНГ

1. Общие положения

Формирование списка 50 наиболее мощных компьютеров СНГ призвано акцентировать внимание пользователей, разработчиков, поставщиков компьютерной техники и широкой общественности на колоссальных возможностях современных суперкомпьютеров и параллельных вычислительных технологий, на перспективности данного направления в разработке наукоемких технологий и развитии инновационной деятельности, на новых областях реальной интеграции промышленности, науки и образования.

В список могут включаются компьютеры, установленные на территории СНГ. Список составляется и поддерживается Межведомственным суперкомпьютерным центром и Научно-исследовательским вычислительным центром МГУ имени М.В.Ломоносова.

Список располагается по адресу http://www.supercomputers.ru .

2. Правила включения систем в список

В список включаются 50 компьютеров, показавших к моменту выхода списка наибольшую производительность на тесте Linpack. Экспериментальные или временные компьютеры не могут быть внесены в список.

Компьютеры в списке сортируются по значению производительности на тесте Linpack (http://www.top500.org/lists/linpack.php ), при равенстве значений используется сортировка по пиковой производительности, затем по объему оперативной памяти и, наконец, по алфавиту.

Заявка на включение компьютера в список должна направляться на адрес, указанный в Приложении .

Заявка на включение компьютера в список должна содержать следующую информацию:

  • Производитель/поставщик (если есть)
  • Официальное название компьютера (если есть)
  • Название организации, в которой установлен компьютер
  • Город
  • Дата установки
  • Основная область применения из списка, указанного в Приложении
  • Тип компьютера
  • Операционная система
  • Количество вычислительных узлов
  • Количество и тип(ы) процессоров
  • Коммуникационная сеть, управляющая (используется только для управления состоянием узлов) и транспортная (используется для протоколов nfs, rsh, ssh и т.п.) сети (если есть), для SMP — коммуникационная шина
  • Суммарный объем оперативной памяти
  • Пиковая производительность
  • Максимально достигнутая производительность на тесте Linpack и размер матрицы, на котором эта производительность получена
  • Адрес web-странички с описанием (если есть)
  • Контактные люди в организации, где установлен компьютер (e-mail, телефон)

Помимо указанной информации требуется предоставить официальное письмо от руководства организации, в которой установлен компьютер, с просьбой о включении в очередную редакцию списка. Оригинал письма направляется почтой, а дубликат должен быть выслан электронной почтой на адреса, указанные в Приложении .

Компьютеры из предыдущей редакции списка автоматически учитываются в новом списке, в том случае если не подавалась информация о демонтаже или изменении производительности системы. Двойное вхождение одной системы в списке не допускается. Для систем, производительность которых была уточнена, необходима подача заявки только по электронной почте.

Периодичность обновления списка — 2 раза в год. Очередные редакции списка анонсируются в конце марта и в конце сентября. Заявки для внесения в новый список должны предоставляться не позднее 1 марта и 1 сентября соответственно.

Авторизованные сотрудники проекта Top50 могут провести выборочную проверку предоставленной информации о компьютере, для чего им должен быть предоставлен доступ на эту систему. Предоставленный доступ на компьютер не может быть передан третьим лицам или использован в других целях.

Обладатели компьютеров, впервые попавшие в список Top50 или передвинувшиеся вверх по списку в результате модернизации, получают официальный сертификат. Сертификат может быть получен в формате PDF через интернет или по адресу указанному в Приложении в зависимости от желания лауреата.

Заключение

Еще 15–20 лет назад суперкомпьютеры были чем-то вроде элитарного штучного инструмента, доступного в основном ученым из засекреченных ядерных центров и криптоаналитикам спецслужб.

Однако развитие аппаратных и программных средств сверхвысокой производительности позволило освоить промышленный выпуск этих машин, а число их пользователей в настоящее время достигает десятков тысяч.

Фактически, в наши дни весь мир переживает подлинный бум суперкомпьютерных проектов, результатами которых активно пользуются не только такие традиционные потребители высоких технологий, как аэрокосмическая, автомобильная, судостроительная и радиоэлектронная отрасли промышленности, но и важнейшие области современных научных знаний.

Приложение

Классификатор областей применения:

  • Наука и образование
  • Исследования
  • Промышленность
  • Производитель
  • Финансы
  • Другие

Классификатор типов вычислительных систем:

  • Кластерная система
  • Векторно-конвейерная система
  • Симметричная мультипроцессорная система (SMP)
  • Массивно-параллельная система (MPP)
  • Другая

Контактная информация (письма, сертификаты):

  • 119992, Москва, Ленинские горы, МГУ, НИВЦ, Вл.В.Воеводин
  • top50@supercomputers.ru

Источник: https://zinref.ru/000_uchebniki/04600_raznie_3/783_lekcii_raznie_19/851.htm

5 самых мощных суперкомпьютеров: для чего они нужны?

по теме: Суперкомпьютеры

Модели с огромной производительностью, укомплектованные тысячами процессоров и десятками гигабайт ОЗУ, называются суперкомпьютерами. Самые мощные можно найти в списке TOP500, где первые 5 мест занимают американские модели Summit и Sierra, китайские ЭВМ Sunway TaihuLight и Тяньхэ-2, а также швейцарский Piz Daint.

Что такое суперкомпьютер

СуперЭВМ – название, которое получают специализированные вычислительные машины, превосходящие по характеристикам и скорости вычисления большинство обычных компьютеров.

Суперкомпьютер состоит из большого количества многоядерных систем, объединенных в общую систему для получения высокой производительности. Еще одно отличие от обычных ПК – большие размеры. Техника располагается в нескольких помещениях, занимая целые этажи и здания.

Первым настоящим суперкомпьютером считается собранный в 1974 году в США ПК Cray-1. Благодаря поддержке векторных операций модель выполняла до 180 млн вычислений с плавающей точкой в секунду (флопс). Большая часть суперЭВМ по-прежнему собирается и используется в Соединенных Штатах, следующими по количеству такой техники идут Китай и Япония.

Назначение суперкомпьютеров

Суперкомпьютеры решают разнообразные задачи – от сложных математических расчетов и обработки огромных массивов данных до моделирования искусственного интеллекта. Есть модели, воспроизводящие «архитектуру» человеческого мозга. На СуперЭВМ проектируют промышленное оборудование и электронику, синтезируют новые материалы и делают научные открытия.

Автомобилестроительные компании используют суперкомпьютеры для имитации результатов краш-тестов, экономя средства на настоящих испытаниях. Подходит такая мощная техника и для разработки новых двигателей, позволяя моделировать специальный температурный режим и процессы деформации. С ее же помощью можно прогнозировать метеорологические явления и даже землетрясения.

1. Summit

Суперкомпьютер Summit, созданный американской компанией IBM для Национальной лаборатории в Окридже. Технику ввели в эксплуатацию летом 2018 года, заменив модель Titan, которая считалась самой производительной американской СуперЭВМ. Разработка лучшего современного суперкомпьютера обошлась американскому правительству в 200 млн долларов.

Устройство потребляет около 15 МВт электроэнергии – столько, сколько вырабатывает небольшая ГЭС. Для охлаждения вычислительной системы используется 15,1 кубометра циркулирующей по трубкам воды. Сервера IBM расположены на площади около 930 кв.м – территория, которую занимают 2 баскетбольные площадки. Для работы суперкомпьютера используется 220 км электрокабелей.

Производительность компьютера обеспечивается 9216 процессорами модели IBM POWER9 и 27648 графическими чипами Tesla V100 от Nvidia. Система получила целых 512 Гбайт оперативной и 250 Пбайт постоянной памяти (интерфейс 2,5 Тбайт/с). Максимальная скорость вычислений – 200 Пфлопс, а номинальная производительность – 143,5 Пфлопс.

По словам американских ученых, запуск в работу модели Summit позволил повысить вычислительные мощности в сфере энергетики, экономическую конкурентоспособность и национальную безопасность страны.

Среди задач, которые будут решаться с помощью суперкомпьютера, отмечают поиск связи между раковыми заболеваниями и генами живого организма, исследование причин появления зависимости от наркотиков и климатическое моделирование для составления точных прогнозов погоды.

2. Sierra

Второй американский суперкомпьютер Sierra (ATS-2) тоже выпущен в 2018 году и обошелся Соединенным Штатам примерно в 125 миллионов долларов. По производительности он считается вторым, хотя по среднему и максимальному уровню скорости вычислений сравним с китайской моделью Sunway TaihuLight.

Расположена СуперЭВМ на территории Национальной лаборатории имени Э. Лоуренса в Ливерморе. Общая площадь, которую занимает оборудование, составляет около 600 кв.м. Энергопотребление вычислительной системы – 12 МВт. И уже по соотношению производительность к расходу электричества компьютер заметно обогнал конкурента из КНР.

В системе используется 2 вида процессоров – серверные ЦПУ IBM Power 9 и графические Nvidia Volta. Благодаря этим чипам удалось повысить и энергоэффективность, и производительность. 4320 узлов со 190 тысячами ядер обеспечивают вычисления на скорости 94,64 петафлопс. Максимальная производительность – 125,712 Пфлопс или 125 квадриллионов операций с плавающей точкой в секунду.

Новую систему предполагается использовать в научных целях. В первую очередь – для расчетов в области создания ядерного оружия, заменяя вычислениями подземные испытания. Инженерные расчеты с помощью Sierra позволят разобраться и с ключевыми вопросами в области физики, знание которых позволит совершить ряд научных открытий.

3. Sunway TaihuLight

Китайская СуперЭВМ удерживала лидирующую позицию в рейтинге TOP500 с 2016 до 2018 года.

В соответствии с тестами LINPACK ее считали самым производительным суперкомпьютером, минимум в полтора раза превосходящим ближайшего конкурента и втрое опережающим самую производительную американскую модель Titan.

Разработка и строительство вычислительной системы обошлось в 1,8 млрд. юаней или 270 млн долларов. Инвесторами проекта были правительство Китая, администрация китайской провинции Цзянсу и города Уси.

Суперкомпьютер потребляет 15,3 МВт электроэнергии и занимает площадь 605 кв.м. Расположен он на территории города Уси, в национальном суперкомпьютерном центре. Название модели дали в честь расположенного рядом озера Тайху, третьего по величине пресноводного водоема Китая.

Наличие в конструкции ЭВМ 41 тысячи процессоров SW26010 и 10,6 миллиона ядер позволяет ей проводить расчеты со скоростью 93 Пфлопс. Максимальная производительность – 125 Пфлопс.

Переход на чипы китайского производства потребовал от разработчиков создания полностью новой системы.

До этого предполагалось в 2 раза повысить производительность другой китайской СуперЭВМ Тяньхэ-2, но эти намерения пришлось изменить из-за проблем с поставками процессоров Intel из США.

Модель Sunway TaihuLight применяется для выполнения сложных вычислений в области медицины, горнодобывающей промышленности и производстве. С помощью вычислительной машины прогнозируют погоду, исследуют новые лекарства и анализируют «большие данные» – массивы информации, обработать которые не получится даже у самого мощного серийного компьютера.

4. Тяньхэ-2

Суперкомпьютер Tianhe-2 («Млечный путь»), а, точнее, уже дополненная и модернизированная версия 2А, была разработана сотрудниками компании Inspur и научно-технического университета Народно-освободительной армии Китая. В июле 2013 года модель считалась самой производительной в мире и уступила пальму первенства только другому китайскому компьютеру TaihuLight. На сборку ЭВМ потратили около 200 млн долларов.

Сначала вычислительная система находилась на территории университета, а затем была перемещена в суперкомпьютерный центр в Гуанчжоу. Общая площадь, которую она занимает – около 720 кв. м. Энергопотребление модели составляет 17,8 МВт, что делает ее использование менее выгодным по сравнению с более современными версиями.

Техника построена на базе 80 тысяч ЦПУ Intel Xeon и Xeon Phi. Объем оперативной памяти – 1400 Гбайт, количество вычислительных ядер – больше 3 миллионов. На суперкомпьютере установлена операционная система Kylin Linux. Первые показатели работы системы – 33,8 Пфлопс, современная модификация достигает скорости вычислений 61,4 Пфлопс, максимальная – 100,679 Пфлопс.

СуперЭВМ создали по требованию китайского правительства, его основными задачами являются расчеты для проектов национального масштаба. С помощью системы решаются вопросы безопасности Китая, выполняется моделирование и анализ большого количества научной информации.

5. Piz Daint

Суперкомпьютер Piz Daint достаточно долго (с 2013 до 2018 года) занимал третье место в рейтинге самых мощных вычислительных систем в мире. В то же время он остается самым производительным компьютером Европы. Стоимость проекта составила около 40 млн швейцарских франков.

Модель получила название в честь одноименной территории в Швейцарских Альпах и находится в национальном суперкомпьютерном центре. Оборудование, из которого состоит СуперЭВМ, располагается в 28 стойках. Для работы техники требуется 2,3 МВт электричества, и по этому показателю Piz Daint обеспечивает лучшую удельную производительность – 9,2 Пфлопс/МВт.

В составе ЭВМ есть другой суперкомпьютер Piz Dora, сначала работавший отдельно. После объединения мощностей швейцарские разработчики получили вычислительную систему с 362 тысячами ядер (процессоры Xeon E5-2690v3) номинальной производительностью 21,23 Пфлопс. Максимальная скорость работы – 27 Пфлопс.

Основные задачи суперкомпьютера – расчеты для исследований в области геофизики, метеорологии, физике и климатологии. Одно из приложений для ЭВМ, COSMO, представляет собой метеорологическую модель и используется метеослужбами Германии и Швейцарии для получения высокоточных прогнозов погоды.

Источник: https://zoom.cnews.ru/publication/item/62312

Refy-free
Добавить комментарий