Što je 1 petaflops jednak u gigabajtima? Petaflops superračunalo je odmah iza ugla. Pregled stvarnih performansi sustava

Računalna tehnologija se razvija velikim koracima. Stoga je vjerojatno da je u trenutku kada je ovaj članak objavljen, svijet ugledalo novo “računalno čudovište”. Željeli bismo vam predstaviti prvih deset lidera za studeni 2012.

1. Titan (SAD) - 17,59 petaflopa

Prvo mjesto zauzelo je američko superračunalo Titan, stvoreno uz sudjelovanje Craya i Nvidije. Nalazi se u Nacionalnom laboratoriju Oak Ridge u Tennesseeju, koji je u vlasništvu američkog Ministarstva energetike. Titan može izvesti 17,59 kvadrilijuna operacija s pomičnim zarezom u sekundi, što je ekvivalentno 17,59 petaflopa performansi.

Titan se sastoji od 18688 čvorova. Stvoren je na arhitekturi hibridnog tipa: svaki čvor superračunala uključuje 16-jezgreni AMD Opteron procesor i Nvidia Tesla K20X grafički akcelerator. Korištenje GPU-a može smanjiti potrošnju energije sustava.

Titan se koristi za dizajn energetski učinkovitih motora za Vozilo, modeliranje učinaka klimatskih promjena i za proučavanje biogoriva. Oak Ridge iznajmljuje superračunalo drugim istraživačkim organizacijama.

2. Sequoia (SAD) - 16,32 petaflopa

Superračunalo Sequoia, također u vlasništvu američkog ministarstva energetike, radi na 1.572.864 jezgre. Sequoia je razvijena od strane IBM-a za Nacionalnu upravu za nuklearnu sigurnost kao dio svog programa Advanced Computing and Simulation.

Sequoia će se prvenstveno koristiti za simulaciju nuklearnih eksplozija, zamjenjujući superračunala ASC Purple i Blue Gene/L koja rade u Nacionalnom laboratoriju Livermore. Sequoia će također moći rješavati probleme za potrebe astronomije, energetike, proučavanja ljudskog genoma i klimatskih promjena.

Sequoia je izgrađena na Blue Gene/Q arhitekturi, koja je posljednja generacija u Blue Gene liniji arhitektura superračunala. Superračunalo se sastoji od 98.304 računalnih čvorova i ima 1,6 PB memorije u 96 regala smještenih na površini od 300 četvornih metara. m. Koriste se središnji procesori Power Architecture sa 16 ili 8 jezgri proizvedeni po 45 nm tehnologiji.

IBM je napravio računalo koje može riješiti 20 kvadrilijuna različitih matematičkih operacija u jednoj sekundi. To znači da kada bi 7 milijardi ljudi uzeli kalkulatore i počeli raditi matematičke izračune istovremeno bez pauze, svih 24 sata dnevno, svih 365 dana, onda bi te operacije trajale do 320 godina, ni manje ni više. Ali sada to ne morate učiniti, jer se pojavila Sequoia. Računalo će izvršiti takve izračune za samo sat vremena.

3. K računalo (Japan) - 10,51 petaflopa

K computer je japansko superračunalo proizvođača Fujitsu, lansirano 2011. godine na Institutu za fizikalna i kemijska istraživanja RIKEN u Kobeu. Naziv dolazi od japanskog prefiksa "kei", što znači 10 kvadrilijuna, a ujedno označava i glavni grad, odnosno aluzija na "glavno računalo"

U lipnju 2011. sustav je imao 68.544 8-jezgrenih SPARC64 VIIIfx procesora smještenih u 672 računalna stalaka, što predstavlja 548.352 računalnih jezgri proizvedenih od strane Fujitsua u 45 nm procesu. Superračunalo koristi vodeno hlađenje, čime se smanjuje potrošnja energije i povećava gustoća pakiranja.

4. Mira (SAD) - 8,16 petaflopa

Pomoću superračunala IBM Blue Gene/Q (Mira) američki znanstvenici pokušat će simulirati Svemir. Znanstvenici se nadaju da će dobiti odgovore na svoja najhitnija pitanja o podrijetlu svemira. Planira se pomoću računala simulirati i dosljedno izračunati 12 milijardi godina koliko je prošlo od Velikog praska.

Superračunalo se sastoji od 50 tisuća računalnih čvorova, od kojih svaki sadrži 16 jezgri. Računalo koristi ogroman kapacitet pohrane od 70 petabajta i sustav tekućeg hlađenja. Mira je sposobna za 8 kvadrilijuna operacija u sekundi.

5. JuQueen (Njemačka) - 5,9 petaflopa

U njemačkom gradu Jülichu (Sjeverna Rajna-Vestfalija) službeno je pušteno u rad najjače superračunalo u Europi JuQueen. Njegov učinak je 5,9 petaflopa ili 5,9 tisuća trilijuna operacija u sekundi.

JuQueen procesori imaju ukupno gotovo 459 tisuća jezgri. Štoviše, razvijeni su pomoću tehnologija za uštedu energije. Sustav će se hladiti cirkulacijskim tokovima vode na temperaturi od 18 stupnjeva. Stručnjaci navode da je ovaj stroj otprilike 100 tisuća puta jači od najsuvremenijeg osobnog računala.

Računalo je razvila IBM Corporation. Projekt je financiran iz sredstava najveće znanstvene organizacije u Njemačkoj - Helmholtz centra, saveznog proračuna, kao i iz riznice Sjeverne Rajne-Vestfalije. Točan iznos nije objavljen.

6. SuperMUC (Njemačka) - 2,9 petaflopa

SuperMUC, drugo najsnažnije superračunalo u Europi, pušteno je u rad krajem lipnja 2012. godine. Superračunalo je stvoreno za rješavanje složenih znanstvenih problema iz područja fizike i dinamike fluida. Stroj radi na SUSE platformi Linux Enterprise poslužitelj. SuperMUC na IBM-ovoj System X iDataPlex platformi sadrži više od 155.000 procesorskih jezgri koje zajedno daju vrhunske performanse od približno 3 petaflopa.

Posebnost SuperMUC-a je inovativna tehnologija sustav hlađenja toplom vodom, razvijen od strane IBM-a, koji se temelji na sustavu cirkulacije krvi u ljudskom tijelu. Kao rezultat toga, SuperMUC troši 40% manje energije na rashladne sustave od “klasičnih” računalnih centara, a također omogućuje da se ušteđena energija akumulira i koristi za grijanje zgrada Leibniz računalnog centra.

7. Stampede (SAD) - 2,7 petaflopa

Teksas računalni centar(Texas Advanced Computing Center, TACC) na Sveučilištu Texas stvorio je superračunalo sposobno izvesti 2,7 kvadrilijuna operacija s pomičnim zarezom u sekundi. TACC je dio projekta XSEDE (Environment for Advanced Science and Engineering Discovery), čiji je cilj omogućiti istraživačima pristup resursima superračunala.

Stampede se temelji na Dell-ovoj hiperskalarnoj arhitekturi s 8-jezgrenim procesorima Intel Xeon E5-2680. Xeon procesori pružaju više od 2 petaflopa performansi. Projekt je u tijeku, au 2013. Stampede će koristiti i nove koprocesore Intel Xeon Phi dizajnirane za paralelno računanje, koji će biti odgovorni za više od 7 petaflopa performansi sustava. Ovo će povećati ukupne performanse sustava na 10 petaflopa.

Uz Xeon Phi, superračunalo će koristiti 128 grafički akceleratori sljedeće generacije iz NVIDIA-e za omogućavanje udaljene virtualizacije. Performanse sustava mogu se povećati na 15 petaflopa kako instalacija napreduje Intel procesori nova generacija. Drugi dobavljač komponenti za Stampede je Mellanox, koji pruža mrežni hardver Infiniband s propusnošću od 56 Gbps.

Sustav hlađenja superračunala izgrađen je na principu izolacije vrućih zona i uključuje korištenje ugrađenih rashladnih modula, što omogućuje postavljanje opreme visoke gustoće do 40 kW po stalku. Sustav distribucije električne energije napaja 415 V na police i 240 V na poslužitelje. Potrebe za električnom energijom sustava Stampede i Ranger osigurava trafostanica od 10 MW.

8. Tianhe-1A (Kina) - 2,57 petaflopa

Tianhe-1A je superračunalo koje je dizajnirao Narodno sveučilište obrambene tehnologije Narodne Republike Kine. Brzina izračuna koje izvodi superračunalo iznosi 2,57 petaflopa.

Tianhe-1A koristi 7168 Nvidia Tesla M2050 i 14336 GPU-ove poslužiteljski procesori Intel Xeon. Prema Nvidiji, superračunalo koristi električnu energiju tri puta učinkovitije od ostalih elektroničkih računala svoje klase. Superračunalo izgrađeno isključivo na središnjim procesorskim jedinicama (CPU) trošilo bi više od 12 MW električne energije pri usporedivim brzinama računanja. Potrošni materijal Tianhe-1A električna energija iznosi 4,04 MW. Bez upotrebe grafičkih procesora, superračunalo usporedivih performansi zahtijevalo bi ugradnju više od 50 tisuća CPU-a.

Izgradnja superračunala koštala je 88 milijuna dolara, a godišnji operativni troškovi su oko 20 milijuna dolara na održavanju. Glavno područje rada je istraživanje proizvodnje nafte i aerodinamike. Deklariran je “otvoreni pristup” superračunalu, što teoretski dopušta njegovo korištenje drugim zemljama.

9. Fermi (Italija) - 1,7 petaflopa

Na devetom mjestu je Fermi. Sustavobjavljenona poslužiteljima neprofitnog konzorcija Cineca koji uključuje 54 talijanska sveučilišta i istraživačke organizacije.Fermi se sastoji od 10.240 PowerA2 procesora takta 1,6 GHz, sa po 16 jezgri. Ukupno računalo ima 163.840 procesorskih jezgri.Svaki procesor dolazi sa 16GByte RAM memorija(1GByte po jezgri).Fermi koriste talijanski i europski istraživački timovi za izvođenje izračuna potrebnih u velikim istraživačkim projektima usmjerenim na rješavanje temeljnih problema u znanosti i tehnologiji.Sustav je nazvan po Enricu Fermiju, talijanskom nuklearnom fizičaru.

10. DARPA Trial Subset (SAD) - 1,5 petaflopa

Ovaj sustav je IBM Power 775 server sa 63.360 jezgri, koji postiže performanse od 1,5 petaflopa. Ostale informacije na ovaj trenutak Ne.

U zaključku…

Ruski razvoj - superračunalo Lomonosov, u vlasništvu Moskovskog državnog sveučilišta nazvanog po M.V. Lomonosov, na ovoj listi (krajem 2012.) zauzima dvadeset i drugo mjesto. Njegov učinak iznosio je 0,9 petaflopa. Ruski proizvođači jednoglasno navode nedostatak odgovarajućeg financiranja kao glavni razlog zašto domaći automobili ne zauzimaju vodeća mjesta na međunarodnim ljestvicama.

Glavni tip čvorova koji osiguravaju preko 90% performansi superračunala je T-Blade2. Ovu superračunalnu platformu stvorili su inženjeri T-Platforme od nule - sve njene ploče i mehaničke komponente vlastiti su patentirani razvoj tvrtke. Što se tiče gustoće računanja po kvadratnom metru površine, T-Blade2 nema analoga u svijetu. Dakle, unatoč svemu, ruski proizvođači mogu biti ponosni da su stvorili "najkompaktnije" superračunalo na svijetu!

Sony Computer Entertainment Inc. s ponosom je objavio da je sudjelovanje zabavnog sustava PLAYSTATION 3 omogućilo projektu Folding@home Sveučilišta Stanford da postigne kumulativni kapacitet od preko 1 petaflopa.

Petaflop je sposobnost računala ili mreže da izvrši 1 kvadrilijun (jedan iza kojeg slijede 24 nule) izračuna s pomičnim zarezom u sekundi (FLOPS). Drugim riječima, kada bi svaka osoba na Zemlji izvršila jednostavan matematički izračun (na primjer, izračunavanje postotka određenog iznosa), tada bi svaki Zemljanin trebao napraviti 75.000 jednostavnih matematičkih izračuna u sekundi kako bi ukupna računalna snaga čovječanstva mogla dostići petaflop.

Ovo povećanje računalne snage za projekt Folding@home značajno će ubrzati istraživanja koja su prije trajala desetljećima. A sve to omogućuje Cell Broadband Engine (Cell/B.E.) koji se koristi u PLAYSTATION 3, koji ima više od 180 GFLOPS (milijarde operacija s pomičnim zarezom u sekundi) procesorske snage. Ćelija/B.E. otprilike 10 puta brži od konvencionalnog PC procesora, pa se PLAYSTATION 3 bez pretjerivanja može nazvati kućnim superračunalom. Sudjelovanje PLAYSTATION 3 u projektu pomaže znanstvenicima u prepoznavanju uzroka bolesti kao što su Parkinsonova bolest, Alzheimerova bolest i rak.

Prema Vijayu Pandeu, izvanrednom profesoru kemije na Sveučilištu Stanford i voditelju projekta Folding@home, uključivanje PLAYSTATION 3 u projekt Folding@home dalo je znanstvenicima više snage nego što su ikad mogli zamisliti.

S druge strane, predsjednik i izvršni direktor američkog odjela SCEI, Jack Tretton, rekao je da su čak iu fazi razvoja inženjeri tvrtke znali da će se snaga PLAYSTATION 3 koristiti ne samo za zabavu, već i za dobrobit svih čovječanstvo. Za cijeli SCEI tim, korištenje njezine ideje u projektima kao što je Folding@home izvor je ponosa.

Istraživanje proteina iznimno je složen proces. Obično računalo ima rješenje najjednostavniji zadatak može potrajati i do 30 godina. Folding@home distribuira računalstvo na tisuće povezanih računala jedinstvena mreža. Donedavno se koristio samo Folding@home osobnih računala. U projektu je sudjelovalo oko 200 tisuća računala, čija je ukupna snaga bila oko četvrtine petaflopa. Zahvaljujući internom ažuriranju softvera 15. ožujka 2007., PLAYSTATION 3 je "naučio" raditi s projektom. Od tada se više od 600.000 korisnika PLAYSTATION 3 registriralo na Folding@home, premašivši granicu snage od 1 petaflopa.

Da biste sudjelovali u Folding@home, sve što trebate učiniti je spojiti svoj PLAYSTATION 3 na internet, preuzeti nova verzija interni sistemski softver i kliknite ikonu Folding@home u odjeljku "Mreža" glavnog izbornika XMB (XrossMediaBar). U postavkama možete postaviti opciju automatskog pokretanja aplikacije Folding@home dok je PLAYSTATION 3 u stanju mirovanja. Za automatsko pokretanje aplikacije, vaš PLAYSTATION 3 mora biti uključen i spojen na internet.

Vrijedno je napomenuti da je Folding@home tek početak. SCEI planira dodati podršku za PLAYSTATION 3 za mnoge druge distribuirane računalne projekte u raznim znanstvenim poljima, od medicine do društvenih i ekoloških istraživanja. Istovremeno, vlasnici PLAYSTATION 3 moći će sami odrediti u koje će svrhe usmjeriti snagu svog sustava za zabavu.

Studije pokazuju da u prosjeku računalna snaga stolnih računala zaostaje za performansama superračunala 13 godina. Drugim riječima, u smislu performansi, današnja profesionalna računala gotovo su identična superračunalima od prije 13 godina. Zbog toga je HPC istraživanje tržišta - dobar način procijeniti smjer razvoja masovna računala budućnost. Nedavno su superračunala premašila razinu performansi od jednog teraflopsa (trilijun operacija s pomičnim zarezom u sekundi) i nisu daleko od postizanja performansi na razini petaflopsa (kvadrilijun flopsa ili 1015 operacija s pomičnim zarezom u sekundi). dok će tera computing ostati s prosječnim korisnikom računala...

Američki profesor i pisac Steve Chen pokušao je zamisliti koja bi razina produktivnosti bila dovoljna za rješavanje raznih problema u budućnosti. Prema njegovom mišljenju, za probleme aerodinamike bit će dovoljan učinak od nekoliko petaflopa, za probleme molekularne dinamike bit će potrebno 20 petaflopa, za računalnu kozmologiju - fantastičnih 10 exaflopsa (jedan exaflop jednak je kvintilijunu, odnosno 1018 flopsa), a za probleme računalne kemije bit će potrebno još više snažni procesori. Računala sa sextillion performansama, ili 1.021 operacijom s pomičnim zarezom u sekundi, bit će dostupna do 2029. godine, prema Steveu Pawlowskom, Intelovom višem istraživačkom inženjeru i glavnom tehnološkom direktoru te generalnom direktoru arhitekture i planiranja Intelove Digital Enterprise Group.

Steve Pawlowski vjeruje da će izazovi i napredak današnjih superračunala biti izazovi i napredak stolnih računala sutrašnjice. Tržište računalstva visokih performansi raste - njegov je obujam već dosegao 10 milijardi dolara, au nekim sektorima godišnji rast prodaje premašuje 30%; Raste i broj profesionalnih računala visokih performansi temeljenih na Intelovim procesorima prodanih diljem svijeta.

Prije samo 60 godina, cijevno računalo ENIAC, koje se smatralo tehnološkim vrhuncem računarstva visokih performansi, imalo je samo 20 RAM ćelija. Sredinom 60-ih pojavilo se superračunalo CDC 6600, čija je izvedba dosegla 9 megaflopa. I tek 1997., superračunalo ASCII Red, koje je sadržavalo 9298 procesora Intel Pentium Pro, dosegao je razinu performansi jednaku teraflopsima. Danas, sustav koji pokreće 464 četverojezgrena procesora Intel Xeon serije 5300 pruža šest puta veću izvedbu uz puno manji otisak.

Kada će petaflops (odnosno tisuće teraflopsa) performansi biti postignut ili, kako to slikovito kaže Steve Pawlowski, hoće li se probiti "zvučna barijera" peta performansi? A kada će peta računalstvo postati osnovno za obične ljude? računalni sustavi?

Procjenjuje se da će se prva peta superračunala pojaviti već 2008.-2009. - da bi se odredio taj vremenski okvir, dovoljno je uzeti parametre performansi najbržih svjetskih računala, objavljene na web stranici www.top500.org, i ekstrapolirati ih u skladu s uočene trendove rasta. Međutim, kako bi se stvorila kućna računala za masovno tržište, moraju se riješiti mnogi ozbiljni problemi. U tu svrhu, Intel Corporation, zajedno s partnerima, provodi istraživanja u sljedećim područjima:

• izvođenje;
• propusnost memorija;
• međusobne veze;
• upravljanje napajanjem;
• pouzdanost.

Prema Steveu Pawlowskom, za postizanje razine peta računalstva korištenjem modernih tehnologija za povećanje performansi poluvodičkih čipova bit će potrebno stvoriti procesor sa 100 tisuća računalnih jezgri. Za praktična provedba Takvi sustavi će morati značajno povećati gustoću jezgri na čipu. Danas se vodi žestoka rasprava o arhitekturi budućih računala – što je bolje: mnogo malih jezgri optimiziranih da ubrzaju paralelno računanje ili nekoliko većih jezgri dizajniranih da ubrzaju sekvencijalno računanje? Naginjući se prvom putu razvoja, istraživači shvaćaju da si postavljaju naporan zadatak prebacivanja softverske industrije na paralelno programiranje...

Drugo područje Intelova istraživanja je organiziranje veza između računalnih jezgri. Dijeljene autobusne veze zauzimaju manje prostora, imaju veliku propusnost i dobro se skaliraju, ali su energetski neučinkovite. Druga opcija je prstenasta veza jezgri za prijenos signala, čiji je nedostatak niska razina skalabilnost s povećanjem broja jezgri. Treća opcija je matrična arhitektura, kada svaka jezgra komunicira sa svakom kroz lanac susjednih jezgri.

Vrijedno je podsjetiti da je na jesenskom Intel Developer Forumu (IDF) u San Franciscu predstavljen prototip procesora s 80 jezgri, koji bi potencijalno mogao pružiti performanse na razini teraflopsa za desktop računala. Prema riječima glavnog tehnološkog direktora korporacije Intel Justina Rattnera, procijenjeni datum izlaska sličan procesor na tržište - 2010. ili čak i ranije. Prototip procesora temelji se na arhitekturi x86 i razvojima Intela kao što su računalni sustav visokih performansi na čipu (HPC-on-chip), nova struktura za povezivanje memorijskih elemenata, nove tehnologije za uštedu energije itd.

Godine 2006. Intel je najavio globalni istraživački program pod nazivom Tera-Scale Computing, koji okuplja više od 80 različitih istraživačkih projekata diljem svijeta, raspoređenih u tri glavna područja: poboljšanje dizajna silicija i proizvodnih tehnologija, optimizacija platforme i novi pristupi programiranju. U svom govoru na IDF-u, Justin Rattner je istaknuo da će se potrebni koraci prema tera-eri poduzeti tijekom sljedećeg desetljeća. Na primjer, suvremena istraživanja usmjerena su na optimizaciju rada predmemorije, čineći je konfigurabilnom ovisno o zadacima koji se rješavaju i razvoj paralelizma za pristup više jezgri zajedničkoj memoriji. Intel također planira integrirati širokopojasni digitalni plug-and-play bežični primopredajnik u svoje čipove, s aplikacijama koje se temelje na integriranim principima silicijske fotonike na horizontu.

"Visoke brzine prijenosa podataka između procesorskih jezgri i memorije važan su problem", naglašava Pawlowski. - Memorija mora imati izuzetno visoku propusnost. Štoviše, ako povećate taktna frekvencija memorijskog kanala, uskoro ćemo se suočiti s fizičkim ograničenjima koja nameću bakreni vodiči." Jedan od mogućih načina za prevladavanje ovih ograničenja je povećanje broja memorijskih kanala, ali to povećava veličinu procesora i njegovu cijenu. "Morat ćemo tražiti egzotičnije tehnologije prijenosa podataka", kaže Pawlowski. "Prema našim izračunima, peta procesori će zahtijevati memoriju s propusnošću od oko 500 GB/s."

Sljedeći najvažniji aspekt kućnih računala je brzina ulazno/izlaznog sustava. Intelovi znanstvenici sada rade na postizanju brzina prijenosa podataka do stotina gigabajta u sekundi (GB/s).

Ipak, najveći izazovi u stvaranju peta uređaja su napajanje i pouzdanost. Potrošnja energije modernog velikog centra za obradu podataka (DPC) u prosjeku iznosi 9-10 MW. Snaga koju troši računalo sa 100 tisuća jezgri može biti oko 20 MW. Tome treba dodati i snagu potrebnu za hlađenje peta-računala. Uz trenutne troškove električne energije, trošak samo napajanja peta sustava premašio bi 14,6 milijuna dolara godišnje. Zato je iznimno važno pitanje učinkovitog korištenja električne energije koje diktira korištenje štedljivih tehnologija na svim razinama – od tranzistora do podatkovnih centara:

• na razini tranzistora - tehnologije napregnutog silicija, tehnologije za smanjenje struje curenja itd.;
• na razini procesora - raspodjela opterećenja temeljena na multithreadingu;
• na razini sustava - visokoprecizno upravljanje energijom ovisno o opterećenju sustava;
• na razini podatkovnog centra - korištenje naprednih sustava za hlađenje tekućinom i zrakom, kao i vertikalna integracija rješenja za odvođenje topline.

Štoviše, istraživači predviđaju pojavu potpuno neočekivanih problema povezanih s... kozmičkim zrakama. Uostalom, peta procesori s visokom integracijom računalnih elemenata koristit će tranzistore tako male da će biti podložni utjecaju energetskih čestica koje čine kozmičke zrake i mogu uzrokovati slučajni kvar podataka ako udare u tranzistor. Kako se gustoća tranzistora na čipu povećava, broj takvih nasumičnih kvarova brzo će rasti. "Ako broj jezgri na čipu dosegne 100 tisuća, takvi kvarovi postat će nekontrolirani", kaže Pawlowski. "Oni će imati sve veći utjecaj na rad sustava i s njima će se trebati pozabaviti." Već smo započeli istraživanja u tom smjeru.” Obećavajuće tehnologije pouzdanosti uključuju korištenje pariteta i kodova za ispravljanje pogrešaka, kao i korištenje redundantnih jezgri za provjeru rezultata izračuna glavnih jezgri sustava.

Flops je jedinica koja predstavlja performanse superračunala. Jedan petaflops (1 Pflops) znači da stroj može izvesti 1 kvadrilijun (1 tisuću bilijuna) operacija u sekundi. Trenutno samo dva stroja imaju kapacitet veći od 1 Pflopsa - Jaguar, kojeg sastavlja Cray, i Roadrunner, koji proizvodi IBM. Oba superračunala nalaze se u SAD-u. Općenito, od prvih deset samo dva superračunala nalaze se izvan Sjedinjenih Država: u Njemačkoj i Kini.

04.08.2009 12:20

Danas je računalna industrija vrhunac znanosti i tehnologije. Za rješavanje složenih problema iz područja fizike, astronomije, biologije i medicine potrebna je velika računalna snaga. U tome mogu pomoći upravo superračunala jer su za to i stvorena.

U U zadnje vrijeme Nerijetko se pojavljuju informacije da je negdje stvoreno još jedno superračunalo. Ali što je to čudo tehnologije? U modernom smislu, superračunalo je moćan elektronički računalni stroj s performansama od preko jednog trilijuna operacija s pomičnim zarezom u sekundi ili teraflopa. Flops (od engleskog Floating point Operations Per Second) je vrijednost za mjerenje performansi računala, koja pokazuje koliko operacija s pomičnim zarezom u sekundi izvede određeni računalni sustav. U pravilu, moderno superračunalo je višeprocesorski ili višestrojni kompleks (au nekim slučajevima i kombinirana verzija), koji radi na zajedničkoj memoriji i zajedničkom polju vanjskih uređaja.

Tradicionalno, glavno područje primjene superračunala je znanstveno istraživanje. Fizika plazme i statistička mehanika, fizika kondenzirane tvari, molekularna i atomska fizika, teorija elementarnih čestica, plinska dinamika i teorija turbulencije, astrofizika samo su neka od područja u kojima je uključena golema računalna snaga.

Danas se za rješavanje tehničkih problema koriste i ultra-snažni računalni sustavi. To su, prije svega, zadaće zrakoplovne i automobilske industrije, nuklearne energije, predviđanja i razvoja mineralnih naslaga, naftne i plinske industrije, kao i dizajn samih superračunala.

Superračunala se također tradicionalno koriste u vojne svrhe. Osim što razvijaju razna oružja, simuliraju njihovu upotrebu. Primjerice, u Sjedinjenim Državama bit će potrebna računalna snaga superračunala Ministarstva energetike za simulaciju uporabe nuklearnog oružja, što će omogućiti potpuno odustajanje od pravih nuklearnih pokusa u budućnosti.

Trenutno se većina superračunala iz TOP-500 rejtinga bavi znanstvenim razvojem. 72 snažna informacijska i računalna stroja uključena su u ovo područje. Financijsku industriju opslužuje 46 superračunala, 43 stroja rade za dobrobit geofizike, 33 rade u području informacijskih usluga, 31 upravlja logistikom, 29 se bavi razvojem poluvodiča, 20 proizvodi softver, 18 se koristi u uslugama obrade informacija, a 12 sustava upravlja internetom.

Rad s ogromnim nizovima izračuna razlikuje superračunala od poslužitelja i velikih računala - računalnih sustava visoke ukupne učinkovitosti dizajniranih za rješavanje tipični zadaci, na primjer, održavanje velikih baza podataka ili istovremeni rad s više korisnika.

Povećanje produktivnosti računalnih sustava događa se, prije svega, zbog povećanja brzine fizičke i tehnološke baze (elektroničke komponente, memorijski uređaji, komunikacije, ulazno-izlazni i prikaz informacija) i razvoja paralelizma u proces obrade informacija na svim sustavno-strukturalnim razinama, koji je povezan s povećanjem broja uključenih komponenti (elementi za obradu, kapacitet memorije, vanjski uređaji).

Najpopularnija arhitektura superračunala (72% na listi TOP-500) danas su takozvani klasteri. Za izgradnju arhitekture klastera superračunala koriste se računalni čvorovi koji su ponekad najveći obična računala. Takav čvor obično ima nekoliko procesora - od 2 do 8. Za to se koriste sasvim obične komponente, široko dostupne na tržištu - matične ploče (SMP-multiprocessor) ploče, Intel, AMD ili IBM procesori, kao i obični RAM moduli i tvrdi diskovi.
Tijekom svoje relativno kratke povijesti superračunala su evoluirala od sustava niske potrošnje prema modernim standardima do strojeva fantastičnih performansi.

Prvo spominjanje superračunala datira iz kasnih 20-ih godina prošlog stoljeća, kada se ovaj pojam pojavio na stranicama novina New York World u obliku fraze "super computing" (prevedeno s engleskog kao superračunalstvo). Ovaj koncept odnosio se na tabulatore - elektromehanička računala koja je IBM proizvodio po narudžbi i za potrebe Sveučilišta Columbia i koja su izvodila najsloženije proračune za to vrijeme. Naravno, u to vrijeme jednostavno nije bilo superračunala u modernom smislu; ovaj daleki predak modernih računala bio je više poput neke vrste kalkulatora.

Korištenje izraza “superračunalo” u odnosu na snažan elektronički računalni sustav pripisuje se Georgeu A. Michaelu i Sidneyju Fernbachu, zaposlenicima Livermore National Laboratory (SAD, Kalifornija) i Control Data Corporation. U kasnim 60-ima bavili su se stvaranjem moćnih računala za potrebe američkog Ministarstva obrane i energetske industrije. Upravo je u Laboratoriju Livermore razvijena većina superračunala, uključujući i najbrže superračunalo na svijetu od 2004. do 2008., Blue Gene/L.

Međutim, izraz "superračunalo" ušao je u široku upotrebu zahvaljujući američkom programeru računalna tehnologija Seymour Cray, koji je davne 1957. godine osnovao tvrtku Control Data Corporation, koja je počela projektirati i graditi elektroničke računalne sustave koji su postali začetnici modernih superračunala. Godine 1958. pod njegovim vodstvom prvi u svijetu moćno računalo na tranzistorima CDC 1604. Vrijedno je napomenuti da je tvrtka Seymoura Craya prva počela masovno proizvoditi superračunala - 1965. godine na tržište je ušao stroj CDC-6600 s produktivnošću od 3 milijuna operacija u sekundi. Ovo računalo postalo je osnova za cijeli smjer, koji je Cray osnovao 1972. godine i nazvao ga Cray Research. Ova tvrtka bavila se isključivo razvojem i proizvodnjom superračunala. Godine 1976. Cray Research izdao je računalni sustav CRAY-1 s brzinom od oko 100 megaflopa. A devet godina kasnije, 1985., superračunalo CRAY-2 pobjeđuje brzinu izračuna od 2 gigaflopa.

Godine 1989. Seymour Cray otvorio je Cray Computer Corporation s jasnim fokusom na tržišne izglede superračunala. Ovdje stvara superračunalo CRAY-3, čija je brzina već dosegla pet gigaflopa. Povezano s ovim računalom zanimljiva činjenica. Činjenica je da nakon pojave CRAY-3 u Engleski jezik Uključen je izraz "Cray time", što je značilo cijenu sata rada superračunala (tada je to bilo 1 tisuću dolara po satu). Postoji još jedan izraz koji je kružio u krugovima računalnih stručnjaka - "Superračunalo je svako računalo koje je stvorio Seymour Cray."

Vrijedno je napomenuti da su se 80-ih godina 20. stoljeća pojavile mnoge male konkurentske tvrtke koje su stvorile računala visokih performansi. Ali do sredine 90-ih, nesposobni izdržati konkurenciju s velikim korporacijama, većina malih i srednjih tvrtki napustila je ovo područje djelovanja.

Danas su superračunala jedinstveni sustavi koje su stvorili “tradicionalni” igrači na tržištu računala, kao što su IBM, Hewlett-Packard, Intel, NEC i drugi. Upravo ti računalni divovi sada diktiraju pravila igre na području elektroničkih računalnih sustava visokih performansi.

Godine 1997. Amerikanac tvrtka Intel izdao svoje superračunalo ASCI Red, koje je postalo prvi sustav na svijetu s brzinom većom od bilijuna operacija u sekundi - 1.334 teraflopa. Intelova superračunala držala su vodstvo još dvije godine, ali 2000. godine prvo je bilo IBM-ovo računalo ASCI White, instalirano u Nacionalnom laboratoriju Lawrence Livermore, koje je proizvelo 4 trilijuna. 938 milijardi izračuna (4,938 teraflopsa). Ovo superračunalo još je godinu dana držalo vodeću poziciju, a nakon nadogradnje dobilo je brzinu od 7.226 teraflopsa. No već u travnju 2002. japanska tvrtka NEC najavila je lansiranje superračunala Earth Simulator, koje je uspjelo postići maksimalnu brzinu od 35,86 teraflopa.

Svijet superračunala je u jesen 2004. doživio još jednu promjenu lidera - 29. rujna IBM Blue Gene/L superračunalo zauzelo je prvo mjesto u svijetu. Ovaj moćni računalni sustav postigao je brzinu od 36,01 teraflopsa. No, ovaj rekord nije dugo trajao - već 26. listopada američka Nacionalna uprava za zrakoplovstvo i svemir (NASA) objavila je da je njezino novo superračunalo Columbia, koje je izradio Silicon Graphics i nazvano po shuttleu koji je umro u veljači 2003., izvelo niz izračunava brzinom od 42,7 teraflopa. Nekoliko dana kasnije isto je računalo uspjelo povećati brzinu na 51,87 teraflopa.
Početkom studenog 2004. titulu apsolutnog rekordera ponovno je osvojio Blue Gene/L, čiji je još jedan primjerak IBM izdao za Ministarstvo obrane SAD-a. Trenutno njegova najveća radna brzina prelazi 70,72 teraflopa. Ovo računalo bilo je vodeće sve do lipnja 2008., kada je IBM za nuklearni laboratorij u Los Alamosu (SAD, Novi Meksiko) izgradio svoje sljedeće superračunalno remek-djelo - najmoćniji elektronički računalni sustav ikada stvoren, Roadrunner.

Projekt TOP-500 osnovan je posebno kako bi se uzeli u obzir superračunala, čiji je glavni zadatak sastaviti ocjenu i opise najmoćnijih računala na svijetu. Ovaj projekt je otvoren 1993. godine i objavljuje ažurirani popis superračunala dva puta godišnje (u lipnju i studenom).

Dakle, kao što je već spomenuto, najmoćnije superračunalo danas, prema najnovijem izdanju TOP-500 ocjene, je IBM Roadrunner računalni sustav. Ovo računalo izrađeno je pomoću hibridnog dizajna 6500 dvojezgreni procesori AMD Opteron i gotovo 13.000 IBM Cell 8i procesora smještenih u namjenskim TriBlades policama povezanim putem Infinibanda, brze komutirane serijske sabirnice. Njegova najveća izvedba je 1.105 petaflopa.

Roadrunner trči ispod Linux kontrola. IBM-ovo superračunalo zauzima oko 1100 četvornih metara prostora i teško je 226 tona, a potrošnja mu je 3,9 megavata. Cijena IBM Roadrunnera bila je 133 milijuna dolara.

Američko ministarstvo energetike koristit će RoadRunner za izračunavanje starenja nuklearnih materijala i analizu sigurnosti i pouzdanosti nuklearnog arsenala. Osim toga, ovo će se superračunalo koristiti za znanstveno, financijsko, transportno i svemirsko računalstvo.
Drugo mjesto na ljestvici zauzima superračunalo Cray XT5 Jaguar, koje je instalirano u laboratoriju Ministarstva energetike SAD-a u Oak Ridgeu, Tennessee. Njegov učinak je 1.059 petaflopa.

Jaguar je uspio postaviti novi rekord performansi nakon što je svojim 84 jedinice Cray XT4 dodao dvjesto jedinica Cray XT5. Potonji su izgrađeni na temelju četverojezgrenih AMD procesori Opteron. Svaka jedinica Cray XT5 sadrži do 192 procesora. Ukupan broj Jaguar procesora je 45 tisuća.

Od drugih tehničke karakteristike superračunala, poznati su količina njegove RAM memorije i kapacitet diskovni pogoni, jednaki su 362 terabajta odnosno 10 petabajta.

Za razliku od IBM Roadrunnera, superračunalo Jaguar morat će rješavati mirne probleme. Na primjer, koristit će se za modeliranje klimatskih promjena iu područjima kao što su obnovljivi izvori energije i znanost o materijalima. Osim toga, Ministarstvo energetike SAD-a kaže da će nam Jaguar omogućiti proučavanje procesa koji dosad nisu bili viđeni. O kakvim se procesima radi, nažalost, nije poznato.

Treće najsnažnije superračunalo na svijetu, a ujedno i najbrže u Europi, model je linije superračunala IBM Blue Gene/P koji je instaliran u istraživačkom centru Jülich u Njemačkoj. Računalni kompleks JUGENE, koji je pušten u rad ovog ljeta, ima 72 regala u kojima je smješteno 294.912 procesora PowerPC 450 core 850 MHz, a snaga mu je 825,5 teraflopsa. Kapacitet memorije njemačkog superračunala je 144 TB. Osim toga, ovo superračunalo jedno je od najekonomičnijih uređaja među sličnim rješenjima - potrošnja mu je oko 2,2 MW.

Računalni resursi ovog superračunala koriste se, između ostalog, u proračunskim projektima vezanim uz termonuklearna istraživanja, razvoj novih materijala, potragu za lijekovima sljedeće generacije, kao i u modeliranju klimatskih promjena, ponašanja elementarnih čestica, složenih kemijske reakcije itd. Raspodjelu računalne snage između projekata provodi skupina neovisnih stručnjaka.

Inače, prema podacima za studeni 2008. Rusija je na 11.-14. mjestu po broju instaliranih sustava zajedno s Austrijom, Novim Zelandom i Španjolskom. Sjedinjene Države su vodeće u ovom pokazatelju, s oko 300 superračunala iz ocjene. No, po snazi ​​je najproduktivnije rusko superračunalo MVS-100K, koje obavlja zadatke u Međuodjelskom centru za superračunala Ruske akademije znanosti, tek na 54. mjestu. Unatoč toj činjenici, MVS-100K s vršnom izvedbom od 95,04 teraflopsa trenutno je najsnažnije superračunalo instalirano u zemljama ZND-a. Sastoji se od 990 računalnih modula, od kojih je svaki opremljen s dva četverojezgrena procesora Intel Xeon koji rade na 3 GHz. U bliskoj budućnosti planira se povećati produktivnost MVS-100K na 150 TFlops. Ovo superračunalo dizajnirano je za rješavanje širokog spektra složenih znanstvenih i tehničkih problema.

Kakvi su budući izgledi za superračunalstvo? Prema riječima stručnjaka, najviše ružičasta. Ali već je jasno da će njihova izvedba rasti prilično brzo zbog povećanja broja procesorskih jezgri i prosječne frekvencije procesora. Osim toga, za rješavanje primijenjenih problema superračunala će koristiti ne samo univerzalne procesore, već i specijalizirane (npr. GPU-ovi, razvijen od strane Nvidia i ATI) dizajniran za specifične zadatke. Također, proizvođači superračunala tražit će nova jedinstvena arhitektonska rješenja koja bi ne samo povećala snagu računala, već i omogućila prednosti u konkurenciji na komercijalnom tržištu. Osim toga, u budućnosti će se koeficijent superračunala značajno povećati korisna radnja kroz razvoj softver. Povećat će se i intelektualne sposobnosti superračunala, a uz to će rasti i profesionalne kvalitete programera i drugih informatičara.

Također je vrijedno napomenuti da će u budućnosti računalni sustavi visokih performansi postupno povećati svoju prisutnost na globalnom tržištu računala. Prema IDC-u, globalno tržište superračunala raste 9,2% godišnje. Prihodi proizvođača superračunala u drugom tromjesečju 2008. godine iznosili su 2,5 milijardi dolara, što je 4% više nego u istom razdoblju prošle godine i 10% više nego u prvom kvartalu 2008. godine.

Kako primjećuju analitičari IDC-a, HP je zauzeo prvo mjesto po prihodima s tržišnim udjelom od 37%, a slijede ga IBM (27%) i Dell (16%) koji zaokružuju prva tri. Prema analitičarima IDC-a, tržište superračunala će do 2012. dosegnuti 15,6 milijardi dolara.

Od sustava predstavljenih u TOP-500, 209 (41,8%) proizveli su stručnjaci HP-a. Na drugom mjestu je IBM sa 186 računala, a na trećem Cray s 22 superračunala.

Što se tiče Rusije, ovdje je, prema komercijalnom direktoru tvrtke T-Platforms, Mihailu Koževnikovu, godišnji rast tržišta superračunala oko 40%. Tako je, prema T-Platformama, obujam tržišta superračunala u Rusiji 2007. iznosio oko 60 milijuna dolara, a 2008. tržište je naraslo na približno 80 milijuna dolara. Prema Mikhailu Kozhevnikovu, čak iu krizi, očekuje se rast tržišta od oko 60% u 2009. godini, a pod povoljnim uvjetima i do 100%.

Kao što vidite, superračunala tek dobivaju "komercijalni" zamah. Teško je zamisliti, ali, doista, glomazna računala prodaju se kao alva na tržištu računala. Trebamo li očekivati ​​manju verziju superračunala s istim visokim karakteristikama koje sada imaju veliki računalni sustavi? Odgovor na ovo teško pitanje vjerojatno mogu dati samo sama superračunala, jer to je njihov posao.

Kraj posla -

Ova tema pripada odjeljku:

Objavljena je nova lista najmoćnijih superračunala

Stvaranje super-moćnih računala nazvano je jednim od tehnoloških prioriteta.

Ako trebaš dodatni materijal na ovu temu, ili niste pronašli ono što ste tražili, preporučamo pretragu u našoj bazi radova:

Što ćemo učiniti s primljenim materijalom:

Ako vam je ovaj materijal bio koristan, možete ga spremiti na svoju stranicu na društvenim mrežama:

FLOPS(ili neuspjesi ili flop/s) (akronim za engleski. Fl točka jedenja O radnje P ovaj S drugi , izgovara se kao neuspjesi) je veličina koja se koristi za mjerenje performansi računala, pokazujući koliko operacija s pomičnim zarezom u sekundi izvodi određeni računalni sustav.

Jer moderna računala imaju visoku razinu performansi; izvedene vrijednosti iz FLOPS-a, formirane korištenjem standardnih SI prefiksa, češće su.