Суперкомпьютер - Какой он

Суперкомпьютер: понятие, устройство и классификация

Наверное, все когда-либо встречались с понятием «суперкомпьютер». Какие у Вас возникают ассоциации с этим термином? Быстрый? Мощный? Да, Вы правы! Суперкомпьютеры – это мощнейшие на
планете системы, способные выполнять самые сложные вычисления и хранить гигантские объёмы информации. Впервые сам термин «суперкомпьютер» появился в 1960-х годах благодаря инженерам Джорджу Майклу и Сиднею Фернбаху, которые на тот момент работали в Ливермонской национальной лаборатории. С помощью суперкомпьютеров выполняют физические, химические и биологические исследования, осуществляют моделирование ядерных испытаний, а также предсказывают погоду! Первым в истории суперкомпьютером считают Антикитерский механизм. Это астрономическое устройство Древней Греции (100 год до н.э.). До эпохи Ренессанса это было самым мощным устройством, способным точно производить вычисления.

Сеймур Крэй (инженер из США) являлся пионером современного суперкомпьютеростроения. В 1953 году Сеймур приступил к работе в компании Engineering Research Associates и сконструировал свой 1-ый компьютер, который получил название ERA 1103. В последующие годы компания часто претерпевала смену руководства и название, это надоело Крэю и его коллегам. Было решено основать собственную компанию, которая называлась Control Data Corporation. В 1960 году на основе германиевых транзисторов (вместо радиоламп, распространённых в тот период времени) Крэй сконструировал новейший компьютер – CDC 1604, работающий на частоте 200 Гц.

На тот момент данная модель опережала все ЭВМ того времени. Это и был 1-ый суперкомпьютер, изобретённый инженером Крэем. Первые 5 экземпляров CDC 1604 были отгружены Морской высшей школе, Ливермонской национальной лаборатории, Университету штата Иллинойс, а также компаниям Lockheed и Northrop. В 1968 году один экземпляр CDC 1604 был доставлен в институт ядерных исследований СССР. Правда к тому времени он уже морально устарел. В 1965 году Сеймур Крэй создал свой 2-ой суперкомпьютер, получивший название CDC 6600. С помощью кремниевых транзисторов и VLIW-архитектуры, рабочую частоту удалось увеличить до 10 мГц. Охлаждения для такой модели оказалось недостаточно, поэтому было решено использовать фреон, который циркулировал по специальным трубкам. В итоге быстродействие CDC 6600 увеличилось в 50 раз по сравнению с CDC 1604 и составило 1 Мфлопс. Первый экземпляр этого удивительного суперкомпьютера был установлен в Европейском центре ядерных исследований (Швейцария). В 1969 году Крэй представил обновленный вариант – CDC7600, совместимый с моделью 6600. Стоимость этого монстра составляла на тот момент 7,5 миллионов $! Его мощность равнялась уже 10 Мфлопс! К сожалению, последующая модель Крэя – суперкомпьютер CDC8600 оказалась не такой успешной. Данная модель оказалась очень энергоёмкой (24кВт) и горячей (холодильная установка весила целых 20 тонн). Проект закрыли, а Крэй принял решение уволиться из Control Data Corporation и в 1972 году создал собственную компанию Cray Research. В ней он продолжил свой путь по созданию суперкомпьютеров.
В 1975 году Крэй изобрёл суперкомпьютер Cray-1. Теперь уже вместо транзисторов решили использовать интегральные микросхемы, а вместо нескольких обычных процессоров один векторный. Производительность в данной модели увеличилась до 80 Мфлопс. Следующая модель Cray-2 создавалась целых 10 лет! Но это стоило того. Его мощность составила 1,9 Гфлопс! Невероятные показатели для того времени! К сожалению, вновь Крэй переоценил свои способности, и проект Cray-3 провалился из-за слишком дорогого оборудования, которое необходимо было приобрести для производства следующей модели. Крэй ушел из компании Cray Research и основал новую компанию, которая называлась Cray Computer, где попытался продолжить работу над Cray-3, но, к сожалению, вновь потерпел неудачу (не уложился в поставленные Ливермонской национальной лабораторией сроки). Вновь Сеймур Крэй не сдавался, как и прежде, и решил основать ещё одну компанию (уже 3-ю по счёту) – SRC Computers. К сожалению, в ней он поработать не успел. Спустя год Крэй погиб в автокатастрофе.

На сегодняшний день суперкомпьютеры развиваются гигантскими темпами. Например, на конференции SC13, состоявшейся в Денвере в ноябре 2013 года, огласили 42-й рейтинг ТОР500, в котором числились мощнейшие на тот момент суперкомпьютеры. На официальном сайте ТОР500 Вы сможете ознакомиться с названиями суперкомпьютеров разных лет — http://top500.org/timeline/. Современные суперкомпьютеры – это гигантские кластеры из серверных узлов. Установка серверов осуществляется в специальные монтажные шкафы, а те, в свою очередь, включаются в единую локальную сеть.

Мощнейшим суперкомпьютером на планете Земля является китайский Tianhe-2 (переводится как «Млечный путь»). Его запустили год назад. Tianhe-2 был спроектирован Оборонным научно-техническим университетом КНР в сотрудничестве с компанией Inspur. Его производительность составляет 33,9 петафлопс. Просто невероятные цифры! Tianhe-2 состоит из более чем 3 000 000 процессорных ядер и 1 000 000 Гб оперативной памяти! Операционной системой на данном суперкомпьютере является система Kylin Linux, которая была специально адаптирована под данную модель. Блоки Tianhe-2 взаимодействуют посредством локальной сети TH Express-2. Каждый сервер Tianhe-2 включает в себя 2 центральных процессора Xeon E5-2692 (12 ядер с частотой 2,2 Ггц), 3 сопроцессора Intel Xeon Phi 31S1P (57 упрощённых ядер и 8 Гб памяти GDDR5), а также 64 Гб ОЗУ. Таких серверов у Tianhe-2 более 16 000, все вместе они потребляют около 17,8 МВт.
Второе место в рейтинге ТОР500 занимает суперкомпьютер из США под названием Titan (17,6 Пфлопс и энергопотребление 8,2 МВт, объём ОЗУ – 710 000 Гб). Третье место занимает суперкомпьютер IBM: Sequoia, установленный в Национальной администрации по ядерной безопасности. Производительность составляет 17 Пфлопс, энергопотребление 3,9 МВт. Четвёртое место в рейтинге ТОР500 занимает японская вычислительная система К computer. Производительность составляет 10,5 Пфлопс, энергопотребление 12,6 МВт (довольно большое). Пятое место – суперкомпьютер IBM под названием Mira. Производительность составляет 8,6 Пфлопс, а энергопотребление 3,9 МВт.

В нашей стране России также есть предмет гордости и восхищения! Речь идет о мощнейшем российском суперкомпьютере «Ломоносов», который был установлен в МГУ в 2009 году компанией T-Platforms. Производительность данной модели составляет 0,91 Пфлопс (37 место в последней редакции мирового рейтинга). «Ломоносов» включает в себя 78 000 процессорных ядер и ОЗУ около 100 000 Гб. Имеются у «Ломоносова» и мощные графические ускорители NVIDIA Tesla, которые на «отлично» справляются с различного рода задачами. Энергопотребление составляет 2,8 МВт.

Каково же будущее суперкомпьютеров? Уже сейчас в США находится 264 экземпляра суперкомпьютеров, в Китае 115 штук, а в Японии 28. На данный момент США, Китай и Индия стремятся построить суперкомпьютеры, производительность которых составит 50 и 100 Пфлопс! К 2025 году планируется создание суперкомпьютера, производительность которого составит 1 эксафлопс, который будет способен в один миг осуществить прогноз погоды на всей планете Земля на неделю вперёд. Всё идёт к тому, что вскоре будет создан искусственный интеллект. На данный момент, конечно же, суперкомпьютерам ещё далеко до этого, но в шахматы и интеллектуальные викторины они уже способны обыгрывать людей.