Самые мощные и быстрые

Источник материала:

В Китае создан суперкомпьютер "Тяньхэ-1", способный производить более одного квадриллиона операций в секунду. Ранее только специалистам из США удалось разработать вычислительную машину с таким высоким быстродействием.Не только ПК.

Может показаться невероятным, но на заре зарождения вычислительной техники разработчики и ученые не принимали концепцию персонального компьютера за основную тенденцию развития вычислительных устройств в будущем. Более того, сама идея "персонализации" компьютера много лет назад возникла именно для целей персонального бытового использования, а не для применения в корпоративных информационных системах, как сейчас.

Математики и инженеры, стоявшие у истоков становления вычислительной техники, были уверены, что для решения задач информационного обеспечения предприятий и индустриальных проектов станут применяться переносные устройства ввода-вывода для сотрудников, а вся обработка информации будет вестись в одной высокопроизводительной центральной ЭВМ с мощными процессорами.

С середины прошлого века такие вычислительные системы, называемые мейнфреймами, были поставлены на производственный поток во всех развитых государствах. Правда, беспощадный технический прогресс с того времени изменил возможности вычислительных средств до неузнаваемости. Средняя "персоналка" сейчас имеет производительность выше лучшего серийного мейнфрейма 70-х годов.

Страсть к размерам.

Между тем на заре компьютерной эпохи идейные приверженцы гигантомании централизованных вычислительных систем на базе мейнфреймов, все более и более наращивая скорость обработки информации на "больших ЭВМ", ввели термин "суперкомпьютер", потрясая общество примерами мощных комплексов быстрых вычислений.

Была даже мода оценивать вычислительные возможности суперкомпьютеров по весу процессорного устройства, которое измерялось тоннами. В итоге суперкомпьютеры дистанцировались от общеизвестных мейнфреймов по признакам своей очень высокой общей производительности и нацеленности на решение специализированных задач, требующих одновременной обработки большого числа данных.

Правда, более распространенный термин "суперкомпьютер" появился с представлением в 60-х годах прошлого столетия невиданных для своего времени  по производительности разработок ЭВМ, проводимых под руководством Сеймура Крея. Полистав энциклопедии, можно запутаться в исторических разночтениях и разнице терминологических представлений понятия "суперкомпьютер".

Кто-то ставит в основу понятия эффективные разработки математических алгоритмов параллельных вычислений, позволяющих быстро получать результаты при сверхсложных многомерных численных расчетах. Причем якобы такие алгоритмы можно реализовывать хоть на механических системах, что и делалось секретно аж сотню лет назад.

С другой стороны, современники к суперкомпьютерам стали относить заказные секретные разработки невиданных по производительности огромных вычислительных машин в конце 60-х годов, ведя историю суперкомпьютеров с этого этапа. Время для мирового сообщества тогда было неспокойным, и кто знает, какие многотонные процессоры с невероятным энергопотреблением укрывались от людских глаз в военных бункерах Пентагона и Генштаба СССР.

Тем не менее общеупотребительным понятие "суперкомпьютер" стало благодаря Сеймуру Крею, который занимался разработкой вычислительных машин по заказам правительственных и академических научно-технических структур США. Именно 5-тонный суперкомпьютер Cray-1 на интегральных микросхемах, выпущенный в 1974 году, считают началом расцвета эры суперкомпьютерной техники и мифов о военном управлении земным шаром при помощи неизвестных сверхсуперкомпьютеров.

Однако модели суперкомпьютеров Cray-1 и Cray X-MP произвели революцию не только в сфере закрытых государственных разработок, но и в самом что ни на есть мирном и всеми любимом кинематографе. С помощью их создавались первые в мире компьютерные спецэффекты к фильму "Звездные войны". В 1984 году с помощью Cray X-MP на свет появился первый в мире 3D-мультфильм. Знаменитые спецэффекты в "Парке Юрского периода" и "Терминаторе-2" также создавались с использованием Cray.

Кризис ЭВМ с приставкой "супер".

В 90-х годах прошлого века в связи с взрывным развитием вычислительной производительности персональных компьютеров польза использования суперкомпьютеров для рентабельного применения в решении насущных математических задач стало идти на спад. К тому же, на свертывание программ развития суперкомпьютеров повлияло окончание "холодной войны", следствием чего явилось снижение финансирования наукоемких и военно ориентированных исследований.

Сейчас границы между суперкомпьютером и мощной современной высокопроизводительной "персоналкой" все больше размываются, так как ПК уже может использовать и методы параллельных вычислений,  и многоядерные процессоры. Тем не менее ключевые производители суперкомпьютерной техники до сих пор сохраняют свои позиции в специализированных сферах применения суперкомпьютеров.

К ним относят прогнозирование погодно-климатических условий, анализ военной обстановки во всем мире, проектирование космических кораблей, вскрытие самых засекреченных шифров террористов, исследования в генной инженерии, моделирование ядерных испытаний и так далее. Еще больше нечеткости, чем в понятии "суперкомпьютер", присутствует в принципах системного построения и реализации такой вычислительной техники.

К суперкомпьютерам относят и ЭВМ на основе одного условно быстрого процессора, и несколько параллельно работающих процессоров, и даже связанные в одну сеть множество распределенных компьютеров. На современном этапе суперкомпьютеры создаются путем объединения большого числа параллельных вычислительных систем на базе общеизвестных и доступных процессоров, когда отдельные вычислительные узлы, называемые кластерами, объединяются через высокоскоростные телекоммуникационные каналы.

Впрочем, некоторые авторитетные разработчики стали позиционировать кластеры не иначе как технологическую альтернативу суперкомпьютерам, настаивая на том, что по такому методу можно объединять вычислительные возможности персональных компьютеров через обычную локальную сеть с итоговым результатом производительности, не уступающим выпускаемым ныне стационарным моделям суперкомпьютеров. Кризис в развитии классических монстроподобных "тяжелых" суперкомпьютеров подстегивается снижением заказов со стороны военно-промышленного комплекса на фоне интереса коммерческих фирм к недорогим и портативным устройствам с масштабируемым быстродействием, которые выполняли бы трудоемкие вычислительные задачи, не прибегая к запредельной производительности.

Суперкомпьютер стал персональным?

Усилия производственников сейчас сосредоточены на использовании микропроцессорной техники для построения доступных суперкомпьютерных систем, разворачиваемых на базе всем полюбившихся персоналок. Тем более что любительские опыты доказывают перспективность такого направления. Например, астрофизик Гаурав Ханна из Массачусетского университета соорудил суперкомпьютер из 16 приставок Sony PlayStation-3 путем объединения через обычную Ethernet-сеть под управлением ОС Linux, получив вычислительную систему неплохой производительности для решения повседневных задач.

Появилось целое сообщество единомышленников по построению домашних суперкомпьютеров из подручных компьютерных устройств. За несколько тысяч долларов из доступных микропроцессорных устройств сооружают суперкомпьютерные вычислители для, например, задач распознавания образов. При этом аренда машинного времени академических суперкомпьютеров для получения тех же результатов обойдется дороже. После триумфальной демонстрации "домашнего суперкомпьютера" перед основными участниками суперкомпьютерного рынка производителям ничего не оставалось делать, как заняться серийным выпуском домашней суперкомпьютерной техники. Попросту говоря, персональными суперкомпьютерами.

Компании Cray и Tyan уже представили образцы такой техники на рынке. В ее основе лежит кластер из нескольких десятков процессорных ядер типа Xeon с памятью в единицы терабайт. Потребляемая мощность не превышает 2 киловатт, а шумность не доставляет дискомфорта окружающим. Такие персональные суперкомпьютеры уже есть в продаже, причем их стоимость постоянно снижается и ожидается переход цен в диапазон от 10 до 20 тысяч USD.

Измерение и сравнение.

Производительность суперкомпьютеров измеряют в специальных величинах - флопах. Один флоп означает выполнение одной операции в секунду над числами с плавающей запятой.  

Компьютер Roadrunner, разработанный IBM в 2008 году, достигает быстродействия 1.375 Тфлоп (1,3 квадриллиона операций в секунду) при 98 терабайт оперативной памяти и более 12 тысячах обычных процессорах PowerXCell 8i 3.2 Ghz, используемых в Sony PlayStation-3. По последним данным, лидерство в производстве суперкомпьютеров принадлежит компании IBM, за ней следует Hewlett-Packard, затем фигурируют фирмы SGI, Cray Inc. и Sun Microsystems.

Петафлоповый барьер преодолен.

В настоящее время мощность суперкомпьютеров перешагнула барьер 1 Пфлоп. СуперЭВМ "Тяньхэ-1", разработанная китайскими специалистами, по сообщению Синьхуа, может достичь производительности более 1,2 Пфлоп. До настоящего времени только в США заявляли о разработке суперкомпьютеров с таким быстродействием.

Но уже ожидается, что скоро обыденным станет показатель производительности 1.000 Пфлоп. Одновременно снижается стоимость такой техники. Модель Cray CX1 стоит 25 тысяч USD, и это считается дороговато. Система рассчитана на работу в офисе от питания обычной электросети при производительности 700 Гфлоп и весе всего 28,6 кг.

В глобальных планах сферы суперкомпьютеров на смену кремниевым кристаллам интегральных схем ожидается приход оптических элементов, что откроет новые возможности увеличения производительности такой вычислительной техники.