Οι πιο ισχυροί υπερυπολογιστές αντιπροσωπεύονται από μια σειρά. Οι ισχυρότεροι υπερυπολογιστές στον κόσμο

Ο υπερυπολογιστής K Computer, ο οποίος κατείχε στο παρελθόν την πρώτη θέση, ωθήθηκε στην τρίτη θέση. Η απόδοσή του είναι 11,28 Pflops (βλ. Εικόνα 1). Ας θυμηθούμε ότι το FLOPS (Λειτουργίες κινητής υποδιαστολής ανά δευτερόλεπτο, FLOPS) είναι μια μονάδα μέτρησης της απόδοσης του υπολογιστή, η οποία δείχνει πόσες λειτουργίες κινητής υποδιαστολής ανά δευτερόλεπτο είναι ικανό να εκτελέσει ένα δεδομένο υπολογιστικό σύστημα.

Το K Computer είναι μια κοινή ανάπτυξη του Rikagaku Kenkiyo Institute of Physical and Chemical Research (RIKEN) και της Fujitsu. Δημιουργήθηκε ως μέρος της πρωτοβουλίας Υπολογιστικής Υποδομής Υψηλής Απόδοσης, υπό την ηγεσία του Ιαπωνικού Υπουργείου Παιδείας, Πολιτισμού, Αθλητισμού, Επιστήμης και Τεχνολογίας (MEXT). Ο υπερυπολογιστής είναι εγκατεστημένος στην επικράτεια του Ινστιτούτου Προηγμένων Επιστημών Υπολογιστών στην ιαπωνική πόλη Κόμπε.

Ο υπερυπολογιστής βασίζεται σε μια αρχιτεκτονική κατανεμημένης μνήμης. Το σύστημα αποτελείται από περισσότερους από 80.000 κόμβους υπολογιστών και στεγάζεται σε 864 rack, καθένα από τα οποία φιλοξενεί 96 κόμβους υπολογιστών και 6 κόμβους I/O. Οι κόμβοι, ο καθένας από τους οποίους περιέχει έναν επεξεργαστή και 16 GB μνήμης RAM, είναι διασυνδεδεμένοι σύμφωνα με την τοπολογία «εξαδιάστατου βρόχου / torus». Το σύστημα χρησιμοποιεί συνολικά 88.128 οκταπύρηνους επεξεργαστές SPARC64 VIIIfx (705.024 πυρήνες) που κατασκευάζονται από τη Fujitsu με τεχνολογία 45 nm.

Αυτός ο υπερυπολογιστής γενικής χρήσης παρέχει υψηλά επίπεδα απόδοσης και υποστήριξη για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Το σύστημα χρησιμοποιείται για τη διεξαγωγή έρευνας στους τομείς της κλιματικής αλλαγής, της πρόληψης καταστροφών και της ιατρικής.

Το μοναδικό σύστημα ψύξης νερού μειώνει την πιθανότητα βλάβης του εξοπλισμού και μειώνει τη συνολική κατανάλωση ενέργειας. Η εξοικονόμηση ενέργειας επιτυγχάνεται με τη χρήση εξοπλισμού υψηλής απόδοσης, ενός συστήματος συμπαραγωγής θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας και μιας σειράς ηλιακών συλλεκτών. Επιπλέον, ο μηχανισμός επαναχρησιμοποίησης των λυμάτων από το ψυγείο μειώνει τις αρνητικές επιπτώσεις στο περιβάλλον.

Το κτίριο στο οποίο βρίσκεται η K Computer είναι αντισεισμικό και μπορεί να αντέξει σεισμούς μεγέθους 6 και άνω στην ιαπωνική κλίμακα (0-7). Για την πιο αποτελεσματική τοποθέτηση ραφιών και καλωδίων εξοπλισμού, ο τρίτος όροφος, διαστάσεων 50 × 60 m, είναι εντελώς απαλλαγμένος από φέρουσες κολώνες. Οι σύγχρονες κατασκευαστικές τεχνολογίες κατέστησαν δυνατή τη διασφάλιση αποδεκτού επιπέδου φορτίου (έως 1 t/m2) για την εγκατάσταση ραφιών, το βάρος των οποίων μπορεί να φτάσει τους 1,5 τόνους.

SEQUOIA SUPERCOMPUTER

Ο υπερυπολογιστής Sequoia εγκαταστάθηκε στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore. Lawrence, έχει απόδοση 16,32 Pflops και κατατάσσεται δεύτερος στην κατάταξη (βλ. Εικόνα 2).

Αυτός ο υπερυπολογιστής petaflop, που αναπτύχθηκε από την IBM με βάση το Blue Gene/Q, δημιουργήθηκε για την Εθνική Υπηρεσία Πυρηνικής Ασφάλειας των ΗΠΑ (NNSA) ως μέρος του προγράμματος Advanced Simulation and Computing.

Το σύστημα αποτελείται από 96 rack και 98.304 υπολογιστικούς κόμβους (1024 κόμβους ανά rack). Κάθε κόμβος περιλαμβάνει επεξεργαστή PowerPC A2 16 πυρήνων και 16 GB μνήμης RAM DDR3. Συνολικά, χρησιμοποιούνται 1.572.864 πυρήνες επεξεργαστή και 1,6 PB μνήμης. Οι κόμβοι συνδέονται μεταξύ τους σύμφωνα με την τοπολογία του «πενταδιάστατου torus». Η έκταση που καταλαμβάνει το σύστημα είναι 280 m2. Η συνολική κατανάλωση ενέργειας είναι 7,9 MW.

Ο υπερυπολογιστής Sequoia ήταν ο πρώτος στον κόσμο που πραγματοποίησε επιστημονικούς υπολογισμούς που απαιτούσαν περισσότερα από 10 Pflops υπολογιστικής ισχύος. Έτσι, το σύστημα προσομοίωσης κοσμολογίας HACC απαιτούσε περίπου 14 Pflops όταν εκτελούσε τη λειτουργία σωματιδίων 3,6 τρισεκατομμυρίων και κατά την εκτέλεση του κώδικα έργου Cardiod για την προσομοίωση της ηλεκτροφυσιολογίας της ανθρώπινης καρδιάς, η απόδοση έφτασε σχεδόν τα 12 Pflops.

ΤΙΤΑΝ ΥΠΕΡΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗΣ

Ο υπερυπολογιστής Titan, που εγκαταστάθηκε στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge (ORNL) στις ΗΠΑ, αναγνωρίστηκε ως ο ταχύτερος υπερυπολογιστής στον κόσμο. Στις δοκιμές αναφοράς Linpack, η απόδοσή του ήταν 17,59 Pflops.

Ο Titan εφαρμόζει μια υβριδική αρχιτεκτονική CPU-GPU (βλ. Εικόνα 3). Το σύστημα αποτελείται από 18.688 κόμβους, ο καθένας εξοπλισμένος με επεξεργαστή AMD Opteron 16 πυρήνων και επιταχυντή γραφικών Nvidia Tesla K20X. Συνολικά χρησιμοποιούνται 560.640 επεξεργαστές. Το Titan είναι μια ενημέρωση του υπερυπολογιστή Jaguar της ORNL που λειτουργούσε στο παρελθόν και καταλαμβάνει τα ίδια ερμάρια διακομιστή (συνολική επιφάνεια 404 m2).

Η δυνατότητα χρήσης των υπαρχόντων συστημάτων ισχύος και ψύξης εξοικονόμησε περίπου 20 εκατομμύρια δολάρια κατά την κατασκευή. Η κατανάλωση ενέργειας του υπερυπολογιστή είναι 8,2 MW, δηλαδή 1,2 MW μεγαλύτερη από την Jaguar, ενώ η απόδοσή του σε λειτουργίες κινητής υποδιαστολής είναι σχεδόν 10 φορές μεγαλύτερη.

Ο Τιτάν θα χρησιμοποιηθεί κυρίως για τη διεξαγωγή έρευνας στην επιστήμη των υλικών και την πυρηνική ενέργεια, καθώς και για έρευνα που σχετίζεται με τη βελτίωση της απόδοσης των κινητήρων εσωτερικής καύσης. Επιπλέον, θα χρησιμοποιηθεί για τη μοντελοποίηση της κλιματικής αλλαγής και την ανάλυση πιθανών στρατηγικών για την αντιμετώπιση των αρνητικών επιπτώσεών της.

Ο ΠΙΟ «ΠΡΑΣΙΝΟΣ» ΥΠΕΡΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗΣ

Εκτός από τη βαθμολογία Top500, που στοχεύει στον εντοπισμό του συστήματος με την υψηλότερη απόδοση, υπάρχει και η βαθμολογία Green500, η οποία αναγνωρίζει τους πιο «πράσινους» υπερυπολογιστές. Εδώ, λαμβάνεται ως βάση ο δείκτης ενεργειακής απόδοσης (Mflops/W). Αυτή τη στιγμή (η τελευταία έκδοση της βαθμολογίας είναι ο Νοέμβριος του 2012), ο ηγέτης του Green500 είναι ο υπερυπολογιστής Beacon (253η θέση στο Top500). Ο δείκτης ενεργειακής του απόδοσης είναι 2499 Mflops/W.

Το Beacon τροφοδοτείται από συνεπεξεργαστές Intel Xeon Phi 5110P και επεξεργαστές Intel Xeon E5-2670, επομένως η κορυφαία απόδοση μπορεί να φτάσει τα 112.200 Gflops με συνολική κατανάλωση ενέργειας 44,9 kW. Οι συνεπεξεργαστές Xeon Phi 5110P παρέχουν υψηλή απόδοση με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Κάθε συνεπεξεργαστής έχει ισχύ 1 teraflops (διπλής ακρίβειας) και υποστηρίζει έως και 8 GB μνήμης GDDR5 με εύρος ζώνης 320 Gbps.

Το σύστημα παθητικής ψύξης του Xeon Phi 5110P έχει ονομαστική ισχύ 225 W TDP, το οποίο είναι ιδανικό για διακομιστές υψηλής πυκνότητας.

ΥΠΕΡΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗΣ EURORA

Ωστόσο, τον Φεβρουάριο του 2013, εμφανίστηκαν αναφορές ότι ο υπερυπολογιστής Eurora, που βρίσκεται στη Μπολόνια (Ιταλία), ξεπέρασε το Beacon σε ενεργειακή απόδοση (3150 Mflops/watt έναντι 2499 Mflops/W).

Το Eurora κατασκευάζεται από την Eurotech και αποτελείται από 64 κόμβους, καθένας από τους οποίους περιλαμβάνει δύο επεξεργαστές Intel Xeon E5-2687W, δύο επιταχυντές GPU Nvidia Tesla K20 και άλλο υλικό. Οι διαστάσεις ενός τέτοιου κόμβου δεν υπερβαίνουν τις διαστάσεις ενός φορητού υπολογιστή, αλλά η απόδοσή τους είναι 30 φορές υψηλότερη και η κατανάλωση ενέργειας είναι 15 φορές χαμηλότερη.

Η υψηλή ενεργειακή απόδοση στο Eurora επιτυγχάνεται με τη χρήση πολλών τεχνολογιών. Η υδρόψυξη έχει τη μεγαλύτερη συμβολή. Έτσι, κάθε κόμβος υπερυπολογιστή είναι ένα είδος σάντουιτς: κεντρικός εξοπλισμός στο κάτω μέρος, ένας εναλλάκτης θερμότητας νερού στη μέση και μια άλλη ηλεκτρονική μονάδα στην κορυφή (βλ. Εικόνα 4).

Τέτοια υψηλά αποτελέσματα επιτυγχάνονται χάρη στη χρήση υλικών με καλή θερμική αγωγιμότητα, καθώς και σε ένα εκτεταμένο δίκτυο καναλιών ψύξης. Κατά την εγκατάσταση μιας νέας μονάδας υπολογιστών, τα κανάλια της συνδυάζονται με τα κανάλια του συστήματος ψύξης, γεγονός που σας επιτρέπει να αλλάξετε τη διαμόρφωση του υπερυπολογιστή ανάλογα με τις συγκεκριμένες ανάγκες. Σύμφωνα με τους κατασκευαστές, ο κίνδυνος διαρροών εξαλείφεται.

Τα στοιχεία υπερυπολογιστή Eurora τροφοδοτούνται από πηγές συνεχούς ρεύματος 48 volt, η εισαγωγή των οποίων έχει μειώσει τον αριθμό των μετατροπών ενέργειας. Τέλος, το ζεστό νερό που αφαιρείται από τον υπολογιστικό εξοπλισμό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για άλλους σκοπούς.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ

Η βιομηχανία υπερυπολογιστών αναπτύσσει ενεργά και σημειώνει όλο και περισσότερα νέα ρεκόρ για την απόδοση και την ενεργειακή απόδοση. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι σε αυτόν τον κλάδο, όπως πουθενά αλλού, χρησιμοποιούνται ευρέως οι τεχνολογίες υγρής ψύξης και τρισδιάστατης μοντελοποίησης, καθώς οι ειδικοί αντιμετωπίζουν το έργο της συναρμολόγησης ενός υπερισχυρού υπολογιστικού συστήματος που θα μπορεί να λειτουργεί σε περιορισμένο όγκο με ελάχιστες απώλειες ενέργειας.

Γιούρι Χομούτσκι- Chief Project Engineer στην I-Teco. Μπορείτε να επικοινωνήσετε μαζί του στο: [email προστατευμένο]. Το άρθρο χρησιμοποιεί υλικό από την πύλη Διαδικτύου σχετικά με τα κέντρα δεδομένων "www.AboutDC.ru - Λύσεις για κέντρα δεδομένων".

Αρχική σελίδα → Ιστορία της οικιακής τεχνολογίας υπολογιστών → υπερυπολογιστές

υπερυπολογιστές

Αντρέι Μπορζένκο

Οι υπερυπολογιστές είναι οι πιο γρήγοροι υπολογιστές. Η κύρια διαφορά τους από τα mainframes είναι η εξής: όλοι οι πόροι ενός τέτοιου υπολογιστή στοχεύουν συνήθως στην επίλυση μιας ή τουλάχιστον πολλών εργασιών όσο το δυνατόν γρηγορότερα, ενώ τα mainframes, κατά κανόνα, εκτελούν έναν αρκετά μεγάλο αριθμό εργασιών που ανταγωνίζονται με κάθε άλλα. Η ταχεία ανάπτυξη της βιομηχανίας υπολογιστών καθορίζει τη σχετικότητα της βασικής έννοιας - αυτό που πριν από δέκα χρόνια θα μπορούσε να ονομαστεί υπερυπολογιστής, σήμερα δεν εμπίπτει πλέον σε αυτόν τον ορισμό. Υπάρχει επίσης ένας χιουμοριστικός ορισμός του υπερυπολογιστή: είναι μια συσκευή που μειώνει το υπολογιστικό πρόβλημα σε πρόβλημα εισόδου-εξόδου. Ωστόσο, υπάρχει κάποια αλήθεια σε αυτό: συχνά το μόνο εμπόδιο σε ένα σύστημα υψηλής ταχύτητας είναι οι συσκευές I/O. Μπορείτε να μάθετε ποιοι υπερυπολογιστές έχουν αυτήν τη στιγμή τη μέγιστη απόδοση από την επίσημη λίστα με τα πεντακόσια ισχυρότερα συστήματα στον κόσμο - Top500 (http://www.top500.org), η οποία δημοσιεύεται δύο φορές το χρόνο.

Σε οποιονδήποτε υπολογιστή, όλες οι κύριες παράμετροι συνδέονται στενά. Είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς έναν γενικό υπολογιστή που έχει υψηλή απόδοση και λίγη μνήμη RAM ή τεράστια μνήμη RAM και μικρό χώρο στο δίσκο. Για το λόγο αυτό, οι υπερυπολογιστές χαρακτηρίζονται επί του παρόντος όχι μόνο από τη μέγιστη απόδοση, αλλά και από τη μέγιστη ποσότητα μνήμης RAM και δίσκου. Η παροχή τέτοιων τεχνικών χαρακτηριστικών είναι αρκετά ακριβή - το κόστος των υπερυπολογιστών είναι εξαιρετικά υψηλό. Ποιες εργασίες είναι τόσο σημαντικές που απαιτούν συστήματα που κοστίζουν δεκάδες ή εκατοντάδες εκατομμύρια δολάρια; Κατά κανόνα, πρόκειται για θεμελιώδη επιστημονικά ή μηχανικά υπολογιστικά προβλήματα με ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, η αποτελεσματική επίλυση των οποίων είναι δυνατή μόνο με τη διαθεσιμότητα ισχυρών υπολογιστικών πόρων. Ακολουθούν μερικοί μόνο τομείς όπου προκύπτει αυτό το είδος προβλήματος:

προβλέψεις του καιρού, του κλίματος και των παγκόσμιων αλλαγών στην ατμόσφαιρα·
επιστήμη υλικών;
κατασκευή συσκευών ημιαγωγών.
υπεραγωγιμότητα?
δομική βιολογία;
ανάπτυξη φαρμακευτικών προϊόντων·
ανθρώπινη γενετική?
κβαντική χρωμοδυναμική;
αστρονομία;
αυτοκινητοβιομηχανία;
εργασίες μεταφοράς·
δυναμική υδρο- και αερίου.
ελεγχόμενη θερμοπυρηνική σύντηξη.
αποδοτικότητα των συστημάτων καύσης καυσίμου·
εξερεύνηση πετρελαίου και φυσικού αερίου·
Υπολογιστικά προβλήματα στις επιστήμες των ωκεανών.
αναγνώριση και σύνθεση ομιλίας.
αναγνώριση εικόνας.

Οι υπερυπολογιστές υπολογίζουν πολύ γρήγορα χάρη όχι μόνο στη χρήση της πιο σύγχρονης βάσης στοιχείων, αλλά και σε νέες λύσεις στην αρχιτεκτονική του συστήματος. Η κύρια θέση εδώ καταλαμβάνεται από την αρχή της παράλληλης επεξεργασίας δεδομένων, η οποία ενσωματώνει την ιδέα της ταυτόχρονης (παράλληλης) εκτέλεσης πολλών ενεργειών. Η παράλληλη επεξεργασία έχει δύο τύπους: διοχέτευση και πραγματικό παραλληλισμό. Η ουσία της επεξεργασίας του αγωγού είναι να επισημανθούν μεμονωμένα στάδια εκτέλεσης μιας γενικής λειτουργίας και κάθε στάδιο, έχοντας ολοκληρώσει την εργασία του, περνά το αποτέλεσμα στο επόμενο, ενώ ταυτόχρονα δέχεται ένα νέο τμήμα δεδομένων εισόδου. Ένα προφανές κέρδος στην ταχύτητα επεξεργασίας επιτυγχάνεται με το συνδυασμό λειτουργιών που είχαν προηγουμένως διαχωριστεί.

Εάν μια συγκεκριμένη συσκευή εκτελεί μία λειτουργία ανά μονάδα χρόνου, τότε θα εκτελέσει χίλιες λειτουργίες σε χίλιες μονάδες. Εάν υπάρχουν πέντε πανομοιότυπες ανεξάρτητες συσκευές ικανές να λειτουργούν ταυτόχρονα, τότε ένα σύστημα πέντε συσκευών μπορεί να εκτελέσει τις ίδιες χιλιάδες λειτουργίες όχι σε χίλιες, αλλά σε διακόσιες μονάδες χρόνου. Ομοίως, ένα σύστημα Ν συσκευών θα εκτελεί την ίδια εργασία σε 1000/N μονάδες χρόνου.

Φυσικά, σήμερα λίγοι άνθρωποι εκπλήσσονται από τον παραλληλισμό στην αρχιτεκτονική των υπολογιστών. Όλοι οι σύγχρονοι μικροεπεξεργαστές χρησιμοποιούν κάποια μορφή παράλληλης επεξεργασίας, ακόμη και μέσα στο ίδιο τσιπ. Ταυτόχρονα, αυτές οι ιδέες εμφανίστηκαν πριν από πολύ καιρό. Αρχικά, εφαρμόστηκαν στους πιο προηγμένους, άρα και μεμονωμένους, υπολογιστές της εποχής τους. Εδώ, ειδική πίστωση πηγαίνει στην IBM and Control Data Corporation (CDC). Μιλάμε για καινοτομίες όπως η παράλληλη μνήμη bit, η αριθμητική παράλληλη με bit, οι ανεξάρτητοι επεξεργαστές εισόδου/εξόδου, η γραμμή εντολών, οι ανεξάρτητες λειτουργικές μονάδες αγωγών κ.λπ.

Συνήθως η λέξη "υπερυπολογιστής" συνδέεται με τους υπολογιστές Cray, αν και σήμερα αυτό απέχει πολύ από την περίπτωση. Ο προγραμματιστής και ο επικεφαλής σχεδιαστής του πρώτου υπερυπολογιστή ήταν ο Seymour Cray, μια από τις πιο θρυλικές φιγούρες στη βιομηχανία των υπολογιστών. Το 1972, άφησε το CDC και ίδρυσε τη δική του εταιρεία, την Cray Research. Ο πρώτος υπερυπολογιστής, CRAY-1, αναπτύχθηκε τέσσερα χρόνια αργότερα (το 1976) και είχε αρχιτεκτονική διανυσματικής γραμμής με 12 λειτουργικές μονάδες με σωλήνωση. Η μέγιστη απόδοση του Cray-1 ήταν 160 MT/s (χρόνος ρολογιού 12,5 ns) και η μνήμη RAM 64-bit (η οποία μπορούσε να επεκταθεί στα 8 MB) είχε χρόνο κύκλου 50 ns. Η κύρια καινοτομία ήταν, φυσικά, η εισαγωγή διανυσματικών εντολών που λειτουργούν με ολόκληρες συστοιχίες ανεξάρτητων δεδομένων και επιτρέπουν την αποτελεσματική χρήση λειτουργικών συσκευών αγωγού.

Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 60-80, η προσοχή των ηγετών παγκοσμίως στην παραγωγή υπερυπολογιστών επικεντρώθηκε στην παραγωγή υπολογιστικών συστημάτων που ήταν καλά στην επίλυση προβλημάτων κινητής υποδιαστολής μεγάλου όγκου. Δεν έλειψαν τέτοια καθήκοντα - σχεδόν όλα σχετίζονταν με την πυρηνική έρευνα και τη μοντελοποίηση αεροδιαστημικής και πραγματοποιήθηκαν προς το συμφέρον του στρατού. Η επιθυμία επίτευξης της μέγιστης απόδοσης στο συντομότερο δυνατό χρόνο σήμαινε ότι το κριτήριο για την αξιολόγηση της ποιότητας ενός συστήματος δεν ήταν η τιμή του, αλλά η απόδοσή του. Για παράδειγμα, ο υπερυπολογιστής Cray-1 κοστίζει τότε από 4 έως 11 εκατομμύρια δολάρια, ανάλογα με τη διαμόρφωση.

Στο γύρισμα της δεκαετίας του 80-90. Ο Ψυχρός Πόλεμος τελείωσε και οι στρατιωτικές παραγγελίες αντικαταστάθηκαν από εμπορικές. Μέχρι εκείνη την εποχή, η βιομηχανία είχε κάνει μεγάλα βήματα στην παραγωγή σειριακών επεξεργαστών. Είχαν περίπου την ίδια υπολογιστική ισχύ με τα προσαρμοσμένα, αλλά ήταν σημαντικά φθηνότερα. Η χρήση τυπικών στοιχείων και ενός μεταβλητού αριθμού επεξεργαστών κατέστησαν δυνατή την επίλυση του προβλήματος επεκτασιμότητας. Τώρα, καθώς αυξανόταν το υπολογιστικό φορτίο, ήταν δυνατό να αυξηθεί η απόδοση του υπερυπολογιστή και των περιφερειακών του συσκευών με την προσθήκη νέων επεξεργαστών και συσκευών I/O. Έτσι, το 1990 εμφανίστηκε ο υπερυπολογιστής Intel iPSC/860 με τον αριθμό των επεξεργαστών ίσο με 128, ο οποίος έδειξε απόδοση 2,6 Gflops στη δοκιμή LINPACK.

Τον περασμένο Νοέμβριο, δημοσιεύτηκε η 18η έκδοση της λίστας με τους 500 πιο ισχυρούς υπολογιστές στον κόσμο - Top500. Ηγέτης της λίστας εξακολουθεί να είναι η IBM Corporation (http://www.ibm.com), η οποία κατέχει το 32% των εγκατεστημένων συστημάτων και το 37% της συνολικής παραγωγικότητας. Ενδιαφέρουσα είδηση ήταν η ανάδειξη της Hewlett-Packard στη δεύτερη θέση ως προς τον αριθμό των συστημάτων (30%). Επιπλέον, δεδομένου ότι όλα αυτά τα συστήματα είναι σχετικά μικρά, η συνολική τους απόδοση είναι μόνο το 15% της συνολικής λίστας. Μετά τη συγχώνευση με την Compaq, η νέα εταιρεία αναμένεται να κυριαρχήσει στη λίστα. Επόμενοι ως προς τον αριθμό των υπολογιστών στη λίστα είναι οι SGI, Cray και Sun Microsystems.

Ο ισχυρότερος υπερυπολογιστής στον κόσμο ήταν ακόμα το σύστημα ASCI White (θα επανέλθουμε σε αυτό αργότερα), που εγκαταστάθηκε στο Livermore Laboratory (ΗΠΑ) και παρουσίαζε απόδοση 7,2 Tflops στη δοκιμή LINPACK (58% της μέγιστης απόδοσης). Στη δεύτερη θέση βρέθηκε το σύστημα Compaq AlphaServer SC που εγκαταστάθηκε στο Υπερυπολογιστικό Κέντρο του Πίτσμπουργκ με απόδοση 4 Tflops. Το σύστημα Cray T3E κλείνει τη λίστα με απόδοση LINPACK 94 Gflops.

Αξίζει να σημειωθεί ότι η λίστα περιελάμβανε ήδη 16 συστήματα με απόδοση άνω του 1 teraflops, τα μισά από τα οποία εγκαταστάθηκαν από την IBM. Ο αριθμός των συστημάτων που είναι συστάδες μικρών μπλοκ SMP αυξάνεται σταθερά - υπάρχουν τώρα 43 τέτοια συστήματα στη λίστα. Ωστόσο, η πλειοψηφία της λίστας εξακολουθεί να είναι για μαζικά παράλληλα συστήματα (50%), ακολουθούμενα από ομάδες που αποτελούνται από μεγάλα συστήματα SMP (29%).

Τύποι αρχιτεκτονικών

Η κύρια παράμετρος για την ταξινόμηση παράλληλων υπολογιστών είναι η παρουσία κοινής ή κατανεμημένης μνήμης. Κάτι στο ενδιάμεσο είναι οι αρχιτεκτονικές όπου η μνήμη κατανέμεται φυσικά αλλά μοιράζεται λογικά. Από πλευράς υλικού, δύο βασικά σχήματα προτείνονται για την υλοποίηση παράλληλων συστημάτων. Το πρώτο είναι πολλά ξεχωριστά συστήματα, με τοπική μνήμη και επεξεργαστές, που αλληλεπιδρούν σε κάποιο περιβάλλον στέλνοντας μηνύματα. Το δεύτερο είναι συστήματα που αλληλεπιδρούν μέσω της κοινής μνήμης. Χωρίς να μπούμε σε τεχνικές λεπτομέρειες προς το παρόν, ας πούμε λίγα λόγια για τους τύπους αρχιτεκτονικών των σύγχρονων υπερυπολογιστών.

Η ιδέα των μαζικά παράλληλων συστημάτων με κατανεμημένη μνήμη (Massively Parallel Processing, MPP) είναι αρκετά απλή. Για το σκοπό αυτό λαμβάνονται συνηθισμένοι μικροεπεξεργαστές, καθένας από τους οποίους είναι εξοπλισμένος με τη δική του τοπική μνήμη και συνδέεται μέσω κάποιου είδους μέσου μεταγωγής. Υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα σε μια τέτοια αρχιτεκτονική. Εάν χρειάζεστε υψηλή απόδοση, μπορείτε να προσθέσετε περισσότερους επεξεργαστές και εάν τα οικονομικά είναι περιορισμένα ή η απαιτούμενη υπολογιστική ισχύς είναι γνωστή εκ των προτέρων, τότε είναι εύκολο να επιλέξετε τη βέλτιστη διαμόρφωση. Ωστόσο, το MPP έχει επίσης μειονεκτήματα. Το γεγονός είναι ότι η αλληλεπίδραση μεταξύ των επεξεργαστών είναι πολύ πιο αργή από την επεξεργασία δεδομένων από τους ίδιους τους επεξεργαστές.

Σε παράλληλους υπολογιστές με κοινόχρηστη μνήμη, όλη η μνήμη RAM μοιράζεται σε πολλούς πανομοιότυπους επεξεργαστές. Αυτό αφαιρεί τα προβλήματα της προηγούμενης τάξης, αλλά προσθέτει νέα. Γεγονός είναι ότι ο αριθμός των επεξεργαστών με πρόσβαση στην κοινόχρηστη μνήμη δεν μπορεί να γίνει μεγάλος για καθαρά τεχνικούς λόγους.

Τα κύρια χαρακτηριστικά των υπολογιστών διανυσματικών αγωγών είναι, φυσικά, οι λειτουργικές μονάδες διοχέτευσης και ένα σύνολο διανυσματικών οδηγιών. Σε αντίθεση με την παραδοσιακή προσέγγιση, οι διανυσματικές εντολές λειτουργούν σε ολόκληρες συστοιχίες ανεξάρτητων δεδομένων, γεγονός που επιτρέπει την αποτελεσματική φόρτωση των διαθέσιμων αγωγών.

Η τελευταία σκηνοθεσία, αυστηρά, δεν είναι ανεξάρτητη, αλλά μάλλον συνδυασμός των τριών προηγούμενων. Ένας υπολογιστικός κόμβος σχηματίζεται από πολλούς επεξεργαστές (παραδοσιακούς ή διανυσματικούς αγωγούς) και την κοινή τους μνήμη. Εάν η υπολογιστική ισχύς που αποκτάται δεν είναι αρκετή, τότε αρκετοί κόμβοι συνδυάζονται με κανάλια υψηλής ταχύτητας. Όπως γνωρίζετε, μια τέτοια αρχιτεκτονική ονομάζεται σύμπλεγμα.

Συστήματα MPP

Τα μαζικά παράλληλα κλιμακούμενα συστήματα έχουν σχεδιαστεί για να επιλύουν προβλήματα εφαρμογών που απαιτούν μεγάλο όγκο υπολογιστών και επεξεργασίας δεδομένων. Ας τους ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά. Κατά κανόνα, αποτελούνται από ομοιογενείς κόμβους υπολογισμού, συμπεριλαμβανομένων:

μία ή περισσότερες κεντρικές μονάδες επεξεργασίας·
τοπική μνήμη (δεν είναι δυνατή η άμεση πρόσβαση στη μνήμη άλλων κόμβων).
επεξεργαστής επικοινωνιών ή προσαρμογέας δικτύου·
μερικές φορές σκληροί δίσκοι ή/και άλλες συσκευές εισόδου/εξόδου.

Επιπλέον, μπορούν να προστεθούν στο σύστημα ειδικοί κόμβοι I/O και κόμβοι ελέγχου. Όλα συνδέονται μέσω κάποιου μέσου επικοινωνίας (δίκτυο υψηλής ταχύτητας, μεταγωγέας κ.λπ.). Όσον αφορά το λειτουργικό σύστημα, υπάρχουν δύο επιλογές. Στην πρώτη περίπτωση, ένα πλήρες λειτουργικό σύστημα εκτελείται μόνο στο μηχάνημα ελέγχου, ενώ κάθε κόμβος εκτελεί μια πολύ μειωμένη έκδοση του λειτουργικού συστήματος, παρέχοντας μόνο τη λειτουργία του κλάδου της παράλληλης εφαρμογής που βρίσκεται σε αυτό. Σε μια άλλη περίπτωση, κάθε κόμβος εκτελεί ένα πλήρες λειτουργικό σύστημα τύπου UNIX.

Ο αριθμός των επεξεργαστών στα συστήματα κατανεμημένης μνήμης είναι θεωρητικά απεριόριστος. Χρησιμοποιώντας τέτοιες αρχιτεκτονικές, είναι δυνατή η κατασκευή κλιμακούμενων συστημάτων των οποίων η απόδοση αυξάνεται γραμμικά με τον αριθμό των επεξεργαστών. Παρεμπιπτόντως, ο ίδιος ο όρος "μαζικά παράλληλα συστήματα" χρησιμοποιείται συνήθως για να αναφέρεται σε τέτοιους επεκτάσιμους υπολογιστές με μεγάλο αριθμό (δεκάδες και εκατοντάδες) κόμβων. Η επεκτασιμότητα ενός υπολογιστικού συστήματος είναι απαραίτητη για την αναλογική επιτάχυνση των υπολογισμών, αλλά, δυστυχώς, δεν αρκεί. Για να αποκτήσετε ένα επαρκές κέρδος στην επίλυση ενός προβλήματος, απαιτείται επίσης ένας κλιμακωτός αλγόριθμος που μπορεί να φορτώσει όλους τους επεξεργαστές ενός υπερυπολογιστή με χρήσιμους υπολογισμούς.

Ας θυμηθούμε ότι υπάρχουν δύο μοντέλα εκτέλεσης προγραμμάτων σε συστήματα πολλαπλών επεξεργαστών: SIMD (μονή ροή εντολών - πολλαπλές ροές δεδομένων) και MIMD (πολλαπλές ροές εντολών - πολλαπλές ροές δεδομένων). Η πρώτη προϋποθέτει ότι όλοι οι επεξεργαστές εκτελούν την ίδια εντολή, αλλά ο καθένας με τα δικά του δεδομένα. Στη δεύτερη, κάθε επεξεργαστής επεξεργάζεται τη δική του ροή εντολών.

Στα συστήματα κατανεμημένης μνήμης, για τη μεταφορά πληροφοριών από επεξεργαστή σε επεξεργαστή, απαιτείται ένας μηχανισμός για τη μετάδοση μηνυμάτων μέσω ενός δικτύου που συνδέει κόμβους υπολογιστών. Για την αφαίρεση από τις λεπτομέρειες της λειτουργίας του εξοπλισμού επικοινωνίας και του προγράμματος σε υψηλό επίπεδο, συνήθως χρησιμοποιούνται βιβλιοθήκες μετάδοσης μηνυμάτων.

Υπερυπολογιστές Intel

Η Intel Corporation (http://www.intel.com) είναι πολύ γνωστή στον κόσμο των υπερυπολογιστών. Οι υπολογιστές πολλαπλών επεξεργαστών Paragon με κατανεμημένη μνήμη έχουν γίνει τόσο κλασικοί όσο οι υπολογιστές διανυσματικών αγωγών της Cray Research.

Η Intel Paragon χρησιμοποιεί πέντε επεξεργαστές i860 XP με συχνότητα ρολογιού 50 MHz σε έναν κόμβο. Μερικές φορές επεξεργαστές διαφορετικών τύπων τοποθετούνται σε έναν κόμβο: βαθμωτό, διανυσματικό και επικοινωνία. Το τελευταίο χρησιμεύει για να απαλλάξει τον κύριο επεξεργαστή από την εκτέλεση λειτουργιών που σχετίζονται με τη μετάδοση μηνυμάτων.

Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό της νέας παράλληλης αρχιτεκτονικής είναι ο τύπος του εξοπλισμού επικοινωνίας. Οι δύο πιο σημαντικοί δείκτες της λειτουργίας ενός υπερυπολογιστή εξαρτώνται από αυτό: η ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων μεταξύ των επεξεργαστών και το γενικό κόστος μετάδοσης ενός μηνύματος.

Η διασύνδεση έχει σχεδιαστεί για να παρέχει υψηλές ταχύτητες μηνυμάτων με ελάχιστο λανθάνοντα χρόνο. Παρέχει τη σύνδεση περισσότερων από χιλίων ετερογενών κόμβων κατά μήκος μιας δισδιάστατης ορθογώνιας τοπολογίας πλέγματος. Ωστόσο, για τις περισσότερες εφαρμογές ανάπτυξης, οποιοσδήποτε κόμβος μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι απευθείας συνδεδεμένος με όλους τους άλλους κόμβους. Η διασύνδεση είναι κλιμακούμενη: η απόδοση της αυξάνεται με τον αριθμό των κόμβων. Κατά το σχεδιασμό, οι προγραμματιστές προσπάθησαν να ελαχιστοποιήσουν τη συμμετοχή στη μετάδοση μηνυμάτων εκείνων των επεξεργαστών που εκτελούν διαδικασίες χρήστη. Για το σκοπό αυτό, έχουν εισαχθεί ειδικοί επεξεργαστές επεξεργασίας μηνυμάτων, οι οποίοι βρίσκονται στην πλακέτα του κόμβου και είναι υπεύθυνοι για την επεξεργασία του πρωτοκόλλου ανταλλαγής μηνυμάτων. Ως αποτέλεσμα, οι κύριοι επεξεργαστές των κόμβων δεν αποσπώνται από την επίλυση του προβλήματος. Συγκεκριμένα, δεν υπάρχει δαπανηρή εναλλαγή από εργασία σε εργασία και η επίλυση των εφαρμοζόμενων προβλημάτων γίνεται παράλληλα με την ανταλλαγή μηνυμάτων.

Η πραγματική μετάδοση των μηνυμάτων πραγματοποιείται από ένα σύστημα δρομολόγησης που βασίζεται στα στοιχεία του δρομολογητή των κόμβων δικτύου (Mesh Router Components, MRC). Για πρόσβαση MRC ενός δεδομένου κόμβου στη μνήμη του, ο κόμβος διαθέτει επίσης έναν ειδικό ελεγκτή δικτύου διεπαφής, ο οποίος είναι ένα προσαρμοσμένο VLSI που παρέχει ταυτόχρονη μετάδοση από και προς τη μνήμη του κόμβου, καθώς και σφάλματα παρακολούθησης κατά τη μετάδοση μηνυμάτων.

Ο αρθρωτός σχεδιασμός του Intel Paragon δεν υποστηρίζει απλώς την επεκτασιμότητα. Μας επιτρέπει να υπολογίζουμε στο γεγονός ότι αυτή η αρχιτεκτονική θα χρησιμεύσει ως βάση για νέους υπολογιστές που βασίζονται σε άλλους μικροεπεξεργαστές ή χρησιμοποιούν νέες τεχνολογίες ανταλλαγής μηνυμάτων. Η επεκτασιμότητα βασίζεται επίσης στην εξισορρόπηση των διαφόρων μπλοκ ενός υπερυπολογιστή σε διάφορα επίπεδα. Διαφορετικά, καθώς αυξάνεται ο αριθμός των κόμβων, μπορεί να εμφανιστεί ένα σημείο συμφόρησης κάπου στο σύστημα. Έτσι, η ταχύτητα και η χωρητικότητα μνήμης των κόμβων εξισορροπούνται με το εύρος ζώνης και την καθυστέρηση της διασύνδεσης και η απόδοση των επεξεργαστών μέσα στους κόμβους εξισορροπείται με το εύρος ζώνης της κρυφής μνήμης και της μνήμης RAM κ.λπ.

Μέχρι πρόσφατα, ένας από τους ταχύτερους υπολογιστές ήταν ο Intel ASCI Red - το πνευματικό τέκνο της Accelerated Strategic Computing Initiative ASCI (Accelerated Strategic Computing Initiative). Στο πρόγραμμα αυτό συμμετέχουν τα τρία μεγαλύτερα εθνικά εργαστήρια των ΗΠΑ (Livermore, Los Alamos και Sandia). Κατασκευασμένο για το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ το 1997, το ASCI Red συνδυάζει 9152 επεξεργαστές Pentium Pro, έχει 600 GB συνολικής μνήμης RAM και συνολική απόδοση 1800 δισεκατομμυρίων λειτουργιών ανά δευτερόλεπτο.

Υπερυπολογιστές IBM

Όταν εμφανίστηκαν στην αγορά υπολογιστών καθολικά συστήματα με κλιμακούμενη παράλληλη αρχιτεκτονική SP (Scalable POWER parallel) από την IBM Corporation (http://www.ibm.com), κέρδισαν γρήγορα δημοτικότητα. Σήμερα, τέτοια συστήματα λειτουργούν σε διάφορους τομείς εφαρμογών, όπως υπολογιστική χημεία, ανάλυση ατυχημάτων, σχεδιασμός ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, σεισμική ανάλυση, μοντελοποίηση δεξαμενών, υποστήριξη αποφάσεων, ανάλυση δεδομένων και επεξεργασία ηλεκτρονικών συναλλαγών. Η επιτυχία των συστημάτων SP καθορίζεται κυρίως από την ευελιξία τους, καθώς και από την ευελιξία της αρχιτεκτονικής, που βασίζεται σε ένα μοντέλο κατανεμημένης μνήμης με μετάδοση μηνυμάτων.

Σε γενικές γραμμές, ένας υπερυπολογιστής SP είναι ένα επεκτάσιμο, μαζικά παράλληλο υπολογιστικό σύστημα γενικής χρήσης που αποτελείται από ένα σύνολο σταθμών βάσης RS/6000 που συνδέονται με έναν διακόπτη υψηλής απόδοσης. Πράγματι, ποιος δεν ξέρει, για παράδειγμα, τον υπερυπολογιστή Deep Blue, ο οποίος κατάφερε να κερδίσει τον Garry Kasparov στο σκάκι; Όμως μία από τις τροποποιήσεις του αποτελείται από 32 κόμβους (IBM RS/6000 SP), βασισμένους σε 256 επεξεργαστές P2SC (Power Two Super Chip).

Η οικογένεια RS/6000 είναι η δεύτερη γενιά υπολογιστών της IBM, που βασίζεται στην αρχιτεκτονική περιορισμένου συνόλου εντολών (RISC) που αναπτύχθηκε από την εταιρεία στα τέλη της δεκαετίας του 1970. Με αυτήν την ιδέα, ένα πολύ απλό σύνολο εντολών χρησιμοποιείται για να κάνει όλη τη δουλειά σε ένα σύστημα υπολογιστή. Επειδή οι εντολές είναι απλές, μπορούν να εκτελεστούν σε πολύ υψηλές ταχύτητες και επίσης παρέχουν μια πιο αποτελεσματική υλοποίηση του εκτελέσιμου προγράμματος. Η οικογένεια RS/6000 βασίζεται στην αρχιτεκτονική POWER (Performance Optimized by Advanced RISC αρχιτεκτονική) και στα παράγωγά της - PowerPC, P2SC, POWER3 κ.λπ. Επειδή η αρχιτεκτονική POWER συνδυάζει έννοιες αρχιτεκτονικής RISC με μερικές πιο παραδοσιακές έννοιες, το αποτέλεσμα είναι σύστημα με βέλτιστη συνολική απόδοση.

Το σύστημα RS/6000 SP παρέχει τη δύναμη πολλαπλών επεξεργαστών για την επίλυση των πιο περίπλοκων υπολογιστικών προβλημάτων. Το σύστημα μεταγωγής SP είναι η πιο πρόσφατη καινοτομία της IBM στην επικοινωνία μεταξύ επεξεργαστών υψηλού εύρους ζώνης, χωρίς καθυστέρηση, για αποτελεσματικούς παράλληλους υπολογιστές. Διάφοροι τύποι κόμβων επεξεργαστή, μεταβλητά μεγέθη πλαισίου (rack) και μια ποικιλία πρόσθετων δυνατοτήτων εισόδου/εξόδου διασφαλίζουν την επιλογή της πιο κατάλληλης διαμόρφωσης συστήματος. Η SP υποστηρίζεται από κορυφαίους προμηθευτές λογισμικού σε τομείς όπως οι παράλληλες βάσεις δεδομένων και η επεξεργασία συναλλαγών σε πραγματικό χρόνο, καθώς και από μεγάλους προμηθευτές τεχνικού λογισμικού σε τομείς όπως η σεισμική επεξεργασία και ο μηχανικός σχεδιασμός.

Το IBM RS/6000 SP ενισχύει τις δυνατότητες εφαρμογών με παράλληλη επεξεργασία. Το σύστημα καταργεί τους περιορισμούς απόδοσης και βοηθά στην αποφυγή προβλημάτων που σχετίζονται με την κλιμάκωση και την παρουσία αδιαίρετων, χωριστά εκτελεσμένων θραυσμάτων. Με περισσότερους από χίλιους πελάτες εγκατεστημένους παγκοσμίως, οι SP παρέχουν λύσεις για πολύπλοκες και μεγάλου όγκου τεχνικές και εμπορικές εφαρμογές.

Η κύρια μονάδα SP είναι ένας κόμβος επεξεργαστή που έχει αρχιτεκτονική σταθμού εργασίας RS/6000. Υπάρχουν διάφοροι τύποι κόμβων SP: Λεπτοί, Ευρύς, Υψηλός, που διαφέρουν σε ορισμένες τεχνικές παραμέτρους. Για παράδειγμα, οι κόμβοι High που βασίζονται στο POWER3-II περιλαμβάνουν έως 16 επεξεργαστές και έως 64 GB μνήμης, αλλά οι Λεπτοί κόμβοι δεν επιτρέπουν περισσότερους από 4 επεξεργαστές και 16 GB μνήμης.

Το σύστημα μπορεί να κλιμακωθεί έως και 512 κόμβους και είναι δυνατός ο συνδυασμός διαφορετικών τύπων κόμβων. Οι κόμβοι εγκαθίστανται σε ράφια (έως 16 κόμβοι σε καθένα). Το SP μπορεί να κλιμακώσει τους δίσκους σχεδόν γραμμικά μαζί με τους επεξεργαστές και τη μνήμη, επιτρέποντας την πραγματική πρόσβαση σε terabyte μνήμης. Αυτή η αύξηση της ισχύος διευκολύνει την κατασκευή και επέκταση του συστήματος.

Οι κόμβοι διασυνδέονται με διακόπτη υψηλής απόδοσης (IBM high-performance switch), ο οποίος έχει δομή πολλαπλών σταδίων και λειτουργεί με μεταγωγή πακέτων.

Κάθε κόμβος SP εκτελεί ένα πλήρες λειτουργικό σύστημα AIX, επιτρέποντάς σας να αξιοποιήσετε χιλιάδες προϋπάρχουσες εφαρμογές AIX. Επιπλέον, οι κόμβοι του συστήματος μπορούν να συνδυαστούν σε ομάδες. Για παράδειγμα, αρκετοί κόμβοι μπορούν να λειτουργήσουν ως διακομιστές Lotus Notes, ενώ όλοι οι άλλοι επεξεργάζονται μια παράλληλη βάση δεδομένων.

Η διαχείριση μεγάλων συστημάτων είναι πάντα μια πρόκληση. Το SP χρησιμοποιεί μια ενιαία κονσόλα γραφικών για το σκοπό αυτό, η οποία εμφανίζει καταστάσεις υλικού και λογισμικού, εκτελούμενες εργασίες και πληροφορίες χρήστη. Ο διαχειριστής συστήματος, χρησιμοποιώντας μια τέτοια κονσόλα (σταθμός εργασίας ελέγχου) και το προϊόν λογισμικού PSSP (Προγράμματα Υποστήριξης Παράλληλων Συστημάτων) που είναι προσαρτημένο στο SP, επιλύει εργασίες διαχείρισης, συμπεριλαμβανομένης της διαχείρισης της προστασίας με κωδικό πρόσβασης και των αδειών χρήστη, της καταγραφής εργασιών που εκτελούνται, της διαχείρισης εκτύπωσης, της παρακολούθησης συστήματος , εκκίνηση και απενεργοποίηση του συστήματος.

Το καλύτερο

Όπως έχει ήδη σημειωθεί, σύμφωνα με το Top500 (πίνακας), ο πιο ισχυρός υπερυπολογιστής της εποχής μας είναι ο ASCI White, ο οποίος καταλαμβάνει μια περιοχή μεγέθους δύο γηπέδων μπάσκετ και είναι εγκατεστημένος στο Εθνικό Εργαστήριο του Livermore. Περιλαμβάνει 512 κόμβους SMP που βασίζονται σε επεξεργαστές 64-bit POWER3-II (για συνολικά 8192 επεξεργαστές) και χρησιμοποιεί νέα τεχνολογία επικοινωνιών Colony με απόδοση περίπου 500 MB/s, η οποία είναι σχεδόν τέσσερις φορές ταχύτερη από την υψηλής απόδοσης SP διακόπτης.

Τα κορυφαία δέκα Top500 (18η έκδοση)

Θέση	Κατασκευαστής	Υπολογιστή	Πού είναι εγκατεστημένο	Μια χώρα	Ετος	Αριθμός επεξεργαστών
1	IBM	ASCI Λευκό		ΗΠΑ	2000	8192
2	Compaq	AlphaServer SC	Κέντρο Υπερυπολογιστών Πίτσμπουργκ	ΗΠΑ	2001	3024
3	IBM	SP Power3	NERSC Energy Research Institute	ΗΠΑ	2001	3328
4	Intel	ASCI Red	Εθνικό Εργαστήριο Sandia	ΗΠΑ	1999	9632
5	IBM	ASCI Blue Pacific	Εθνικό Εργαστήριο Livermore	ΗΠΑ	1999	5808
6	Compaq	AlphaServer SC		ΗΠΑ	2001	1536
7	Hitachi	SR8000/MPP	Πανεπιστήμιο του Τόκιο	Ιαπωνία	2001	1152
8	SGI	ASCI Blue Mountain	Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος	ΗΠΑ	1998	6144
9	IBM	SP Power3	Ωκεανογραφικό Κέντρο NAVOCEANO	ΗΠΑ	2000	1336
10	IBM	SP Power3	Γερμανική μετεωρολογική υπηρεσία	Γερμανία	2001	1280

Η αρχιτεκτονική του νέου υπερυπολογιστή βασίζεται στην αποδεδειγμένη μαζικά παράλληλη αρχιτεκτονική RS/6000 και παρέχει απόδοση 12,3 teraflops (τρισεκατομμύρια λειτουργίες ανά δευτερόλεπτο). Το σύστημα περιλαμβάνει συνολικά 8 TB μνήμης RAM κατανεμημένων σε κόμβους SMP 16 επεξεργαστών και 160 TB μνήμης δίσκου. Για την παράδοση του συστήματος από τα εργαστήρια της IBM στην πολιτεία της Νέας Υόρκης στο Λίβερμορ της Καλιφόρνια απαιτήθηκαν 28 φορτηγά-ρυμουλκούμενα.

Όλοι οι κόμβοι του συστήματος εκτελούν το AIX OS. Ο υπερυπολογιστής χρησιμοποιείται από επιστήμονες του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ για την εκτέλεση σύνθετων τρισδιάστατων μοντέλων για τη διατήρηση της ασφάλειας των πυρηνικών όπλων. Στην πραγματικότητα, το ASCI White είναι το τρίτο βήμα στο πρόγραμμα πέντε σταδίων της ASCI, το οποίο σχεδιάζει να δημιουργήσει έναν νέο υπερυπολογιστή το 2004. Σε γενικές γραμμές, το ASCI White αποτελείται από τρία ξεχωριστά συστήματα, από τα οποία το White είναι το μεγαλύτερο (512 κόμβοι, 8192 επεξεργαστές). και υπάρχει επίσης το Ice (28 κόμβοι, 448 επεξεργαστές) και το Frost (68 κόμβοι, 1088 επεξεργαστές).

Ο προκάτοχος του ASCI White ήταν ο υπερυπολογιστής Blue Pacific (άλλο όνομα για το ASCI Blue), ο οποίος περιλάμβανε 1464 κόμβους τεσσάρων επεξεργαστών βασισμένους σε κρυστάλλους PowerPC 604e/332 MHz. Οι κόμβοι συνδέονται σε ένα ενιαίο σύστημα χρησιμοποιώντας καλώδια συνολικού ύψους σχεδόν πέντε μιλίων και η περιοχή του δωματίου υπολογιστών είναι 8 χιλιάδες τετραγωνικά πόδια. Το σύστημα ASCI Blue αποτελείται από συνολικά 5856 επεξεργαστές και παρέχει μέγιστη απόδοση 3,88 teraflops. Η συνολική ποσότητα μνήμης RAM είναι 2,6 TB.

Ένας υπερυπολογιστής αποτελείται από χιλιόμετρα καλωδίων.

Το Εθνικό Κέντρο Ατμοσφαιρικής Έρευνας των ΗΠΑ (NCAR) επέλεξε την IBM ως τον προμηθευτή του ισχυρότερου υπερυπολογιστή στον κόσμο που έχει σχεδιαστεί για να προβλέπει την κλιματική αλλαγή. Το σύστημα, γνωστό ως Blue Sky, θα αυξήσει τις δυνατότητες μοντελοποίησης κλίματος του NCAR κατά μια τάξη μεγέθους όταν είναι πλήρως λειτουργικό φέτος. Ο πυρήνας του Blue Sky θα είναι ο υπερυπολογιστής IBM SP και τα συστήματα IBM eServer p690, η χρήση των οποίων θα επιτύχει μέγιστη απόδοση σχεδόν 7 Tflops με όγκο υποσυστήματος δίσκου IBM SSA 31,5 TB.

Ο υπερυπολογιστής, που ονομάζεται Blue Storm, δημιουργείται κατόπιν παραγγελίας του Ευρωπαϊκού Κέντρου Μεσοπρόθεσμων Προγνώσεων Καιρού (ECMWF). Το Blue Storm θα είναι δύο φορές πιο ισχυρό από το ASCI White. Για να το δημιουργήσετε, χρειάζεστε 100 διακομιστές IBM eServer p690, γνωστούς και ως Regatta. Κάθε μονάδα συστήματος, στο μέγεθος ενός ψυγείου, περιέχει περισσότερους από χίλιους επεξεργαστές. Το 2004, το Blue Storm θα είναι εξοπλισμένο με διακομιστές p960 νέας γενιάς, γεγονός που θα το κάνει δύο φορές πιο ισχυρό. Ο υπερυπολογιστής θα εκτελεί το AIX OS. Αρχικά, η συνολική χωρητικότητα των μονάδων Blue Storm θα είναι 1,5 petabytes και η υπολογιστική ισχύς θα είναι περίπου 23 teraflops. Το σύστημα θα ζυγίζει 130 τόνους και θα είναι 1.700 φορές πιο ισχυρό από τον υπερυπολογιστή σκακιού Deep Blue.

Οι ερευνητές της IBM συνεργάζονται με το Εθνικό Εργαστήριο Livermore για τους υπολογιστές Blue Gene/L και Blue Gene/C. Αυτοί οι υπολογιστές αποτελούν μέρος του 5ετούς προγράμματος Blue Gene, το οποίο ξεκίνησε το 1999 για τη μελέτη πρωτεϊνών, στο οποίο επενδύθηκαν 100 εκατομμύρια δολάρια. Η δημιουργία ενός νέου υπερυπολογιστή Blue Gene/L (200 teraflops) θα ολοκληρωθεί το 2004 - για έξι μήνες - ένα χρόνο νωρίτερα από την αναμενόμενη ολοκλήρωση των εργασιών στον ισχυρότερο υπολογιστή Blue Gene/C (1000 teraflops). Η σχεδιαστική απόδοση του Blue Gene/L θα ξεπεράσει έτσι τη συνδυασμένη απόδοση των 500 πιο ισχυρών υπολογιστών στον κόσμο. Ταυτόχρονα, ο νέος υπερυπολογιστής καταλαμβάνει έκταση ίση με μόνο μισό γήπεδο τένις. Οι μηχανικοί της IBM εργάστηκαν επίσης για να μειώσουν την κατανάλωση ενέργειας - κατάφεραν να τη μειώσουν κατά 15 φορές.

Σημειώσεις

Δοκιμές LINPACK.
Τα σημεία αναφοράς LINPACK βασίζονται στην επίλυση ενός συστήματος γραμμικών εξισώσεων με έναν πυκνό πίνακα συντελεστών σε ένα πεδίο πραγματικών αριθμών με χρήση Gaussian elimination. Οι πραγματικοί αριθμοί αναπαρίστανται συνήθως με πλήρη ακρίβεια. Λόγω του μεγάλου αριθμού πράξεων σε πραγματικούς αριθμούς, τα αποτελέσματα του LINPACK θεωρούνται το σημείο αναφοράς για την απόδοση των διαμορφώσεων υλικού και λογισμικού σε περιοχές που χρησιμοποιούν εντατικά πολύπλοκους μαθηματικούς υπολογισμούς.

Προσομοιωτής Γης.
Σύμφωνα με το περιοδικό New Scientist, στη νέα, 19η έκδοση της λίστας των Top500 υπερυπολογιστών, το σύστημα υπερυπολογιστών για το έργο Earth Simulator της NEC Corporation θα πάρει την πρώτη θέση. Είναι εγκατεστημένο στο Ιαπωνικό Ινστιτούτο Επιστημών της Γης (Yokohama Institute for Earth Sciences) στην Kanagawa, στην επαρχία Yokohama. Οι προγραμματιστές ισχυρίζονται ότι η μέγιστη απόδοσή του μπορεί να φτάσει τα 40 Tflops.

Ο υπερυπολογιστής Earth Simulator έχει σχεδιαστεί για να προσομοιώνει την κλιματική αλλαγή με βάση δεδομένα που λαμβάνονται από δορυφόρους. Σύμφωνα με εκπροσώπους της NEC, η υψηλή απόδοση του υπολογιστή επιτυγχάνεται με τη χρήση ειδικά σχεδιασμένων διανυσματικών επεξεργαστών. Το σύστημα βασίζεται σε 5120 τέτοιους επεξεργαστές, συνδυασμένους σε 640 κόμβους SX-6 (8 επεξεργαστές ο καθένας). Ο υπερυπολογιστής τρέχει SUPER-UX OS. Τα εργαλεία ανάπτυξης περιλαμβάνουν μεταγλωττιστές για γλώσσες C/C++, Fortran 90 και HPF, καθώς και εργαλεία αυτόματης διανυσματοποίησης, μια υλοποίηση της διεπαφής MPI-2 και τη μαθηματική βιβλιοθήκη ASL/ES. Ολόκληρο το μηχάνημα καταλαμβάνει την περιοχή τριών γηπέδων τένις (50 επί 65 m) και χρησιμοποιεί πολλά χιλιόμετρα καλωδίου.

Ο πρώτος υπερυπολογιστής Atlas εμφανίστηκε στις αρχές της δεκαετίας του '60 και εγκαταστάθηκε στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ. Ήταν αρκετές φορές λιγότερο ισχυρό από τους σύγχρονους οικιακούς υπολογιστές. Η κριτική μας περιέχει τους «δέκα» πιο ισχυρούς υπερυπολογιστές στην ιστορία. Είναι αλήθεια ότι λόγω των ταχέως αναπτυσσόμενων τεχνολογιών σε αυτόν τον τομέα, αυτά τα ισχυρά μηχανήματα γίνονται απαρχαιωμένα κατά μέσο όρο σε 5 χρόνια.

Η απόδοση των σύγχρονων υπερυπολογιστών μετριέται σε petaflops, μια μονάδα μέτρησης που δείχνει πόσες λειτουργίες κινητής υποδιαστολής μπορεί να εκτελέσει ένας υπολογιστής ανά δευτερόλεπτο. Σήμερα θα μιλήσουμε για τους δέκα πιο ακριβούς σύγχρονους υπερυπολογιστές.

1. IBM Roadrunner (ΗΠΑ)

130 εκατομμύρια δολάρια
Το Roadrunner κατασκευάστηκε από την IBM το 2008 για το Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος (Νέο Μεξικό, ΗΠΑ). Έγινε ο πρώτος υπολογιστής στον κόσμο του οποίου η μέση απόδοση λειτουργίας ξεπέρασε το 1 petaflops. Ταυτόχρονα, σχεδιάστηκε για μέγιστη απόδοση 1,7 petaflops. Σύμφωνα με τη λίστα Supermicro Green500, ο Roadrunner ήταν ο τέταρτος πιο ενεργειακά αποδοτικός υπερυπολογιστής στον κόσμο το 2008. Το Roadrunner αποσύρθηκε στις 31 Μαρτίου 2013, μετά την οποία αντικαταστάθηκε από έναν μικρότερο, πιο ενεργειακά αποδοτικό υπερυπολογιστή που ονομάζεται Cielo.

2. Vulcan BlueGene/Q (ΗΠΑ)

100 εκατομμύρια δολάρια
Ο Vulcan είναι ένας υπερυπολογιστής που αποτελείται από 24 μεμονωμένες μονάδες rack που κατασκευάστηκε από την IBM για το Υπουργείο Ενέργειας και εγκαταστάθηκε στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore στην Καλιφόρνια. Έχει κορυφαία απόδοση 5 petaflops και αυτή τη στιγμή είναι ο ένατος ταχύτερος υπερυπολογιστής στον κόσμο. Το Vulcan τέθηκε σε λειτουργία το 2013 και τώρα χρησιμοποιείται από το Εθνικό Εργαστήριο του Livermore για έρευνα στη βιολογία, τη φυσική του πλάσματος, την κλιματική αλλαγή, τα μοριακά συστήματα και πολλά άλλα.

3. SuperMUC (Γερμανία)

111 εκατομμύρια δολάρια
Ο SuperMUC είναι αυτή τη στιγμή ο 14ος ταχύτερος υπερυπολογιστής στον κόσμο. Το 2013 ήταν 10η, αλλά η τεχνολογική ανάπτυξη δεν μένει ακίνητη. Ωστόσο, αυτή τη στιγμή είναι ο δεύτερος ταχύτερος υπερυπολογιστής στη Γερμανία. Το SuperMUC διευθύνεται από το Leibniz Supercomputing Center στη Βαυαρική Ακαδημία Επιστημών κοντά στο Μόναχο.

Το σύστημα δημιουργήθηκε από την IBM, τρέχει σε Linux, περιέχει περισσότερους από 19.000 επεξεργαστές Intel και Westmere-EX και έχει μέγιστη απόδοση λίγο πάνω από 3 petaflops. Το SuperMUC χρησιμοποιείται από Ευρωπαίους ερευνητές στους τομείς της ιατρικής, της αστροφυσικής, της κβαντικής χρωμοδυναμικής, της υπολογιστικής δυναμικής των ρευστών, της υπολογιστικής χημείας, της ανάλυσης γονιδιώματος και της μοντελοποίησης σεισμών.

4. Trinity (ΗΠΑ)

174 εκατομμύρια δολάρια
Θα περίμενε κανείς ότι ένας υπερυπολογιστής όπως αυτός (δεδομένου για ποιον σκοπό κατασκευάζεται) θα ήταν τρελά ακριβός, αλλά η πρόοδος στην τεχνολογία κατέστησε δυνατή τη μείωση της τιμής του Trinity. Η κυβέρνηση των ΗΠΑ σκοπεύει να χρησιμοποιήσει το Trinity για να διατηρήσει την αποτελεσματικότητα και την ασφάλεια του πυρηνικού οπλοστασίου της Αμερικής.

Το Trinity, που βρίσκεται υπό κατασκευή, θα είναι ένα κοινό έργο μεταξύ του Εθνικού Εργαστηρίου Sandia και του Εθνικού Εργαστηρίου του Λος Άλαμος ως μέρος του προγράμματος Προγνωστικής Μοντελοποίησης και Υπολογιστικών Δεδομένων της Εθνικής Διοίκησης Πυρηνικής Ασφάλειας.

5. Sequoia BlueGene/Q (ΗΠΑ)

250 εκατομμύρια δολάρια
Ο υπερυπολογιστής κατηγορίας Sequoia BlueGene/Q αναπτύχθηκε από την IBM για την Εθνική Διοίκηση Πυρηνικής Ασφάλειας ως μέρος του προγράμματος Predictive Modeling and Computational Data Processing. Τέθηκε σε λειτουργία τον Ιούνιο του 2012 στο Εθνικό Εργαστήριο του Λίβερμορ και έγινε ο ταχύτερος υπερυπολογιστής στον κόσμο εκείνη την εποχή. Τώρα κατατάσσεται τρίτη στον κόσμο σε ταχύτητα (η θεωρητική κορυφαία απόδοση της Sequoia είναι 20 petaflops ή 20 τρισεκατομμύρια υπολογισμοί ανά δευτερόλεπτο).

Ο υπολογιστής λειτουργεί σταθερά στα 10 petaflops. Χρησιμοποιείται από τη Sequoia για την υποστήριξη ποικίλων επιστημονικών εφαρμογών, μελετώντας την αστρονομία, την ενέργεια, το ανθρώπινο γονιδίωμα, την κλιματική αλλαγή και την ανάπτυξη πυρηνικών όπλων.

6. ASC Purple και BlueGene / L (ΗΠΑ)

290 εκατομμύρια δολάρια
Αυτοί οι δύο υπερυπολογιστές δούλευαν μαζί. Κατασκευάστηκαν από την IBM και εγκαταστάθηκαν το 2005 στο Livermore National Laboratory. Τέθηκαν εκτός λειτουργίας το 2010. Κατά την ίδρυσή του, το ASC Purple κατατάχθηκε στην 66η θέση σε ταχύτητα στη λίστα των κορυφαίων 500 υπερυπολογιστών και το BlueGene/L ήταν η προηγούμενη γενιά του μοντέλου BlueGene/Q.

Το ASCI Purple κατασκευάστηκε για την πέμπτη φάση του προγράμματος Predictive Modeling and Computational Data Processing του Υπουργείου Ενέργειας και της Εθνικής Διοίκησης Πυρηνικής Ασφάλειας των ΗΠΑ. Σκοπός του ήταν να προσομοιώσει και να αντικαταστήσει πραγματικές δοκιμές όπλων μαζικής καταστροφής. Το BlueGene/L χρησιμοποιήθηκε για την πρόβλεψη της παγκόσμιας κλιματικής αλλαγής.

7. Σιέρα και Σύνοδος Κορυφής (ΗΠΑ)

325 εκατομμύρια δολάρια
Η Nvidia και η IBM θα βοηθήσουν σύντομα την Αμερική να ανακτήσει την ηγετική της θέση στην υπερταχεία τεχνολογία υπερυπολογιστών, την επιστημονική έρευνα και την οικονομική και εθνική ασφάλεια. Και οι δύο υπολογιστές θα ολοκληρωθούν το 2017.

Επί του παρόντος, ο ταχύτερος υπερυπολογιστής στον κόσμο είναι ο κινεζικός Tianhe-2, ο οποίος μπορεί να φτάσει τα 55 petaflops, δηλαδή δύο φορές ταχύτερο από τη συσκευή που βρίσκεται στη δεύτερη θέση της λίστας. Η Sierra θα παράγει περισσότερα από 100 petaflops, ενώ η Summit θα μπορεί να πετύχει 300 petaflops.

Το Sierra, το οποίο θα εγκατασταθεί στο Εθνικό Εργαστήριο του Λίβερμορ, θα διασφαλίσει την ασφάλεια και την αποτελεσματικότητα του πυρηνικού προγράμματος της χώρας. Το Summit θα αντικαταστήσει τον παλιό υπερυπολογιστή Titan στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge και θα σχεδιαστεί για να δοκιμάζει και να υποστηρίζει επιστημονικές εφαρμογές σε όλο τον κόσμο.

8. Tianhe-2 (Κίνα)

390 εκατομμύρια δολάρια
Ο κινεζικός Tianhe-2 (που μεταφράζεται σε "Milky Way 2") είναι ο ταχύτερος υπερυπολογιστής στον κόσμο. Ο υπολογιστής, που αναπτύχθηκε από μια ομάδα 1.300 επιστημόνων και μηχανικών, βρίσκεται στο Εθνικό Κέντρο Υπερυπολογιστών στο Guangzhou. Κατασκευάστηκε από το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας Άμυνας του Κινεζικού Λαϊκού Απελευθερωτικού Στρατού. Το Tianhe-2 είναι ικανό να εκτελεί 33.860 τρισεκατομμύρια υπολογισμούς ανά δευτερόλεπτο. Για παράδειγμα, μία ώρα υπολογισμών υπερυπολογιστή ισοδυναμεί με 1.000 χρόνια εργασίας 1,3 δισεκατομμυρίων ανθρώπων. Το μηχάνημα χρησιμοποιείται για τη μοντελοποίηση και ανάλυση κυβερνητικών συστημάτων ασφαλείας.

9. Earth Simulator (Ιαπωνία)

500 εκατομμύρια δολάρια
Το Earth Simulator αναπτύχθηκε από την ιαπωνική κυβέρνηση το 1997. Το κόστος του έργου είναι 60 δισεκατομμύρια γιεν ή περίπου 500 εκατομμύρια δολάρια. Ο προσομοιωτής Earth ολοκληρώθηκε το 2002 για την Υπηρεσία Αεροδιαστημικής Εξερεύνησης της Ιαπωνίας, το Ινστιτούτο Έρευνας Ατομικής Ενέργειας της Ιαπωνίας και το Ιαπωνικό Κέντρο Έρευνας και Τεχνολογίας στη Θάλασσα και τη Γη.

Ο ES ήταν ο ταχύτερος υπερυπολογιστής στον κόσμο από το 2002 έως το 2004 και εξακολουθεί να χρησιμεύει σήμερα για την εργασία με παγκόσμια κλιματικά μοντέλα, την αξιολόγηση των επιπτώσεων της υπερθέρμανσης του πλανήτη και την αξιολόγηση προβλημάτων στη γεωφυσική του φλοιού της Γης.

10. Fujitsu K (Ιαπωνία)

1,2 δισεκατομμύρια δολάρια
Ο πιο ακριβός υπερυπολογιστής στον κόσμο είναι μόνο ο τέταρτος ταχύτερος στον κόσμο (11 πετάφλοπ). Το 2011, ήταν ο ταχύτερος υπερυπολογιστής στον κόσμο. Το Fujitsu K, που βρίσκεται στο RIKEN Institute of Advanced Computing Technology, είναι περίπου 60 φορές ταχύτερο από το Earth Simulator. Η συντήρησή του κοστίζει περίπου 10 εκατομμύρια δολάρια το χρόνο και ο υπερυπολογιστής χρησιμοποιεί 9,89 MW (η ίδια ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιούν 10.000 εξοχικές κατοικίες ή ένα εκατομμύριο προσωπικοί υπολογιστές).

Αξίζει να σημειωθεί ότι οι σύγχρονοι επιστήμονες έχουν προχωρήσει τόσο μακριά που έχουν ήδη εμφανιστεί.

Τα τελευταία χρόνια, οι εταιρείες σχεδιασμού και παραγωγής υπολογιστών εργάζονται ακούραστα. Ως αποτέλεσμα, η ποσότητα της τεχνολογίας στον κόσμο αυξάνεται εκθετικά.

Οι πιο ισχυροί υπολογιστές

Μόλις πρόσφατα, ο κόσμος δεν γνώριζε για το DirectX10 και τα γραφικά του FarCry ή του NFS Underground 2 φαινόταν να είναι η κορυφή των δυνατοτήτων του υπολογιστή. Κάποτε, ένας δίσκος με δυνατότητα αποθήκευσης 600 megabyte πληροφοριών φαινόταν σαν ένα θαύμα της τεχνολογίας, αλλά τώρα οι κάρτες μνήμης terabyte είναι ελεύθερα διαθέσιμες.

Στον τομέα των υπερυπολογιστών, περίπου το ίδιο συμβαίνει. Το 1993, ο καθηγητής του Πανεπιστημίου του Τενεσί Τζακ Ντονγκάρα είχε την ιδέα να δημιουργήσει μια κατάταξη με τους πιο ισχυρούς υπολογιστές στον κόσμο. Από τότε, αυτή η λίστα, που ονομάζεται TOP500, ενημερώνεται δύο φορές το χρόνο: τον Ιούνιο και τον Νοέμβριο.

Ο καιρός περνά και οι ηγέτες στις αξιολογήσεις υπερυπολογιστών των αρχών της δεκαετίας του '90 είναι ήδη ασεβώς ξεπερασμένοι ακόμη και στα πρότυπα των απλών χρηστών υπολογιστών. Έτσι, το πρώτο το 1993 ήταν το CM-5/1024, που συναρμολογήθηκε από τη Thinking Machines: 1024 επεξεργαστές με συχνότητα ρολογιού 32 MHz, ταχύτητα υπολογισμού 59,7 gigaflops - ελαφρώς ταχύτερη από έναν συνηθισμένο υπολογιστή 8 πυρήνων κάτω από το γραφείο σας. Ποιος είναι ο καλύτερος υπολογιστής σήμερα;

Sunway TaihuLight

Μόλις πριν από πέντε χρόνια, η παλάμη από άποψη ισχύος κρατούνταν σταθερά από υπερυπολογιστές που κατασκευάζονταν στις ΗΠΑ. Το 2013, Κινέζοι επιστήμονες κατέλαβαν την ηγεσία και, προφανώς, δεν πρόκειται να την εγκαταλείψουν.

Προς το παρόν, ο πιο ισχυρός υπολογιστής στον κόσμο θεωρείται ο Sunway TaihuLight (μεταφρασμένο ως «Η Θεϊκή Δύναμη του Φωτός της λίμνης Taihu»), μια μεγαλειώδης μηχανή με υπολογιστική ταχύτητα 93 petaflops (μέγιστη ταχύτητα - 125,43 petaflops). Αυτός είναι 2,5 φορές πιο ισχυρός από τον προηγούμενο κάτοχο του ρεκόρ - τον υπερυπολογιστή Tianhe-2, ο οποίος θεωρούνταν ο ισχυρότερος μέχρι τον Ιούνιο του 2016.

Το Sunway Taihulight έχει 10,5 εκατομμύρια ενσωματωμένους πυρήνες (40.960 επεξεργαστές, ο καθένας με 256 υπολογιστές και 4 πυρήνες ελέγχου).

Έτσι μοιάζει ο πιο ισχυρός υπολογιστής του 2016

Όλος ο εξοπλισμός αναπτύχθηκε και κατασκευάστηκε στην Κίνα, ενώ οι επεξεργαστές του προηγούμενου ισχυρότερου υπολογιστή κατασκευάστηκαν από την αμερικανική εταιρεία Intel. Το κόστος του Sunway TaihuLight υπολογίζεται στα 270 εκατομμύρια δολάρια. Ο υπερυπολογιστής βρίσκεται στο Εθνικό Κέντρο Υπερυπολογιστών της κομητείας Wuxi.

Κάτοχοι ρεκόρ προηγούμενων ετών

Μέχρι τον Ιούνιο του 2016 (και η λίστα TOP500 ενημερώνεται κάθε Ιούνιο και Νοέμβριο), ο πιο ισχυρός και ταχύτερος υπολογιστής ήταν η υπερμηχανή Tianhe-2 (μεταφρασμένη από τα κινέζικα ως «Milky Way»), που αναπτύχθηκε στην Κίνα στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας Άμυνας στο Changsha με τη βοήθεια της εταιρείας Inspur.

Η ισχύς του Tianhe-2 παρέχει 2507 τρισεκατομμύρια λειτουργίες ανά δευτερόλεπτο (33,86 petaflops ανά δευτερόλεπτο), η μέγιστη απόδοση είναι 54,9 petaflops. Η κινεζική ανάπτυξη βρίσκεται στην κορυφή αυτής της κατάταξης από την κυκλοφορία της το 2013 – ένα απίστευτα εντυπωσιακό νούμερο!

Υπερυπολογιστής Tianhe-2

Τα χαρακτηριστικά του Tianhe-2 είναι τα εξής: 16 χιλιάδες κόμβοι, 32 χιλιάδες επεξεργαστές Intel Xeon E5-2692 12 πυρήνων και 48 χιλιάδες επιταχυντές Intel Xeon Phi 31S1P 57 πυρήνων, που σημαίνει συνολικά 3.120.000 πυρήνες. 256 χιλιάδες στικάκια RAM DDR3 των 4 GB το καθένα και 176.000 στικάκια GDDR5 8 GB - 2.432.000 GB RAM συνολικά. Η χωρητικότητα του σκληρού δίσκου είναι μεγαλύτερη από 13 εκατομμύρια GB. Ωστόσο, δεν θα μπορείτε να παίξετε σε αυτό - προορίζεται αποκλειστικά για υπολογιστές και το Milky Way 2 δεν έχει εγκατεστημένη κάρτα βίντεο. Συγκεκριμένα, βοηθά στους υπολογισμούς για την τοποθέτηση μετρό και την αστική ανάπτυξη.

Ιαγουάρος

Για πολύ καιρό, στην κορυφή της κατάταξης βρισκόταν η Jaguar, ένας υπερυπολογιστής από τις ΗΠΑ. Σε τι διαφέρει από τα άλλα και ποια είναι τα τεχνικά του πλεονεκτήματα;

Ο υπερυπολογιστής, που ονομάζεται Jaguar, αποτελείται από μεγάλο αριθμό ανεξάρτητων κυψελών που χωρίζονται σε δύο τμήματα - XT4 και XT5. Η τελευταία ενότητα περιέχει ακριβώς 18688 υπολογιστικά κελιά. Κάθε κυψέλη περιέχει δύο επεξεργαστές AMD Opteron 2356 έξι πυρήνων με συχνότητα 2,3 GHz, 16 GB μνήμης RAM DDR2, καθώς και έναν δρομολογητή SeaStar 2+. Ακόμη και ένα κελί από αυτό το τμήμα θα ήταν αρκετό για να δημιουργήσετε τον πιο ισχυρό υπολογιστή για παιχνίδια. Η ενότητα περιέχει μόνο 149.504 υπολογιστικούς πυρήνες, μια τεράστια ποσότητα μνήμης RAM - περισσότερα από 300 TB, καθώς και απόδοση 1,38 Petaflops και περισσότερα από 6 Petabyte χώρου στο δίσκο.

Κατασκευάζοντας ένα τέρας υπολογιστή

Το διαμέρισμα XT4 περιέχει 7832 κελιά. Τα χαρακτηριστικά τους είναι πιο μέτρια από εκείνα της προηγούμενης ενότητας XT5: κάθε κυψέλη περιέχει έναν επεξεργαστή έξι πυρήνων με συχνότητα 2,1 GHz, 8 GB μνήμης RAM και έναν δρομολογητή SeaStar 2. Συνολικά, το τμήμα έχει 31.328 υπολογιστικούς πυρήνες και περισσότερους από 62 TB μνήμης, καθώς και μέγιστη απόδοση 263 TFLOPS και περισσότερο από 600 TB χώρου στο δίσκο. Ο υπερυπολογιστής Jaguar λειτουργεί με το δικό του λειτουργικό σύστημα, το Cray Linux Environment.

Ένας άλλος υπολογιστής αναπνέει στο πίσω μέρος της Jaguar, του πνευματικού τέκνου της IBM - Roadrunner. Το πιο ισχυρό υπολογιστικό τέρας είναι ικανό να υπολογίσει έως και 1000.000.000.000 λειτουργίες ανά δευτερόλεπτο. Αναπτύχθηκε ειδικά για την Εθνική Διοίκηση Πυρηνικής Ασφάλειας του Υπουργείου Ενέργειας στο Λος Άλαμος. Με τη βοήθεια αυτού του υπερυπολογιστή σχεδίαζαν να παρακολουθούν τη λειτουργία όλων των πυρηνικών εγκαταστάσεων που βρίσκονται στις Ηνωμένες Πολιτείες.

Η μέγιστη ταχύτητα επεξεργασίας του Road Runner είναι περίπου 1,5 petaflops. Μιλάμε για συνολική χωρητικότητα 3.456 αυθεντικών διακομιστών tri-blade, καθένας από τους οποίους είναι ικανός να εκτελέσει περίπου 400 δισεκατομμύρια λειτουργίες ανά δευτερόλεπτο (δηλαδή 400 gigaflops). Μέσα στο Roadrunner υπάρχουν περίπου 20 χιλιάδες επεξεργαστές διπλού πυρήνα υψηλής απόδοσης - 12.960 Cell Broadband Engine και 6948 AMD Opteron, το πνευματικό τέκνο της ίδιας της IBM. Ένας τέτοιος υπερυπολογιστής έχει μνήμη συστήματος 80 terabyte.

Πόσο χώρο λοιπόν καταλαμβάνει αυτό το θαύμα της τεχνολογίας; Το μηχάνημα βρίσκεται σε έκταση 560 τετραγωνικών μέτρων. Και όλος ο εξοπλισμός του τμήματος είναι συσκευασμένος σε διακομιστές της αρχικής αρχιτεκτονικής. Όλος ο εξοπλισμός ζυγίζει περίπου 23 τόνους. Για τη μεταφορά του λοιπόν, το προσωπικό της Εθνικής Διοίκησης Πυρηνικής Ασφάλειας θα χρειαστεί τουλάχιστον 21 μεγάλα τρακτέρ.

Λίγα λόγια για το τι είναι το petaflops. Ένα petaflop είναι περίπου ίσο με τη συνολική ισχύ 100 χιλιάδων σύγχρονων φορητών υπολογιστών. Αν προσπαθήσετε να φανταστείτε, μπορούν να ασφαλτοστρώσουν έναν δρόμο μήκους σχεδόν δυόμισι χιλιομέτρων. Μια άλλη προσιτή σύγκριση: μέσα σε 46 χρόνια, ολόκληρος ο πληθυσμός του πλανήτη θα χρησιμοποιεί αριθμομηχανές για να κάνει υπολογισμούς που μπορεί να κάνει το Roadrunner σε μια μέρα. Μπορείτε να φανταστείτε πόσο λίγο θα χρειαστεί ο Sunway TaihuLigh, ο ηγέτης της βαθμολογίας μας;

Τιτάν

Το 2012, το Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ κυκλοφόρησε τον υπερυπολογιστή Titan, ο οποίος βαθμολογείται στα 20 petaflops—με άλλα λόγια, μπορεί να εκτελέσει τετράδισεκατο δισεκατομμύριο λειτουργίες κινητής υποδιαστολής σε ένα δευτερόλεπτο.

Ο Titan αναπτύχθηκε από την Cray. Εκτός από τον Τιτάνα, Αμερικανοί ειδικοί έχουν αναπτύξει δύο ακόμη υπερυπολογιστές τα τελευταία χρόνια. Το ένα από αυτά - το Mira - προορίζεται για βιομηχανικές και επιστημονικές ερευνητικές ανάγκες και με τη βοήθεια του άλλου - της Sequoia - προσομοιώνουν δοκιμές πυρηνικών όπλων. Η IBM Corporation βρίσκεται πίσω από όλες αυτές τις εξελίξεις.

Ο πιο ισχυρός υπολογιστής στη Ρωσία

Δυστυχώς, η ρωσική ανάπτυξη "Lomonosov-2", που αναγνωρίζεται ως ο πιο ισχυρός υπολογιστής στη Ρωσία, βρίσκεται μόνο στην 41η θέση στο TOP500 (από τον Ιούνιο του 2016). Βασίζεται στο Επιστημονικό Υπολογιστικό Κέντρο του Κρατικού Πανεπιστημίου της Μόσχας. Η ισχύς του οικιακού υπερυπολογιστή είναι 1.849 petaflops, η μέγιστη ισχύς είναι περίπου 2,5 petaflops. Αριθμός πυρήνων: 42.688.

Εγγραφείτε στο κανάλι μας στο Yandex.Zen

Ο υπερυπολογιστής είναι ένας αρκετά ευέλικτος και πολύ ευρύς όρος. Με τη γενική έννοια, ένας υπερυπολογιστής είναι ένας υπολογιστής που είναι πολύ πιο ισχυρός από όλους τους υπολογιστές που διατίθενται στην αγορά. Μερικοί μηχανικοί χαριτολογώντας αποκαλούν υπερυπολογιστή κάθε υπολογιστή του οποίου η μάζα υπερβαίνει τον ένα τόνο. Και παρόλο που οι περισσότεροι σύγχρονοι υπερυπολογιστές ζυγίζουν περισσότερο από έναν τόνο. Δεν είναι κάθε υπολογιστής που μπορεί να ονομαστεί «σούπερ», ακόμα κι αν ζυγίζει περισσότερο από έναν τόνο. Ο Mark-1, ο Eniak είναι επίσης βαρέων βαρών, αλλά δεν θεωρούνται υπερυπολογιστές ούτε για την εποχή τους.

Η ταχύτητα της τεχνολογικής προόδου είναι τόσο μεγάλη που ο σημερινός υπερυπολογιστής θα είναι κατώτερος από έναν οικιακό υπολογιστή σε 5-10 χρόνια. Ο όρος υπερυπολογιστής εμφανίστηκε στη δεκαετία του '20 του περασμένου αιώνα και ο όρος υπερυπολογιστής στη δεκαετία του '60. Αλλά έγινε ευρέως διαδεδομένο χάρη στον Seymour Cray και τους υπερυπολογιστές του Cray-1, Cray-2. Αν και ο ίδιος ο Seymour Cray δεν προτιμά να χρησιμοποιεί αυτόν τον όρο. Ονομάζει τα αυτοκίνητά του απλά έναν υπολογιστή.

Το 1972, ο S. Cray εγκατέλειψε το CDC και ίδρυσε τη δική του εταιρεία, Cray Research, η οποία το 1976 κυκλοφορεί τον πρώτο υπολογιστή διανυσματικού αγωγού CRAY-1: χρόνος ρολογιού 12,5 ns, 12 λειτουργικές μονάδες αγωγού, μέγιστη απόδοση 160 εκατομμύρια λειτουργίες ανά δευτερόλεπτο, RAM έως 1Mword (word - 64 bit), κύκλος μνήμης 50 ns. Η κύρια καινοτομία είναι η εισαγωγή διανυσματικών εντολών που λειτουργούν με ολόκληρες συστοιχίες ανεξάρτητων δεδομένων και επιτρέπουν την αποτελεσματική χρήση λειτουργικών συσκευών αγωγού.

Cray-1Θεωρείται ένας από τους πρώτους υπερυπολογιστές. Οι επεξεργαστές υπολογιστών είχαν ένα τεράστιο, εκείνη την εποχή, σύνολο καταχωρητών. Τα οποία χωρίστηκαν σε ομάδες. Κάθε ομάδα είχε τον δικό της λειτουργικό σκοπό. Ένα μπλοκ διευθύνσεων καταχωρεί το οποίο ήταν υπεύθυνο για τη διευθυνσιοδότηση στη μνήμη του υπολογιστή. Μπλοκ διανυσματικών καταχωρητών, μπλοκ βαθμωτών καταχωρητών.

Συναρμολόγηση υπολογιστή Cray-1

Computer Cray-2

Ο πρώτος σοβιετικός υπερυπολογιστής

Στην αρχή, η εμφάνιση των υπερυπολογιστών συνδέθηκε με την ανάγκη για ταχεία επεξεργασία μεγάλων ποσοτήτων δεδομένων και περίπλοκους μαθηματικούς και αναλυτικούς υπολογισμούς. Επομένως, οι πρώτοι υπερυπολογιστές διέφεραν ελάχιστα στην αρχιτεκτονική τους από τους συμβατικούς υπολογιστές. Μόνο που η ισχύς τους ήταν πολλές φορές μεγαλύτερη από τους τυπικούς σταθμούς εργασίας. Αρχικά, οι υπερυπολογιστές ήταν εξοπλισμένοι με διανυσματικούς επεξεργαστές, συμβατικούς βαθμωτούς. Μέχρι τη δεκαετία του '80, πέρασαν στην παράλληλη λειτουργία πολλών διανυσματικών επεξεργαστών. Αλλά αυτή η αναπτυξιακή πορεία αποδείχθηκε ότι δεν ήταν ορθολογική. Οι υπερυπολογιστές άλλαξαν σε βαθμωτούς επεξεργαστές παράλληλης λειτουργίας.

Οι μαζικά παράλληλοι επεξεργαστές έγιναν η βάση για τους υπερυπολογιστές. Χιλιάδες στοιχεία επεξεργασίας συνδυάστηκαν για να δημιουργήσουν μια ισχυρή πλατφόρμα υπολογιστών. Οι περισσότεροι παράλληλοι επεξεργαστές δημιουργήθηκαν με βάση την αρχιτεκτονική RISC. RISC (Reduced Instruction Set Computing) - υπολογισμοί με μειωμένο σύνολο εντολών. Με αυτόν τον όρο, οι κατασκευαστές επεξεργαστών κατανοούν την έννοια όπου απλούστερες εντολές εκτελούνται πιο γρήγορα. Αυτή η μέθοδος σας επιτρέπει να μειώσετε το κόστος παραγωγής επεξεργαστή. Ταυτόχρονα αυξάνουν την παραγωγικότητά τους.

Η ανάγκη για ισχυρές υπολογιστικές λύσεις έχει αυξηθεί ραγδαία. Οι υπερυπολογιστές είναι πολύ ακριβοί. Χρειαζόταν μια εναλλακτική. Και αντικαταστάθηκαν από συστάδες. Αλλά ακόμη και σήμερα, οι ισχυροί υπολογιστές ονομάζονται υπερυπολογιστές. Ένα σύμπλεγμα είναι ένα σύνολο διακομιστών που συνδέονται σε ένα δίκτυο και εργάζονται σε μία εργασία. Αυτή η ομάδα διακομιστών έχει υψηλή απόδοση. Πολλές φορές περισσότερο από τον ίδιο αριθμό διακομιστών που θα λειτουργούσαν χωριστά. Το σύμπλεγμα παρέχει υψηλή αξιοπιστία. Η αποτυχία ενός διακομιστή δεν θα οδηγήσει σε έκτακτη διακοπή ολόκληρου του συστήματος, αλλά θα επηρεάσει ελαφρώς την απόδοσή του. Είναι δυνατή η αντικατάσταση ενός διακομιστή σε ένα σύμπλεγμα χωρίς διακοπή ολόκληρου του συστήματος. Δεν χρειάζεται να πληρώσετε αμέσως τεράστια ποσά για έναν υπερυπολογιστή. Το cluster μπορεί να επεκταθεί σταδιακά, γεγονός που αποσβένει σημαντικά το κόστος της επιχείρησης.

Πανεπιστημιακό σύμπλεγμα

Στόχοι του Υπερυπολογιστή

1.Μέγιστη αριθμητική απόδοση επεξεργαστή.

2. αποτελεσματικότητα του λειτουργικού συστήματος και ευκολία επικοινωνίας με αυτό για τον προγραμματιστή.

3.Αποτελεσματικότητα μετάφρασης από γλώσσες υψηλού επιπέδου και εξάλειψη της γραφής προγραμμάτων σε αυτόματο κώδικα.

4.Αποτελεσματικότητα της παραλληλοποίησης αλγορίθμων για παράλληλες αρχιτεκτονικές.

5. Αύξηση της αξιοπιστίας.

Αρχιτεκτονική των σύγχρονων υπερυπολογιστών

Η αρχιτεκτονική των υπολογιστών καλύπτει ένα σημαντικό φάσμα προβλημάτων που σχετίζονται με τη δημιουργία ενός συγκροτήματος υλικού και λογισμικού και λαμβάνοντας υπόψη έναν μεγάλο αριθμό καθοριστικών παραγόντων. Μεταξύ αυτών των παραγόντων, οι κυριότεροι είναι: το κόστος, το εύρος εφαρμογής, η λειτουργικότητα, η ευκολία χρήσης και το υλικό θεωρείται ένα από τα κύρια στοιχεία της αρχιτεκτονικής. Η αρχιτεκτονική του υπολογιστή περιλαμβάνει τόσο μια δομή που αντικατοπτρίζει τη σύνθεση του υπολογιστή και του λογισμικού και μαθηματική υποστήριξη. Η δομή ενός υπολογιστή είναι ένα σύνολο στοιχείων και συνδέσεων μεταξύ τους. Η βασική αρχή της κατασκευής όλων των σύγχρονων υπολογιστών είναι ο έλεγχος προγραμμάτων.

Όλοι οι υπολογιστές χωρίζονται σε τέσσερις κατηγορίες ανάλογα με τον αριθμό των ροών εντολών και δεδομένων.

Στην πρώτη τάξη(σειριακούς υπολογιστές von Neumann) ανήκουν σε συμβατικά βαθμωτά συστήματα μονοεπεξεργαστή: single instruction stream - single stream data (SISD). Ο προσωπικός υπολογιστής έχει αρχιτεκτονική SISD και δεν έχει σημασία αν ο υπολογιστής χρησιμοποιεί αγωγούς για να επιταχύνει τις λειτουργίες.

ΔΕΥΤΕΡΗ ταξηχαρακτηρίζεται από την παρουσία ενός μόνο ρεύματος εντολών, αλλά πολλαπλών δεδομένων nomoka (SIMD). Οι διανυσματικοί υπολογιστές ενός επεξεργαστή ή, πιο συγκεκριμένα, οι υπερυπολογιστές διανυσματικών αγωγών, για παράδειγμα, ο Cray-1, ανήκουν σε αυτήν την αρχιτεκτονική κατηγορία. Σε αυτήν την περίπτωση, έχουμε να κάνουμε με μία ροή εντολών (διανυσματικά), αλλά υπάρχουν πολλές ροές δεδομένων: κάθε στοιχείο του διανύσματος περιλαμβάνεται σε ξεχωριστή ροή δεδομένων. Οι επεξεργαστές Matrix, για παράδειγμα, ο άλλοτε διάσημος ILLIAC-IV, ανήκουν στην ίδια κατηγορία συστημάτων υπολογιστών. Έχουν επίσης διανυσματικές οδηγίες και εφαρμόζουν διανυσματική επεξεργασία, αλλά όχι μέσω αγωγών, όπως στους διανυσματικούς υπερυπολογιστές, αλλά χρησιμοποιώντας πίνακες επεξεργαστών.

Μέχρι την τρίτη τάξη- MIMD - αναφέρεται σε συστήματα που έχουν πολλαπλές ροές εντολών και πολλαπλές ροές δεδομένων. Περιλαμβάνει όχι μόνο διανυσματικούς υπερυπολογιστές πολλαπλών επεξεργαστών, αλλά και γενικά όλους τους υπολογιστές πολλαπλών επεξεργαστών. Η συντριπτική πλειοψηφία των σύγχρονων υπερυπολογιστών έχει αρχιτεκτονική MIMD.

ΤΕΤΑΡΤΗ ταξηστην ταξινόμηση του Flynn, το MISD δεν έχει πρακτικό ενδιαφέρον, τουλάχιστον για τους υπολογιστές που αναλύουμε. Πρόσφατα, ο όρος SPMD (πολλαπλά δεδομένα ενός προγράμματος) χρησιμοποιείται επίσης συχνά στη βιβλιογραφία. Δεν αναφέρεται στην αρχιτεκτονική των υπολογιστών, αλλά σε ένα μοντέλο παραλληλισμού προγραμμάτων και δεν αποτελεί επέκταση της ταξινόμησης του Flynn. Το SPMD συνήθως αναφέρεται σε συστήματα MPP (δηλαδή MIMD) και σημαίνει πολλαπλά αντίγραφα του ίδιου προγράμματος.

Εργασίες υπερυπολογιστή

1.Να λύσει πολύπλοκα και μεγάλα επιστημονικά προβλήματα, στη διαχείριση, την εξερεύνηση

2. Οι τελευταίες αρχιτεκτονικές εξελίξεις με χρήση σύγχρονων στοιχειωδών βάσεων και αριθμητικών επιταχυντών

3.Σχεδιασμός και προσομοίωση

4.Βελτιωμένη παραγωγικότητα

5. Κεντρική αποθήκευση πληροφοριών

6.Αξιολόγηση της πολυπλοκότητας των προβλημάτων που επιλύονται στην πράξη

Υπερυπολογιστής στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου

Υπερυπολογιστής δεύτερης γενιάς που βρίσκεται στο VNIIEF

Χαρακτηριστικά απόδοσης υπερυπολογιστή

Πάνω από μισό αιώνα, η απόδοση του υπολογιστή έχει αυξηθεί πάνω από επτακόσια εκατομμύρια φορές. Ταυτόχρονα, το κέρδος στην απόδοση που σχετίζεται με τη μείωση του χρόνου κύκλου ρολογιού από 2 μικροδευτερόλεπτα σε 1,8 νανοδευτερόλεπτα είναι μόνο περίπου 1000 φορές. Η χρήση νέων λύσεων στην αρχιτεκτονική των υπολογιστών. Η κύρια θέση μεταξύ αυτών καταλαμβάνεται από την αρχή της παράλληλης επεξεργασίας δεδομένων, η οποία ενσωματώνει την ιδέα της ταυτόχρονης (παράλληλης) εκτέλεσης πολλών ενεργειών. Η παράλληλη επεξεργασία δεδομένων, που ενσωματώνει την ιδέα της ταυτόχρονης εκτέλεσης πολλών ενεργειών, έχει δύο ποικιλίες: διοχέτευση και πραγματικό παραλληλισμό. Η παράλληλη επεξεργασία δεδομένων, που ενσωματώνει την ιδέα της ταυτόχρονης εκτέλεσης πολλών ενεργειών, έχει δύο ποικιλίες: διοχέτευση και πραγματικό παραλληλισμό.

Παράλληλη επεξεργασία. Εάν μια συγκεκριμένη συσκευή εκτελεί μία λειτουργία ανά μονάδα χρόνου, τότε θα εκτελέσει χίλιες λειτουργίες σε χίλιες μονάδες. Αν υποθέσουμε ότι υπάρχουν πέντε πανομοιότυπες ανεξάρτητες συσκευές ικανές να λειτουργούν ταυτόχρονα, τότε ένα σύστημα πέντε συσκευών μπορεί να εκτελέσει τις ίδιες χιλιάδες λειτουργίες όχι σε χίλιες, αλλά σε διακόσιες μονάδες χρόνου. Ομοίως, ένα σύστημα Ν συσκευών θα εκτελεί την ίδια εργασία σε 1000/N μονάδες χρόνου. Παρόμοιες αναλογίες μπορούν να βρεθούν στη ζωή: αν ένας στρατιώτης σκάψει έναν κήπο σε 10 ώρες, τότε μια ομάδα πενήντα στρατιωτών με τις ίδιες ικανότητες, που εργάζονται ταυτόχρονα, θα αντιμετωπίσει την ίδια δουλειά σε 12 λεπτά - η αρχή του παραλληλισμού σε δράση!

Επεξεργασία μεταφορέα Πολλές μικρές λειτουργίες, όπως σύγκριση παραγγελιών, ευθυγράμμιση παραγγελιών, προσθήκη μάντισσας, κανονικοποίηση κ.λπ. Οι επεξεργαστές των πρώτων υπολογιστών εκτέλεσαν όλες αυτές τις «μικρο-λειτουργίες» για κάθε ζεύγος ορισμάτων, το ένα μετά το άλλο, μέχρι να φτάσουν στο τελικό αποτέλεσμα και μόνο τότε προχώρησαν στην επεξεργασία του επόμενου ζεύγους όρων.

Όλοι οι πρώτοι υπολογιστές (EDSAC, EDVAC, UNIVAC) διέθεταν διαδοχική μνήμη bit, από την οποία οι λέξεις διαβάζονταν διαδοχικά κομμάτι προς κομμάτι. Ο πρώτος εμπορικά διαθέσιμος υπολογιστής με χρήση παράλληλης μνήμης bit (σε CRT) και αριθμητικής παράλληλης μετάδοσης bit ήταν ο IBM 701 και το πιο δημοφιλές μοντέλο ήταν ο IBM 704 (πωλήθηκαν 150 αντίτυπα), το οποίο, εκτός από τα παραπάνω, ήταν το πρώτο. για χρήση μνήμης φερρίτη, πυρήνες και ενισχυτή κινητής υποδιαστολής υλικού. Ιεραρχία μνήμης. Η ιεραρχία της μνήμης δεν σχετίζεται άμεσα με τον παραλληλισμό, ωστόσο, σίγουρα αναφέρεται σε εκείνα τα χαρακτηριστικά της αρχιτεκτονικής υπολογιστών που έχουν μεγάλη σημασία για την αύξηση της απόδοσής τους (εξομάλυνση της διαφοράς μεταξύ της ταχύτητας του επεξεργαστή και του χρόνου πρόσβασης στη μνήμη). Κύρια επίπεδα: καταχωρητές, κρυφή μνήμη, RAM, μνήμη δίσκου. Ο χρόνος δειγματοληψίας για τα επίπεδα μνήμης από τη μνήμη του δίσκου στους καταχωρητές μειώνεται, το κόστος ανά 1 λέξη (byte) αυξάνεται. Επί του παρόντος, μια τέτοια ιεραρχία υποστηρίζεται ακόμη και σε προσωπικούς υπολογιστές.

Επί του παρόντος χρησιμοποιείται:

1. Υπολογιστές διανυσματικών αγωγών. Λειτουργικές συσκευές αγωγών και διανυσματικό σετ οδηγιών

2. Μαζικά παράλληλοι υπολογιστές με κατανεμημένη μνήμη.

3. Παράλληλοι υπολογιστές με κοινόχρηστη μνήμη. Όλη η μνήμη RAM τέτοιων υπολογιστών μοιράζεται από πολλούς ίδιους επεξεργαστές

4.Χρήση παράλληλων υπολογιστικών συστημάτων

Λίστα με τους πιο ισχυρούς υπολογιστές στον κόσμο

Οργανισμός όπου είναι εγκατεστημένος ο υπολογιστής	Τύπος υπολογιστή	Αριθμός υπολογιστικών πυρήνων	Μέγιστη απόδοση	Κατανάλωση ενέργειας
	Jaguar - Cray XT5-HE Opteron Six Core 2,6 GHz / 2009	224162	1759.00	6950.60
Εθνικό Κέντρο Υπερυπολογιστών στο Shenzhen (NSCS)	Nebulae - Dawning TC3600 Blade, Intel X5650, NVidia Tesla C2050 GPU / 2010	120640	1271.00	2984.30
DOE/NNSA/LANL	Roadrunner - BladeCenter QS22/LS21 Cluster, PowerXCell 8i 3,2 Ghz / Opteron DC 1,8 GHz, Voltaire Infiniband / 2009	122400	1042.00	2345.50
Εθνικό Ινστιτούτο Υπολογιστικών Επιστημών/Πανεπιστήμιο του Τενεσί	Kraken XT5 - Cray XT5-HE Opteron Six Core 2,6 GHz / 2009	98928	831.70	2569
	JUGENE - Blue Gene/P Solution / 2009	294912	825.50	2268.00
Εθνικό κέντρο υπερυπολογιστών στην Tianjin/NUDT	Tianhe-1 - NUDT TH-1 Cluster, Xeon E5540/E5450, ATI Radeon HD 4870 2, Infiniband / 2009	71680	563.10	2578
DOE/NNSA/LLNL	BlueGene/L - eServer Blue Gene Solution / 2007	212992	478.20	2329.60
Εθνικό Εργαστήριο Argonne	Intrepid - Blue Gene/P Solution / 2007	163840	458.61	1260
Sandia National Laboratories/Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας	Red Sky - Sun Blade x6275, Xeon X55xx 2,93 Ghz, Infiniband / 2010 Sun Microsystems	42440	433.50	1254
Texas Advanced Computing Center/Univ. του Τέξας	Ranger - SunBlade x6420, Opteron QC 2,3 Ghz, Infiniband / 2008 Sun Microsystems	62976	433.20	2000.00
DOE/NNSA/LLNL	Dawn - Blue Gene/P Solution / 2009	147456	415.70	1134
Κρατικό Πανεπιστήμιο της Μόσχας - Ερευνητικό Υπολογιστικό Κέντρο Ρωσίας	Lomonosov - T-Platforms T-Blade2, Xeon 5570 2,93 GHz, Infiniband QDR / 2009 T-Platforms	35360	350.10	1127
Forschungszentrum Juelich (FZJ)	JUROPA - Sun Constellation, NovaScale R422-E2, Intel Xeon X5570, 2,93 GHz, Sun M9/Mellanox QDR Infiniband/Partec Parastation / 2009	26304	274.80	1549.00
Κέντρο Υπερυπολογιστών ΚΙΣΤΗ	TachyonII - Sun Blade x6048, X6275, διακόπτης IB QDR M9, Sun HPC stack Linux edition / 2009 Sun Microsystems	26232	274.20	307.80
Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου	HECToR - Cray XT6m 12-Core 2,1 GHz / 2010	43660	274.70	1189.80
NERSC/LBNL	Franklin - Cray XT4 QuadCore 2,3 GHz / 2008	38642	266.30	1150.00
Grand Equipement National de Calcul Intensif - Centre Informatique National de l"Enseignement Supç╘rieur (GENCI-CINES)	Jade - SGI Altix ICE 8200EX, Xeon E5472 3.0/X5560 2.8 GHz / 2010	23040	237.80	1064.00
Ινστιτούτο Μηχανικής Διαδικασιών, Κινεζική Ακαδημία Επιστημών	Mole-8.5 - Mole-8.5 Cluster Xeon L5520 2,26 Ghz, nVidia Tesla, Infiniband / 2010 IPE, nVidia Tesla C2050, Tyan	33120	207.30	1138.44
Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge	Jaguar - Cray XT4 QuadCore 2,1 GHz / 2008	30976	205.00	1580.71}

Ίσως είναι χρήσιμο να διαβάσετε: