2. Суперкомпьютеры

Сферы применения:

• Физика, ядерная физика, ускорители

• Биохимия

• Метеорология

• Геофизика

• Космическая фотосъемка

• Обработка графических данных (кино, телевидение)

• Автоматизация проектирования

• Визуализация полученных данных

• Военная промышленность

• Криптография

• Большие информационные системы (базы данных)

Классы высокопроизводительных ЭВМ:

мэйнфрейм; многопроцессорный сервер; суперЭВМ.

Стоимость первых суперкомпьютеров. Историческая справка. Суперкомпьютеры в России.

Обучение специалистов. Интернет-университет информационных технологий www.intuit.ru . Интернет-университет суперкомпьютерных технологий www.hpcu.ru Суперкомпьютерный консорциум университетов России www.hpc-russia.ru

Списки TOP500 www.top500.org

Классификация суперкомпьютеров. Классификация Флинна:

• SISD (одиночный поток команд – одиночный поток данных)

• SIMD (одиночный поток команд – множественный поток данных: однопроцессорные векторные и векторно-конвейерные ЭВМ)

• MIMD (множественный поток команд – множественный поток данных: многопроцессорные векторно-конвейерные системы)

• SPMD: одна программа – множественные данные (практически не применяется).

Классификация многопроцессорной системы по наличию общей или распределенной (между процессорными узлами или процессорами) памяти. Память может быть физически распределена, но логически общедоступна.

Две основные схемы:

• Отдельные процессорные узлы с локальной памятью, которые взаимодействуют в сетевой среде посредством передачи сообщений.

• Системы, взаимодействующие через разделяемую память.

Многопроцессорные векторные суперкомпьютеры – симметричные многопроцессорные системы SMP:

• Симметричность (равноправность) процессоров

• Общее поле памяти.

Процессоры подключаются к устройству памяти либо с помощью общей шины, либо с помощью коммутатора (сильно связанные системы). Число процессоров, имеющих доступ к общей шине, ограничено технически.

Программное обеспечение: вычислительная система работает под управлением единой Операционной Системы (ОС), которая распределяет процессы (нити) между процессорами.

Программирование: модель общей памяти (OpenMP). Средства автоматического распараллеливания.

Массивно-параллельные системы (MPP) из однородных вычислительных узлов, включающих:

• Один или несколько (обычно серийных) RISC-процессоров¹;

• Локальную память (прямой доступ к памяти других узлов невозможен);

• Коммуникационный процессор или сетевой адаптер;

• Накопители на жестких дисках

• Устройства ввода/вывода

Узлы связываются через коммуникационную среду – высокоскоростную сеть, коммутатор и т.п.

Масштабируемость системы. Подбор оптимальной конфигурации (под задачу). Недостаток – относительно медленное взаимодействие между процессорами.

Программное обеспечение: два способа управления вычислительной системой:

• Полноценная ОС устанавливается на управляющей машине; на каждом узле устанавливается урезанный вариант ОС, обеспечивающий работу расположенной в нем ветви параллельного приложения.

• На каждом узле устанавливается полноценная UNIX-система.

Программирование: модель передачи сообщений (MPI, PVM, BSPlib).

Кластеры. Система, состоящая из нескольких ЭВМ (рабочих станций), соединенных через некоторую коммуникационную инфраструктуру (Fast/Gigabit Ethernet, Myrinet) на базе шины или коммутатора.

• Различные рабочие станции – гетерогенные кластеры

• Одинаковые рабочие станции – гомогенные кластеры.

Программное обеспечение: стандартные ОС для рабочих станций. Средства поддержки параллельного программирования и распределения нагрузки.

Программирование: модель передачи сообщений (MPI).

Относительно дешевая и гибкая архитектура. Недостаток – значительные временные затраты на взаимодействие параллельных процессов между собой.

Реконфигурируемые вычислительные системы (РВС). Применение программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Алгоритмизация и программирование задач для РВС.

Управление и диагностика многопроцессорных вычислительных систем.

Оценка производительности многопроцессорных вычислительных комплексов, сочетающих технические и программные средства. Оценка затрат времени на решение типовых вычислительных задач. Тест LinPack – решение большой системы линейных алгебраических уравнений с заполненной (неразреженной) матрицей коэффициентов.

Сетевые (Grid) технологии распределенного решения сложных задач. «Облачные» вычисления.