4. Суперкомпьютеры

Суперкомпьютеры — это очень мощные компьютеры с производительностью от десятков терафлопов (1 терафлоп — 10¹² (триллион) операций с плавающей точкой в секунду). Они называются сверхбыстродействующими. Эти машины представляют собой многопроцессорные и (или) многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Различают суперкомпьютеры среднего класса, класса выше среднего и переднего края (high end).

Суперкомпьютер CRAY-1

Архитектура суперкомпьютеров основана на идеях параллелизма и конвейеризации вычислений.

В этих машинах параллельно, то есть одновременно, выполняется множество похожих операций (это называется мультипроцессорной обработкой). Таким образом, сверхвысокое быстродействие обеспечивается не для всех задач, а только для задач, поддающихся распараллеливанию.

Что такое конвейеpная обработка? Приведем сравнение — на каждом рабочем месте конвейера выполняется один шаг производственного процесса, а на всех рабочих местах в одно и то же время обрабатываются различные изделия на всевозможных стадиях. По такому принципу устроено арифметико-логическое устройство суперкомпьютера.

Отличительной особенностью суперкомпьютеров являются векторные процессоры, оснащенные аппаратурой для параллельного выполнения операций с многомерными цифровыми объектами — векторами и матрицами. В них встроены векторные регистры и параллельный конвейерный механизм обработки. Если на обычном процессоре программист выполняет операции над каждым компонентом вектора по очереди, то на векторном — выдаёт сразу векторые команды.

Векторная аппаратура очень дорога, в частности, потому, что требуется много сверхбыстродействующей памяти под векторные регистры.

Наиболее распространённые суперкомпьютеры — массово-параллельные компьютерные системы. Они имеют десятки тысяч процессоров, взаимодействующих через сложную, иерархически организованую систему памяти.

АРМОНК, штат Нью-Йорк, 12 ноября 2007 г.

Созданный корпорацией IBM (NYSE: IBM) суперкомпьютер Blue Gene®/L идет на новый мировой рекорд производительности, подтверждая свое четырехлетнее лидерство в официальном рейтинговом списке самых мощных суперкомпьютеров мира TOP500 Supercomputer Sites. На сегодняшний день самый быстродействующий компьютер в мире, который установлен в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (штат Калифорния) Министерства энергетики США – почти в три раза быстрее всех остальных систем, входящих в этот рейтинг.

Конфигурация суперкомпьютера Blue Gene/L из Ливерморской лаборатории была расширена летом этого года с целью достижения номинальной производительности в 478 терафлопс (или 478 триллионов операций с «плавающей точкой» в секунду). Эта вычислительная машина в ~30000 раз превосходит по производительности домашний персональный компьютер.

Суперкомпьютером №2 в мире – и самым быстрым в Европе – стала новая модель Blue Gene/P суперкомпьютерной линейки IBM, которая установлена в исследовательском центре города Юлих (Julich), земля Северный Рейн-Вестфалия, Германия. Производительность этой конфигурации Blue Gene/P составляет 167 терафлопс.

В списке TOP500 представлено 232 системы IBM (больше, чем от любого другого поставщика), что свидетельствует о полном доминировании IBM в этом рейтинге самых мощных суперкомпьютеров мира. IBM является лидером отрасли в создании наиболее мощных суперкомпьютеров, оснащенных этими процессорами, которыми также комплектуются обычные серверы и рабочие станции. IBM опережает своих конкурентов и в рейтинговом списке Top 10, где представлены 4 системы IBM (все – серии Blue Genes), а также в рейтинговом списке Top 100 с 38 суперкомпьютерами IBM. На долю 232 вычислительных машин IBM рейтинга TOP500 приходится 45% суммарной мощности всех систем этого списка.

Преодолевая барьер в 1 петафлопс

Занимая лидирующую позицию в отрасли в области суперкомпьютеров, IBM вплотную приближается к очередному барьеру производительности, измеряемому в петафлопсах (PFLOPS), что эквивалентно способности выполнять 1000 триллионов (или 1 квадриллион) вычислений за 1 секунду. Петафлопс-системы, как ожидается, будут способствовать революционным прорывам в науке и технике благодаря возможности высокоточного прогнозирования и имитационного моделирования с высокой степенью детализации. Так, например, при моделировании землетрясений можно отслеживать смещения земной коры буквально от здания к зданию на территориях вдоль т.н. разлома Сан-Андреаса (San Andreas Fault) в Калифорнии, что позволит улучшить проектирование сейсмостойких зданий и конструкций.

IBM развивает несколько суперкомпьютерных платформ, призванных проложить путь в эру петафлопс-систем. Представленная в июне этого года система Blue Gene/P, которая рассчитана на перспективную производительность уровня петафлопс и выше, будет изначально ориентирована на сферу научных исследований, однако ее расширенные ресурсы памяти и кластерные узлы с симметричной многопроцессорной обработкой (SMP) делают эту модель весьма привлекательной для широкого спектра других прикладных применений. Кроме того, в следующем году, как ожидается, суперкомпьютеры IBM, построенные на базе новейшего поколения процессоров POWER, захватят лидирующие позиции на рынке высокопроизводительных вычислительных систем, которые предназначены для решения таких коммерческих и технических задач, как прогнозирование погоды, моделирование изменений климата, исследования новых источников энергии, проектирование в автомобильной и аэрокосмической индустрии.

Дальнейшее развитие проекта "Roadrunner" в 2008 году

Флагманом портфеля петефлопс-систем IBM призван стать компьютер с кодовым именем "Roadrunner" – система на гибридной процессорной платформе, сочетающей тысячи процессоров от AMD (которые применяются в обычных ПК) и процессоры Cell Broadband Engine (применяемые в игровой приставке Sony Playstation 3). Суперкомпьютер IBM Roadrunner, который планируется развернуть в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса Министерства энергетики США в 2008 году, будет способен преодолеть барьер быстродействия уровня петафлопс. Благодаря комбинации двух передовых процессорных технологий Roadrunner будет потреблять меньше электроэнергии (в сравнении с системами аналогичной суммарной производительности), что даст возможность формировать операционные вычислительные среды с высокой степенью энергетической эффективности.

Инициативы IBM в области аппаратных петафлопс-систем были согласованы с соответствующими инвестициями в программное обеспечение, предусматривающими поддержку прикладных приложений и средств разработки. Эти инвестиции направлены на повышение продуктивности, удобства использования системы и коммерческой «жизнеспособности» проекта. Так, в 2008 году IBM расширит поддержку приложений в рамках новой программы для разработчиков сообщества Open-Source, которая будет реализовываться совместно с Национальной лабораторией Аргонн (Argonne National Laboratory) в штате Иллинойс – первом американском научном центре, в котором планируется развернуть систему Blue Gene/P в следующем году.

О суперкомпьютерах Blue Gene

Решение IBM System Blue Gene Solution, основанное на процессорной архитектуре IBM POWER, оптимизировано с точки зрения пропускной способности, масштабируемости и возможностей обработки больших объемов данных и, при этом, требует значительно меньше электроэнергии и площадей помещений, чем другие современные высокопроизводительные суперкомпьютерные системы. Суперкомпьютеры Blue Gene используются в самых разных отраслях промышленности для решения задач в области медико-биологических наук, финансового моделирования, гидродинамики, квантовой химии, молекулярной динамики, астрономии, космических исследований и моделирования изменений климата.

Список "TOP500 Supercomputer Sites" самых мощных суперкомпьютерных систем мира составляют и публикуют эксперты по суперкомпьютерам Джек Донгарра (Jack Dongarra) из университета штата Теннесси (University of Tennessee), Эрих Штромайер (Erich Strohmaier) и Хорст Саймон (Horst Simon) из Национального вычислительного центра энергетических исследований Министерства энергетики США (National Energy Research Computing Center, NERSC) / Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory), а также Ханс Мойер (Hans Meuer) из Мангеймского университета (University of Mannheim), Германия. С полным рейтинговым списком можно ознакомиться на Web-сайте www.top500.org.

Более подробную информацию о суперкомпьютерах IBM можно получить на Web-сайте IBM по адресу http://www-03.ibm.com/servers/deepcomputing/