Son yıllarda bilgisayar tasarım ve üretim firmaları yorulmadan çalışmaktadır. Sonuç olarak, dünyadaki teknoloji miktarı katlanarak artıyor.

En güçlü bilgisayarlar

Son zamanlarda dünya DirectX10'u bilmiyordu ve FarCry veya NFS Underground 2'nin grafikleri bilgisayar yeteneklerinin zirvesi gibi görünüyordu. Bir zamanlar 600 megabaytlık bilgi depolayabilen bir disk, bir teknoloji mucizesi gibi görünüyordu, ancak artık terabaytlık hafıza kartları ücretsiz olarak temin edilebiliyor.

Süper bilgi işlem alanında da hemen hemen aynı şeyler oluyor. 1993 yılında Tennessee Üniversitesi profesörü Jack Dongarra, dünyadaki en güçlü bilgisayarların bir sıralamasını oluşturma fikrini ortaya attı. O tarihten bu yana TOP500 adı verilen bu liste yılda iki kez güncelleniyor: Haziran ve Kasım aylarında.

Zaman geçiyor ve 90'ların başındaki süper bilgisayar derecelendirmelerindeki liderler, sıradan PC kullanıcılarının standartlarına göre bile çok eski durumda. Yani, 1993'te ilki, Thinking Machines tarafından bir araya getirilen CM-5/1024'tü: 32 MHz saat frekansına sahip 1024 işlemci, 59,7 gigaflop bilgi işlem hızı - masanızın altındaki sıradan 8 çekirdekli bir bilgisayardan biraz daha hızlı. Günümüzün en iyi bilgisayarı hangisi?

Sunway TaihuIşık

Sadece beş yıl önce, güç açısından avuç içi sürekli olarak ABD'de üretilen süper bilgisayarlar tarafından tutuluyordu. 2013 yılında Çinli bilim adamları liderliği ele geçirdiler ve görünüşe göre bundan vazgeçmeyecekler.

Şu anda, dünyadaki en güçlü bilgisayar, 93 petaflop hesaplama hızına sahip görkemli bir makine olan Sunway TaihuLight ("Taihu Gölü'nün İlahi Işık Gücü" olarak çevrilmiştir) olarak kabul edilmektedir ( azami hız– 125,43 petaflop). Bu, Haziran 2016'ya kadar en güçlüsü olarak kabul edilen önceki rekor sahibi Tianhe-2 süper bilgisayarından 2,5 kat daha güçlü.

Sunway Taihulight'ın 10,5 milyon yerleşik çekirdeği vardır (her biri 256 bilgi işlem ve 4 kontrol çekirdeğine sahip 40.960 işlemci).

2016'nın en güçlü bilgisayarı böyle görünüyor

Tüm ekipmanlar Çin'de geliştirildi ve üretildi, önceki en güçlü bilgisayarın işlemcileri ise Amerikan şirketi Intel tarafından üretildi. Sunway TaihuLight'ın maliyetinin 270 milyon dolar olduğu tahmin ediliyor. Süper bilgisayar, Wuxi İlçesindeki Ulusal Süper Bilgisayar Merkezinde bulunuyor.

Geçmiş yılların rekor sahipleri

Haziran 2016'ya kadar (ve TOP500 listesi her Haziran ve Kasım'da güncellenmektedir) en güçlü ve hızlı bilgisayar Inspur şirketinin yardımıyla Çin'de Changsha'daki Savunma Bilimi ve Teknoloji Üniversitesi'nde geliştirilen Tianhe-2 süper makinesiydi (Çince'den “Samanyolu” olarak tercüme edildi).

Tianhe-2'nin gücü saniyede 2507 trilyon işlem sağlıyor (saniyede 33,86 petaflop), en yüksek performansı 54,9 petaflop. Çin'deki gelişme, 2013'teki lansmanından bu yana bu sıralamanın en üstünde yer aldı; inanılmaz derecede etkileyici bir rakam!

Süper bilgisayar Tianhe-2

Tianhe-2'nin özellikleri şöyle: 16 bin düğüm, 32 bin 12 çekirdekli Intel işlemciler Xeon E5-2692 ve 48 bin 57 çekirdekli hızlandırıcı Intel Xeon Toplamda 3.120.000 çekirdek anlamına gelen Phi 31S1P; 256 bin kalas rasgele erişim belleği Her biri DDR3 4 GB ve 176.000 GDDR5 8 GB çubuk - toplamda 2.432.000 GB RAM. Hacim sabit disk– 13 milyon GB'tan fazla. Ancak, üzerinde oynayamazsınız - yalnızca bilgi işlem amaçlıdır ve Samanyolu 2'de yüklü bir video kartı yoktur. Özellikle metroların döşenmesi ve kentsel gelişime yönelik hesaplamalarda yardımcı olur.

Jaguar

ABD'nin süper bilgisayarı Jaguar uzun süre sıralamanın zirvesinde yer aldı. Diğerlerinden farkı nedir ve teknik avantajları nelerdir?

Jaguar adı verilen bir süper bilgisayar şunlardan oluşur: büyük miktar bağımsız hücreler iki bölüme ayrılmıştır - XT4 ve XT5. Son bölüm tam olarak 18688 hesaplama hücresi içermektedir. Her hücrede iki adet altı çekirdekli AMD işlemci 2,3 GHz frekansa, 16 GB DDR2 RAM'e ve SeaStar 2+ yönlendiriciye sahip Opteron 2356. Bu bölümdeki tek bir hücre bile oyun için en güçlü bilgisayarı oluşturmaya yeterli olacaktır. Bu bölüm yalnızca 149.504 bilgi işlem çekirdeği, büyük miktarda RAM (300 TB'den fazla) ve 1,38 Petaflops ve 6 Petabayttan fazla performans içeriyor disk alanı.

Bilgisayar canavarı yaratmak

XT4 bölümü 7832 hücre içerir. Özellikleri önceki XT5 bölümünden daha mütevazı: her hücrede 2,1 GHz frekansına sahip altı çekirdekli bir işlemci, 8 GB RAM ve bir SeaStar 2 yönlendirici bulunur. Toplamda, bölümde 31.328 bilgi işlem çekirdeği ve daha fazlası bulunur. 62 TB belleğin yanı sıra 263 TFLOPS'luk en yüksek performans ve 600 TB'tan fazla disk alanı. Jaguar süper bilgisayarı kendi başına çalışıyor işletim sistemi Cray Linux Ortamı.

IBM Roadrunner'ın buluşu Jaguar'ın arkasında başka bir bilgisayar nefes alıyor. En güçlü bilgi işlem canavarı, saniyede 1000.000.000.000'e kadar işlemi hesaplama kapasitesine sahiptir. Enerji Bakanlığı'nın Los Alamos'taki Ulusal Nükleer Güvenlik İdaresi için özel olarak geliştirildi. Bu süper bilgisayarın yardımıyla Amerika Birleşik Devletleri'ndeki tüm nükleer tesislerin işleyişini izlemeyi planladılar.

Road Runner'ın en yüksek işlem hızı yaklaşık 1,5 petafloptur. Her biri saniyede yaklaşık 400 milyar işlem (yani 400 gigaflop) gerçekleştirme kapasitesine sahip, toplam 3.456 adet orijinal tri-blade sunucu kapasitesinden bahsediyoruz. Roadrunner'ın içinde yaklaşık 20 bin yüksek performanslı araç var çift ​​çekirdekli işlemciler- 12.960 Hücre Geniş Bant Motoru ve 6948 AMD Opteron, IBM'in buluşu. Böyle bir süper bilgisayarla Sistem belleği 80 terabayta eşittir.

Peki bu teknoloji mucizesi ne kadar yer kaplıyor? Makine 560 metrekarelik bir alan üzerine kuruludur. Ve departmanın tüm ekipmanları orijinal mimariye sahip sunucularda paketlenmiştir. Tüm ekipmanların ağırlığı yaklaşık 23 tondur. Dolayısıyla onu taşımak için Ulusal Nükleer Güvenlik İdaresi personelinin en az 21 büyük traktöre ihtiyacı olacak.

Petaflops'un ne olduğu hakkında birkaç söz. Bir petaflop yaklaşık olarak 100 bin modern dizüstü bilgisayarın toplam gücüne eşittir. Düşünsenize neredeyse iki buçuk kilometrelik bir yol açabilirler. Başka bir erişilebilir karşılaştırma: 46 yıl içinde gezegenin tüm nüfusu, Roadrunner'ın bir günde yapabileceği hesaplamaları yapmak için hesap makinelerini kullanacak. Derecelendirmemizin lideri Sunway TaihuLigh'in ne kadar az şeye ihtiyacı olacağını hayal edebiliyor musunuz?

titan

2012 yılında, ABD Enerji Bakanlığı'nın Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı, 20 petaflop değerindeki Titan süper bilgisayarını piyasaya sürdü; başka bir deyişle, bir saniyede katrilyon kayan nokta işlemi gerçekleştirebilir.

Titan Cray tarafından geliştirildi. Amerikalı uzmanlar son yıllarda Titan'ın yanı sıra iki süper bilgisayar daha geliştirdiler. Bunlardan biri - Mira - endüstriyel ve bilimsel araştırma ihtiyaçlarına yöneliktir ve diğerinin - Sequoia - yardımıyla nükleer silah testlerini simüle ederler. Tüm bu gelişmelerin arkasında IBM Corporation yer alıyor.

Rusya'nın en güçlü bilgisayarı

Ne yazık ki, Rusya'nın en güçlü bilgisayarı olarak kabul edilen Rus gelişimi “Lomonosov-2”, TOP500'de (Haziran 2016 itibarıyla) yalnızca 41. sırada yer alıyor. Moskova Devlet Üniversitesi Bilimsel Bilgi İşlem Merkezi'nde bulunmaktadır. Yerli süper bilgisayarın gücü 1.849 petaflop, en yüksek gücü ise 2,5 petaflop civarında. Çekirdek sayısı: 42.688.

Yandex.Zen'deki kanalımıza abone olun

Çin'in Tianhe-2'si (Samanyolu 2), saniyede 33,86 petaflop veya katrilyon kayan nokta işlemi performansıyla art arda beşinci kez dünyanın en hızlı süper bilgisayarı oldu. Bu, yılda iki kez yayınlanan en güçlü süper bilgisayarların TOP500 listesinin kararıdır.

Beklenen sonuca rağmen son baskıda hala bazı ilginç bilgiler var. Amerika Birleşik Devletleri, 233 araçla (altı ay önceki 231 ve bir yıl önceki 265'e kıyasla) listede hâlâ diğer ülkelerden daha fazla sisteme sahip. İkinci ve üçüncü sırayı ABD'den gelen sistemler alırken, listedeki 141 makine Avrupa'da bulunuyor. Yeni bilgisayarlardan üçünün Çinli Lenovo firmasına ait olması dikkat çekiyor, ancak Çin'in kendisi geçen yıl 61'e kıyasla yalnızca 37 süper bilgisayarla temsil ediliyor.
TOP500'ün ortalama performansı son 6 ayda önemli ölçüde arttı. 500 süper bilgisayarın tamamının toplam gücü 363 petaflops/s idi; bu, geçen Kasım ayında 309 ve bir yıl önce 274 petaflop'tan gözle görülür derecede fazlaydı. Sistemlerin %98'i altı veya daha fazla çekirdekli işlemciler kullanırken, en az %88,2'sinde işlemci başına 8 çekirdek bulunur. Beş yüz sistemin 88'inde hızlandırıcılar/ortak işlemciler kullanıldı; bunlar arasında Nvidia (52) yer alıyor. ATI Radeon(4) ve Intel Xeon Phi (33). Dört sistem Xeon ve Nvidia işlemcilerinin bir kombinasyonunu kullanıyor.
İlk 10'da, Suudi Arabistan'dan 7. sırada yer alan yeni katılımcı hariç, 2011 ve 2012'de piyasaya sürülen makineler yer alıyor. Dünyanın en güçlü 10 süper bilgisayarının listesi şu şekilde:

1. Tianhe-2: TH-IVB-FEP Kümesi; Guangzhou, Çin'deki Ulusal Süper Bilgisayar Merkezi; 3,12 milyon çekirdek (33,86 Pflops/s).
2. Titan: Cray XK7 Sistemi, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı, ABD. 560.640 çekirdek (17,59 Pflops/s).
3. Sequoia: IBM BlueGene/Q System, Livermore Ulusal Laboratuvarı 1,57 milyon çekirdek, (17,2 Pflops/s).
4. K Bilgisayar: Japonya'nın Fiziksel ve Kimyasal Araştırma Enstitüsü'ndeki (RIKEN) RIKEN İleri Bilgisayar Bilimleri Enstitüsü'nde bulunan 705.024 çekirdekli SPARC64 sistemi. (10,5 Pflop/sn).
5. Mira: IBM BlueGene/Q; DOE/SC/Argonne Ulusal Laboratuvarı, ABD; 786.000 IBM çekirdeği. (8,59 Pflop/sn).
6. Piz Daint: Xeon ve Nvidia'dan 116.000 çekirdekli Cray XC30; İsviçre Ulusal Bilgi İşlem Merkezi'nde bulunmaktadır. (6,27 Pflop/sn).
7. Shaheen II: Cray XC40 Sistemi. Suudi Arabistan'daki Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi. (5,536 Pflop/sn).
8. Stampede: Texas Üniversitesi'nde 462.462 Xeon Phi çekirdekli Dell PowerEdge C8220 sistemi (5,17 Pflops/s).
9. JUQUEEN: BlueGene/Q, 458.752 IBM çekirdeği. Jülich Araştırma Merkezi, Almanya. (5 Pflop/sn).
10. Vulcan: BlueGene/Q, 393.216 çekirdek IBM, ABD Enerji Bakanlığı.

Birisi gerçek bir olay yaratırsa durumun çarpıcı biçimde değişebileceği unutulmamalıdır. kuantum bilgisayarı. IBM, bu listedeki herhangi bir sistemden daha güçlü olabilecek 50 kübitlik bir bilgisayar (şu anda maksimum 4) oluşturarak rekoru kırdı.
Bu arada ABD Enerji Bakanlığı, 425 milyon dolarlık bir anlaşmayla iki IBM/Nvidia sistemi sipariş etti. Makinelerin teslimatının 2017 ve 2018'de yapılması planlanıyor ve en yüksek güç 150 petaflop'a ulaşabilir.

İlk Atlas süper bilgisayarı 60'ların başında ortaya çıktı ve Manchester Üniversitesi'ne kuruldu. Modern ev bilgisayarlarından birkaç kat daha az güçlüydü. İncelememiz tarihin en güçlü “on” süper bilgisayarını içeriyor. Doğru, bu alanda hızla gelişen teknolojiler nedeniyle bu güçlü makineler ortalama 5 yıl içinde demode oluyor.

Modern süper bilgisayarların performansı, bir bilgisayarın saniyede kaç kayan nokta işlemi gerçekleştirebileceğini gösteren bir ölçüm birimi olan petaflop ile ölçülür. Bugün en pahalı on modern süper bilgisayardan bahsedeceğiz.

1. IBM Roadrunner (ABD)

130 milyon dolar
Roadrunner, IBM tarafından 2008 yılında Los Alamos Ulusal Laboratuvarı (New Mexico, ABD) için inşa edildi. Ortalama çalışma performansı 1 petaflop'u aşan dünyanın ilk bilgisayarı oldu. Aynı zamanda maksimum 1,7 petaflop performans için tasarlandı. Supermicro Green500 listesine göre Roadrunner, 2008 yılında dünyanın enerji açısından en verimli dördüncü süper bilgisayarıydı. Roadrunner 31 Mart 2013'te kullanımdan kaldırıldı ve ardından yerini Cielo adlı daha küçük, enerji açısından daha verimli bir süper bilgisayar aldı.

2. Vulcan BlueGene/Q (ABD)

100 milyon dolar
Vulcan, IBM tarafından Enerji Bakanlığı için üretilen ve Kaliforniya'daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'na kurulan 24 ayrı raf ünitesinden oluşan bir süper bilgisayardır. 5 petaflopluk en yüksek performansa sahiptir ve şu anda dünyanın en hızlı dokuzuncu süper bilgisayarıdır. Vulcan 2013 yılında hizmete girdi ve şu anda Livermore Ulusal Laboratuvarı tarafından biyoloji, plazma fiziği, iklim değişikliği, moleküler sistemler ve daha birçok alanda araştırma yapmak için kullanılıyor.

3. SuperMUC (Almanya)

111 milyon dolar
SuperMUC şu anda dünyanın en hızlı 14. süper bilgisayarıdır. 2013 yılında 10. sıradaydı ancak teknoloji gelişimi durmuyor. Ancak o içeride şu an Almanya'nın en hızlı ikinci süper bilgisayarıdır. SuperMUC, Münih yakınlarındaki Bavyera Bilimler Akademisi'ndeki Leibniz Süper Bilgisayar Merkezi tarafından yönetilmektedir.

Sistem IBM tarafından oluşturuldu, Linux üzerinde çalışıyor, 19.000'den fazla Intel ve Westmere-EX işlemci içeriyor ve 3 petaflop'un biraz üzerinde bir zirve performansına sahip. SuperMUC, Avrupalı ​​araştırmacılar tarafından tıp, astrofizik, kuantum renk dinamiği, hesaplamalı akışkanlar dinamiği, hesaplamalı kimya, genom analizi ve deprem modelleme alanlarında kullanılmaktadır.

4. Trinity (ABD)

174 milyon dolar
Böyle bir süper bilgisayarın (ne için üretildiği göz önüne alındığında) inanılmaz derecede pahalı olması beklenir, ancak teknolojideki ilerlemeler Trinity'nin fiyatını düşürmeyi mümkün kıldı. ABD hükümeti, Amerika'nın nükleer cephaneliğinin verimliliğini ve güvenliğini korumak için Trinity'yi kullanmayı planlıyor.

Şu anda yapım aşamasında olan Trinity, Ulusal Nükleer Güvenlik İdaresi'nin Tahmine Dayalı Modelleme ve Hesaplamalı Veri Bilimi programının bir parçası olarak Sandia Ulusal Laboratuvarı ile Los Alamos Ulusal Laboratuvarı arasında ortak bir proje olacak.

5. Sequoia BlueGene/Q (ABD)

250 milyon dolar
Sequoia BlueGene/Q sınıfı süper bilgisayar, IBM tarafından Tahmine Dayalı Modelleme ve Hesaplamalı Veri İşleme programının bir parçası olarak Ulusal Nükleer Güvenlik İdaresi için geliştirildi. Haziran 2012'de Livermore Ulusal Laboratuvarı'nda faaliyete geçti ve o dönemde dünyanın en hızlı süper bilgisayarı oldu. Artık hız açısından dünyada üçüncü sırada yer alıyor (Sequoia'nın teorik en yüksek performansı 20 petaflops veya saniyede 20 trilyon hesaplamadır).

Bilgisayar 10 petaflop hızında stabil çalışıyor. Sequoia tarafından astronomi, enerji, insan genomu, iklim değişikliği ve nükleer silah geliştirme gibi çeşitli bilimsel uygulamaları desteklemek için kullanılır.

6. ASC Mor ve BlueGene / L (ABD)

290 milyon dolar
Bu iki süper bilgisayar birlikte çalıştı. IBM tarafından üretildi ve 2005 yılında Livermore Ulusal Laboratuvarı'na yerleştirildi. 2010 yılında hizmet dışı bırakıldılar. ASC Purple, kurulduğu dönemde en iyi 500 süper bilgisayar listesinde hız açısından 66. sırada yer alıyordu ve BlueGene/L, BlueGene/Q modelinin önceki nesliydi.

ASCI Purple, ABD Enerji Bakanlığı ve Ulusal Nükleer Güvenlik İdaresi'nin Tahmine Dayalı Modelleme ve Hesaplamalı Veri İşleme programının beşinci aşaması için inşa edildi. Amacı, kitle imha silahlarının gerçek testlerini simüle etmek ve değiştirmekti. BlueGene/L küresel iklim değişikliğini tahmin etmek için kullanıldı.

7. Sierra ve Zirve (ABD)

325 milyon dolar
Nvidia ve IBM, yakında Amerika'nın ultra hızlı süper bilgi işlem teknolojisi, bilimsel araştırma, ekonomik ve ulusal güvenlik alanlarındaki liderlik konumunu yeniden kazanmasına yardımcı olacak. Her iki bilgisayar da 2017 yılında tamamlanacak.

Şu anda dünyanın en hızlı süper bilgisayarı, listede ikinci sırada yer alan cihazdan iki kat daha hızlı olan 55 petaflops'a ulaşabilen Çin'in Tianhe-2'sidir. Sierra 100 petafloptan fazla üretecek, Summit ise 300 petaflopa ulaşabilecek.

Livermore Ulusal Laboratuvarı'na kurulacak olan Sierra, ülkenin nükleer programının güvenliğini ve verimliliğini sağlayacak. Summit, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndaki eskimiş Titan süper bilgisayarının yerini alacak ve dünya çapındaki bilimsel uygulamaları test etmek ve desteklemek üzere tasarlanacak.

8. Tianhe-2 (Çin)

390 milyon dolar
Çin'in Tianhe-2'si ("Samanyolu 2" anlamına gelir) dünyanın en hızlı süper bilgisayarıdır. 1.300 bilim insanı ve mühendisten oluşan bir ekip tarafından geliştirilen bilgisayar, Guangzhou'daki Ulusal Süper Bilgisayar Merkezi'nde bulunuyor. Çin Halk Kurtuluş Ordusu Savunma Bilim ve Teknoloji Üniversitesi tarafından yaptırılmıştır. Tianhe-2 saniyede 33.860 trilyon hesaplama yapma kapasitesine sahip. Örneğin süper bilgisayarların bir saatlik hesaplamaları 1,3 milyar insanın 1000 yıllık çalışmasına eşdeğerdir. Makine, devlet güvenlik sistemlerini modellemek ve analiz etmek için kullanılır.

9. Dünya Simülatörü (Japonya)

500 milyon dolar
Earth Simulator, 1997 yılında Japon hükümeti tarafından geliştirildi. Projenin maliyeti 60 milyar yen veya yaklaşık 500 milyon dolardır. Dünya Simülatörü, Japonya Havacılık ve Uzay Araştırma Ajansı, Japonya Atom Enerjisi Araştırma Enstitüsü ve Japonya Deniz ve Kara Araştırma ve Teknoloji Merkezi için 2002 yılında tamamlandı.

ES, 2002'den 2004'e kadar dünyanın en hızlı süper bilgisayarıydı ve bugün hala küresel iklim modelleriyle çalışmak, küresel ısınmanın etkilerini değerlendirmek ve yer kabuğunun jeofiziğindeki sorunları değerlendirmek için hizmet veriyor.

10. Fujitsu K (Japonya)

1,2 milyar dolar
Dünyanın en pahalı süper bilgisayarı, dünyanın yalnızca dördüncü en hızlı süper bilgisayarıdır (11 petaflops). 2011 yılında dünyanın en hızlı süper bilgisayarıydı. RIKEN İleri Hesaplama Teknolojisi Enstitüsü'nde bulunan Fujitsu K, Earth Simulator'dan yaklaşık 60 kat daha hızlıdır. Bakım maliyeti yılda yaklaşık 10 milyon dolar ve süper bilgisayar 9,89 MW kullanıyor (10.000 kır evinin veya bir milyon kişisel bilgisayarın kullandığı elektrik miktarıyla aynı miktarda).

Modern bilim adamlarının o kadar ileri adım attıklarını ve çoktan ortaya çıktıklarını belirtmekte fayda var.

Fiziksel ve Matematik Bilimleri Doktoru V.VOEVODIN

Çoğu insan "bilgisayar" kelimesini öncelikle kişisel bilgisayarlarla ilişkilendirir; bu, bugün yalnızca herhangi bir ofiste değil, birçok dairede de görülebilmektedir. Aslında kişisel bilgisayarın kelimenin tam anlamıyla her eve girdiği bir çağda yaşıyoruz. Ancak PC'nin yalnızca bir parça olduğunu unutmayın. bilgisayar Dünyası Ortalama bir kullanıcının erişemeyeceği çok daha güçlü ve karmaşık bilgi işlem sistemlerinin bulunduğu yer. Pek çok kişi muhtemelen 1997'de Garry Kasparov'u yenen Deep Blue adlı bir bilgisayarın adını duymuştur. Böyle bir makinenin basit bir kişisel bilgisayar olamayacağı sezgisel olarak açıktır. Bir başka örnek ise yakın zamanda Moskova'daki Bölümler Arası Süper Bilgisayar Merkezi'ne kurulan, saniyede 200 milyar işlem kapasitesine sahip yerli MVS-1000 bilgisayarıdır. Ayrıca zaman zaman basında Amerikan hükümetinin ambargo uyguladığı Rusya'ya yasa dışı bilgisayar ekipmanı temin edildiğine dair haberler yer alıyor.

Rusya Bilimler Akademisi Başkanlığı'nda bölümler arası bir süper bilgisayar merkezinin açılması. Ön planda 16 işlemcili bir Hewlett-Packard V2250 süper bilgisayar var.

Hızlandırılmış Stratejik Bilgi İşlem Girişimi'nin buluşu olan ASCI RED, günümüzün en güçlü bilgisayarıdır.

CRAY T3E, Tega Computer Company tarafından üretilen devasa bir paralel bilgisayardır.

Bilim ve yaşam // İllüstrasyonlar

Çoğu kişi için bu tür bilgisayarlar, çok büyük bir şeyin çağrışımlarından oluşan bir haleyle çevrili, mühürlü bir sır olarak kalıyor: devasa boyutlar, son derece karmaşık görevler, büyük firmalar ve şirketler, inanılmaz hızlar vb. Tek kelimeyle süper bilgisayar, uzak ve erişilemez bir şey. Bu arada, en az bir kez ciddi hizmetleri kullanmak zorunda kaldıysanız arama motorlarıİnternette (bkz. "Bilim ve Yaşam" No. 11, 1999), farkında olmadan süper bilgisayar teknolojisinin uygulamalarından biriyle uğraşıyordunuz.

Fiziksel ve Matematik Bilimleri Doktoru V.VOEVODIN, Moskova Devlet Üniversitesi Araştırma Bilgisayar Merkezi Müdür Yardımcısı. M. V. Lomonosov.

SÜPER BİLGİSAYAR NEDİR

Süper bilgisayarların maksimum performansa sahip bilgisayarlar olduğuna inanılıyor. Ancak bilgisayar endüstrisinin hızlı gelişimi bu kavramı çok ama çok göreceli hale getiriyor: On yıl önce süper bilgisayar olarak adlandırılabilen şey, bugün artık bu tanımın kapsamına girmiyor. 70'lerin başındaki ilk süper bilgisayarların performansı, geleneksel Pentium işlemcileri temel alan modern bilgisayarların performansıyla karşılaştırılabilir düzeydeydi. Günümüz standartlarına göre ne biri ne de diğeri elbette süper bilgisayarlara ait değil.

Herhangi bir bilgisayarda tüm ana parametreler birbirine bağlıdır. Yüksek performansa ve yetersiz RAM'e veya büyük RAM'e ve küçük disk alanına sahip evrensel bir bilgisayar hayal etmek zordur. Dolayısıyla basit sonuç: Bir süper bilgisayar, yalnızca maksimum performansa sahip değil, aynı zamanda bu canavarın etkili bir şekilde kullanılabileceği özel yazılımla birlikte maksimum miktarda RAM ve disk belleğine sahip bir bilgisayardır.

Süper bilgisayarlara defalarca evrensel tanımlar vermeye çalıştılar; bazen ciddi, bazen de ironik oldukları ortaya çıktı. Örneğin, bir tondan daha ağır olan bir makinenin süper bilgisayar olarak kabul edilmesi gerektiği bir zamanlar önerilmişti. Birkaç yıl önce şu seçenek önerildi: Süper bilgisayar, bilgi işlem problemini giriş/çıkış problemine indirgeyen bir cihazdır. Aslında, daha önce hesaplanması uzun süren görevler bir süper bilgisayarda anında tamamlanıyor ve artık zamanın neredeyse tamamı, genellikle aynı hızda gerçekleştirilen veri girişi ve çıkışına yönelik daha yavaş prosedürler için harcanıyor.

Peki modern süper bilgisayar nedir? Günümüzün en güçlü bilgisayarı ABD Enerji Bakanlığı için üretilen Intel ASCI RED sistemidir. Bu süper bilgisayarın yeteneklerini hayal etmek için 9632 (!) Pentium Pro işlemciyi birleştirdiğini, 600 GB'tan fazla RAM'e sahip olduğunu ve Genel performans Saniyede 3200 milyar işlem. Bu bilgisayarın yaptığı tüm işlemleri bir hesap makinesiyle bile 1 saniyede gerçekleştirmek bir insanın 100.000 yılını alır!

Böyle bir bilgi işlem sistemi oluşturmak, kendi soğutma sistemlerine sahip bir fabrikanın tamamını inşa etmeye benzer, kesintisiz güç kaynağı vesaire. Herhangi bir süper bilgisayarın, daha ılımlı bir konfigürasyonda bile, bir milyon ABD dolarından fazlaya mal olması gerektiği açıktır: sırf eğlence olsun diye, diyelim ki sadece 600 GB RAM'in ne kadara mal olduğunu tahmin edin? Doğal soru şudur: Milyonlarca dolarlık bilgisayar gerektirecek kadar önemli olan görevler nelerdir? Veya bir başkası: İyi bir Pentium III'ün onları çözmeye yetmeyeceği kadar karmaşık olan görevler nelerdir?

SÜPER BİLGİSAYARLARA İHTİYACIMIZ VAR MI?

Süper bilgisayar teknolojileri kullanılmadan çözülemeyecek bir takım hayati sorunların olduğu ortaya çıktı.

Örneğin, yılda iki kez yıkıcı kasırgaların vurduğu ABD'yi ele alalım. Yollarına çıkan şehirleri silip süpürüyorlar, arabaları ve otobüsleri havaya kaldırıyorlar, nehirlerin yataklarından taşmasına neden oluyorlar ve böylece devasa bölgeleri sular altında bırakıyorlar. Kasırgalarla mücadele Amerikan bütçesinin önemli bir bölümünü oluşturuyor. Yalnızca bu kasırgaların kaynaklandığı yere yakın olan Florida eyaleti, son yıllarda insanları kurtarmak için acil durum çabalarına 50 milyar dolardan fazla para harcadı. Hükümet, kasırganın ortaya çıkışını tahmin etmeyi ve nereye gideceğini belirlemeyi mümkün kılacak teknolojilerin getirilmesi konusunda hiçbir masraftan kaçınmıyor.

Kasırga nasıl hesaplanır? Açıkçası bunun için yerel hava değişiklikleri sorununu, yani hava kütlelerinin hareketi ve ısının belirli bir bölgedeki dağılımı sorununu çözmek gerekiyor. Prensipte bu zor değildir ancak pratikte iki sorun ortaya çıkar. Birinci problem: Bir kasırganın görünümünü fark etmek için, oluşumunun karakteristik boyutlarında, yani yaklaşık iki kilometrelik mesafelerde hesaplamalar yapmak gerekir. İkinci zorluk ise başlangıç ​​ve sınır koşullarının doğru ayarlanmasıyla ilgilidir. Gerçek şu ki, ilgilendiğiniz bölgenin sınırlarındaki sıcaklık, bölgede ne yapıldığına bağlıdır. komşu bölgeler. Daha fazla mantık yürüterek, tüm Dünya'nın iklimi hakkında verilere sahip olmadan kasırga sorununu çözemeyeceğimizi görmek kolaydır. Orta vadeli hava tahminlerini derlemek için tüm ülkelerde her gün yapılan gezegendeki iklim hesaplanabilir. Bununla birlikte, mevcut kaynaklar yalnızca çok büyük adımlarla (onlarca ve yüzlerce kilometre) hesaplamalara izin verir. Böyle bir tahminin kasırga tahminiyle hiçbir ilgisi olmadığı açıktır.

Görünüşte pek uyumlu olmayan iki görevi birleştirmek gerekir: adımın çok büyük olduğu küresel hesaplama ve adımın çok küçük olduğu yerel hesaplama. Bu yapılabilir, ancak yalnızca gerçekten harika bilgi işlem kaynaklarının toplanmasıyla yapılabilir. Ek bir zorluk da hesaplamaların 4 saatten fazla sürmemesidir, çünkü 5 saat sonra hava durumu resmi tamamen bulanıklaşır ve hesapladığınız her şeyin artık gerçeklikle hiçbir ilgisi kalmaz. Yalnızca büyük miktarda veriyi işlemek değil, aynı zamanda bunu yeterince hızlı yapmak da gereklidir. Bunu yalnızca süper bilgisayarlar yapabilir.

Hava tahmini, süper bilgisayar kullanımının tek örneği olmaktan uzaktır. Bugün sismik araştırma, petrol ve gaz endüstrisi, otomotiv endüstrisi ve tasarım onlarsız yapılamaz. elektronik aletler, farmakoloji, yeni malzemelerin sentezi ve diğer birçok endüstri.

Bu nedenle Ford'a göre, gerçek arabaların beton bir duvara çarptığı, aynı zamanda gerekli parametreleri ölçtüğü, sonuçları filme aldığı ve ardından işlediği çarpışma testlerini gerçekleştirmek için her yeni model için 10 ila 150 prototipe ihtiyaç duyulacak. Bu durumda toplam maliyet 4 ila 60 milyon dolar arasında değişecektir. Süper bilgisayarların kullanımı prototip sayısını üçte bir oranında azalttı.

Süper bilgisayarlar, ünlü DuPont şirketinin kloroflorokarbonun yerini alan bir malzemeyi sentezlemesine yardımcı oldu. Aynı olumlu niteliklere sahip bir malzeme bulmak gerekiyordu: yanmazlık, korozyon direnci ve düşük toksisite, ancak Dünya'nın ozon tabakası üzerinde zararlı etkileri olmayan. Toplam maliyeti yaklaşık 5 bin dolar olan bir süper bilgisayarda bir hafta içinde gerekli hesaplamalar yapıldı. DuPont uzmanlarına göre, geleneksel deneysel araştırma yöntemlerinin kullanılması 50 bin dolar ve yaklaşık üç aylık bir çalışma gerektirecek ve bu, gerekli miktarda maddenin sentezlenmesi ve saflaştırılması için gereken süreyi hesaba katmıyor.

SÜPER BİLGİSAYARLAR NEDEN BU KADAR HIZLI SAYIYOR?

Yani bugün süper bilgisayarlar olmadan gerçekten yapamayacağımızı görüyoruz. Açıklığa kavuşturulması gereken bir soru daha kaldı: Neden bu kadar hızlı sayılıyorlar? Bunun nedeni öncelikle eleman tabanının geliştirilmesi ve ikinci olarak bilgisayar mimarisinde yeni çözümlerin kullanılması olabilir.

Rekor performansa ulaşmak için bu faktörlerden hangisinin belirleyici olduğunu bulmaya çalışalım. Bilinen tarihi gerçeklere dönelim. 1949 yılında Cambridge'de ortaya çıkan ve saat hızı 2 mikrosaniye (2·10 -6 saniye) olan dünyanın ilk bilgisayarlarından biri olan EDSAC'de, 2n aritmetik işlemi 18n milisaniyede gerçekleştirmek mümkündü; Saniyede ortalama 100 aritmetik işlem. Modern bir Hewlett-Packard V2600 süper bilgisayarının bir bilgi işlem düğümüyle karşılaştıralım: saat süresi yaklaşık 1,8 nanosaniyedir (1,8·10 -9 saniye) ve en yüksek performans saniyede yaklaşık 77 milyar aritmetik işlemdir.

Ne oluyor? Yarım yüzyıldan fazla bir süredir bilgisayar performansı yedi yüz milyon kattan fazla arttı. Aynı zamanda saat çevrim süresinin 2 mikrosaniyeden 1,8 nanosaniyeye düşürülmesiyle elde edilen performans kazancı yalnızca 1000 kat civarındadır. Gerisi nereden geldi? Cevap açıktır; bilgisayar mimarisinde yeni çözümlerin kullanılması yoluyla. Aralarındaki ana yer, çeşitli eylemlerin eşzamanlı (paralel) yürütülmesi fikrini somutlaştıran paralel veri işleme ilkesi tarafından işgal edilmiştir.

Paralel işlemenin iki yöntemi vardır: gerçek paralel ve boru hattı. Her iki yöntem de tamamen sezgisel olduğundan yalnızca küçük açıklamalar yapacağız.

Paralel İşleme

Basitlik açısından, belirli bir cihazın saat döngüsü başına bir işlem gerçekleştirdiğini varsayalım. Bu durumda böyle bir cihaz bin saat döngüsünde bin işlem gerçekleştirecektir. Aynı anda çalışabilen beş özdeş bağımsız cihaz varsa, o zaman beş cihazdan oluşan bir sistem aynı bin işlemi binde değil iki yüz saat döngüsünde gerçekleştirebilir. Benzer şekilde, N cihazdan oluşan bir sistem aynı işi 1000/N döngüde gerçekleştirecektir. Hayatta da benzer örnekler bulunabilir: Bir asker 10 saatte bir hendek kazarsa, aynı yeteneklere sahip, aynı anda çalışan elli askerden oluşan bir bölük aynı işi 12 dakikada halledecektir - paralellik ilkesi eylemde!

Bu arada, veri akışlarının paralel işlenmesinde öncü, 50'li yılların başında nükleer patlamaları simüle etmek için gerekli hesaplamaları yapan Akademisyen A. A. Samarsky idi. Samarsky bu sorunu ızgara yöntemini kullanarak, birkaç düzine genç bayanı masalara (ızgara düğümleri) ekleme makineleriyle oturtarak çözdü. Genç hanımlar verileri basitçe kelimelerle birbirlerine aktarıyor ve gerekli sayıları hesap makinelerine yazıyorlardı. Böylece özellikle patlama dalgasının gelişimi hesaplandı. Çok iş vardı, genç hanımlar yorulmuştu ve Alexander Andreevich aralarında yürüyüp onları cesaretlendirdi. Böylece ilk paralel sistemin yaratıldığı söylenebilir. Hidrojen bombası hesaplamaları ustaca yapılmış olmasına rağmen, kullanılan ızgarada çok az düğüm olması ve hesaplama süresinin çok uzun olması nedeniyle doğruluklarının çok düşük olduğu ortaya çıktı.

Konveyör işleme

İki eklemek için gerekenler gerçek sayılar kayan nokta biçiminde mi temsil ediliyor? Siparişleri karşılaştırmak, siparişleri hizalamak, mantis eklemek, normalleştirme vb. gibi birçok küçük işlem. İlk bilgisayarların işlemcileri, tüm bu "mikro işlemleri" her bir terim çifti için, nihai sonuca ulaşana kadar sırayla, birbiri ardına gerçekleştirdi ve ancak bundan sonra bir sonraki terim çiftini işlemeye geçti.

Boru hattı işleme fikri, bir işlemi ayrı aşamalara veya yaygın olarak adlandırıldığı gibi konveyör aşamalarına bölmektir. Çalışmasını tamamlayan her aşama, sonucu bir sonraki aşamaya aktarırken aynı zamanda giriş verilerinin yeni bir bölümünü alır. İşlem hızında bariz bir kazanç var. Aslında, toplama işleminde her biri bilgisayarın bir saat döngüsünde gerçekleştirilen beş mikro işlemin olduğunu varsayalım. Bölünemez bir sıralı toplama cihazı varsa, 500 saat döngüsünde 100 çift argümanı işleyecektir. Şimdi her mikro işlem konveyör cihazının ayrı bir aşamasına dönüştürülürse, beşinci saat döngüsünde ilk beş argüman çifti işlemin farklı aşamalarında olacak ve ardından konveyör cihazı her saatte bir sonraki eklemenin sonucunu üretecektir. döngü. Açıkçası, yüz çift terimden oluşan setin tamamı 104 birim zamanda işlenecektir; bu, seri bir cihazla karşılaştırıldığında neredeyse beş kat (boru hattı aşamalarının sayısı açısından) bir hızlanmadır.

Paralel işleme fikri uzun zaman önce ortaya çıktı. Başlangıçta, zamanlarının en gelişmiş ve dolayısıyla tek bilgisayarlarında uygulandılar. Daha sonra, teknolojinin uygun şekilde gelişmesi ve üretim maliyetinin düşürülmesiyle orta sınıf bilgisayarlara geçildi ve nihayet bugün tüm bunlar iş istasyonlarında ve bilgisayarlarda tamamen somutlaşıyor. kişisel bilgisayarlar. Pentium III veya PA-8600, E2K veya Power2 SuperChip olsun, tüm modern mikroişlemciler bir veya daha fazla paralel işlem türünü kullanır.

Yeni olan her şeyin iyice unutulduğuna bir kez daha ikna olmak için sadece birkaç örnek yeterlidir. Zaten 1961'de yaratıldı IBM bilgisayarı Temel olarak iki önemli özelliğe sahip olan STRETCH: komutların getirilmesi için ileri bakış (daha sonra yürütülen komutların geçerli olanla aynı anda okunduğu) ve belleğin iki bankaya bölünmesi - bellekle çalışırken paralelliğin uygulanması. 1963 yılında ATLAS bilgisayarı Manchester Üniversitesi'nde komutların yürütülmesine ilişkin boru hattı ilkesi kullanılarak geliştirildi. Talimatın yürütülmesi dört aşamaya bölünmüştür: talimat getirme, işlenen adresi hesaplama, işlenen alma ve işlem yürütme. Bu, komut yürütme süresini ortalama 6 mikrosaniyeden 1,6 mikrosaniyeye düşürmeyi mümkün kıldı. 1969'da Control Data Corporation, sekiz bağımsız boru hattı işlevsel birimine sahip CDC-7600 bilgisayarını piyasaya sürdü.

MODERN SÜPER BİLGİSAYARLAR

Şu anda dünyada ne kullanılıyor? Yüksek performanslı bilgi işlem teknolojisinin gelişimi hangi yöne gidiyor? Böyle dört yön vardır.

Vektör konveyör bilgisayarları

Bu tür makinelerin iki ana özelliği: konveyörün varlığı fonksiyonel cihazlar ve bir dizi vektör komutu. Geleneksel komutların aksine, vektör komutları bağımsız veri dizilerinin tamamı üzerinde çalışır; yani A=B+C gibi bir komut, iki sayı değil, iki dizi eklemek anlamına gelebilir. Bu yönün tipik bir temsilcisi, örneğin CRAY EL, CRAY J90, CRAY T90'ı içeren CRAY vektör boru hattı bilgisayar ailesidir (bu yılın Mart ayında, Amerikan şirketi TERA, CRAY bölümünü Silicon Graphics, Inc.'den satın aldı) .).

Dağıtılmış belleğe sahip devasa paralel bilgisayarlar

Bu sınıftaki bilgisayarları oluşturma fikri önemsizdir: seri mikroişlemciler kullanılarak bağlanır ağ ekipmanı- bu kadar. Bu mimarinin birçok avantajı vardır: Yüksek performansa ihtiyaç duyulursa işlemciler eklenebilir ve finansman sınırlıysa veya gerekli bilgi işlem gücü önceden biliniyorsa, en uygun yapılandırmayı seçmek kolaydır. Bu sınıf ayrıca şunları içerir: basit ağlar Artık giderek daha fazla aşırı pahalı süper bilgisayarlara düşük maliyetli bir alternatif olarak görülen bilgisayarlar. (Kuşkusuz, bu tür ağlar için etkili bir paralel program yazmak oldukça zordur ve bazı durumlarda imkansızdır). Büyük ölçüde paralel bilgisayarlar arasında Intel Paragon, ASCI RED, IBM SP1, Parsytec ve bir dereceye kadar IBM SP2 ve CRAY T3D/T3E bulunmaktadır.

Paylaşılan belleğe sahip paralel bilgisayarlar

Bu tür bilgisayarlardaki tüm RAM, paylaşılan disk belleğine erişen birkaç özdeş işlemci tarafından paylaşılır. İşlemciler arasındaki veri alışverişinde ve çalışmalarının senkronizasyonunda neredeyse hiçbir sorun yoktur. Aynı zamanda ana dezavantaj böyle bir mimari tamamen teknik nedenler Paylaşılan belleğe erişen işlemcilerin sayısı fazla yapılamaz. Bu süper bilgisayar serisi, HP9000 N sınıfı sunucu veya Sun Ultra Enterprise 5000 gibi birçok modern SMP (Simetrik Çoklu İşlem) bilgisayarı içerir.

Küme bilgisayarları

Bu süper bilgisayar sınıfına kesinlikle bağımsız denemez, daha ziyade önceki üçünün birleşimidir; Bir bilgi işlem düğümü, geleneksel veya vektör hattındaki çeşitli işlemcilerden ve bunların ortak hafızasından oluşur. Bir düğümün gücü yeterli değilse, yüksek hızlı kanallarla birbirine bağlanan birkaç düğümden oluşan bir küme oluşturulur. CRAY SV1, HP Örnekleri, Sun StarFire, NEC SX-5, son modeller IBM SP2 ve diğerleri. Şu anda bu yön en umut verici olarak kabul ediliyor.

Yılda iki kez, dünyadaki en güçlü beş yüz bilgi işlem kurulumunun bir listesi derlenir (İnternette http://parallel.ru/top500.html adresinden görüntülenebilir). Buna göre son baskı Geçen yıl Kasım ayında açıklanan top500 listesinde Intel ASCI Red kitlesel paralel bilgisayar ilk sırada yer alıyor. İkinci sırada ise 5808 PowerPC 604e/332MHz işlemciyi birleştiren IBM'in ASCI Blue-Pacific bilgisayarı yer alıyor. Bu süper bilgisayarların her ikisi de, adında kısaltması bulunan Amerikan ulusal programı Gelişmiş Stratejik Bilgi İşlem Girişimi'nin bir parçası olarak oluşturuldu. En güçlüler listesinde son 500'üncü sırada yer alan bilgisayarın performansı saniyede 33,4 milyar işlem yapıyor.

Mevcut bilgisayarların gücü inanılmazsa, planlar hakkında ne söyleyebiliriz? Aralık 1999'da IBM, günümüzün en güçlü bilgisayarlarından 500 kat daha fazla performansa sahip bir süper bilgisayar oluşturmak için yaklaşık 100 milyon dolar değerinde yeni bir araştırma projesini duyurdu. Blue Gene kod adlı bilgisayar, yaklaşık 1 PETAFLOPS (saniyede 1015 işlem) performansına sahip olacak ve protein moleküllerinin özelliklerini incelemek için kullanılacak. Her bir Blue Gene işlemcisinin yaklaşık 1 GFLOPS (saniyede 109 işlem) performansına sahip olacağı varsayılmaktadır. Bir çip üzerine 32 benzer işlemci yerleştirilecek. Kompakt 2x2 fitlik tahta, daha önce bahsedilen 8.000 metrekarelik bir alanı kaplayan ASCI süper bilgisayarları kadar güçlü olan 64 yongayı barındıracak. Üstelik bu kartların 8 tanesi 6 feetlik bir rafa yerleştirilecek ve sistemin tamamı toplam 1 PFLOPS performansa sahip 64 raftan oluşacak. Fantastik!

Moskova Devlet Üniversitesi'nin bilgi işlem kümesi. M.V. Lomonosov - minimum maliyet, süper bilgisayar performansı. Şu anda bu, bir Rus üniversitesinde kurulu en güçlü bilgi işlem sistemidir.

RUSYA'DA SÜPER BİLGİSAYARLAR

Kendi süper bilgisayar sistemlerimizi kurma fikri Rusya'da her zaman mevcuttu. 1966'da M.A. Kartsev, saniyede yaklaşık bir milyar işlem verimliliğine sahip çok makineli bir bilgi işlem kompleksi M-9 oluşturma fikrini ortaya attı. O zamanlar dünyadaki hiçbir makine bu hızda çalışmıyordu. Ancak bakanlığın olumlu değerlendirmesine rağmen M-9 kompleksi endüstriyel gelişme sağlayamadı.

Bugün Rusya'da süper bilgisayar sistemleri ve süper bilgisayar merkezlerinin oluşturulmasına yönelik çalışmalar devam ediyor. En iyi bilineni, Rusya Bilim ve Sanayi Akademisi'nin araştırma enstitüleri ile işbirliği içinde oluşturulan yerli süper bilgisayarlar MVS-1000 serisidir. MVS-1000 serisinin süper bilgisayarı, harici disk belleği, bilgi giriş/çıkış aygıtları ve bir kontrol bilgisayarıyla birleştirilmiş çok işlemcili bir dizidir. MVS-1000 bilgisayarları, saniyede 1-2 milyara kadar işlem performansına ve 0,1-2 GB RAM'e sahip Alpha 21164 mikroişlemcileri (DEC-Compaq tarafından geliştirilmiştir) kullanır.

Bilimsel spektrum ve pratik problemler Böyle bir bilgisayarda çözülen çok büyük olabilir: viskoz sıkıştırılabilir gazın üç boyutlu kararsız akışlarının hesaplanması, akışta yerel termal homojen olmayan akışların hesaplanması, moleküler ve biyomoleküler sistemlerin yapı oluşumunun ve dinamiğinin modellenmesi, doğrusal problemlerin çözülmesi diferansiyel oyunlar, katı cisimlerin deformasyonlarının yıkım süreçlerini dikkate alarak hesaplanması ve diğerleri. Bölümler Arası Süper Bilgisayar Merkezi'nde kurulan MVS-1000 serisinin en güçlü sistemlerinden biri 96 işlemci içeriyor.

Son zamanlarda, tüm dünyada olduğu gibi Rusya'da da süper bilgisayarların yapımında kümelenme yaklaşımı aktif olarak kullanılıyor. Standart bilgisayarlar ve iş istasyonları satın alınır ve standart ağ araçları kullanılarak paralel bir bilgi işlem sisteminde birleştirilir. Bu yol, Moskova Devlet Üniversitesi Araştırma Bilgi İşlem Merkezi tarafından takip edildi ve başarılı bir şekilde söylemeliyim. Intel Pentium III/500MHz (toplamda 24 işlemci, 3 GB'tan fazla RAM, 66 GB disk belleği) tabanlı 12 çift işlemcili Excimer sunucudan oluşan bir küme oluşturan M.V. Bugün, temel bilimsel araştırma ve eğitimi desteklemek için tasarlanmış, bir Rus üniversitesindeki en büyük bilgi işlem tesisidir. Minimum maliyetle, Moskova Devlet Üniversitesi Araştırma Bilgi İşlem Merkezi'nin bilgi işlem kümesi, 16000x16000 boyutunda yoğun bir matrise sahip bir doğrusal cebirsel denklemler sistemini çözerken saniyede 5,7 milyar işlem performansı gösteriyor! Gelecekte hem yeni işlemciler ekleyerek hem de bilgi işlem düğümlerini yükselterek küme kapasitesinin önemli ölçüde artırılması planlanıyor.

SONUÇ YERİNE

Ne yazık ki hayatımızda mucizeler nadiren gerçekleşir. Paralel bilgisayarların ve süper bilgisayarların muazzam performansı, kullanımlarının karmaşıklığıyla fazlasıyla dengeleniyor. Süper bilgisayarlarla ilgili ortaya çıkan sorular bile bazen kafa karıştırıcı olabiliyor. İfadenin doğru olduğunu düşünüyor musunuz: Bilgisayar ne kadar güçlü olursa, o kadar hızlı çözebilir bu görev? Tabii ki hayır... Gündelik basit bir örnek. Bir ekskavatör 1 saatte bir delik kazarsa, iki ekskavatör bu görevi 30 dakikada halledecektir - buna yine de inanabilirsiniz. 60 kazıcının bu işi yapması ne kadar sürer? Gerçekten 1 dakikada mı? Tabii ki değil! Belli bir noktadan başlayarak, süreci hızlandırmak yerine yavaşlatarak basitçe birbirlerine müdahale edecekler. Bilgisayarlarda da durum aynıdır: Eğer görev çok küçükse, o zaman doğrudan yararlı faaliyetlerden ziyade işi dağıtmak, süreçleri senkronize etmek, sonuçları bir araya getirmek vb. için daha fazla zaman harcayacağız.

Ancak bir süper bilgisayara eşlik eden tüm sorunlar elbette çözüldü. Evet, süper bilgisayar kullanmak kişisel bilgisayar kullanmaktan daha zordur: ek bilgi ve teknolojiye, yüksek nitelikli uzmanlara ve daha karmaşık bir bilgi altyapısına ihtiyaç vardır. Etkili bir paralel program yazmak, sıralı bir program yazmaktan çok daha zordur ve aslında yazılım paralel bilgisayarlar için süper hesaplamanın temel sorunudur. Ancak bugün süper bilgisayarlar olmadan yapamayız ve ülkemizde bu teknolojilerin geliştirilmesi gerektiğine dair bir anlayışın olması sevindiricidir. Böylece, geçen yılın Kasım ayında, Rusya Bilimler Akademisi Başkanlığı'nda bölümler arası bir süper bilgisayar merkezinin açılışı gerçekleşti. Dubna, Chernogolovka ve Rusya Bilimler Akademisi Uygulamalı Matematik Enstitüsü'nde süper bilgisayar merkezleri oluşturulma aşamasındadır. M. V. Keldysh, Enstitü matematiksel modelleme RAS, Moskova Devlet Üniversitesi adını almıştır. M. V. Lomonosov. Bir dizi yerli süper bilgisayar MVS-1000 oluşturuldu ve geliştiriliyor. İnternette Paralel Hesaplama için Bilgi ve Analitik Merkezi WWW.PARALLEL.RU faaliyetlerini aktif olarak geliştiriyor, yürütüyor bilgi desteği birçok Rus projesi. Aksi takdirde imkansızdır. Paralel Hesaplama ve paralel bilgisayarlar bir gerçektir ve bu sonsuza kadar sürecektir.

MERAK EDENLER İÇİN DETAYLAR

AMDALA YASASI

Durumu hayal edin: Bir programınız var ve örneğin 256 işlemcili bir süper bilgisayara erişiminiz var. Muhtemelen programın tek bir işlemciden 256 kat daha hızlı çalışmasını beklersiniz? Ancak bu büyük olasılıkla gerçekleşmeyecek.

Programınızda sırayla yürütülmesi gereken işlemlerin oranının f'ye eşit olduğunu ve 0 ≤ f ≤ 1 olduğunu varsayalım (bu oran kod satırı sayısıyla değil, işlem sürecindeki işlem sayısıyla belirlenir). uygulamak). F değerlerindeki ekstrem durumlar tam paralel (f=0) ve tam sıralı (f=1) programlara karşılık gelmektedir. Yani, p işlemciden oluşan bir bilgisayarda hangi S ivmesinin elde edilebileceğini tahmin etmek için, verilen değer f, Amdahl yasasını kullanalım:

S ≤ 1/(f+(1- f)/p).

Dikkatli düşünürseniz kanun aslında berbat. Programınızın yalnızca %10 sıralı işlemler içerdiğini varsayalım. f=0,1. Bu durumda yasa şöyle diyor: Ne kadar işlemci kullanırsanız kullanın, on kattan fazla program hızlandırma elde edemezsiniz. Ve o zaman bile on, başka olumsuz faktörlerin olmadığı en iyi durumun yukarıdan teorik bir tahminidir...

Dolayısıyla ilk sonuç - paralel bir bilgisayara geçmeden önce (ve herhangi bir süper bilgisayar tam da budur), programa gömülü algoritmayı değerlendirmek gerekir. Sıralı işlemlerin oranı büyükse, önemli bir hızlanmaya açıkça güvenemezsiniz.

Bazı durumlarda algoritmanın sıralı yapısını değiştirmek o kadar da zor değildir. Diyelim ki programda n sayının toplamını hesaplamak için aşağıdaki parça var:

Bu algoritma kesinlikle sıralıdır, çünkü döngünün i'inci yinelemesi (i-1)'incinin sonucunu gerektirir ve tüm yinelemeler birbiri ardına yürütülür. Bu durumda f=1 olur ve dolayısıyla bu algoritmayı gerçekleştirmek için paralel bilgisayarların kullanılmasından herhangi bir etki elde edemeyiz. Ancak çözüm bellidir. Çoğu durumda sayıları hangi sırayla eklediğimiz konusunda önemli bir fark olmadığından, farklı bir toplama şeması seçeceğiz. Öncelikle komşu eleman çiftlerinin toplamını buluyoruz: a(1)+a(2), a(3)+a(4), a(5)+a(6), vb. Bu şemayla şunu unutmayın: tüm çiftler aynı anda katlanabilir. Sonraki adımlarda benzer şekilde hareket ederek paralel algoritmanın bir versiyonunu elde edeceğiz.

Görünüşe göre bu durumda tüm sorunlar çözüldü. Ancak farklı işlemci performansı, veri aktarım hızları vb. ile ilgili hala birçok başka zorluk var. Ancak bunlar paralel programlamanın incelikleridir ve bunların temellerini yakında adresindeki İnternet kursunda öğrenebileceksiniz.

http://parallel.ru/vvv/.

DÜNYANIN EN GÜÇLÜ 500 BİLGİSAYARIN BULUNDUĞU ÜLKELERE VE ÜRETİCİ FİRMALARA GÖRE DAĞILIMI

2 15 10 10 2 57

	ABD-Kanada	Avrupa	Japonya	Dinlenmek	TOPLAM
IBM'in	67	67	2	5	141
SGI/CRAY	92	27	12	2	133
GÜNEŞ	76	29	4	4	113
Hewlett Packard	33	10		45
Fujitsu	1	9	1	26
NEC	2	7	2	21
Hitachi		1		11
Dinlenmek	6	2		10
TOPLAM	277	152	14	500

Çoğu insan "bilgisayar" kelimesini öncelikle kişisel bilgisayarlarla ilişkilendirir; bu, bugün yalnızca herhangi bir ofiste değil, birçok dairede de görülebilmektedir. Ancak, bir bilgisayarın, ortalama bir kullanıcının erişemeyeceği çok daha güçlü ve karmaşık bilgi işlem sistemlerinin bulunduğu bilgisayar dünyasının yalnızca bir parçası olduğunu unutmamalıyız.

Pek çok kişi muhtemelen 1997'de Garry Kasparov'u yenen Deep Blue adlı bir bilgisayarın adını duymuştur. Böyle bir makinenin basit bir kişisel bilgisayar olamayacağı sezgisel olarak açıktır. Bir başka örnek ise yakın zamanda Moskova'daki Bölümler Arası Süper Bilgisayar Merkezi'ne kurulan, saniyede 200 milyar işlem kapasitesine sahip yerli MVS-1000 bilgisayarıdır. Ayrıca zaman zaman basında Amerikan hükümetinin ambargo uyguladığı Rusya'ya yasa dışı bilgisayar ekipmanı temin edildiğine dair haberler yer alıyor.

Çoğu kişi için bu tür bilgisayarlar, çok büyük bir şeyin çağrışımlarından oluşan bir haleyle çevrili, mühürlü bir sır olarak kalıyor: devasa boyutlar, son derece karmaşık görevler, büyük firmalar ve şirketler, inanılmaz hızlar vb. Tek kelimeyle süper bilgisayar, uzak ve erişilemez bir şey. Bu arada, eğer internette ciddi arama motorlarının hizmetlerini kullandıysanız, farkında olmadan süper bilgisayar teknolojilerinin uygulamalarından biriyle uğraşıyorsunuz demektir.

Süper bilgisayar nedir?
Süper bilgisayarların maksimum performansa sahip bilgisayarlar olduğuna inanılıyor. Ancak bilgisayar endüstrisinin hızlı gelişimi bu kavramı çok ama çok göreceli hale getiriyor: On yıl önce süper bilgisayar olarak adlandırılabilen şey, bugün artık bu tanımın kapsamına girmiyor. 70'lerin başındaki ilk süper bilgisayarların performansı, geleneksel Pentium işlemcileri temel alan modern bilgisayarların performansıyla karşılaştırılabilir düzeydeydi. Günümüz standartlarına göre ne biri ne de diğeri elbette süper bilgisayarlara ait değil.

Herhangi bir bilgisayarda tüm ana parametreler birbirine bağlıdır. Yüksek performansa ve yetersiz RAM'e veya büyük RAM'e ve küçük disk alanına sahip evrensel bir bilgisayar hayal etmek zordur. Dolayısıyla basit sonuç: Bir süper bilgisayar, yalnızca maksimum performansa sahip değil, aynı zamanda bu canavarın etkili bir şekilde kullanılabileceği özel yazılımla birlikte maksimum miktarda RAM ve disk belleğine sahip bir bilgisayardır.

Süper bilgisayarlara defalarca evrensel tanımlar vermeye çalıştılar; bazen ciddi, bazen de ironik oldukları ortaya çıktı. Örneğin, bir tondan daha ağır olan bir makinenin süper bilgisayar olarak kabul edilmesi gerektiği bir zamanlar önerilmişti. Birkaç yıl önce şu seçenek önerildi: Süper bilgisayar, bilgi işlem problemini giriş/çıkış problemine indirgeyen bir cihazdır. Aslında, daha önce hesaplanması uzun süren görevler bir süper bilgisayarda anında tamamlanıyor ve artık zamanın neredeyse tamamı, genellikle aynı hızda gerçekleştirilen veri girişi ve çıkışına yönelik daha yavaş prosedürler için harcanıyor.

Peki modern süper bilgisayar nedir? Günümüzün en güçlü bilgisayarı ABD Enerji Bakanlığı için üretilen Intel ASCI RED sistemidir. Bu süper bilgisayarın yeteneklerini hayal etmek için 9632 (!) Pentium Pro işlemciyi birleştirdiğini, 600 GB'tan fazla RAM'e ve saniyede 3200 milyar işlem toplam performansına sahip olduğunu söylemek yeterli. Bu bilgisayarın yaptığı tüm işlemleri bir hesap makinesiyle bile 1 saniyede gerçekleştirmek bir insanın 100.000 yılını alır!

Böyle bir bilgi işlem sistemi oluşturmak, kendi soğutma sistemleri, kesintisiz güç kaynağı vb. ile bir fabrikanın tamamını inşa etmeye benzer. Herhangi bir süper bilgisayarın, daha ılımlı bir konfigürasyonda bile, bir milyon ABD dolarından fazlaya mal olması gerektiği açıktır: sırf eğlence olsun diye, diyelim ki sadece 600 GB RAM'in ne kadara mal olduğunu tahmin edin? Doğal soru şudur: Milyonlarca dolarlık bilgisayar gerektirecek kadar önemli olan görevler nelerdir? Veya bir başkası: İyi bir Pentium III'ün onları çözmeye yetmeyeceği kadar karmaşık olan görevler nelerdir?

Süper bilgisayarlara ihtiyacımız var mı?
Süper bilgisayar teknolojileri kullanılmadan çözülemeyecek bir takım hayati sorunların olduğu ortaya çıktı.

Örneğin, yılda iki kez yıkıcı kasırgaların vurduğu ABD'yi ele alalım. Yollarına çıkan şehirleri silip süpürüyorlar, arabaları ve otobüsleri havaya kaldırıyorlar, nehirlerin yataklarından taşmasına neden oluyorlar ve böylece devasa bölgeleri sular altında bırakıyorlar. Kasırgalarla mücadele Amerikan bütçesinin önemli bir bölümünü oluşturuyor. Yalnızca bu kasırgaların kaynaklandığı yere yakın olan Florida eyaleti, son yıllarda insanları kurtarmak için acil durum çabalarına 50 milyar dolardan fazla para harcadı. Hükümet, kasırganın ortaya çıkışını tahmin etmeyi ve nereye gideceğini belirlemeyi mümkün kılacak teknolojilerin getirilmesi konusunda hiçbir masraftan kaçınmıyor.

Kasırga nasıl hesaplanır? Açıkçası bunun için yerel hava değişiklikleri sorununu, yani hava kütlelerinin hareketi ve ısının belirli bir bölgedeki dağılımı sorununu çözmek gerekiyor. Prensipte bu zor değildir ancak pratikte iki sorun ortaya çıkar. Birinci problem: Bir kasırganın görünümünü fark etmek için, oluşumunun karakteristik boyutlarında, yani yaklaşık iki kilometrelik mesafelerde hesaplamalar yapmak gerekir. İkinci zorluk ise başlangıç ​​ve sınır koşullarının doğru ayarlanmasıyla ilgilidir. Gerçek şu ki, ilgilendiğiniz bölgenin sınırlarındaki sıcaklık, komşu bölgelerde olup bitenlere bağlıdır. Daha fazla mantık yürüterek, tüm Dünya'nın iklimi hakkında verilere sahip olmadan kasırga sorununu çözemeyeceğimizi görmek kolaydır. Orta vadeli hava tahminlerini derlemek için tüm ülkelerde her gün yapılan gezegendeki iklim hesaplanabilir. Bununla birlikte, mevcut kaynaklar yalnızca çok büyük adımlarla (onlarca ve yüzlerce kilometre) hesaplamalara izin verir. Böyle bir tahminin kasırga tahminiyle hiçbir ilgisi olmadığı açıktır.

Görünüşte pek uyumlu olmayan iki görevi birleştirmek gerekir: adımın çok büyük olduğu küresel hesaplama ve adımın çok küçük olduğu yerel hesaplama. Bu yapılabilir, ancak yalnızca gerçekten harika bilgi işlem kaynaklarının toplanmasıyla yapılabilir. Ek bir zorluk da hesaplamaların 4 saatten fazla sürmemesidir, çünkü 5 saat sonra hava durumu resmi tamamen bulanıklaşır ve hesapladığınız her şeyin artık gerçeklikle hiçbir ilgisi kalmaz. Yalnızca büyük miktarda veriyi işlemek değil, aynı zamanda bunu yeterince hızlı yapmak da gereklidir. Bunu yalnızca süper bilgisayarlar yapabilir.

Hava tahmini, süper bilgisayar kullanımının tek örneği olmaktan uzaktır. Günümüzde sismik araştırma, petrol ve gaz endüstrisi, otomotiv endüstrisi, elektronik cihaz tasarımı, farmakoloji, yeni malzemelerin sentezi ve daha birçok endüstri onlarsız yapılamaz.

Bu nedenle Ford'a göre, gerçek arabaların beton bir duvara çarptığı, aynı zamanda gerekli parametreleri ölçtüğü, sonuçları filme aldığı ve ardından işlediği çarpışma testlerini gerçekleştirmek için her yeni model için 10 ila 150 prototipe ihtiyaç duyulacak. Bu durumda toplam maliyet 4 ila 60 milyon dolar arasında değişecektir. Süper bilgisayarların kullanımı prototip sayısını üçte bir oranında azalttı.

Süper bilgisayarlar, ünlü DuPont şirketinin kloroflorokarbonun yerini alan bir malzemeyi sentezlemesine yardımcı oldu. Aynı olumlu niteliklere sahip bir malzeme bulmak gerekiyordu: yanmazlık, korozyon direnci ve düşük toksisite, ancak Dünya'nın ozon tabakası üzerinde zararlı etkileri olmayan. Toplam maliyeti yaklaşık 5 bin dolar olan bir süper bilgisayarda bir hafta içinde gerekli hesaplamalar yapıldı. DuPont uzmanlarına göre, geleneksel deneysel araştırma yöntemlerinin kullanılması 50 bin dolar ve yaklaşık üç aylık bir çalışma gerektirecek ve bu, gerekli miktarda maddenin sentezlenmesi ve saflaştırılması için gereken süreyi hesaba katmıyor.

Süper bilgisayarlar neden bu kadar hızlı hesaplama yapıyor?
Yani bugün süper bilgisayarlar olmadan gerçekten yapamayacağımızı görüyoruz. Açıklığa kavuşturulması gereken bir soru daha kaldı: Neden bu kadar hızlı sayılıyorlar? Bunun nedeni öncelikle eleman tabanının geliştirilmesi ve ikinci olarak bilgisayar mimarisinde yeni çözümlerin kullanılması olabilir.

Rekor performansa ulaşmak için bu faktörlerden hangisinin belirleyici olduğunu bulmaya çalışalım. Bilinen tarihi gerçeklere dönelim. 1949 yılında Cambridge'de ortaya çıkan ve saat hızı 2 mikrosaniye (2·10-6 saniye) olan dünyanın ilk bilgisayarlarından biri olan EDSAC'de, 2n aritmetik işlemi 18n milisaniyede, yani ortalama olarak gerçekleştirmek mümkündü. Saniyede 100 aritmetik işlem. Modern bir Hewlett-Packard V2600 süper bilgisayarının bir bilgi işlem düğümüyle karşılaştıralım: saat süresi yaklaşık 1,8 nanosaniyedir (1,8 10-9 saniye) ve en yüksek performans saniyede yaklaşık 77 milyar aritmetik işlemdir.

Ne oluyor? Yarım yüzyıldan fazla bir süredir bilgisayar performansı yedi yüz milyon kattan fazla arttı. Aynı zamanda saat çevrim süresinin 2 mikrosaniyeden 1,8 nanosaniyeye düşürülmesiyle elde edilen performans kazancı yalnızca 1000 kat civarındadır. Gerisi nereden geldi? Cevap açıktır; bilgisayar mimarisinde yeni çözümlerin kullanılması yoluyla. Aralarındaki ana yer, çeşitli eylemlerin eşzamanlı (paralel) yürütülmesi fikrini somutlaştıran paralel veri işleme ilkesi tarafından işgal edilmiştir.

Paralel işlemenin iki yöntemi vardır: gerçek paralel ve boru hattı. Her iki yöntem de tamamen sezgisel olduğundan yalnızca küçük açıklamalar yapacağız.

Paralel İşleme
Basitlik açısından, belirli bir cihazın saat döngüsü başına bir işlem gerçekleştirdiğini varsayalım. Bu durumda böyle bir cihaz bin saat döngüsünde bin işlem gerçekleştirecektir. Aynı anda çalışabilen beş özdeş bağımsız cihaz varsa, o zaman beş cihazdan oluşan bir sistem aynı bin işlemi binde değil iki yüz saat döngüsünde gerçekleştirebilir. Benzer şekilde, N cihazdan oluşan bir sistem aynı işi 1000/N döngüde gerçekleştirecektir. Hayatta da benzer örnekler bulunabilir: Bir asker 10 saatte bir hendek kazarsa, aynı yeteneklere sahip, aynı anda çalışan elli askerden oluşan bir bölük aynı işi 12 dakikada halledecektir - paralellik ilkesi eylemde!

Bu arada, veri akışlarının paralel işlenmesinde öncü, 50'li yılların başında nükleer patlamaları simüle etmek için gerekli hesaplamaları yapan Akademisyen A. A. Samarsky idi. Samarsky bu sorunu ızgara yöntemini kullanarak, birkaç düzine genç bayanı masalara (ızgara düğümleri) ekleme makineleriyle oturtarak çözdü. Genç hanımlar verileri basitçe kelimelerle birbirlerine aktarıyor ve gerekli sayıları hesap makinelerine yazıyorlardı. Böylece özellikle patlama dalgasının gelişimi hesaplandı. Çok iş vardı, genç hanımlar yorulmuştu ve Alexander Andreevich aralarında yürüyüp onları cesaretlendirdi. Böylece ilk paralel sistemin yaratıldığı söylenebilir. Hidrojen bombası hesaplamaları ustaca yapılmış olmasına rağmen, kullanılan ızgarada çok az düğüm olması ve hesaplama süresinin çok uzun olması nedeniyle doğruluklarının çok düşük olduğu ortaya çıktı.

Konveyör işleme
Kayan nokta formunda temsil edilen iki gerçek sayıyı toplamak için ne gereklidir? Siparişleri karşılaştırmak, siparişleri hizalamak, mantis eklemek, normalleştirme vb. gibi birçok küçük işlem. İlk bilgisayarların işlemcileri, tüm bu "mikro işlemleri" her bir terim çifti için, nihai sonuca ulaşana kadar sırayla, birbiri ardına gerçekleştirdi ve ancak bundan sonra bir sonraki terim çiftini işlemeye geçti.

Boru hattı işleme fikri, bir işlemi ayrı aşamalara veya yaygın olarak adlandırıldığı gibi konveyör aşamalarına bölmektir. Çalışmasını tamamlayan her aşama, sonucu bir sonraki aşamaya aktarırken aynı zamanda giriş verilerinin yeni bir bölümünü alır. İşlem hızında bariz bir kazanç var. Aslında, toplama işleminde her biri bilgisayarın bir saat döngüsünde gerçekleştirilen beş mikro işlemin olduğunu varsayalım. Bölünemez bir sıralı toplama cihazı varsa, 500 saat döngüsünde 100 çift argümanı işleyecektir. Şimdi her mikro işlem konveyör cihazının ayrı bir aşamasına dönüştürülürse, beşinci saat döngüsünde ilk beş argüman çifti işlemin farklı aşamalarında olacak ve ardından konveyör cihazı her saatte bir sonraki eklemenin sonucunu üretecektir. döngü. Açıkçası, yüz çift terimden oluşan setin tamamı 104 birim zamanda işlenecektir; bu, seri bir cihazla karşılaştırıldığında neredeyse beş kat (boru hattı aşamalarının sayısı açısından) bir hızlanmadır.

Paralel işleme fikri uzun zaman önce ortaya çıktı. Başlangıçta, zamanlarının en gelişmiş ve dolayısıyla tek bilgisayarlarında uygulandılar. Daha sonra, teknolojinin uygun şekilde gelişmesi ve daha ucuz üretimin ardından orta sınıf bilgisayarlara geçildi ve nihayet bugün tüm bunlar iş istasyonlarında ve kişisel bilgisayarlarda tamamen somutlaşıyor. Pentium III veya PA-8600, E2K veya Power2 SuperChip olsun, tüm modern mikroişlemciler bir veya daha fazla paralel işlem türünü kullanır.

Yeni olan her şeyin iyice unutulduğuna bir kez daha ikna olmak için sadece birkaç örnek yeterlidir. Zaten 1961'de, temelde iki önemli özelliğe sahip olan IBM STRETCH bilgisayarı oluşturuldu: komutların getirilmesi için ileri bakış (daha sonra yürütülen komutların mevcut komutla aynı anda okunduğu) ve iki bankaya bellek katmanlaması - çalışırken paralelliğin uygulanması hafıza ile. 1963 yılında ATLAS bilgisayarı Manchester Üniversitesi'nde komutların yürütülmesine ilişkin boru hattı ilkesi kullanılarak geliştirildi. Talimatın yürütülmesi dört aşamaya bölünmüştür: talimat getirme, işlenen adresi hesaplama, işlenen alma ve işlem yürütme. Bu, komut yürütme süresini ortalama 6 mikrosaniyeden 1,6 mikrosaniyeye düşürmeyi mümkün kıldı. 1969'da Control Data Corporation, sekiz bağımsız boru hattı işlevsel birimine sahip CDC-7600 bilgisayarını piyasaya sürdü.

Modern süper bilgisayarlar
Şu anda dünyada ne kullanılıyor? Yüksek performanslı bilgi işlem teknolojisinin gelişimi hangi yöne gidiyor? Böyle dört yön vardır.

Vektör konveyör bilgisayarları
Bu tür makinelerin iki ana özelliği: konveyör işlevsel cihazlarının varlığı ve bir dizi vektör komutu. Geleneksel komutların aksine, vektör komutları bağımsız veri dizilerinin tamamı üzerinde çalışır; yani A=B+C gibi bir komut, iki sayı değil, iki dizi eklemek anlamına gelebilir. Bu yönün tipik bir temsilcisi, örneğin CRAY EL, CRAY J90, CRAY T90'ı içeren CRAY vektör boru hattı bilgisayar ailesidir (bu yılın Mart ayında, Amerikan şirketi TERA, CRAY bölümünü Silicon Graphics, Inc.'den satın aldı) .).

Dağıtılmış belleğe sahip devasa paralel bilgisayarlar
Bu sınıftaki bilgisayarları oluşturma fikri önemsizdir: seri mikroişlemciler ağ ekipmanı kullanılarak bağlanır - hepsi bu. Bu mimarinin birçok avantajı vardır: Yüksek performansa ihtiyaç duyulursa işlemciler eklenebilir ve finansman sınırlıysa veya gerekli bilgi işlem gücü önceden biliniyorsa, en uygun yapılandırmayı seçmek kolaydır. Bu sınıf aynı zamanda günümüzde giderek aşırı pahalı süper bilgisayarlara ucuz bir alternatif olarak görülen basit bilgisayar ağlarını da içermektedir. (Kuşkusuz, bu tür ağlar için etkili bir paralel program yazmak oldukça zordur ve bazı durumlarda imkansızdır). Büyük ölçüde paralel bilgisayarlar arasında Intel Paragon, ASCI RED, IBM SP1, Parsytec ve bir dereceye kadar IBM SP2 ve CRAY T3D/T3E bulunmaktadır.

Paylaşılan belleğe sahip paralel bilgisayarlar
Bu tür bilgisayarlardaki tüm RAM, paylaşılan disk belleğine erişen birkaç özdeş işlemci tarafından paylaşılır. İşlemciler arasındaki veri alışverişinde ve çalışmalarının senkronizasyonunda neredeyse hiçbir sorun yoktur. Ancak bu mimarinin ana dezavantajı, tamamen teknik nedenlerden ötürü, paylaşılan belleğe erişimi olan işlemci sayısının fazla artırılamaması. Bu süper bilgisayar serisi, HP9000 N sınıfı sunucu veya Sun Ultra Enterprise 5000 gibi birçok modern SMP (Simetrik Çoklu İşlem) bilgisayarı içerir.

Küme bilgisayarları
Bu süper bilgisayar sınıfına kesinlikle bağımsız denemez, daha ziyade önceki üçünün birleşimidir; Bir bilgi işlem düğümü, geleneksel veya vektör hattındaki çeşitli işlemcilerden ve bunların ortak hafızasından oluşur. Bir düğümün gücü yeterli değilse, yüksek hızlı kanallarla birbirine bağlanan birkaç düğümden oluşan bir küme oluşturulur. CRAY SV1, HP Exemplar, Sun StarFire, NEC SX-5, en son IBM SP2 modelleri ve diğerleri bu prensip üzerine inşa edilmiştir. Şu anda bu yön en umut verici olarak kabul ediliyor.

Yılda iki kez, dünyadaki en güçlü beş yüz bilgi işlem kurulumunun bir listesi derlenir (İnternette http://parallel.ru/top500.html adresinden görüntülenebilir). Geçen yıl Kasım ayında yayınlanan top500 listesinin son baskısına göre, Intel ASCI Red devasa paralel bilgisayar ilk sırada yer alıyor. İkinci sırada ise 5808 PowerPC 604e/332MHz işlemciyi birleştiren IBM'in ASCI Blue-Pacific bilgisayarı yer alıyor. Bu süper bilgisayarların her ikisi de, adında kısaltması bulunan Amerikan ulusal programı Gelişmiş Stratejik Bilgi İşlem Girişimi'nin bir parçası olarak oluşturuldu. En güçlüler listesinde son 500'üncü sırada yer alan bilgisayarın performansı saniyede 33,4 milyar işlem yapıyor.

Mevcut bilgisayarların gücü inanılmazsa, planlar hakkında ne söyleyebiliriz? Aralık 1999'da IBM, günümüzün en güçlü bilgisayarlarından 500 kat daha fazla performansa sahip bir süper bilgisayar oluşturmak için yaklaşık 100 milyon dolar değerinde yeni bir araştırma projesini duyurdu. Blue Gene kod adlı bilgisayar, yaklaşık 1 PETAFLOPS (saniyede 1015 işlem) performansa sahip olacak ve protein moleküllerinin özelliklerini incelemek için kullanılacak. Her bir Blue Gene işlemcisinin yaklaşık 1 GFLOPS (saniyede 109 işlem) performansına sahip olacağı varsayılmaktadır. Bir çip üzerine 32 benzer işlemci yerleştirilecek. Kompakt 2x2 fitlik tahta, daha önce bahsedilen 8.000 metrekarelik bir alanı kaplayan ASCI süper bilgisayarları kadar güçlü olan 64 yongayı barındıracak. Üstelik bu kartların 8 tanesi 6 feetlik bir rafa yerleştirilecek ve sistemin tamamı toplam 1 PFLOPS performansa sahip 64 raftan oluşacak. Fantastik!

Moskova Devlet Üniversitesi'nin bilgi işlem kümesi. M.V. Lomonosov - minimum maliyet, süper bilgisayar performansı. Şu anda bu, bir Rus üniversitesinde kurulu en güçlü bilgi işlem sistemidir.

Rusya'daki süper bilgisayarlar
Kendi süper bilgisayar sistemlerimizi kurma fikri Rusya'da her zaman mevcuttu. 1966'da M.A. Kartsev, saniyede yaklaşık bir milyar işlem verimliliğine sahip çok makineli bir bilgi işlem kompleksi M-9 oluşturma fikrini ortaya attı. O zamanlar dünyadaki hiçbir makine bu hızda çalışmıyordu. Ancak bakanlığın olumlu değerlendirmesine rağmen M-9 kompleksi endüstriyel gelişme sağlayamadı.

Bugün Rusya'da süper bilgisayar sistemleri ve süper bilgisayar merkezlerinin oluşturulmasına yönelik çalışmalar devam ediyor. En iyi bilineni, Rusya Bilim ve Sanayi Akademisi'nin araştırma enstitüleri ile işbirliği içinde oluşturulan yerli süper bilgisayarlar MVS-1000 serisidir. MVS-1000 serisinin süper bilgisayarı, harici disk belleği, bilgi giriş/çıkış aygıtları ve bir kontrol bilgisayarıyla birleştirilmiş çok işlemcili bir dizidir. MVS-1000 bilgisayarları, saniyede 1-2 milyara kadar işlem performansına ve 0,1-2 GB RAM'e sahip Alpha 21164 mikroişlemcileri (DEC-Compaq tarafından geliştirilmiştir) kullanır.

Böyle bir bilgisayarda çözülen bilimsel ve pratik problemlerin kapsamı çok büyük olabilir: viskoz sıkıştırılabilir gazın üç boyutlu kararsız akışlarının hesaplanması, akışta yerel termal homojensizliklere sahip akışların hesaplanması, yapı oluşumunun modellenmesi ve moleküler ve dinamik dinamikler biyomoleküler sistemler, doğrusal diferansiyel oyun problemlerinin çözümü, katı cisimlerin deformasyonlarının yıkım süreçlerini dikkate alarak hesaplanması ve diğerleri. Bölümler Arası Süper Bilgisayar Merkezi'nde kurulan MVS-1000 serisinin en güçlü sistemlerinden biri 96 işlemci içeriyor.

Son zamanlarda, tüm dünyada olduğu gibi Rusya'da da süper bilgisayarların yapımında kümelenme yaklaşımı aktif olarak kullanılıyor. Standart bilgisayarlar ve iş istasyonları satın alınır ve standart ağ araçları kullanılarak paralel bir bilgi işlem sisteminde birleştirilir. Bu yol, Moskova Devlet Üniversitesi Araştırma Bilgi İşlem Merkezi tarafından takip edildi ve başarılı bir şekilde söylemeliyim. Intel Pentium III/500MHz (toplamda 24 işlemci, 3 GB'tan fazla RAM, 66 GB disk belleği) tabanlı 12 çift işlemcili Excimer sunucudan oluşan bir küme oluşturan M.V. Bugün, temel bilimsel araştırma ve eğitimi desteklemek için tasarlanmış, bir Rus üniversitesindeki en büyük bilgi işlem tesisidir. Minimum maliyetle, Moskova Devlet Üniversitesi Araştırma Bilgi İşlem Merkezi'nin bilgi işlem kümesi, 16000x16000 boyutunda yoğun bir matrise sahip bir doğrusal cebirsel denklemler sistemini çözerken saniyede 5,7 milyar işlem performansı gösteriyor! Gelecekte hem yeni işlemciler ekleyerek hem de bilgi işlem düğümlerini yükselterek küme kapasitesinin önemli ölçüde artırılması planlanıyor.

Bir sonuç yerine
Ne yazık ki hayatımızda mucizeler nadiren gerçekleşir. Paralel bilgisayarların ve süper bilgisayarların muazzam performansı, kullanımlarının karmaşıklığıyla fazlasıyla dengeleniyor. Süper bilgisayarlarla ilgili ortaya çıkan sorular bile bazen kafa karıştırıcı olabiliyor. Şu ifadenin doğru olduğunu düşünüyor musunuz: Bilgisayar ne kadar güçlü olursa, belirli bir sorunu o kadar hızlı çözebilir mi? Tabii ki hayır... Gündelik basit bir örnek. Bir ekskavatör 1 saatte bir delik kazarsa, iki ekskavatör bu görevi 30 dakikada halledecektir - buna yine de inanabilirsiniz. 60 kazıcının bu işi yapması ne kadar sürer? Gerçekten 1 dakikada mı? Tabii ki değil! Belli bir noktadan başlayarak, süreci hızlandırmak yerine yavaşlatarak basitçe birbirlerine müdahale edecekler. Bilgisayarlarda da durum aynıdır: Eğer görev çok küçükse, o zaman doğrudan yararlı faaliyetlerden ziyade işi dağıtmak, süreçleri senkronize etmek, sonuçları bir araya getirmek vb. için daha fazla zaman harcayacağız.

Ancak bir süper bilgisayara eşlik eden tüm sorunlar elbette çözüldü. Evet, süper bilgisayar kullanmak kişisel bilgisayar kullanmaktan daha zordur: ek bilgi ve teknolojiye, yüksek nitelikli uzmanlara ve daha karmaşık bir bilgi altyapısına ihtiyaç vardır. Verimli bir paralel program yazmak, sıralı bir program yazmaktan çok daha zordur ve gerçekten de paralel bilgisayarlar için yazılım oluşturmak, süper hesaplamanın temel sorunudur. Ancak bugün süper bilgisayarlar olmadan yapamayız ve ülkemizde bu teknolojilerin geliştirilmesi gerektiğine dair bir anlayışın olması sevindiricidir. Böylece, geçen yılın Kasım ayında, Rusya Bilimler Akademisi Başkanlığı'nda bölümler arası bir süper bilgisayar merkezinin açılışı gerçekleşti. Dubna, Chernogolovka ve Rusya Bilimler Akademisi Uygulamalı Matematik Enstitüsü'nde süper bilgisayar merkezleri oluşturulma aşamasındadır. M. V. Keldysh, Rusya Bilimler Akademisi Matematiksel Modelleme Enstitüsü, Moskova Devlet Üniversitesi. M. V. Lomonosov. Bir dizi yerli süper bilgisayar MVS-1000 oluşturuldu ve geliştiriliyor. İnternette Paralel Hesaplama için Bilgi ve Analitik Merkezi WWW.PARALLEL.RU, faaliyetlerini aktif olarak geliştiriyor ve birçok Rus projesine bilgi desteği sağlıyor. Aksi takdirde imkansızdır. Paralel hesaplama ve paralel bilgisayarlar bir gerçektir ve bu sonsuza kadar sürecektir.
Fiziksel ve Matematik Bilimleri Doktoru V. Voevodin