Супер-ЭВМ — это мощные, высокоскоростные вычислительные системы, обладающие огромной производительностью.
Введение
Под суперкомпьютером понимается такая электронная вычислительная машина (ЭВМ), которая по производительности и другим техническим параметрам значительно превосходит другие, известные на текущий момент компьютеры. В составе таких ЭВМ имеется целый набор процессоров. Еще одной отличительной особенностью данных вычислительных систем может считаться применение векторной арифметики, то есть они способны исполнять арифметические операции единовременно над некоторым набором пар чисел. К примеру, стандартный суперкомпьютер способен одновременно выполнить расчёт заработной платы нескольких сотрудников, в то время как обычный компьютер за то же время может рассчитать зарплату лишь одного сотрудника.
Назначение, функциональные возможности и принципы построения супер-ЭВМ
Самая первая супер-ЭВМ была создана в компании Control Data Corporation (CDC) под руководством Сеймура Крея. Одной из первых, спроектированных и реализованных в этой компании супер-ЭВМ, стала Cray CDC 1604. В этой машине вместо вакуумных электронных ламп уже использовались транзисторы, она стремительно приобрела известность в научных кругах. Позднее фирма CDC спроектировала супер-ЭВМ CDC 7600 и приступила к работам над CDC 8600. В 1964 г. самым производительным компьютером на Земле стал Stretch, который был способен исполнять три миллиона операций с плавающей запятой в секунду (FLOPS).
Одним из достоинств супер-ЭВМ, спроектированных под руководством Сеймура Крея, считалась плотная упаковка электронных элементов, что позволило существенно увеличить производительность компьютеров. Все компьютеры Сеймура Крея оптимизировались под требования научных приложений, к примеру, решения дифференциальных уравнений, матричных вычислений, сейсмического анализа, линейного программирования и иных аналогичных задач.
Основными заказчиками супер-ЭВМ стал, естественно, военно-промышленный комплекс. После того, как Соединенные Штаты подписали Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний в 1996 году, появилась необходимость в альтернативной программе по сертификации ядерных боеголовок. По этой причине Департамент энергетики США заложил выделение средств на новую программу развития супер-ЭВМ, целью которой предполагалась разработка к 2004 году компьютера, предназначенного для имитации ядерных испытаний. Данная машина должна была обладать производительностью более 100 триллионов FLOPS, а самой быстрой из известных на тот момент супер-ЭВМ считался Cray T3E, имевший производительность порядка 150 миллиардов FLOPS.
Суперкомпьютер ASCI Red, реализованный в Национальной лаборатории Sandia в Альбукерке вместе с корпорацией Intel, первым преодолел 1 TFLOPS. В этом компьютере использовалось 9 072 стандартных процессоров Pentium Pro.
В то время как в Соединенных Штатах доминировал многопроцессорный подход, в Японии компания NEC обратилась к более старым подходам, а именно, к индивидуальному формированию компьютерных чипов. Созданная данной компанией супер-ЭВМ Earth Simulator заняла первое место в списке самых производительных ЭВМ в 2002 г.
В 2004 году самой быстрой супер-ЭВМ стала Blue Gene/L, созданная корпорацией IBM. Её производительность равнялась примерно 36 TFLOPS. После двух удвоений количества процессоров в Blue Gene/L, реализованных в 2005 году в Sandia National Laboratories в Ливерморе, Калифорния, она стала первой машиной, которая преодолела барьер производительности в 100 TFLOPS.А первая супер-ЭВМ, производительность которой преодолела тысячу TFLOPS или один петафлоп, была изготовлена IBM в 2008 году.
Супер-ЭВМ используются в науке для осуществления трудоемких вычислительных процессов и обработки значительного количества информации в реальном масштабе времени. Помимо этого, прогресс в сфере вычислительной техники предоставил ученым возможность применять точные модели исследуемых процессов, вместо более простых, которые использовались раньше.
В математике с помощью супер-ЭВМ разрешаются криптографические и статистические задачи. В области физики они способны помочь в изучении процессов, происходящих внутри атома. Биологам суперкомпьютеры оказывают помощь в расшифровке ДНК. Также они являются незаменимыми при формировании прогноза погоды, изучении изменений климата планеты Земля и поиске месторождений нефти и газа. Также супер-ЭВМ применяются для осуществления военных расчетов, которые связаны с ядерным оружием. Применение мощнейшей вычислительной техники позволило реализовать революционные прорывы в таких сферах, как метеорология, глобальный климатический анализ, формирование новых медицинских препаратов, а также в аэрокосмической технике.
Самой производительной на текущий момент может считаться супер-ЭВМ Summit Power System AC922. Её производительность в соответствии с данными, которые получены с использованием системы тестов LINPACK, равняется 122,3 PFLOPS. Максимальная теоретическая производительность этой вычислительной системы составляет 187,659 PFLOPS. Супер-ЭВМ Summit Power System AC922 реализована корпорацией IBM специально для её применения в Окриджской Национальной лаборатории. Её фото приведено ниже.
Рисунок 1. Супер-ЭВМ Summit Power System AC922. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
На втором месте по производительности расположилась китайская супер-ЭВМ Sunway TaihuLight. Вычислительная скорость этого компьютера, измеренная с помощью системы тестов LINPACK, составила 93 PFLOPS. Эта супер-ЭВМ считалась самой производительной в мире с июня 2016 года по июнь 2018 года. Эта машина находится в Китайской Народной Республике, в компьютерном центре в Уси и применяется для формирования прогнозов погоды, медицинских исследований и осуществления разных расчетных операций повышенной сложности.
На третьем месте по производительности находится вычислительная система Sierra Power System S922LC. Данная супер-ЭВМ обладает производительностью 71,61 PFLOPS, согласно тестам LINPACK.
