Суперкомпьютеры — это специальные вычислительные машины, которые в значительной мере превосходят по своим характеристикам, в частности по производительности, все существующие компьютеры.
Сущность понятия «суперкомпьютер»
С тех пор, как были изобретены первые компьютеры, главной проблемой, которая стоит перед их проектировщиками, является повышение производительности компьютерного оборудования. Всё время, пока шло развитие компьютерной промышленности, непрерывно росло быстродействие процессорных модулей, но параллельно наращивались объёмы программного обеспечения, возрастало количество пользователей, и ширилась область использования компьютерного оборудования, что в конечном итоге и вызвало создание суперкомпьютеров.
Хотя фактически под суперкомпьютером понимается стандартная вычислительная система, которая позволяет выполнять очень сложные вычисления за наиболее маленькие временные интервалы. Все компьютерные системы имеют в своём составе три главных элемента:
- Модуль центрального процессора (вычислитель).
- Модуль памяти.
- Вторичные периферийные модули информационного хранения.
Главную роль здесь играют не только технические характеристики всех этих компонентов, но и пропускные возможности соединяющих их каналов, а также каналов связи с пользователями. Основное компьютерное правило заключается в том, что общее быстродействие компьютера не может превышать быстродействие самого медленного его компонента.
Суперкомпьютером является электронная вычислительная машина, которая значительно превосходит по своим характеристикам почти все существующие аналоги. Обычно, сегодняшние суперкомпьютеры состоят из большого количества серверного оборудования, соединённого между собой локальной сетью с высокими скоростными показателями. Это позволяет достичь максимума производительности согласно методике параллельных вычислений при решении поставленной задачи.
Потребность в суперкомпьютерах возникла потому, что учёные не могут осуществить некоторые испытания по причине их масштабности, или дороговизны, или возникновения угрозы здоровью людей. А суперкомпьютеры позволяют проводить эксперименты с построенными моделями сложных объектов без вреда окружающей среде и людям. Они превратились в незаменимых помощников в научных изысканиях и производственных процессах.
Главными особенностями, которые характеризуют суперкомпьютеры помимо повышенной скорости работы, являются:
- Наиболее совершенный уровень используемых технологий.
- Оригинальные решения в области архитектурной организации, которые направлены на увеличение скорости работы (к примеру, возможность выполнения векторных операций).
- Стоимость, превышающая один миллион долларов.
Первые суперкомпьютеры
Вычислительное устройство Cray-1 считается родоначальником суперкомпьютеров. Оно было создано в 1974-ом году. Этот компьютер имел процессорные модули, в состав которых входило очень большое количество регистров, подразделявшихся на отдельные группы. Каждая группа предназначалась для осуществления определённых функциональных обязанностей. Группа регистров адреса была ответственна за организацию работы с памятью суперкомпьютера. Были также блоки векторных и скалярных регистров. Производительность этого суперкомпьютера равнялась 180-ти миллионам операций в секунду над числовыми данными с плавающей точкой.
Области применения суперкомпьютеров
Стандартной областью использования суперкомпьютеров, как правило, считалась сфера научных исследований, а именно плазменная физика и статистическая механика, физика молекулярных и атомных процессов и многие другие. Как правило, некоторые сферы использования располагаются на стыке различных наук, к примеру, физики и химии, и перекликаются с разными техническими применениями. Метеорологические задачи, атмосферные явления, и прежде всего проблема долгосрочного прогнозирования погоды, для которой всегда недостаточно компьютерных мощностей, имеют тесную связь с решением многих физических и химических проблем. Техническими проблемами, для разрешения которых применяются суперкомпьютеры, являются проблемы в аэрокосмическом и автомобильном производстве, задачи ядерной энергетики, прогнозы наличия залежей полезных ископаемых, многие другие и, естественно, проектирование современных микропроцессорных модулей и компьютерного оборудования, прежде всего для самих суперкомпьютеров.
Военная промышленность является также традиционной сферой использования суперкомпьютеров. Помимо общеизвестных уже задач по проектированию оружия массового поражения разработке новейших образцов авиатехники и ракетных комплексов, следует отметить, к примеру, проектирование подводных лодок, которые практически не издают никакого шума и других объектов. Наиболее заметным примером использования суперкомпьютеров в военной сфере является программа СОИ (стратегическая оборонная инициатива), объявленная правительством Соединённых Штатов в 1983-ем году. Кроме того, суперкомпьютеры Министерства энергетики Соединённых Штатов использовались для создания моделей ядерного оружия, что дало возможность не проводить реальные испытания ядерного оружия.
Ещё одной областью применения суперкомпьютеров является визуальное представление данных, которые были получены по итогам осуществления каких-либо сложных вычислений. Иногда, к примеру, при поиске решения дифференциального уравнения по методике сеток, получаются просто огромные объёмы итоговых результатов, которые в численном формате люди просто не могут обрабатывать. Тогда следует использовать графический формат отображения информационных данных.
Ещё одной сферой применения суперкомпьютеров, является проблема передачи данных по компьютерным сетям. Объём передаваемой по сетям информации непрерывно возрастает, и на решение этой комплексной проблемы сегодня направлены усилия многих специалистов и их суперкомпьютеров.
