Как появились суперкомпьютеры и зачем они нужны
Компьютерное моделирование, использующие параллельные вычислительные алгоритмы, возникло примерно в конце 40-х — начале 50-х годов XX века. Тогда компьютерная эра только начиналась: появился первый компьютер ENIAC в Америке, а также первая советская ЭВМ, которая была разработана группой академика Лебедева. Однако самые первые электронные устройства использовались очень ограниченно, в основном вычисления проводились с помощью большого количества девушек, которые с арифмометрами в руках сидели в большой комнате, напоминавшей спортзал.
Разумеется, осуществлять таким образом последовательные вычисления для решения сложных математических задач было очень тяжело. Поэтому математикам пришлось задуматься над тем, как наиболее эффективно «распараллеливать» вычислительный процесс. Все современные суперкомпьютерные системы используют распараллеленные алгоритмы. Но зародились они именно тогда, еще в начале 1950-х годов с помощью арифмометров, так как другого варианта просто не было. Вычислительная техника развивалась одновременно с вычислительными методами.
Сильным толчком к этому развитию стала в первую очередь работа над ядерными программами.
Для создания атомного оружия пришлось задействовать очень большие силы не только физиков, но и математиков-вычислителей, а также разработчиков компьютерной техники.
Первая советская электронно-вычислительная машина была создана в 1951 году школой академика Лебедева. Почти через год аналогичный — полностью электронный — компьютер знаменитого фон Неймана появился в Америке. Тут же возникла задача о последствиях распространения ядерного взрыва, которая решалась параллельно и у нас, и за океаном. Но, конечно, все исследования и разработки велись в рамках совершенно секретных программ.
Тогда же фактически начала развиваться так называемая теория разностных схем и решение дифференциальных уравнений в частных производных. А это основа уравнений математической физики, которые описывают основные физические процессы. Выдающимися исследователями в этой области стали Лакс, Вендрофф, Курант, Гельфанд, академики Белоцерковский, Годунов, Самарский, Дородницын, Яненко. Все эти люди параллельно развивали вычислительную технику и вычислительные методы. Именно тогда появились знаменитые схемы Лакса, Лакса — Вендроффа, метод Годунова, который до сих пор не потерял актуальность, хотя прошло уже более 60 лет. Белоцерковский стал первым ученым, который смог численно решить задачу об обтекании спускаемого в атмосфере Земли аппарата. Кроме того, был создан знаменитый метод Белоцерковского — Дородницына, который используется и сейчас. Тогда же были предложены схемы академика Самарского, по которым сейчас решаются многие математически сложные задачи.
Конечно, наличие всех этих и подобных им задач стимулировало развитие вычислительной техники. И в Советском Союзе она развивалась очень неплохо. Примерно до середины 1960-х годов мы шли параллельно с американцами. Но потом некоторые не совсем профессиональные решения на самых верхах государства привели к тому, что развитие нашей электронной техники и ее финансирование стали сокращаться, а был взят курс на закупку американской вычислительной техники.
Это стало очень большой ошибкой.
Современные суперкомпьютеры — это очень мощные вычислительные системы. Скорость их работы уже достигает десяти и более петафлопс. Хотя буквально 3-5 лет назад речь шла о терафлопсах (1 петафлопс = 10 15 операций в секунду, 1 терафлопс = 10 12 операций в секунду. – Forbes). Сейчас уже идет речь о создании первого экзафлопсного (10 18 операций в секунду) компьютера.
Мощность вычислительной техники в наши дни увеличивается с поразительной скоростью. Правда, физики тоже не отстают и ставят задачи соответствующей сложности. Последнее десятилетие дало удивительный скачок в решении сложнейших задач.
Основное применение вычислительных систем — это моделирование разнообразных физических явлений и процессов. Это нелинейные трехмерные динамические задачи, решать которые стало возможно буквально в последние десятилетия. Это задачи вычислительной аэродинамики (обтекания потоком воздуха самолетов и спускаемых в атмосфере планет аппаратов), гидродинамики (обтекание кораблей, подводных лодок, других плавающих объектов), магнитной гидродинамики, физики плазмы, звезд, сейсморазведки полезных ископаемых и др. С этими задачами связаны такие области информатики, как 3D-компьютерная графика, без которой невозможен анализ результатов расчетов, сетевые технологии, оптимизация программ, интегрирование больших программных комплексов, создание параллельных алгоритмов и распределенные системы.
Специалист в нашей области должен быть прекрасным программистом, знать практически всю информатику, также он должен быть отличным математиком, знать численные методы и предметную область, в которой он работает. Сейчас наши суперкомпьютеры также позволяют решать такие задачи, о которых раньше тяжело было говорить, например климатические, в частности, задачи о движении воздушных масс в атмосфере Земли, океанических течений, взаимодействия океана и атмосферы, образования цунами, действия землетрясений и других природных явлений.
Новости технологий, видео обзоры, цены
Компьютерные новости: статьи и инструкции с видео про мобильные телефоны, планшеты, аксессуары и гаджеты.
Суперкомпьютер
Суперкомпьютер это высокоскоростной компьютер, ориентированный на обработку информации. Суперкомпьютеры также называют «высокопроизводительными компьютерами» за их способность спрессовывать данные, измеряемые в гигафлопах, что означает миллиард операций с плавающей точкой в секунду. Какова цель суперкомпьютера? Современные суперкомпьютеры используются для решения сложных вычислительных задач, произведения миллиардов вычислений в секунду и воспроизведения условий сложных коммерческих исследовательских и военных экспериментов.
Информация о суперкомпьютере:
Суперкомпьютеры с их скоростными центральными процессорами (CPU) разработаны для вычислений и решения многих других вычислительных задач гораздо быстрее, чем на это способны стандартные мощные ПК. Они используют высокоуровневый параллелизм для увеличения скорости выполнения операций. Ранее суперкомпьютеры были предназначены для исследования и разработки различных видов оружия, в целях обеспечения государственной безопасности, а также в различных теоретических проектах. Последние достижения в мощности, характеристике и производительности показывают насколько эффективно они были обородуваны новой техникой и способны справляться со сложной массовой отраслью производства и соответствовать требованиям потребителей.
Чрезвычайно высокая скорость обработки данных.
Суперкомпьютеры позиционируются как самые быстрые компьютеры из всех существующих. Последнее поколение суперкомпьютеров способно делать миллион миллиардов вычислений в секунду или 1 Петафлоп (Petaflop). Подобные силовые и технические возможности побуждают научные, правительственные и исследовательские организации создавать и развивать чрезвычайно сложные научные, инженерные и коммерческие области, а также производить математические вычисления, требующие переработки большого количества данных, проводить эксперименты, воссоздающие условия физической реальности и решать сложные технические задачи.
Сколько Флопов у суперкомпьютера? Глядя по состоянию, на последние годы, существуют суперкомпьютеры, которые могут выполнять до ста квадриллионов Флопс (flops — это единица измерения производительности компьютеров).
Распространённая сфера применения суперкомпьютеров.
В основном суперкомпьютеры использовались военными и разведывательскими службами, университетами и независимыми исследовательскими центрами, а также элитными инженерными корпорациями. Теперь новое поколение более дешёвых суперкомпьютеров находят свою нишу среди частных секторов и сфер деловой активности. Эти высокопроизводительные суперкомпьютеры предлагают гарантированную мощность и утончённые технические возможности без особых затрат и сложной системы как в предыдущих версиях. Они используются в таких сферах как вычислительная гидродинамика, электронный дизайн, нефтегазопоисковых работах, долгосрочных прогнозах погоды, исследованиях ядерной энергии, метеорологии и структурном анализе.
Исследовательские потребности университетов в суперкомпьютерах.
Главные университеты Америки и других стран с большой долей инвестиций имеют большие исследовательские центры и все необходимые условия для проведения основных исследований и воплощения инновационных программ, спонсируемых государством. Исследователям, учёным и инженрам приходится спрессовывать и обрабатывать миллионы индивидуальной информации и проводить различные высокопроизводительные эксперименты.
В подобных университетах, суперкомпьютеры приходят на смену обычным ПК и таким образом лабораториям и техническому персоналу приходится выполнять поставленные задачи за меньшее количество времени и проводить более сложный анализ больших структур и совокупностей данных.
Главные поставщики суперкомпьютеров или кто продает суперкомпьютеры на рынке.
Такие технические гиганты как IBM и Hewlett-Packard (HP) два основных поставщика различных систем суперкомпьютеров, подходящие под нужды частных секторов и отраслей деловой активности. Суперкомпьютер IBM версии Blue Gene, воплощает собой прорыв в науке, аналитике и эффективности использования данных. Конфигурация суперкомпьютера IBM Roadrunner позволяет успешно функционировать в современную эпоху Интернета и облачной обработки данных и обеспечивает увеличенную и значительную компьютерную мощность для массовых областей. Суперкомпьютеры HP Unified Cluster Portfolio используются Министерством обороны США (DoD), а также гражданскими и оборонными агентствами.
13 комментариев:
Интересная тема! Кстати компьютерный мир в областях машинного обучения и нейронных сетей дополнился новостью, что сервис облачных вычислений Microsoft Azure Cloud станет использовать технологии искусственного интеллекта и что возможно Azure будет первым облачным суперкомпьютером с искусственным интеллектом.
Прикольно! Посоветуйте чайнику как собрать суперкомпьютер своими руками в домашних условиях и с ограниченным бюджетом
Знаете, если говорить про суперкомпьютеры и их применение в жизни, то однозначно супер быстрый компьютер может ускорить путь воплощения от бизнес-идеи к реальному проекту. Мне кажется с новым суперкомпьютером инновационные компании могли бы значительно сократить время, необходимое, чтобы представлять продукты и услуги на рынок.
Сферы применение суперкомпьютера могут включать в себя такие как, решения сложных генетических вычислений, помощь в создании эффективных технических устройств или в оптимизации конструкции зданий разрабатываемых инженерами.
Еще высокая производительность суперкомпьютера и его аналитика данных может помочь предприятиям сократить затраты на разработку продукции и услуг из целого ряда научных секторов. Что реально облегчает расчеты!
Доступ к суперкомпьютеру эквивалентному тысячам настольных компьютеров — это тренд будущего бизнеса в мире.
Привет! Конечно интересная перспектива иметь возможность использовать суперкомпьютер стоимостью около миллиона долларов для решения своих исследовательских, проектных задач. Ведь с помощью суперкомпьютера облегчаются расчеты, которые были бы невозможны, или проходили бы намного медленнее, если бы их осуществлять на обычных настольных компьютерах. Простые вычислительные машины дали бы пользователю конкретные результаты в лучшем случае через несколько часов, дней. а возможно и через несколько недель или даже месяцев. Да польза в скорости есть, вот только сколько стоит аренда суперкомпьютера, будет ли она рентабельна для стартапа или бизнесмена, тут еще нужно изучать предложения рынка суперкомпьютеров.
Здраствуйте! Расскажите пожалста подробно, какие существуют различия и виды суперкомпьютеров.
Добрый день,
Суперкомпьютер на самом деле это любая собранная компьютерная система, чтобы решить конкретную проблему за гораздо меньшее время, или обрабатывать гораздо больше данных, чем другие доступные компьютеры. При слове «больше» я имею в виду, по крайней мере в 10 или вероятно в 100 раз больше за секунду или быстрее. С точки зрения архитектуры компьютера, суперкомпьютеры всегда сосредоточены на арифметических вычислениях с плавающей точкой, так как это наиболее трудно выполнить и сделать быстро. Архитектура суперкомпьютера на сегодняшний день имеется трех видов. Один из них, векторный суперкомпьютер, такой вид когда-то производили компании Hitachi, Fujitsu, Cray, NEC и, CDC. Второй вид суперкомпьютера представляет собой кластер из x86 материнских плат на два сокета (гнезда) с двумя процессорами, все оборудование складывается в стойках и устанавливается рядам за рядом из таких стоек. Все они соединяются друг с другом кабелями либо по технологии Infiniband или Ethernet. Третьим видом суперкомпьютрера, является разновидностью кластера, где материнские платы имеют добавку GPU (графических процессоров), таких как Nvidia или Intel Xeon Phi.
Кстати для высокопроизводительных систем существуют серверные платы с четырьмя сокетами, только по моему скромному мнению, для обычного пользователя, альтернативой второго варианта под мощный компьютер может быть применение очень быстрых SSD накопителей поставленных в массив RAID0 (ну это когда накопители работают как единое целое, от чего удваиваться все показатели скорости). В принципе тогда можно позабыть о двухпроцессорной системе компьютера и собрать свой суперэвм за меньшие деньги.
Для старта четче понимать задачу и все может быть просто рассчитано. Так оценка прироста производительности кластера для рендеринга зависит числа узлов в кластере и конечно от оснащения компьютеров. Что зависит от вашего бюджета и поставщика компьютерных частей. Ну, а для самого рендеринга сцен можно использовать простой в использовании пакет программного обеспечения Virtual Vertex Muster (он поддерживает работу с Maya, Softimage, 3dMax, LightWave и еще Adobe After Effects). Порой опытные результаты могут показывать, что работа сетевого рендеринга по большей части зависит не от аппаратной начинки компьютеров-клиентов, а от их количества. Это может стать решением задачи по сокращению времени рендеринга.
Расскажите про принцип его работы.
Есть разные варианты для интересной работы суперкомпьютера. Если позволяет бюджет, можно попробовать собрать децентрализованный суперкомпьютер с помощью модной технологии Blockchain. Например, пользовательские IoT-устройства из интернета вещей могут быть подключены для функционирования суперкомпьютера.
Любопытно, проходит ли ежегодная выставка суперкомпьютеров, если да то где? Я бы посетил такое событие.
Познавательно. Интерфейсы мозг-компьютер не новы, но все же развиваются быстрее, чем разговоры о них. Тем не менее хотелось бы получить новую порцию компьютерных новостей на эту тематику.
Привет! Я понимаю что у самых мощных суперкомпьютеров огромные вычислительные возможности. Скажите, для суперкомпьютера важен микропроцессор с низким энергопотреблением или есть что то более важное?
Что такое суперкомпьютеры и для чего они используются?
Китай продолжает удерживать пальму лидерства в рейтинге самых мощных суперкомпьютеров мира: с производительностью в 93 петафлопс/сек (квадриллионы калькуляций в секунду) суперкомпьютер Sunway TaihuLight сменил лидера рейтинга Tianhe-2 – другой китайский суперкомпьютер, который занимал первое место в последних шести рейтингах TOP500 .
Но есть кое-что еще. Этот монстр-суперкомпьютер является не только самым мощным, но также и первым суперкомпьютером, который полностью «Сделан в Китае». Предыдущий номер 1 (Tianhe-2) использовал сделанные в США чипы Intel, но TaihuLight был разработан и произведен после того, как Министерство торговли США запретило продажу этих чипов в китайские лаборатории.
Кроме того, впервые в рейтинге присутствует больше китайских суперкомпьютеров, чем американских : 167 против 165. При этом, по данным opennet.ru , распределение по количеству суперкомпьютеров в мире выглядит следующим образом:
Распределение по операционным системам, используемым на суперкомпьютерах (в скобках указано изменение по сравнению с прошлой редакцией рейтинга):
- Linux — 497 (+3), 99.4%
- Unix — 3 (-3), 0.6%
- Смешанные — 0 (0), 0%
- Windows — 0 (0), 0%
- BSD — 0 (0), 0%
Из Linuх-систем 66.8% не детализируют дистрибутив, 12.2% используют CentOS, 8.4% — Cray Linux, 5% — SUSE, 2.6% — RHEL, 0.6% — Scientific Linux, 0.4% — Ubuntu Kylin.
- Минимальный порог пиковой производительности для вхождения в Top500 вырос за полгода с 204.3 до 285.9 терафлопсов, а для Top100 — с 917 до 958.7 терафлопсов. Система, замыкающая нынешний рейтинг, в прошлом выпуске находилась на 350-ом месте;
- Суммарная производительность всех систем в рейтинге за полгода возросла с 420 до 566.7 петафлопсов (три года назад было 223 петафлопса). В настоящее время 94 кластера демонстрирует производительность более петафлопcа (в прошлом рейтинге — 81);
- Общее распределение по количеству суперкомпьютеров в разных частях света выглядит следующим образом: 217 суперкомпьютера находится в Азии (174 в предыдущем списке), 170 в Америке (212 в предыдущем списке) и 105 в Европе (ранее 10;
- В качестве процессорной основы лидируют CPU Intel — 91% (было 89%), на втором месте — IBM Power — 4.6% (было 5.2%), на третьем — AMD — 2.6% (было 4.2%);
- 30.4% (23%) всех используемых процессоров имеют 12 ядер, 12.4% (30.4%) — 8 ядер, 15% (16.2%) — десять, 13.2% (14.2%) — шесть, 10% (8.6%) — 16 ядер. Двух- и одноядерные системы не входят в рейтинг;
- 93 из 500 систем (в прошлом рейтинге — 104) дополнительно используют ускорители или сопроцессоры, при этом в 67 системах задействованы чипы NVIDIA (было 68), в 26 — Intel Xeon Phi (было 29), в 3 — GPU AMD (было 3), в 3 используются гибридные решения (было 4);
- Среди производителей кластеров на первом месте компания Hewlett-Packard 25.4% (31%), на втором месте — Lenovo 16.8% (5%), на третьем месте — Cray 12% (13.8%), на четвёртом — Sugon 10.2% (9.8%), на пятом — IBM 7.6% (9%), на шестом — SGI 5.2% (6.2%).
Как видно из приведенной статистики, в последнюю редакцию Top500 вошло 7 российских суперкомпьютеров, как и в предыдущей редакции рейтинга. При этом самый мощный отечественный кластер Lomonosov2 опустился с 36 на 41 место, его предшественник Lomonosov – с 96 на 108 место. Третий по производительности российский кластер Tornado опустился с 131 на 158 место.
Суперкомпьютеры используются для выполнения сложных калькуляций, таких как исследование климата, расчеты морских течений или сложные вычисления для тех или иных производств. Вот некоторые из направлений работы для Sunway TaihuLight .
Номер 106 место в последнем рейтинге Top 500 занимает самый мощный суперкомпьютер Испании : MareNostrum расположен в Барселоне и имеет производительность 1,01 петафлопс/сек. Для достижения такой производительности в нем вместе работают свыше 50 000 процессоров – именно это делает суперкомпьютеры такими мощными : их процессоры способны работать вместе и суммировать их возможности.
Хотя Закон Мура гласит, что количество транзисторов в интегральных схемах удваивается примерно каждые два года, скорость чипов возрастает и улучшает координированную работу этих процессоров. Эти факторы позволили внедрять такие мощные суперкомпьютеры.
Со временем вчерашние суперкомпьютеры становятся сегодняшними компьютерами. Например, самый мощный суперкомпьютер в 1993 году эквивалентен iPad 4 . Скоро мы достигнем следующего рубикона: экзафлопсы , т.е. миллиард миллиардов калькуляций в секунду (один экзафлопс – это тысяча петафлопсов или квинтиллион, 1018 операций с плавающей точкой в секунду).
Суперкомпьютеры также используются для выполнения сложных калькуляций, таких как исследование климата, расчеты морских течений или сложные вычисления для тех или иных производств. Вот некоторые из направлений работы для Sunway TaihuLight .
MareNostrum имеет аналогичные задачи. Благодаря этому суперкомпьютеру свыше 400 исследователей работают над изучением генома, прогнозированием изменений климата, реконструкцией вулканических извержений за последние 39000 лет и даже имитацией работы сердца.
Самый умный. Что такое суперкомпьютер и чем он полезен людям
Компьютеры отнимают рабочие места у людей, а их, в свою очередь, теснят суперкомпьютеры. Эти машины способны решать такие задачи, которые не под силу даже великим шахматистам. Вместе с Алексеем Антоновым, сооснователем блокчейн-стартапа SONM, объясняем, в чем сила суперкомпьютеров.
Наука и развлечения. Где работают суперкомпьютеры
Обычно суперкомпьютеры применяют там, где обычный компьютер будет кряхтеть, но не справится. Суперкомпьютеры решают сложные математические задачи: делают расчеты аэродинамических процессов (обтекание потоками воздуха самолетов), вычисляют траектории движения космических объектов, их применяют для химического моделирования и проведения ядерных исследований.
Сферы использования расширяются. Эти системы применяются и при работе с «тяжелыми» изображениями. Компания Digital Globe с помощью суперкомпьютера сократила время обработки и анализа спутниковых снимков Земли в высоком разрешении. Раньше это было несколько месяцев, теперь – недели. Еще пример: работа с 3D-графикой.
В 2013 году фильм «Жизнь Пи» получил 4 премии «Оскар», в том числе за лучшие визуальные эффекты, а их создавали при помощи суперкомпьютера.
На съемках художники использовали суперкомпьютер, чтобы быстро оценить, как будут выглядеть в кадре нарисованные декорации и герои.
Большинство суперкомпьютеров «универсальные», однако есть вычислительные системы, которые создаются для решения конкретной задачи. «Узконаправленные» машины – Deep Blue и Watson от компании IBM. Deep Blue — это шахматный суперкомпьютер, который выиграл матч из 6 партий у чемпиона мира по шахматам Гарри Каспарова. Watson же изначально создавался для игры в Jeopardy! (прототип «Своей игры») и учился быстро обрабатывать вопросы, задаваемые на естественном языке.
Больше данных — больше суперкомпьютеров
Суперкомпьютер — тип вычислительной системы, который техническим параметрам и скорости вычислений значительно превосходит существующие в мире «обычные» компьютеры. Как правило, суперкомпьютеры – это большое количество высокопроизводительных серверов, объединенных в одну локальную сеть.
Объем данных, генерируемых человечеством, за последние полвека значительно возрос. По оценкам специалистов, к 2025 году мы сгенерируем более 163 зеттабайт. Для сравнения, пять лет назад эта цифра равнялась примерно 4 зеттабайтам.
Данные поступают с разнообразных датчиков (например, метеозондов), спутников (фотографии Земли), даже генерируются в реальном времени, к примеру, при проведении различных технологических испытаний (оценка обтекаемости корпусов судов) и др. Для обработки таких объемов данных необходимы большие вычислительные мощности. Поэтому люди придумали суперкомпьютеры.
На сегодняшний день самый мощный суперкомпьютер в мире — китайский Sunway TaihuLight. Фото: EAST NEWS
Хочешь увеличить мощность? Подключись к «Центру»!
Централизованные суперкомпьютеры называются так потому, что все пользователи подключаются к единому вычислительному центру с помощью устройств, не обладающих значительными вычислительными возможностями. Подобная модель называется облачной. Сами суперкомпьютеры состоят из большого количества серверов, объединенных в сеть, и размещаются в отдельно стоящих центрах обработки данных (ЦОД), в которых они занимают целые машинные залы.
Возможность работать с такими вычислительными системами предоставляет, к примеру, компания Amazon. Одно из подразделений организации занимается разработкой облачных решений, позволяющих арендовать огромные вычислительные мощности и не покупать собственное дорогостоящее «железо». Этой услугой пользуется, в частности, факультет информатики Калифорнийского университета в Сан-Франциско.
Ученые университета используют суперкомпьютер для прогнозирования функциональных участков в протеинах в рамках биомолекулярных исследований. Они подключаются к суперкомпьютеру, расположенному в дата-центре Amazon, и выполняют расчеты с его помощью. Аналогичные вычисления на обычных компьютерах занимают несколько недель, в то время как на суперкомпьютере — меньше суток.
Однако централизованный подход к вычислениям имеет свои недостатки, которые с ростом объемов информации становятся все более явными. Одна из главных проблем — удаленность источника данных от дата-центра, ответственного за аналитику.
Чем дальше ЦОД, тем дольше происходит передача данных и инструкций от источника до суперкомпьютера и обратно. Задержка составляет всего несколько миллисекунд и, на первый взгляд, незначительна, однако она создает определенные неудобства. Если нужно обрабатывать большие объемы данных, поступающих в реальном времени, даже маленькие задержки могут привести к тому, что обработанная информация потеряет свою актуальность.
Другая проблема — централизованные суперкомпьютеры имеют единую точку отказа. В этом случае сбой одного компонента способен вывести из строя сразу несколько систем. То есть в случае неисправности (до её устранения) получить доступ к мощностям суперкомпьютера не сможет никто.
Будущее за новым распределением мощностей и ресурсов
Решить эти проблемы может не только более быстрое, надежное или мощное «железо», но и децентрализованные вычисления. Децентрализованные системы не имеют в своем составе устройств, которые бы управляли работой других компьютеров. Все участники такой сети равноправны.
Благодаря блокчейну появилась возможность создать смарт-контракты — компьютерные алгоритмы, предназначенные для заключения автоматически исполняемых договоров. С помощью этих договоров участники сети могут сдавать друг другу в аренду неиспользуемые вычислительные ресурсы — как персональных компьютеров, так и серверов в дата-центрах — напрямую и без посредников.
Такая концепция называется «туманные вычисления», поскольку «спускает облачные вычисления на землю», то есть ближе к пользователям. Она позволяет решить проблему удаленности дата-центра и задержек при передаче данных. Исследователи могут арендовать вычислительную систему (или системы), которые расположены в непосредственной близости от них, поэтому данные будут обрабатываться быстрее, чем в случае с одним крупным ЦОД.
Другое достоинство — исчезает единая точка отказа. Даже если из строя выйдут десятки компьютеров, благодаря блокчейну информация сохранится на машинах других участников сети.
Примером подобного проекта может служить платформа на Ethereum-блокчейне Golem, пользователи которой сдают в аренду вычислительные мощности и получают за это плату в криптовалюте; разработчики называют Golem «Airbnb для компьютеров». И «арендодателями» в этом случае могут выступать как обычные пользователи (сдавая неиспользуемые мощности игрового ПК), так и целые компании (у которых есть незадействованные сервера).
Еще один пример подобной платформы — проект SONM. Он также построен на Ethereum-блокчейне и является децентрализованным суперкомпьютером для туманных вычислений. Он позволяет подключить к сети не только компьютеры, но и телефоны, умные холодильники, любые устройства, способные выполнять вычислительные операции. Владельцы этих устройств также получают деньги за предоставление гаджетов в пользование.
Например, такой децентрализованный суперкомпьютер подойдет для рендеринга изображений и компьютерной анимации. Аниматор может арендовать мощности ближайших вычислительных устройств, подключенных к сети, что дает ему возможность решить задачу быстрее, чем в случае с удаленным ЦОД. Срок аренды может быть практически любым, например, несколько часов. Децентрализованные суперкомпьютеры будут доступны для всех.
При этом подобные распределенные системы отличаются от классических централизованных суперкомпьютеров тем, что подходят не только для работы со сложными научными проектами, машинным обучением, рендерингом видео, но и для более «приземленных» задач, таких как хостинг сайтов или игровых серверов.
Причина та же — увеличение скорости работы и повышение надежности. В случае с сайтами, децентрализованные суперкомпьютеры ускоряют загрузку страниц, помогают убрать буферизацию при просмотре видео. Децентрализованные системы могут стать универсальным инструментом для решения задач любой сложности — от научных исследований до хостинга — и радикально изменить сложившиеся представления о суперкомпьютерах.
Суперкомпьютер. История и хронология развития
Суперкомпьютером в современном мире принято называть специализированные вычислительные машины, которые по своим техническим параметрам и достигаемой скорости вычисления превосходят большинство существующих на рынке ЭВМ.
(Аналоговая-Вычислительная-Машина-МН-10. Автор: Snatl)
Согласно первой версии, почти век назад, в 20-х годах ХХ века, популярная газета New York World рассказала своим читателям о табуляторе* IBM. Он был создан по заказу Колумбийского университета и занимался «супервычислениями».
* Табулятор — электромеханическая машина, предназначенная для автоматической обработки числовой и буквенной информации, записанной на перфокартах.
(Ранняя машина табулирования IBM. Автор: Stahlkocher)
Оказывается, что еще во время Второй Мировой Войны англичане смогли с помощью мощной на тот момент ЭВМ с быстродействием 25 тыс. символов в минуту взломать немецкие военные шифры.
А сразу после завершения военных действий в США отметили появление первого электронного вычислителя. Он назывался ENIAC, применялся для расчета таблиц стрельбы и был огромен: его вес составлял более 27 тонн.
(Первая перфокарта Германа Холлерита для механических вычислительных машин, датированная 1895 годом)
По второй версии термин «суперкомпьютер» появился в начале 60-х годов прошлого века. Именно тогда специалисты Иллинойского университета реализовали идею параллельной вычислительной системы. Проекту дали название SOLOMON.
Руководил этими исследованиями доктор Даниэль Слотник, а под его руководством работали такие известные изобретатели, как Джордж Майкл и Сидней Фернбачу. Нам сложно это представить, но этого момента компьютер мог выполнять только одну операцию, а вот после внедрения новинки стал в состоянии выполнять несколько задач одновременно. Это положительно влияло на его производительность.
(И стандартная перфокарта, использовавшаяся в электронно-вычислительных машинах — ЭВМ 2-й половины XX века)
Хронология развития суперкомпьютера
Дальнейшая хронология событий выглядит следующим образом:
- 1965 год: Была выпущена первая ЭВМ, работающая на принципе параллельной вычислительной системы. Ее название – ILLIAC IV, производитель – компания Burroughs, заказчик – NASA. Отличительной чертой этого компьютера была высокая производительность – он выполнял 150 млн. операций с плавающей точкой в секунду (150 мегафлопсов).
- 1974 год: Американец Сеймур Крей изобрел малогабаритную супер-ЭВМ под названием CRAY-1 производительностью 180 мегафлопсов. Она получила широкое распространение в проектах, финансируемых правительством, а также в промышленности.
- 1985 год: Корпорация Fujitsu и компания NEC выпустили суперкомпьютеры, преодолевшие рубеж в миллион операций в секунду. FACOM VP-400 от Fujitsu работал со скоростью 1,14 гигафлопса в секунду, а NEC SX-2 – 1,13 гигафлопса.
- 1990 год: Компания Intel разработала ЭВМ Intel iPSC/860. В нем было 128 процессов, а суммарная производительность превышала 2,6 гигафлопса.
- 1996 год: Компания IBM применила при производстве компьютера кластерную систему, при которой несколько компьютеров оказались объединенными в единую систему. Его производительность достигала 3 терафлопсов.
- Март 2002 года: Рейтинг всех суперкомпьютеров возглавил компьютер с производительностью 35,86 терафлопса. Он использовался в работе программы Earth Simulator, которая мониторила изменения климата и прогнозировала его изменения.
- Июнь 2008 года: IBM представляет Roadrunner. Его максимальная производительность – 1,105 петафлопса.
(Суперкомпьютер «Christofari». Автор: SberCloud)
Сегодня суперкомпьютеры обладают высокой, порой поражающей воображение вычислительной мощностью. Они в состоянии решить сверхсложные задачи – например, прогнозировать улучшение или ухудшение погоды, а также моделирование ядерных испытаний.
(Суперкомпьютер «Ломоносов». Первый гибридный суперкомпьютер в России, установлен в НИВЦ МГУ. Автор: Надир)
Суперкомпьютер в культуре
(Искусственный интеллект СкайНет из КибердайнСистемс, фильм «Терминатор»)
За всю историю существования понятия «суперкомпьютер», его возможности искусственного интеллекта будоражили воображение творческих людей, в результате чего было создано огромное количество, прежде всего, художественных фильмов фантастической направленности:
- 1968 год: в прокат вышел фильм «2001 год: Космическая одиссея». Он считается величайшим научно-фантастических фильмом даже в настоящее время. Повествует о конфликте искусственного и естественного разумов.
- 2008 год: Фильм «Железный человек». В главной роли – Роберт Дауни- младший. Снят по мотивам одноименным комиксов.
- В этом же году на суд зрителей вышел фильм «На крючке» (орлиный глаз). В том фильме суперкомпьютер решил, что деятельность правительства вредна для страны, и начал действовать самостоятельно.
- 2012 год: Еще одни герои комиксов оказались экранизированы – на этот раз речь идет о «Мстителях». Супергерои, обладающие разными суперспособностями, по очереди спасаются нашу планету от неминуемой гибели.
- 2013 год: «Тихоокеанский рубеж» с Гильермо дель Торо в главной роли. Фильм повествует и гигантских роботах, которые пилотируют военные.
- 2014 год: Выходит еще один фильм на ту же тему под названием «Новый человек-паук: высокое напряжение».
(Суперкомпьютер IBM)
Ну и, конечно, главные фильмы про искусственный интеллект, вышедший из под контроля – это трилогия «Матрица» и все части «Терминатора». Идея того, как суперкомпьютер собирается уничтожить все человечество, вызывает повышенный интерес, но и быть может за этим есть повод задуматься.
Супер-ЭВМ: назначение и возможности. Обзор суперкомпьютеров
Суперкомпьютером называют такую ЭВМ, которая по производительности и другим техническим характеристикам намного превосходит другие, существующие в данный момент. В состав такой ЭВМ входит несколько процессоров. Еще одной отличительной характеристикой таких вычислительных устройств является использование векторной арифметики, то есть они могут выполнять арифметические действия одновременно над несколькими парами чисел. Например, типичный суперкомпьютер может одновременно рассчитывать заработную плату нескольких работников, тогда как обычный компьютер за то же время посчитает зарплату только одного сотрудника.
История супер-ЭВМ: появление суперкомпьютеров в 1960-х гг.
Вам будет интересно: Как узнать чипсет материнской платы: все возможные способы
Первый суперкомпьютер был создан в компании Control Data Corporation (CDC) под руководством Сеймура Крея. Одним из первых разработанных в данной фирме компьютеров был Cray CDC 1604. В нем были заменены вакуумные электронные лампы транзисторами, он быстро завоевал популярность в научных лабораториях. Позже компания CDC разработала супер-ЭВМ CDC 7600 и начала работы над CDC 8600. В 1964 г. самым быстрым компьютером на Земле стал Stretch, который мог выполнять три миллиона операций с плавающей запятой в секунду (FLOPS).
Вам будет интересно: Разгон FX — 8320E. Общий алгоритм реализации
Одним из преимуществ ЭВМ, разработанных под руководством Сеймура Крея, была плотная упаковка электронных компонентов, благодаря чему увеличивалась производительность компьютеров. Все компьютеры Сеймура Крея были оптимизированы для требовательных научных приложений, например, решения дифференциальных уравнений, матричных вычислений, сейсмического анализа, линейного программирования и других подобных задач.
Суперкомпьютеры Cray в 1970-х гг.
Сеймур Крэй ушел из компании CDC и в 1972 г. основал компанию Cray Research, Inc. В 1975 г. компания Cray Research выпустила компьютер Cray-1, который относится к 4 поколению ЭВМ. Всего продано более 80 таких машин, что для того времени было большим успехом. Cray-1 являлся одним из первых компьютеров, на котором выполнение трудоемких операций могло происходить сразу на нескольких процессорных устройствах, и таким образом был одним из первых «многопроцессорных» устройств.
Одним из пионеров многопроцессорных вычислений был Cray X-MP, представленный в 1982 г., который связал два компьютера Cray-1. Он также был первым ЭВМ, реализующим векторные вычисления.
Кроме этого, в 1970-х гг. появились первые 32-битные супер-мини-ЭВМ.
Развитие суперкомпьютеров в 1980-х гг.
В 1985 г. компания Cray Research представила четырехъядерный компьютер Cray-2. Он стал первым вычислительным устройством, производительность которого превысила один миллиард FLOPS.
Вам будет интересно: МФУ Xerox WorkCentre 3025BI: отзывы владельцев, описание и характеристики
В 1983 г. Даниэль Хиллис, аспирант Массачусетского технологического института, придумал, как можно повысить производительность многопроцессорных систем, относящихся к 4 поколению ЭВМ. И в том же году он стал соучредителем компании Thinking Machines Corporation. В 1985 г. данная компания разработала свой первый компьютер CM-1. Он использовал 65 536 недорогих однобитовых процессоров, которые были сгруппированы по 16 шт. на одном чипе. Производительность компьютера CM-1 в некоторых операциях достигала нескольких миллиардов FLOPS и была сопоставима с самым быстрым на тот момент суперкомпьютером Cray.
Дальнейшее развитие суперкомпьютеров в 1990-х — начале 2000-х гг.
Важными заказчиками супер-ЭВМ были военные. После подписания Соединенными Штатами Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний в 1996 г. возникла необходимость в альтернативной программе сертификации ядерных боеголовок. Поэтому Департамент энергетики США выделил деньги на новую программу развития суперкомпьютеров, целью которой стала разработка к 2004 г. компьютера, способного имитировать ядерные испытания. Эта ЭВМ должна иметь производительность более 100 триллионов FLOPS, а самым быстрым из существующих компьютеров в то время был Cray T3E, с производительностью до 150 миллиардов FLOPS. Суперкомпьютер ASCI Red, построенный в Национальных лабораториях Sandia в Альбукерке, совместно с корпорацией Intel, первым достиг 1 TFLOPS. В нем было задействовано 9 072 стандартных процессоров Pentium Pro.
Японский суперкомпьютер
В то время как в Соединенных Штатах преобладал многопроцессорный подход, в Японии корпорация NEC вернулась к более старому подходу — к индивидуальному проектированию компьютерного чипа. Сделанный этой корпорацией, компьютер Earth Simulator занял первое место в списке самых производительных ЭВМ в 2002 г.
Современные ЭВМ
В 2004 г. самым быстрым суперкомпьютером стал Blue Gene/L, выпущенный компанией IBM. Его производительность была примерно равна 36 TFLOPS. После двух удвоений в количестве процессоров Blue Gene/L, установленный в 2005 г. в Sandia National Laboratories в Ливерморе, Калифорния, стал первой машиной, преодолевшей барьер производительности в 100 TFLOPS.
Первый компьютер, производительность которого превысила 1000 TFLOPS или 1 петафлоп, был построен IBM в 2008 г.
Применение суперкомпьютеров
Супер-ЭВМ применяются в научной сфере для выполнения трудоемких вычислений и обработки большого количества информации в реальном времени. Кроме этого, прогресс в области вычислительной техники позволил ученым использовать точные модели происходящих процессов, вместо упрощенных, использовавшихся ранее.
В математике при помощи суперкомпьютеров решаются задачи криптографии и статистики. В физике они помогают понять процессы, происходящие внутри атома. Биологам супер-ЭВМ помогают расшифровать ДНК. Также они незаменимы при составлении прогноза погоды, исследовании изменений климата Земли и поиске залежей нефти и газа. Также суперкомпьютеры используются для выполнения военных расчетов, связанных с ядерным оружием.
Использование мощных вычислительных машин позволило осуществить ряд прорывов в таких областях, как метеорология, глобальный климатический анализ, создание новых медицинских препаратов и аэрокосмическая техника.
Обзор суперкомпьютеров
При разговоре о сверхмощных ЭВМ часто возникает вопрос: «Какой компьютер самый быстрый?» Ответ на этот вопрос может дать рейтинг 10-ти наиболее мощных суперкомпьютеров. В данном рейтинге представлены самые новые компьютеры.
Заключение
Развитие супер-ЭВМ оказало большое влияние на многие области науки и промышленности. На данный момент самым большим препятствием, затрудняющим раскрытие всего вычислительного потенциала таких устройств, являются трудности с написанием программ, которые могли бы одновременно загрузить все имеющиеся у суперкомпьютера процессоры на полную мощность. Это происходит, потому что написать программу, которая бы эффективно разбивала вычислительную задачу на несколько потоков, намного сложнее, чем ту, которая будет выполняться последовательно на одном процессоре. Да и не каждая задача поддается такому распараллеливанию. Вот и все, что нужно знать о супер-ЭВМ, назначении, возможностях и принципах построения этих компьютеров.
Суперкомпьютеры: что это такое и зачем они нужны лично вам?
Физик, младший научный сотрудник Российского квантового центра, специалист в области квантовой оптики и теории информации Алексей Фёдоров объясняет, как устроены суперкомпьютеры и какая от них нам всем польза.
Впрочем, количество данных, которые генерирует общество в процессе жизнедеятельности, растёт настолько быстро, что, кажется, скоро суперкомпьютеры вскоре будут ещё более востребованы для частных компаний, строящихся и развивающихся с использованием таких инструментов, как BigData. Ведь очевидно: если данных очень много и обработать их нужно очень быстро, то нужны соответствующие мощности. Многие эксперты утверждают, что именно такие технологии, как BigData и машинное обучение, обеспечат развитым странам новый скачок экономического развития.
Сверхмощный вычислитель можно также построить путём использования свободных вычислительных ресурсов на компьютерах добровольцев, и такие распределённые системы применяются, например, для поиска радиосигналов внеземных цивилизаций (программа SETI) или создания базы данных белков для вычислительной биологии. Некоторые из проектов распределённых вычислений обладают не меньшей вычислительной мощностью, чем самые современные суперкомпьютеры.
Когда речь идёт о развитии информационных технологий, то нельзя не упомянуть цитату из журнала Scientific American: «Если бы авиапромышленность в последние 25 лет развивалась столь же стремительно, как промышленность средств вычислительной техники, то сейчас самолёт Boeing 767 стоил бы 500 долларов и совершал облёт земного шара за 20 минут, затрачивая при этом пять галлонов (~18,9 л) топлива. Приведённые цифры весьма точно отражают снижение стоимости, рост быстродействия и повышение экономичности ЭВМ». Как же приблизиться к этому пределу?
Кроме наращивания вычислительных мощностей или поиска новой подходящей элементной базы для компьютеров (спинтроника, фотоника или плазмоника вместо электроники), приближающих нас к пределу закона Мура, существует и другой подход. Этот подход называется квантовыми вычислениями. Мир квантовых вычислений оперирует уже не привычными нами битами информации, а кубитами или квантовыми битами. Необычные свойства квантовых систем могут быть использованы для решения задач, на которые даже у суперкомпьютеров уйдёт неимоверно много времени. Квантовый компьютер ещё не создан, но уже запускает новую технологическую волну в смежных областях, прежде всего в информационной безопасности.
