Суперкомпьютеры помогают в исследованиях природы, разработке устройств и лекарств. Что они, как они работают, какие процессоры они используют, как быстро они рассчитывают? Ответы на эти вопросы будут проиллюстрированы примерами нескольких суперкомпьютеров, в том числе четырех самых быстрых в мире и самых больших в Польше.

В 1960-х годах (это древняя эра вычислительных технологий, я описал геометрический прогресс компьютерных технологий в Дельта 5/2017 ) считались суперкомпьютерами машин Cray и CDC. Они были в 3-10 раз быстрее других компьютеров. Позже были названы все системы, способные вычислять на порядок быстрее, чем один средний компьютер. В конце двадцатого века международная группа ИТ-специалистов обязалась обновлять дважды в год подробный список 500 самых быстрых вычислительных систем в мире. Если вы примете содержание списка для их определения, то вы точно знаете, сколько суперкомпьютеров (500). Список TOP500 легко найти в Интернете.

До первых лет этого столетия было трудно представить разнообразие и конкуренцию нескольких типов процессоров. Микропроцессорная архитектура x86 корпорации Intel за последнее десятилетие получила все преимущества в области высокопроизводительных вычислений HPC ( High Performance Computing ), оставив конкурентоспособной (также американской) Power-архитектуре IBM менее 10% рынка. То же самое произошло среди бытовых машин. Например, компьютеры Apple когда-то были Motorola, а затем PowerPC, но с 2005 года они перешли на процессоры семейства x86. Только в телефонах процессоры ARM (с сокращенным словарем команд CPU) получили преимущество. Азия и Европа (несмотря на то, что последние не производят ведущих процессоров) думают о завоевании следующего десятилетия с помощью рентабельного рынка ARM ARM.

Подобное объединение произошло в базовом программном обеспечении суперкомпьютеров. Из хаоса прошлой борьбы появился победитель операционной системы Linux (потомок Unix). Windows не найдена в мире высокопроизводительных вычислений. Linux не только более логичен и надежен, но также является открытой и бесплатной системой. Микропроцессоры Intel являются надежными, быстрыми и популярными, но защищены патентами и дороги. Производство осуществляется на 75% в США, а остальные в Ирландии, Израиле и Китае, и обычно отправляются на окончательную интеграцию и тестирование в Малайзии. Преобразование песка (кремния) в переработчики выгодно, но капиталоемко. Говоря о деньгах, Intel обычно предлагает свое дорогое программное обеспечение студентам всех университетов мира. Это стоит использовать!

В старые времена суперкомпьютер имел от 4 до 8 независимых процессоров (ядер) и уникальную систему передачи данных. Он был в одном большом монолите. Современные суперкомпьютеры совершенно разные: это кластеры или очень многочисленные Вычислительные узлы размещены в стандартном измерении компьютерных шкафов, соединенных высокоскоростными соединениями. Узел имеет несколько вычислительных процессоров (1-8), и физическая необходимость оправдана в вышеупомянутой статье Delta: каждый процессор имеет много ядер, считающих одновременно (от 4 до 240). Сегодня большой суперкомпьютер имеет много миллионов вычислительных ядер, каждое из которых может выполнять несколько параллельных вычислительных потоков. Задача должна быть разделена на множество параллельных частей, лучше всего подходящих для многоуровневой иерархии калькуляторов и памяти: от кеша (до нескольких десятков МБ) и оперативной памяти (от 10 до 100 ГБ, т.е. гигабайт), до самой медленной и самые емкие фиксированные или дисковые памяти (всего несколько петабайт, ).

Скорость доступа к памяти с любого процессора очень важна, поэтому каналы связи чрезвычайно важны, поскольку являются потенциально узким узким местом вычислений. В самых популярных каналах Infiniband поток данных со скоростью 50-100 ГБ / с проходит через пучок проводов или оптоволоконный кабель.

Подключается Sunway TaihuLight, самая быстрая машина за 3 года

Компьютер имеет больше связей, чем узлов, например, в топологии многомерного тора. Данные начинают поступать в широком потоке через микросекунды после отправки команды. В самых крупных инсталляциях сеть петабайтных ссылок передается за секунду, то есть содержимое третьей по величине библиотеки в мире в Университете Торонто (54 миллиона документов). Когда мы сравним этот поток чисел ( число / с) с общей скоростью арифметических операций в суперкомпьютере (почти / s), тогда мы понимаем, что вычислительные ядра дают результаты быстрее, чем они получают данные. Искусство HPC сводится к тому, чтобы считать как можно локально, не позволяя ядрам скучать в ожидании данных из удаленной памяти. В этом помогают компиляторы, объясняющие программу на одном из языков программирования (C ++, Fortran и др.) Бинарным инструкциям в коде x86. Оптимизация еще не полностью автоматическая. Навыки программиста, определяющего структуру данных и программу, по-прежнему играют важную роль.

Похожие