Обозрение подготовлено

версия для печати
Что движет миром суперкомпьютеров?

Что движет миром суперкомпьютеров?

Растущие в цифровой век, как снежный ком, потребности компаний, государства, научных институтов требуют от вычислительных машин все большей мощности. В компьютерах с повышенными способностями, так или иначе, нуждаются практически все отрасли. Прогресс неумолим, и появившиеся суперкомпьютеры с каждым годом становились все более совершенными. На сегодняшний день подобного рода системы имеют производительность уже свыше 100 миллионов операций с плавающей точкой в секунду.

Суперкомпьютер – это, по сути, многомашинный и/или многопроцессорный комплекс, обслуживающий общую совокупность внешних устройств, общую память и иногда распределенный среди разных городов и даже стран мира. Такие аппараты применяются для работы с приложениями, требующими крайне интенсивных вычислений. Отчасти этим суперкомпьютеры отличаются от мэйнфреймов, имеющих высокую производительность и решающих стандартные задачи типа одновременной работы с большим количеством пользователей или обширными базами данных. Подчас супермашины обслуживают всего одно приложение, на которое расходуется мощность всех процессоров и вся память компьютера. Как вариант – они способны поддерживать большое количество небольших приложений.

Что касается России, то исследованием развития суперкомпьютерного сегмента компьютерной техники занимается Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. М.В. Ломоносова, а также Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН. Весной 2004 года эти организации при поддержке российской компании "Т-Платформы" положили начало проекту по созданию списка 50 наиболее производительных компьютеров России и стран СНГ. Список периодически обновляется (два раза в год). По результатам мониторинга в текущий рейтинг попадают машины, продемонстрировавшие на момент сбора информации наибольшую мощность.

Мировой рейтинг суперкомпьютеров

Вендор Единиц Доля % Rmax Sum (GF) Rpeak Sum (GF) Processor Sum
Cray 14 2.80 512304 616306 116463
Dell 24 4.80 487618 716185 77828
Fujitsu 3 0.60 30678 44810 5248
Hitachi 4 0.80 40155 47706 338
IBM 232 46.40 3134125 5009432 963520
Intel 1 0.20 10770 13680 1140
NEC 2 0.40 44783 50176 5696
SGI 22 4.40 507188 621018 74800
Sun Microsystems 3 0.60 34882 47171 10308
Appro International 4 0.80 90421 110595 23040
Linux Networx 9 1.80 114939 150508 19796
Megware 1 0.20 6527 8064 672
Transtec AG 1 0.20 12640 17194 1616
Self-made 4 0.80 43653 70736 9032
Hewlett-Packard 166 33.20 1663699 2711316 293726
California Digital Corporation 1 0.20 19940 22938 4096
Dawning 1 0.20 8061 11264 2560
Bull SA 2 0.40 94970 112947 17648
T-Platforms 1 0.20 9010 12002 1128
NEC/Sun 1 0.20 56430 102021 11664
Hitachi/Fujitsu 1 0.20 10350 14336 2560
DALCO AG Switzerland 1 0.20 9604 12288 1024
Koi Computers 1 0.20 13460 23104 3040
TeamHPC of M&A Technology 1 0.20 9963 12290 1152
Всего 500 100% 6966169.82 10558086.75 1648095

Источник: top500.org, ноябрь 2007

Критерием оценки сегодня служит тест Linpack benchmark. В его основе лежит библиотека, созданная на языке Си (изначально она создавалась с помощью Фортрана) и включающая в себя набор подпрограмм, необходимых для эффективного решения систем линейных алгебраических уравнений. Данный тип библиотеки использовался в суперкомпьютерах периода 1970-х – начала 1980-х годов. После этого эстафету переняла Lapack, ныне работающая на компьютерной технике повышенной производительности. Описываемый тест подсчитывает число операций с плавающей точкой (flops) произведенных за одну секунду и используется при составлении мирового рейтинга, включающего в себя 500 самых мощных суперкомпьютеров планеты.

Спец ПО

Самым ходовым программным обеспечением для суперкомпьютеров стали интерфейсы программирования приложений на основе PVM (пакет программ, дающий возможность управлять процессами посредством механизма передачи сообщений, а также позволяющий объединять машины в кластеры) и MPI (программный интерфейс, необходимый для передачи информации, позволяющий компьютерам, решающим общую задачу, обмениваться сообщениями). Кроме того, доступны решения на базе открытого ПО – с их помощью можно создавать виртуальные суперкомпьютеры, имея под рукой самые обычные ПК.

На сегодняшний день ранжировать софт по признаку предназначенности для использования на обычных компьютерах или на супермашинах становится все сложнее. Этому способствует, в частности, экспансия технологий многоядерности и параллелизации в процессоры рабочих станций и "персоналок".

Динамика изменения количества вычислительных ядер в суперкомпьютерах России и стран СНГ за период 2004-2008 гг.

Источник: Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. М. В. Ломоносова, Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН, "Т-Платформы", 2008

"Непокоренными" программными средствами, работающими только на суперкомпьютерах отныне можно назвать, пожалуй, лишь неповторимые программные среды, написанные под местные, уникальные конфигурации суперкомпьютерных систем. Сюда же можно отнести и те, что применяются в конкретных сверхмощных машинах для их мониторинга и управления.

Процессоры для суперкомпьютеров

Круг производителей процессоров весьма ограничен. С разной степенью успеха тут традиционно присутствуют 4-5 игроков. При этом, как бы не менялись их рыночные  доли, низменно лидирующие позиции всегда оставались за Intel, что характерно как для России, так и для всего мира.

Собственно в России и странах ближнего зарубежья при построении суперкомпьютеров в настоящее время используют процессоры следующих вендоров: Intel, AMD, IBM и HP. В первом полугодии 2005 года были предприняты попытки задействовать в нескольких системах процессоры от Sun Microsystems. Однако на этом практика использования процессоров Sun и ограничилась. Что касается сегодняшнего дня, то подавляющее число российских суперкомпьютерных систем работают на процессорах Intel. Затем со значительным отставанием следуют AMD, IBM и HP.

Компании-производители процессоров суперкомпьютеров в России и странах СНГ за период 2004-2008 гг.

Источник: Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. М. В. Ломоносова, Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН, "Т-Платформы", 2008

С точки зрения типов процессоров, используемых в российских супермашинах, логично доминируют продукты от Intel – целых шесть типов. По одному типу процессора приходится на AMD, IBM и HP.

Типы процессоров в суперкомпьютерах России и стран СНГ за период 2004-2008 гг.

Источник: Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. М. В. Ломоносова, Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН, "Т-Платформы", 2008

Само собой, число применяемых в суперкомпьютерах процессоров с каждым годом неизменно растет. Так, если в 2005 году еще существовали системы, работавшие на 1-8 процессорах, то в середине 2008 года лишь несколько супермашин имели число процессоров от 9 до 16.

Динамика изменения числа процессоров в суперкомпьютерах России и стран СНГ за период 2004-2008 гг.

Источник: Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. М. В. Ломоносова, Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН, "Т-Платформы", 2008

Немногим менее половины систем на тот момент времени были оснащении 129 и более процессорами, все остальные суперкомпьютеры имели от 17 до 128 процессоров.

Области применения

С точки зрения областей применения суперкомпьютерных систем Россия в целом неоригинальна – так же, как и в остальном мире, у нас суперкомпьютеры работают в основном на благо науки и образования, на подобных системах осуществляют фундаментальные исследования. Правда, в нашей стране на этот сегмент приходится просто львиная доля супермашин – более 40.

Тенденции изменения областей применения суперкомпьютеров в России и странах СНГ за период 2004-2008 гг.

Источник: Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. М. В. Ломоносова, Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН, "Т-Платформы", 2008

Остальные суперкомпьютеры задействованы в промышленности и финансах, а до недавнего времени их применяли еще и в страховании. В то же время, с каждым годом все более очевидным становится тот факт, что в вычислительных системах подобного уровня, так или иначе, нуждаются практически все отрасли.

Сергей Семенов

Техноблог | Форумы | ТВ | Архив
Toolbar | КПК-версия | Подписка на новости  | RSS