Superpočítač

“Superpočítač je pomůcka na odbočku vypočítat-svázal problémy do já/O-svázal problémy.”

-- Seymour Cray (široce připsaný; možná neautentický)

superpočítač je počítač to vede svět do podmínek kapacity zpracování, zvláště spěchat vypočítavosti, u doby jeho úvodu. První superpočítače byly představeny v 60-tých letech, vedl primárně Seymour Cray u Kontrolní datové korporace (CDC), který vedl trh do sedmdesátých lét až do Craye se oddělil vytvořit jeho vlastní společnost, Cray výzkum, a pak převzal trh. V 80-tých letech velký počet menších konkurentů vstoupil na trh, podobnost k vytvoření minipočítače prodávat dekádu dříve, mnoho z koho zmizel v střední-devadesátá léta “superpočítačový pád trhu”. Dnes superpočítače jsou typicky speciální zakázkové vzory vytvořené “tradičními” společnostmi takový jako IBM a HP, kdo koupil mnoho ze společností osmdesátých lét získat jejich zkušenost.

Termín Superpočítač sám je spíše plynulý a dnešní superpočítač inklinuje stát se zítřejším neúspěšným člověkem, jak moci být viděn od světa nejprve (non pevné skupenství) počítač Kolos, použitý rozluštit Německé šifry v Světová válka II. CDC je brzy stroje byly prostě jedny velmi rychlé procesory, někteří desetkrát rychlost nejrychlejších strojů nabídla ostatní společností. V 70-tých letech většina superpočítačů bylo oddané běhu vektorový procesor, a mnoho z novějších hráčů vyvinul jejich vlastní takové procesory u nižších cenových bodů vstoupit na trh. V pozdnějších osmdesátých létech a devadesátých létech, pozornost obrátila se od procesorů vektoru k masivní paralelní zpracovávání systémy s tisíci jednoduchých zakázkových CPUček. Dnes paralelní design je jediná zbývající architektura, ale umístěný na “mimo polici” RISC mikroprocesory takový jak PowerPC nebo PA-RISC.

Tabulka s obsahem

1 softwarové nástroje
2 použití
3 design

3.1 superpočítačové výzvy a technologie
3.2 techniky zpracování
3.3 operační systémy
3.4 programovací

4 druhy univerzálních superpočítačů
5 speciality-superpočítače účelu
6 nejrychlejší superpočítače dnes
7 časové osy superpočítačů
8 vidět také

8.5 vnější spojení:

Softwarové nástroje

Softwarové nástroje pro distribuované zpracování zahrnují standard APIs takový jako MPI a PVM a otevřený zdroj- založil řešení softwaru takový jako Beowulf a openMosix, které usnadní vytvoření druhu “virtuálního superpočítače” od sbírky obyčejných pracovních stanic nebo serverů. Technologie jako Setkání připravit cestu pro vytvoření hoc inzerátu počítač se seskupí. Příklad tohoto je distribuovaná vizualizační funkce v Apple je Otřes compositing aplikaci. Počítače provozovat software otřesu pouze potřebovat být v blízkosti každému jiný, v síťovacích termínech, automaticky objevovat a používat každého jiný je prostředky. Zatímco žádný přesto postavil inzerátu hoc počítačovou skupinu, která soupeří se dokonce i superpočítače minulé doby, čára mezi pracovní plochou, nebo vyrovnat přenosný počítač a superpočítač začne zastřít.

Použití

Superpočítače jsou používány pro velmi vypočítavost-intenzivní úlohy takový jako předpovídání počasí, výzkum klimatu (včetně výzkumu globálního oteplování), molekulární modelování (počítat struktury a vlastnosti chemických sloučenin, biologického macromolecules, polymerů a krystalů), fyzický simulace (takový jako simulace letadel v aerodynamických tunelech, simulace detonace nukleárních zbranía výzkum jaderné fáze), dešifrování, a jako. Vojenské a vědecké agentury jsou těžcí uživatelé.

Design

Tradionally superpočítačů nabral jejich rychlost přes tradiční počítače přes použití inovačních designů, které dovolí jim vykonávat mnoho úloh souběžně, zatímco studna jak komplex popíšou inženýrství. Oni inklinují být specializovaný pro jisté druhy počítání, obvykle numerické výpočty, a hrát uboze u více obecných výpočetních úloh. Jejich hierarchie paměti je velmi opatrně navržená zajistit procesor je držený policajt s daty a poučeními vůbec časy a mdash; ve skutečnosti, hodně z výkonu rozdíl mezi pomalejšími počítači a superpočítači je způsobený pamětovým hierarchickým designem a componentry. Jejich já/O systémy inklinují být navržený k podpoře vysoce šířka pásma, s latencí méně záležitosti, protože superpočítače nejsou užité na transakční zpracování.

Jak s všichni velmi se vyrovnají systémům, Amdahl právo platí a designy superpočítače věnují velkou snahu k vylučovat serializaci softwaru a hardware používání zrychlit zbývající zúžení.

Superpočítačové výzvy a technologie

Superpočítač vyrábí teplo a muset být zchlazen. Chladit superpočítač je major HVAC problém.
Informace nemohou se pohybovat rychleji než rychlost světla mezi dvěma částmi superpočítače. Z tohoto důvodu, superpočítač, který je mnoho metrů napříč musí mít latence mezitím jeho součásti měřily přinejmenším v tens nanosekund. Seymour Crayovy Cray superpočítačové designy pokoušely se držet trasy pro kabel co nejvíce krátký z tohoto důvodu.
Superpočítače konzumují a produkují ohromná množství dat ve velmi krátkém časovém období. Hodně práce je potřeboval zajistit, že tyto informace mohou být přeneseny rychle a skladoval.

Technologie vyvinuté pro superpočítače obsahují:

Vektorové zpracování
Chlazení kapaliny
NUMA
Proužkované disky (první příklad co bylo později volal Nájezd)
filesystems protějšku

Techniky zpracování

Vektorové zpracovací techniky byly nejprve vyvinuty pro superpočítače a pokračovat být použit v specialistických vysokovýkonových aplikacích. Vektorové zpracovací techniky kapaly k hromadnému trhu v DSP architekturách a SIMD zpracování instrukce pro univerzální počítače.

Operační systémy

Jejich operační systémy, často varianty Unixu, inklinovat nebýt jak důmyslný jako ti pro menší stroje, protože superpočítače jsou typicky oddané jedné úloze v době poněkud než množství současných prací to tvoří množství práce menších zařízení.

Programování

Paralelní architektury superpočítačů často diktují použití speciality programovat techniky, aby využíval jejich rychlost. Specialita-účel FORTRAN kompilátoři mohou často tvořit rychlejší kód než C nebo C + + kompilátoři, tak FORTRAN zůstane jazykem volby vědeckého programování, a od této doby pro většinu běhu programů na superpočítačích. Vykořisťovat podobnost superpočítačů, programovací prostředí takový jako PVM a MPI pro volně spojené skupiny a OpenMP pro pevně uspořádanou sdílenou paměť stroje jsou používány.

Druhy univerzálních superpočítačů

Tam jsou tři hlavní třídy univerzálních superpočítačů:

Vektorové zpracovací stroje dovolit stejný (aritmetická) operace být uskutečněn na velkém množství dat současně.
Těsně spojil computerss skupiny použití speciálně se vyvíjelo propojí mít mnoho procesory a jejich paměť komunikují spolu navzájem, typicky v NUMA architektuře. Procesory a componenets síťování jsou připraveni od základu pro superpočítač. Nejrychlejší univerzální superpočítače na světě dnes používají tuto technologii. Linux 2.6 jádro je navržené k měřítku k 256 procesorům a za v tomto druhu architektury.
Skupiny druhu zboží používají velké množství PC druhu zboží, propojený vysoce-minimum šířky pásma-latence lokální počítačové sítě.

Jak 2002, Mooreovo právo a výhody velkovýroby jsou dominantní faktory v superpočítačovém designu: jedno moderní stolní PC je nyní silnější než 15-rok starý superpočítač, a přinejmenším některé ty triky designu, které poskytly minulosti superpočítače k ven-vykonávat současníka stolní stroje nyní byly včleněny do PC druhu zboží . Dále, ceny čipového vývoje a výroba dělají to neefektivní navrhovat zakázkové čipy pro malý běh a favorizovat masově vyráběné hranolky, které mají dost požadavku k recoup cena výroby.

Dále, mnoho problémů uskutečněných superpočítači je zvláště vhodné k parallelization (v podstatě, dělit se do menších částí být zpracován na současně) a, zvláště, docela hrubozrnný parallelization, který limituje množství informace, že potřebuje být přenesen mezi nezávislými zpracovacími jednotkami. Z tohoto důvodu, tradiční superpočítače mohou být nahrazeny, pro mnohé žádosti, “skupinami” počítačů typového projektu který může být programován k aktu jako jeden velký počítač. Mnoho z těchto používat Linuxový operační systém; oni jsou pak nazýváni skupinami Beowulfa.

Jak 2003, světové číslo 3 zařadil superpočítač je druh zboží skupinový průběžný linux na Intel x86 hardware. Nicméně, množství nového druhu zboží projekty skupiny, které budou provozovat linux na tisících AMD x86-64 procesory jsou očekávány k běhu u ještě vyšších rychlostí. Jestliže tyto trendy pokračují, linuxový operační systém pravděpodobně se stane de facto standardem superpočítačový operační systém.

Specialita-superpočítače účelu

Specialita-superpočítače účelu jsou vysokovýkonové výpočetní prostředky s hardwarem architektura oddaná jedinému problému. Toto umožní použití speciálně programoval FPGA hranolky nebo dokonce zakázkový VLSI hranolky, dovolovat vyšší cenu/poměry výkonu tím, že obětuje všeobecnost. Oni jsou užití na aplikace takový jako astrofyzika počítání a hovado-nutit codebreaking.

Příklady speciality-superpočítače účelu:

Sytě modrý, pro hrát šachy
Configurable práce na počítači
Hrozen pro astrofyziku

Nejrychlejší superpočítače dnes

Rychlost superpočítače je obecně změřena v Propadne (operace pohyblivé čárky za sekundu); toto měření ignoruje komunikaci overheads a předpokládá, že všechny procesory stroje jsou poskytovány s daty a pracují u plné rychlosti.

Jak brzy 2002, nejrychlejší superpočítač je Simulátor země u Yokohama ústavu pro vědy o zemi. To je shluk 640 zvyku-navržený 8-procesor vektorové procesorové počítače umístěný na NEC SX-6 architektura (úhrn 5120 procesorů). To používá přizpůsobenou verzi Unixového operačního systému.

Jeho výkon je u konce 5 měří to předchozího nejrychlejšího superpočítače, počítač skupiny ASCI bílá u Lawrence Livermore národní laboratoř. Vláda Spojených států ASCI iniciativa chce nahradit nukleární testování se simulací, udržovat jeho strategickou výhodu v přítomnosti jaderné zkoušky-smlouvy zákazu.

PARAM je další série superpočítačů.

Seznam 500 nejrychlejších superpočítačů je udržován u

Časová osa superpočítačů

Období	Superpočítač	Rychlost	Umístění
1943-1944	Kolos		Bletchley park, Anglie
1945-1950	Manchester se otiskuje já		Univerzita Manchestera, Anglie
1950-1955	MIT větrný vír		Massachusetts institut technologie, Cambridge, Ma
1955-1960	IBM 7090	210 KFLOPS	Americké letectvo BMEWS (RADC), Řím, NY
1960-1965	CDC 6600	10.24 MFLOPS	Laboratoř Lawrencea Livermorea, Kalifornie
1965-1970	CDC 7600	37.27 MFLOPS	Laboratoř Lawrencea Livermorea, Kalifornie
1970-1975	CDC Cyber 76
1975-1980	Cray-1	160 MFLOPS	Los Alamos národní laboratoř, Nové Mexiko (1976)
1980-1985	Cray X-MP	500 MFLOPS	Los Alamos národní laboratoř, Nové Mexiko
1985-1990	Cray Y-MP	1.3 GFLOPS	Los Alamos národní laboratoř, Nové Mexiko
1990-1995	Fujitsu numerický aerodynamický tunel	236 GFLOPS	Národní letecká laboratoř
1995-2000	Intel ASCI červená	2150 GFLOPS	Sandia národní laboratoře, Nové Mexiko
2000-2002	IBM ASCI bílá, SP Power3 375 MHz	7226 GFLOPS	Laboratoř Lawrencea Livermorea, Kalifornie
2002-	Simulátor země	35 TFLOPS	Yokohama ústav pro vědy o zemi, Japonsko
budoucnost

Nastávající superpočítače:

Modrý gen