Суперкомп'ютер

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Суперкомп'ютер Blue Gene в Argonne National Lab

Суперкомп'ю́тер (англ. supercomputer) — загальний термін, який використовується для позначення класу існуючих найпотужніших комп'ютерних систем.

Суперкомп'ютери, зазвичай, використовуються при вирішенні складних наукових та інженерних задач, які вимагають виконання великої кількості математичних операцій та(чи) працюють з великими об'ємами даних.

Поняття суперкомп'ютер є відносним в часі. Потужність комп'ютерної системи оцінюється в порівнянні з існуючими на певний момент комп'ютерними системами широкого використання та рівнем розвитку технологій.

Перші суперкомп'ютери[ред.ред. код]

Початком ери суперкомп'ютерів можна, мабуть, назвати 1976 рік, коли з'явилася перша векторна система Cray 1. Працюючи з обмеженим в той час набором додатків, Cray 1 показала настільки вражаючі порівняно зі звичайними системами результати, що заслужено отримала назву «суперкомп'ютер» і визначила розвиток всієї індустрії високопродуктивних обчислень ще довгі роки. Але більш ніж за два десятиліття спільної еволюції архітектур і програмного забезпечення на ринку з'являлися системи, характеристики яких кардинально відрізняються, тому саме поняття «суперкомп'ютер» стало багатозначним і переглядати його довелося неодноразово.

Спроби дати визначення суперкомп'ютера спираючись тільки на продуктивність призвели до необхідності постійно піднімати планку, що відокремлює його від робочої станції або навіть звичайного настільного комп'ютера. Тільки за останні 15 років норми змінювалися кілька разів. За визначенням Оксфордського словника обчислювальної техніки 1986 року, для того, щоб отримати цю горду назву, потрібно було мати продуктивність в 10 мегафлоп (мільйонів операцій з плаваючою комою в секунду). На початку 90-х була подолана відмітка 200 мегафлоп, потім 1 гігафлопа.

Суперкомп'ютери в сучасному суспільстві[ред.ред. код]

У сучасному світі суперкомп'ютери стали робочим інструментом в наукових дослідженнях та інженерних розрахунках. Академік РАН Веліхов Е. П. назвав їх основною технологічною зброєю XXI ст. Необхідність у високопродуктивних обчислювальних системах зі значним обсягом пам'яті обумовлена ускладненням математичних моделей за рахунок врахування великої кількості досліджуваних факторів, використанням системного підходу в моделюванні (моделюється не один об'єкт, а одночасно група об'єктів та явищ, або середовище в цілому), реалізацією динамічної візуалізації результатів розв'язування прикладних задач та інше. Суперкомп'ютери відіграють важливу роль при розв'язуванні економічних, екологічних, біоінженерних, медичних, бюджетно-фінасових, науково-технічних, оборонних загальнодержавних та інших задач. Вони використовуються для побудови і дослідження кліматичних моделей, прогнозування змін в атмосфері та гідросфері Землі, моделювання побудови білка з амінокислот, аналізу результатів діагностики захворювань людини, розробки нових ліків, проектування нових матеріалів, у генетичному моделюванні тощо, тобто там де для успішного вирішення вагомих прикладних задач і досягнення якісно нових результатів потрібні комп'ютери з надзвичайно високою продуктивністю.

Суперкомп'ютери в Україні[ред.ред. код]

Станом на листопад 2013 року, найпотужнішим суперкомп'ютером в Україні є система М-12, створена в компанії «М-Платформа». Швидкодія М-12 становить 10,2 ПФлопс (тис. трлн. операцій на секунду з 64-бітними числами з плаваючою комою). В даний час М-12 — дослідницький прототип, йде робота над створенням комплексу «Академік Сергій Корольов», що буде змагатися за місце в першій десятці рейтингу Топ-500.

Два українських суперкомп'ютери входять в рейтинг Топ50 найпотужніших суперкомп'ютерів СНД:

Центр суперкомп'ютерних обчислень НТУУ «КПІ» виконує не лише внутрішні завдання університету, але і задачі галузевих інститутів, навчальних закладів України і grid-користувачів з будь-якої точки світу. Він тісно співпрацює в цьому плані з Інститутом теоретичної фізики та Інститутом математики НАНУ, Національним космічним агентством України тощо.

Суперкомп'ютерний обчислювальний центр (СОЦ) на базі високопродуктивних кластерних систем СКІТ створений Національною академією наук України в Інституті кібернетики ім. В. М. Глушкова.

Серед задач, які розв'язуються зараз в СОЦ НАНУ, — попередження екологічних катастроф, обробка і інтерпретація геофизичних даних для розвідки нафти і газу, моделювання і прогнозування погоди, а також наслідків шкідливих викидів в атмосферу.

СОЦ успішно розробляє багато інших, більш специфічних технологій, починаючи з пошуку оптимального розташування аварійних служб і станцій швидкої допомоги, виявлення проривів нафтопроводів і прогнозування пошкодження посівів зернових, до складних технологій протиракетної оборони, запобігання терористичним акціям, оцінки інвестиційних проектів, ринкових досліджень тощо.

Обчислювальні потужності СОЦ також використовуються іншими організаціями для проведення більш ресурсомістких розрахунків, наприклад, Інститутом молекулярної біології і генетики НАНУ.

Області застосування суперкомп'ютерів[ред.ред. код]

Суперкомп'ютери використовуються в усіх сферах, де для вирішення завдання застосовується чисельне моделювання; там, де потрібен величезний обсяг складних обчислень, обробка великої кількості даних в реальному часі, або рішення задачі може бути знайдено простим перебором безлічі значень безлічі вихідних параметрів (метод Монте-Карло).

Вдосконалення методів чисельного моделювання відбувалося одночасно з удосконаленням обчислювальних машин: чим складніше були завдання, тим вище були вимоги до створюваних машин; чим швидше були машини, тим складніше були завдання, які на них можна було вирішувати. Спочатку суперкомп'ютери застосовувалися майже винятково для оборонних завдань: розрахунки з ядерної та термоядерної зброї, ядерних реакторів. Потім, у міру вдосконалення математичного апарату чисельного моделювання, розвитку знань в інших сферах науки — суперкомп'ютери стали застосовуватися і в «мирних» розрахунках, створюючи нові наукові дисципліни, як то: чисельний прогноз погоди, обчислювальна біологія і медицина, обчислювальна хімія, обчислювальна гідродинаміка, обчислювальна лінгвістика та інш., — де досягнення інформатики зливалися з досягненнями прикладної науки.

  • Математичні проблеми:
    • Криптографія
    • Статистика
  • Фізика високих енергій:
    • процеси всередині атомного ядра, фізика плазми, аналіз даних експериментів, проведених на прискорювачах
    • розробка і вдосконалення атомної і термоядерної зброї, управління ядерним арсеналом, моделювання ядерних випробувань
    • моделювання життєвого циклу ядерних паливних елементів, проекти ядерних і термоядерних реакторів
  • Наука про Землю:
    • прогноз погоди, стану морів і океанів
    • пророкування кліматичних змін та їх наслідків
    • дослідження процесів, що відбуваються в земній корі, для передбачення землетрусів і вивержень вулканів
    • аналіз даних геологічної розвідки для пошуку і оцінки нафтових і газових родовищ, моделювання процесу вироблення родовищ
    • моделювання розтікання річок під час паводку, розтікання нафти під час аварій
  • Обчислювальна біологія: фолдінг білка, розшифровка ДНК
  • Обчислювальна хімія та медицина: пошук і створення нових ліків
  • Фізика:
    • газодинамика: турбіни електростанцій, горіння палива, аеродинамічні процеси для створення досконалих форм крила, фюзеляжів літаків, ракет, кузовів автомобілів
    • гідродинаміка: потік рідин по трубах, по руслах річок
    • матеріалознавство: створення нових матеріалів із заданими властивостями, аналіз розподілу динамічних навантажень в конструкціях, моделювання креш-тестів при конструюванні автомобілів

Програмне забезпечення суперкомп'ютерів[ред.ред. код]

Найбільш поширеними програмними засобами суперкомп'ютерів, також як і паралельних або розподілених комп'ютерних систем є інтерфейси програмування застосунків (API) на основі MPI і PVM, і рішення на базі відкритого програмного забезпечення, на зразок Beowulf і openMosix, що дозволяє створювати віртуальні суперкомп'ютери навіть на базі звичайних робочих станцій і персональних комп'ютерів. Для швидкого підключення нових обчислювальних вузлів до складу вузькоспеціалізованих кластерів застосовуються технології на зразок ZeroConf. Прикладом може служити реалізація рендеринга в програмному забезпеченні Shake, що постачається компанією Apple. Для об'єднання ресурсів комп'ютерів, що виконують програму Shake, досить розмістити їх у загальному сегменті локальної обчислювальної мережі.

В даний час кордону між суперкомп'ютерних і загальновживаним програмним забезпеченням сильно розмиті і продовжують розмиватися ще більше разом з проникненням технологій паралелізації і багатоядерності в процесорні пристрої персональних комп'ютерів і робочих станцій. Виключно суперкомп'ютерних програмним забезпеченням сьогодні можна назвати лише спеціалізовані програмні засоби для управління та моніторингу конкретних типів комп'ютерів, а також унікальні програмні середовища, створювані в обчислювальних центрах під «власні», унікальні конфігурації суперкомп'ютерних систем.

Розвиток суперкомп'ютерної техніки[ред.ред. код]

Передові держави з усією відповідальністю відносяться до суперкомп'ютерної проблеми, так наприклад уряд Японії на 2010 р. для створення національного суперкомп'ютера виділив 253 млн доларів бюджетних грошей. Компанія ІВМ наразі працює над створенням суперкомп'ютера Blue Waters, здатного досягти продуктивності 16 петафлопс. В 2012 р. ІВМ випустили суперкомп'ютер Sequioa з потужністю 20 петафлопс. Цей комп'ютер використовується для моделювання випробувань ядерної зброї. Уже здійснено запуск суперкомп'ютерного кластера на базі IBM Blade Center з потужністю 10 терафлопс в Казахстансько-Британському технічному університеті, який в 12 редакції Тор50 посів 19 місце. Серйозні заявки зробила Білорусія. В 2019 р. очікується поява суперкомп'ютера з продуктивністю, що буде вимірюватись уже в ексафлопсах (1018операцій за секунду).

Див. також[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]