1.2 Определение суперкомпьютера
Суперкомпьютерам за время их существования много раз пытались дать определение, иногда серьезно, иногда с иронией. Например, шутливая классификация Гордона Белла и Дона Нельсона, разработанная около 1989 года, предлагала считать суперкомпьютером любой компьютер, весящий более тонны. А уже около десяти лет назад, во время обсуждения суперкомпьютеров в конференции comp.parallel, Кен Батчер (Ken Batcher) предложил такой вариант: суперкомпьютер - это устройство, сводящее проблему вычислений к проблеме ввода/вывода. Все верно, в каждой шутке есть доля шутки: что раньше долго вычислялось, временами сбрасывая нечто на диск, на супер-ЭВМ может выполниться мгновенно, переводя стрелки неэффективности на относительно медленные устройства ввода/вывода. Самым используемым на данный момент определением является следующее: суперкомпьютер - вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам большинство существующих компьютеров. Но здесь есть свои подводные камни. По определению Оксфордского словаря вычислительной техники 1986 года, для того, чтобы получить это гордое название, нужно было иметь производительность в 10 мегафлоп (миллионов операций с плавающей запятой в секунду). В начале 90-х была преодолена отметка 200 мегафлоп, затем 1 гигафлоп, в середине 2000-х – 1 петафлоп, и развитие по этому пути в данный момент продолжается. Планка необходимой производительности определения для машин, претендующих на право иметь в названии приставку «супер», постоянно корректируется.
Архитектура (концептуальная структура вычислительной машины, определяющая проведение обработки информации и включающая методы преобразования информации в данные и принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения) также не может считаться признаком принадлежности к классу суперкомпьютеров. Ранние компьютеры CDC были обычными машинами, всего лишь оснащёнными быстрыми для своего времени скалярными процессорами, скорость работы которых была в несколько десятков раз выше, чем у компьютеров, предлагаемых другими компаниями. Большинство суперкомпьютеров 70-х оснащались векторными процессорами, а к началу и середине 80-х небольшое число (от 4 до 16) параллельно работающих векторных процессоров практически стало стандартным суперкомпьютерным решением. Конец 80-х и начало 90-х годов охарактеризовались сменой магистрального направления развития суперкомпьютеров от векторно-конвейерной обработки к большому и сверхбольшому числу параллельно соединённых скалярных процессоров. Массивно-параллельные системы стали объединять в себе сотни и даже тысячи отдельных процессорных элементов. Большинство массивно-параллельных компьютеров создавалось на основе мощных процессоров с архитектурой RISC (Reduced Instruction Set Computer), наподобие PowerPC или PA-RISC. Множество процессоров объединялось на процессорных платах, внешний вид которых представлен на рисунке 2.
Рисунок 2 - Процессорная плата векторного компьютера Cray YMP
В конце 90-х годов высокая стоимость специализированных суперкомпьютерных решений и нарастающая потребность разных слоёв общества в доступных кластерах. Кластеры являются самым дешевым способом наращивания производительности уже установленных компьютеров. Фактически кластер представляет собой набор из нескольких ЭВМ, соединенных через некоторую коммуникационную инфраструктуру. Эти системы характеризует использование отдельных узлов на основе дешёвых и широкодоступных компьютерных комплектующих для серверов и персональных компьютеров и объединённых при помощи мощных коммуникационных систем и специализированных программно-аппаратных решений. Несмотря на кажущуюся простоту, кластеры довольно быстро заняли достаточно большой сегмент суперкомпьютерного рынка, обеспечивая высочайшую производительность при минимальной стоимости решений.
С начала нулевых годов и до настоящего времени разработки продолжаются по обоим направлениям – сложным вопросом для кластерных компьютерных системы систем являются средства коммуникаций, эта проблема постепенно решается. В суперкомпьютерах, представляющих собой единый блок (из таких, в свою очередь состоят кластеры), специфические комплектующие были заменены на серийные, и в данный момент развитие таких системы идет в направлении увеличения количества процессоров. За изменениями в этой области следит специальный рейтинг «Топ-500» (top500.org), созданный Джеком Донгарра (Jack Dongarra).