Суперкомпьютеры

Что такое суперЭВМ? Оксфордский толковый словарь по вычислительной технике, изданный в 1986 году, сообщает, что суперкомпьютер это очень мощная ЭВМ с производительностью свыше 10 MFLOPS (10 миллионов операций с плавающей запятой в секунду). Сегодня это средненький результат даже для ПК. Планки производительности в 10 TFLOPS были успешно перекрыты довольно давно. Суперкомпьютер ASCI WHITE, занимающий первое место в списке пятисот самых мощных компьютеров мира, объединяет 8192 процессора Power 3 с общей оперативной памятью в 4 Терабайта и производительностью более 12 триллионов операций в секунду, а суперкомпьютер IBM Blue Gene/L достиг на тесте Linpack производительности в 153, 3 TFLOPS.

Наиболее значимое отечественное достижение в данном направлении связано с созданием семейства суперкомпьютеров под общим названием «Скиф» в рамках сотрудничества российской и белорусской академий наук. От российской стороны ответственным исполнителем является Институт программных систем в г. Переяславле-Залесском, а от Республики Беларусь – объединение «Кибернетика». Целью работ является создание кластеров с пиковой производительностью в сотни GFLOPS. К практической реализации программы приступили осенью 2000 года, а презентация двух работающих вычислительных систем состоялась уже в мае 2001 года. По основным параметрам «Скиф» не уступает зарубежным аналогам в своем классе компьютеров, а по соотношению цена/производительность намного их превосходит. Осенью 2004 года старшая в ряду «Скифов» система К-1000, включающая 288 двухпроцессорных вычислительных узлов на базе 64-разрядных процессоров AMD Opteron с частотой 2200 МГц, показала производительность 2500 GFLOPS и вошла в рейтинг-листTop-500, заняв в нем 98-е место.

Второе направление зародилось на базе ИТМ и ВТ – колыбели отечественного компьютеростроения. После того, как резко снизилось государственное финансирование, большая группа разработчиков во главе с Б.А. Бабаяном стала активно искать зарубежных инвесторов с целью реализации передовых отечественных идей на современной западной технологии. В их активе была закончившаяся в 1991 году разработка 16-процессорного «Эльбруса-3», содержащего самые передовые архитектурные решения и по своей производительности (10 GFLOPS) опережавшего современный ему CrayY-MP. Однако реализованный в стенах ИТМ и ВТ экземпляр был собран на элементах устаревшей 2-микронной технологии. Громоздкий шкаф с 15 млн. транзисторов и около 3 тыс. схем средней и малой интеграции вполне мог быть «упакован» в 2–3 чипа. В 1992 году работами российских ученых заинтересовалась фирма Sun Microsystems. Был создан «Московский центр SPARC-технологий» (МЦСТ), который, объединившись с некоторым другими фирмами в группу компаний «Эльбрус», осуществляет ряд успешных проектов для отечественных и зарубежных заказчиков. Среди них процессор «Эльбрус-2000» (Е2k), в котором в доработанном и усовершенствованном виде воплощены на кристалле основные принципы «Эльбруса-3».

Вот лишь небольшой список областей человеческой деятельности, где использование суперкомпьютеров необходимо:

• автомобилестроение;

• нефте- и газодобыча;

• фармакология;

• прогноз погоды и моделирование изменения климата;

• сейсморазведка;

• проектирование электронных устройств;

• синтез новых материалов;

• и многие, многие другие.

В 1995 году корпус автомобиля Nissan Maxima удалось сделать на 10% прочнее благодаря использованию суперкомпьютера фирмы Cray (The Atlanta Journal, 28 мая, 1995г). С помощью него были найдены не только слабые точки кузова, но и наиболее эффективный способ их удаления. По данным Марка Миллера (Mark Miller, Ford Motor Company), для выполнения crash-тестов, при которых реальные автомобили разбиваются о бетонную стену с одновременным замером необходимых параметров, съемкой и последующей обработкой результатов, компании Форд понадобилось бы от 10 до 150 прототипов новых моделей при общих затратах от 4 до 60 миллионов долларов. Использование суперкомпьютеров позволило сократить число прототипов на одну треть. Совсем недавний пример - это развитие одной из крупнейших мировых систем резервирования Amadeus, используемой тысячами агенств со 180000 терминалов в более чем ста странах. Установка двух серверов Hewlett-Packard T600 по 12 процессоров в каждом позволила довести степень оперативной доступности центральной системы до 99.85% при текущей загрузке около 60 миллионов запросов в сутки. И подобные примеры можно найти повсюду. В свое время исследователи фирмы DuPont искали замену хлорофлюорокарбону. Нужно было найти материал, имеющий те же положительные качества: невоспламеняемость, стойкость к коррозии и низкую токсичность, но без вредного воздействия на озоновый слой Земли. За одну неделю были проведены необходимые расчеты на суперкомпьютере с общими затратами около 5 тысяч долларов. По оценкам специалистов DuPont, использование традиционных экспериментальных методов исследований потребовало бы около трех месяцев и 50 тысяч долларов и это без учета времени, необходимого на синтез и очистку необходимого количества вещества.