Материальная база ии. Обзор суперкомпьютеров

(этот материал следует обновить, используя ежегодный рейтинг в Инете)

Отечественные суперкомпьютеры

СКИФ МГУ  — суперкомпьютер, разработанный на основе суперкомпьютерной программы «СКИФ-ГРИД» и запущенный в работу в МГУ 19 марта 2008 года; способен производить около 47 TFLOPS (триллионов операций с плавающей точкой в секунду). С июня 2008 по ноябрь 2011 входил в Топ-500 самых мощных компьютеров мира (на июнь 2008 года СКИФ МГУ занимал 37-е место в рейтинге, в 2009 году — 82-е место).

• Компьютер разработан российскими и белорусскими специалистами и предназначен для быстрого решения большого числа задач в разных областях науки: аэро- и гидродинамике, метеорологии, магнитной гидродинамики, физике высоких энергий, геофизике, в финансовой сфере (при обработке больших объёмов сделок на биржах), климатологии, криптографии, компьютерного моделирования лекарств.

• Один из депутатов, участвовавший на церемонии запуска, сказал: «Я видел, как решается задача по созданию нового лекарства. Если раньше для разработки этого препарата потребовалось бы 15 лет, сейчас потребуется времени в пять раз меньше».

СКИФ Cyberia — российский суперкомпьютер, созданный в 2007 году специалистами российской компании «Т-Платформы» и работающий в Томском государственном университете. Производительность системы в стандартном тесте Linpack составляет 8,9 TFLOPS — по этому показателю СКИФ Cyberia на апрель 2007 года являлся самым мощным суперкомпьютером в СНГ.

• В суперкомпьютере имеется 283 вычислительных узла, содержащих, в общей сложности, 566 двухъядерных процессоров Intel Xeon серии 5150.

• В 2012 году компьютер имеет уже 640 вычислительных узлов, 12 Тб оперативной памяти и 100 Тб дискового пространства. Пиковая производительность составляет 62,3 TFLOPS.

Зарубежные суперкомпьютеры

10. Французский суперкомпьютер был разработан и собран компанией Bull. И про этот компьютер известно относительно немного: в качестве операционной системы была использована собственная наработка, в качестве центральных процессоров были выбраны процессоры Intel Xeon. Общее количество ядер, которые активно задействуются во время проведения каких-либо подсчетов – 80 000. Пиковая производительность этого суперкомпьютера приближается к показателю в 2 петафлопса. (20 августа 2014).

9. На девятом месте расположилось еще одно творение компании IBM, которое называется Fermi. Этот суперкомпьютер расположен в Италии. Он свободно доступен для нужд 54 итальянских университетов. Его общая производительность составляет 2.1 петафлопс.

8. На восьмом месте находится китайский суперкомпьютер Tianhe-1A. Правительство Китая потратило на создание этого суперкомпьютера порядка 88 миллионов долларов США. Сам же компьютер состоит из 103 стоек и весит порядка 160 тонн. Несмотря на то, что компьютер находится в Национальном университете оборонных технологий Китая, его можно использовать в качестве системы с открытым доступом. В состав суперкомпьютера вошли 7168 графических процессоров от компании Nvidia и 14 556 центральных процессоров от компании Intel. Производительность этого компьютера находится на уровне 2.507 петафлопс.

7. На седьмом месте расположился суперкомпьютер, который родом из всё той же Америки. На сей раз ученые Техасского университета решили собрать суперкомпьютер, который смог бы полностью удовлетворить их потребности. Финансированием разработок занималась компания NSF. В рабочую зону Stampede вошли несколько тысяч серверов Zeus, которые были произведены компанией Dell. Этот компьютер может продемонстрировать производительность на уровне 2–3 петафлопс. В общей сумме этот суперкомпьютер имеет порядка 280 терабайт оперативной памяти и порядка 20 петабайт дискового пространства.

6. В золотую середину прекрасно вписался SuperMUC. Эта вычислительная техника была собрана специалистами из IBM Technologies. Специалисты утверждают, что эта система способна продемонстрировать производительность на уровне 3 петафлопс. Этот суперкомпьютер содержит 324 терабайта DDR3 памяти, а в качестве операционной системы на компьютер был установлен Linux.

5. На пятом месте прочно закрепился немецкий суперкомпьютер, который был собран в Германии в 2012 году. В данный момент компьютер находится в Исследовательском центре Юлиха. Главной задачей, которую перед компьютером поставили ученые, является моделирование разных процессов, в число которых входят и климатология, и физика. По версии TOP-500 данный суперкомпьютер является самым мощным суперкомпьютером в Европе.

4. На четвертом месте расположился суперкомпьютер, который был собран в Соединенных Штатах компанией IBM. Компьютер был собран в 2011 году и находится в Арагонской национальной лаборатории. Его потенциал используется учеными для оценки климатических изменений, а также оценки развития нашей Вселенной. Приблизительная производительность 8.16 петафлопс.

3. Тройку лидеров замыкает японский суперкомпьютер, который называется скромно и лаконично “K computer”. Как уже было сказано ранее, это – детище японской компьютерной промышленности, которое было собрано компанией Fujitsu. Компьютер находится в здании Института физико-химических исследований (RIKEN), что в городе Коба. В названии компьютера есть маленькая шарада – “K” в названии одновременно означает и 10 квадриллионов, и столицу. Создатели как бы намекают миру на то, что это “главный компьютер”. Мощности этого суперкомпьютера используются для моделирования катастроф и просчетов гипотетически возможных землетрясений. Его производительность составляет 10.51 петафлопс.

2. На втором месте расположился суперкомпьютер под названием Sequoia. Он был создан сотрудниками Ливерморской национальной лаборатории, где он, собственно, и находится. Проект по созданию компьютера был окончен в конце 2011 года, а сам суперкомпьютер был официально запущен в 2012 году. Потенциал этого компьютера используется для симуляции работы ядерного оружия. Специалисты подчеркивают особую важность этого суперкомпьютера, ведь его создание позволило проводить ядерные испытания не на местности, а в виртуальном пространстве. Его приблизительная производительность равна 16.32 петафлопсам.

1. На первом месте находится суперкомпьютер Titan. Эта мощная и дорогостоящая счётная машинка была создана при участии компаний Cray и Nvidia. Суперкомпьютер находится в Национальной лаборатории Оук-Ридж, что в Теннеси. Известно, что за одну секунду этот суперкомпьютер может выполнить до 17.58 квадриллиона операций с плавающей точкой. Его производительность ориентировочно эквивалентна 17.59 петафлопсам. Этот суперкомпьютер используется для проектирования энергоэффективных двигателей, моделирования последствий климатических изменений.

(этот материал следует обновить, используя ежегодный рейтинг в Инете)

Справка

FLOPS (также flops, flop/s, флопс или флоп/с) (акроним от англ. Floating-point Operations Per Second, произносится как флопс) — внесистемная единица, используемая для измерения производительности компьютеров, показывающая, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет данная вычислительная система. Некоторые считают, что FLOP (флоп) и FLOPS (флопс) — синонимы, другие же полагают, что FLOP — это просто количество операций с плавающей запятой (например, требуемое для исполнения данной программы).

Таблица 2

Производительность суперкомпьютеров
Название	год	флопсы
флопс	1941	100
килофлопс	1949	103
мегафлопс	1964	106
гигафлопс	1987	109
терафлопс	1997	1012
петафлопс	2008	1015
эксафлопс	2019 или позже	1018
зеттафлопс	не ранее 2030	1021
йоттафлопс	-	1024
ксерафлопс	-	1027

Рис. 14. Рост производительности компьютеров

Классификация по степени интеграции с другими программами

• Автономные ЭС работают непосредственно в режиме консультаций с пользователем для специфически «экспертных» задач, для решения которых не требуется привлекать традиционные методы обработки данных (расчеты, моделирование и т.д.).

• Гибридные ЭС представляют собой программный комплекс, агрегирующий стандартные пакеты прикладных программ (например, математическую статистику, линейное программирование или СУБД) и средства манипулирования знаниями. Это может быть интеллектуальная надстройка над пакетами прикладных программ (ППП) или интегрированная среда для решения сложной задачи с элементами экспертных знаний.

• Несмотря на внешнюю привлекательность гибридного подхода, следует отметить, что разработка таких систем являет собой задачу на порядок более сложную, чем разработка автономной ЭС. Стыковка не просто разных пакетов, а разных методологий (что происходит в гибридных системах) порождает целый комплекс теоретических и практических трудностей.

Разработка ЭС

Успешность выбора и подготовки коллектива разработчиков ЭС определяет

эффективность и продолжительность всего процесса разработки.

Коллектив разработчиков

• Коллектив разработчиков (КР) – это группа специалистов, ответственных за создание ЭС.

• В состав КР входят, по крайней мере, три человека: пользователь, эксперт и инженер по знаниям. На рисунке не видно программиста. Таким образом, минимальный состав КР включает четыре человека; реально же он разрастается до 8-10 человек. Численное увеличение коллектива разработчиков происходит по следующим причинам: необходимость учета мнения нескольких пользователей, помощи нескольких экспертов; потребность как в проблемных, так и в системных программистах. На Западе в этот коллектив дополнительно традиционно включают менеджера и одного технического помощника.

• Если использовать аналогии из близких областей, то КР более всего схож с группой администратора базы данных при построении интегрированных информационных систем или бригадой программистов, разрабатывающих сложный программный комплекс; при отсутствии профессионального менеджера руководителем КР, участвующим во всех стадиях разработки, является инженер по знаниям, поэтому к его квалификации предъявляются самые высокие требования. В целом уровень и численность группы зависят от характеристик поставленной задачи.

Характеристики членов КР

Пользователь

• 1. Психофизиологический аспект. К пользователю предъявляются самые слабые требования, поскольку его не выбирают. Он является в некотором роде заказчиком системы. Желательные качества:

• а) дружелюбие;

• б) умение объяснить, что же он хочет от системы;

• в) отсутствие психологического барьера к применению вычислительной техники;

• г) интерес к новому.

• От пользователя зависит, будет ли применяться разработанная ЭС. Замечено, что наиболее ярко качества в) и г) проявляются в молодом возрасте, поэтому иногда такие пользователи охотнее применяют ЭС, не испытывая при этом комплекса неполноценности оттого, что ЭВМ им что-то подсказывает.

• 2. Профессиональный аспект. Необходимо, чтобы пользователь имел некоторый базовый уровень квалификации, который позволит ему правильно истолковать рекомендации ЭС. Кроме того, должна быть полная совместимость и терминологии интерфейса к ЭС с той, которая привычна и удобна для пользователя. Обычно требования к квалификации пользователя не очень велики, иначе он переходит в разряд экспертов и совершенно не нуждается в ЭС.

Эксперт

• 1. Психофизиологический аспект. Эксперт — чрезвычайно важная фигура в группе КР. B конечном счете, его подготовка определяет уровень компетенции базы знаний. Желательные качества:

• а) доброжелательность;

• б) готовность поделиться своим опытом;

• в) умение объяснить (педагогические навыки);

• г) заинтересованность (моральная, а лучше еще и материальная) в успешности разработки. Возраст эксперта обычно почтенный, что необходимо учитывать всем членам группы. Часто встает вопрос о количестве экспертов, Поскольку проблема совмещения подчас противоречивых знаний остается открытой, обычно с каждым из экспертов работают индивидуально, иногда создавая альтернативные базы.

• 2. Профессиональный аспект. Помимо безусловно высокого профессионализма в выбранной предметной области, желательно знакомство эксперта с популярной литературой по искусственному интеллекту и экспертным системам для того, чтобы эффективнее прошел этап извлечения знаний.

Программист

• Известно, что программисты обладают самой низкой потребностью в общении среди представителей разных профессий. Однако при разработке ЭС необходим тесный контакт членов группы, поэтому желательны следующие его качества: