4-lekciya.

Superkompyuterler Joba.

1. Superkompyuterler hám olardíń arxítekturasíníń qásiyetleri

2. Joqarí parallel túrde shólkemlestirilgen kópprotsessorlí kompyuter sistemalaríníń túrleri

3. Flín klassifikatsiyasí Tayanısh túsinikleri

Superkompyuterler, esaplawlardı joqarı parallel túrde shólkemlestiriw, kóp processorlı kompyuter sistemalarınıń túrleri, magistralı, vektorlı, matritsalı sistemalar, Flin klassifikaciyası, kópprocessorlı kompyuter sistemalarınıń shártli strukturaları.

Sekundına bir neshe júz millionnan baslap bir neshe on milliardǵa shekem arifmetikalıq ámelllerdi orınlay alatuǵın tez islewshi kópprocessorlı kompyuterler – superkompyuterler dep ataladı. 2001 jılı islep shıǵarılǵan superkompyuterlerdiń keńnen tarqalǵan modeliniń tiykarǵı kórsetklishleri tómendegiler:

1. Arifmetikalıq ámmellerdi orınlaw tezligi 100000 MFlops = 100 trillion ámel/sek bolıp, bunday superkompyuter onda arifmetikalıq hám logikalıq ámellerdiń orınlanıwı joqarı parallel túrde jolǵa qoyılǵan kópprocessorlı kompyuter sisteması. 1 MFlops = 1 million ámel/sek qa teń.

2. Yad kólemi:

• operativli yad kólemi 10 Gbayt;

• diskli yad (vinchester) kólemi 1-10 Tbayt (1 Terabayt = 1000 Gbayt).

3. Maǵlıwmatlar registrınıń uzınlıǵı 64 – 128 bit.

1996 jıldıń dekabr ayında Íntel firması tárepinen Sandia superkompyuteri dúnyada birinshi bolıp teraflop (1000 MFlops) tezlikte isleytuǵın superkompyuter bolıp tabıladı. Superkompyuterdiń MP Linpack testi boyınsha 1060 MFlops tezlikke erisilgen konfiguraciyasınıń quramında, 200 MGts taktlı chastotaǵa iye bolǵan 7000 Pentium Pro processorları hám 454 Gbayt kólemli operativli yad qurılmasınan ibarat bolıp, olarda jaylastırılǵan qutılar sanı 57 edi.

Bul superkompyuterdiń sońǵı variant 1,4 ТFlops tezlikke iye bolǵan. Ol 160 kv. m. (10 x 16m) maydandı iyelegen 86 qutılardan ibarat. Bul qutılarda 573 Gbayt operativ hám 2250 Gbayt diskli yad qurılmaları jaylastırıloǵan. Kompyuterdiń awırlıǵı 45 tonna, tutınatuǵın energiyası 850 kVt/saat qa iye.

1998 jılı Yaponiyanıń NEC Corporation firması tárepinen SX-5 superkompyuteri islep shıǵarıldı. Bul kompyuterdiń tezligi 4000 Mflops = 4 trillion Flops, ondaǵı processorlar sanı 512 hám maǵlıwmatlardı uzatıw tezligi bolsa 32 Tbayt/sek qa jetkeriledi.

2002 jılı ÍBM firması, quramında 1 millionnan artıq Pentium ÍÍÍ mikroprocessorları bolǵan hám 10¹⁵ ámel/sek tezlikke iye bolǵan superkompyuterdi islep shıǵarıw haqqında xabarlaǵan edi.

Bunday júdá úlken tezliklerde isley alatuǵın kompyuterlerdi bir mikroprocessor tiykarında islep shıǵıw múmkin emes eken. Buǵan elektromagnit tolqınlar tarqalıw tezliginiń shekleniwi. Bul mánis 300000 km/sek qa teń.

Signaldıń bir neshe millimeter aralıqqa tarqqalıw waqtı (yaǵnıy mikroprocessor korpusı tárepleriniń sızıqlı ólshemleri shegarasında) tezlik 100 mlrd ámel/sek=100 MFlops qa jetkerilgende, bir ámeldi orınlaw waqtı menen teńlesip qaladı eken. Bul bolsa ámellerdiń orınlaw tezligi 100 MFlops dan úlken bolıwı múmkin emes degendi bildiredi. Sonlıqtan superkompyuterler – arifmetikalıq hám logikalıq ámellerdi orınlaw parallel túrde shólkemlestirilgen kóp processorlı kompyuter sistemaları (KPKS) kórinisinde islep shıǵarılmaqta.

Joqarı parallel túrde dúzilgen kóp processorlı kompyuter sistemalarınıń bir neshe túrleri bar:

1. Magistrallı (konveyerli) kompyuter sistemaları, yaǵnıy magistral kóriniste jaylasqan processorlar toplamına iye bolǵan sistema bolıp tabıladı. Bunday sistemada protserssorlar, isleniwi kerek bolǵan maǵlıwmatlardıń izbe-iz jaylasqan bir aǵımı ústinde bir waqıttıń ózinde hár túrli buyrıqlardı (yaki ámellerdi – qosıw, alıw, kóbeytiw, kóshirip jazıw hám basqa usıǵan uqsas ámellerdi) orınlaydı. Qabıl etilgen klassifikaciyaǵa tiykarlanıp, yaǵnıy Flin klassifikaciyasına tiykarlanıp bunday kóp processorlı kompyuter sistemaları MÍSD (Multiple Ínstruc­tion Single Data – kóp buyrıqlardan ibarat aǵım hám bir aǵımnan ibarat maǵlıwmatlar) sistemalarına tiyisli bolıp tabıladı.

2. Vektorlı kóp processorlı kompyuter sistemaları, yaǵnıy vector kórinisinde jaylasqan processorlar kópligine iye bolǵan sistema bolıp tabıladı. Bunday sistemada processorlar, islewi kerek bolǵan hár túrli maǵlıwmatlar aǵımı ústinde, bir waqıtta bir buyrıqtı orınlaydı. Flin klassifikaciyasına qarap bunday sistema SÍMD (Single Ínstruction Multiple Data – bir aǵımnan ibarat maǵlıwmatlar) sisteması dep ataladı. SÍMD principi superskalyar (vektorlı) Pentium ÍÍÍ, Pentium ÍV ва Power PC sıyaqlı mikroprocessorlardıńda tezligin asırıw ushın qollanılǵan.

3. Matritsalı kóp processorlı kompyuter sistemaları, yaǵnıy matritsa kórinisinde jaylasqan processorlar kópligine iye bolǵan sistemalar. Bunday sistemada processorlar islewi kerek bolǵan hár túrli maǵlıwmatlar aǵımı ústinde, bir waqıtta hár túrli buyrıqlardı orınlaydı. Flin klassifikaciyasına qarap bunday sistema МÍMD (Multiple Ínstruction Multiple Data – bir aǵımnan ibarat buyrıqlar hám bir aǵımnan ibarat maǵlıwmatlar) sistemasına tiyisli bolıp tabıladı. Bir processorlı hám joqarıda sanap ótilgen kóp processorlı kompyuter sistemalarınıń shártli strukturaları 4.1.-súwrette keltirilgen.

Superkompyuterlerde kóp processorlı kompyuter sistemaları arxitekturasınıń úsh variantıda qollanılǵan. Máselen:

Burrought superkompyuterinde (BSP firması) MÍMD strukturası;

Буйруқлар хотираси

Buyrıqlar yadı

Buyrıqlar yadı

Буйруқлар Буйруқлар

ҳотираси ҳотираси

Buyrıqlar BA

aǵımı

Protsessor

Protsessor

P₁ P₂ P₃

Процессор Процессорла

П₁ П₂ П₃

Maǵlıwmatlar Nátiyjeler MA Н

aǵımı

Maglıwmatlar yadı

Maglıwmatlar yadı

Маълумотлар Маълумотла

ҳотираси хотираси

а) SÍSD б) MÍSD

Buyrıqlar yadı

Buyrıqlar yadı

Буйруқлар Буйруқлар

ҳотираси ҳотираси

Buyrıqlar BA

Protsessorlar

P₁₁ P₁₂ P₁₃

Protsessorlar

P₂₁ P₂₂ P₂₃

Protsessorlar

P₃₁ P₃₂ P₃₁

aǵımı

Protsessor 1

Protsessor 2

Protsessor 3

Процессор1 Про

П₁₁ П₁₂ П₁

Процессор2 Про

П₂₁ П₂₂

Процессор3 Процессор

П₃₁ П₃₂

Maǵlıwmatlar Nátiyjeler

aǵımı

MA N

Маълумотлар хотираси

Maglıwmatlar yadı

Maglıwmatlar yadı

Маълумотлар Маълумотлар

ҳотираси хотираси

в) SÍМD г) MÍМD

4.1 – súwret.

- “Elbrus 3,4” superkompyuterlerinde (Rossiya) parallel-konveyerli modifikaciya MMÍMD, yaǵnıy Multiple-MÍMD arxitekturası;

- Cray 2 superkompyuterlerinde (Cray Research firması) parallel-vektorlı modifikaciya MSÍMD.

Eń joqarı ónimdarlıqqa MSÍMD arxitekturasın qollaw nátiyjesinde erisildi. Sonlıqtan zamanagóy superkompyuterlerde mine usı arxitekturadan paydalanılmaqta. 1972 jılı 20 MFlops tezlikke iye bolǵan birinshi superkompyuter ÍLLÍAC-ÍV islep shıǵarılǵan edi. 1974 jılı bolsa 160 MFlops tezlikke hám 64 Mbayt operativliu yadqa iye bolǵan superkompyuter Cray 1 (Cray Research firması tárepinen) hám 1984 jılı bolsa 2000 MFlops tezlikke hámde 2 Gbayt operativli yadqa iye bolǵan Cray 2 islep shıǵıldı. Házirgi waqıtta dúnyada bir neshe mıń superkompyuterler bar eken. Olardıń ayırımların atap ótemiz: - Cray EL, ofisler ushın arnalǵan ápiwayı superkompyuterler, Cray 3, Cray 4, Cray Y-MP C90 (Cray Research firması); - Cyber 205 (Control Data firması); - SX-3, SX-X (NEC firması); - VP 2000 (Fujitsu firması); - VPP 500 (Siemens firması). Bul superkompyuterlerdiń bir neshe on mıń MFlops tı quraydı.

Dáslepki superkompyuterler aerodinamika, seysmologiya, meteorologiya, atom hám yadro fizika, hámde plazma fizikası sıyaqlı tarawlarǵa tiyisli bolǵan úlken kólemdegi esaplawlardı óz ishine alǵan máselelerdi sheshiwde qollanılǵan edi.

Keyinirek bolsa superkompyuterlerdi, global kompyuter tarmaqların qurıwda qollana baslaǵan. Superkompyuterler global kompyuter tarmaqlarınıń úlken kólemdegi informaciyalar toplanatuǵın hám baǵdarlanatuǵın orınlarda qollanıla baslaǵan. Olar járdeminde tarmaq serverleri basqarılǵan hám basqarılmaqta.