ВАЖНЫЕ НОВОСТИ
Утверждена разработанная Росатомом и Ростехом дорожная карта по развитию высокотехнологичной области «Новые производственные технологии»

Дорожная карта по развитию высокотехнологичной области «Новые производственные технологии», разработанная Госкорпорацией «Росатом» совместно с Госкорпорацией Ростех, была утверждена 23 июля 2021 года президиумом Правительственной комиссии по цифровому развитию, использованию информационных технологий для улучшения качества жизни и условий ведения предпринимательской деятельности. Дорожная карта...

В России запущен онлайн-сервис «Готов к цифре»

В рамках национальной программы «Цифровая экономика» Минцифры России и консорциум по развитию цифровой грамотности запускают образовательный ресурс готовкцифре.рф. Новый портал является агрегатором сервисов по тестированию уровня цифровой грамотности, обучению безопасной и эффективной работе с цифровыми технологиями. В создании ресурса приняли участие 18 компаний, которые в марте этого года объ...

Общественный транспорт сокращает интервалы движения на МАКС

АО "Авиасалон", устроитель Международных авиационно-космических салонов, накануне выходных согласовало график движения общественного транспорта с сокращёнными интервалами. Увеличение количества составов пригородных поездов Казанского направления, а также числа автобусов, курсирующих между платформами "Отдых" и "Есенинская" и выставочным комплексом, позволяет обеспечить выполнение рекомендаций Росп...

Итоги первого дня работы авиасалона МАКС-2021

Работу XV Международного авиационно-космического салона МАКС-2021 открыл Президент Российской Федерации Владимир Путин. По традиции он обратился с приветствием к организаторам, участникам и гостям Салона, осмотрел экспозиции ведущих компаний, понаблюдал за демонстрационными полётами. Выступая на торжественной церемонии открытия авиасалона, он отметил, что МАКС, несмотря на сложности, вызванные ...

Минэнерго России разработало проект постановления по модернизации и строительству тепловой генерации в неценовых зонах

Минэнерго России разработало проект постановления Правительства РФ по модернизации и (или) строительству тепловой генерации в неценовых зонах энергорынка, куда входят регионы Дальнего Востока, Калининградская и Архангельская области, Республика Коми. Соответствующий проект прошёл процедуры общественного обсуждения и направлен на согласование в профильные ведомства. Документ определяет механизмы...

Столичный экспорт во Францию вырос более чем в три раза

По итогам первого квартала 2021 года московский несырьевой неэнергетический экспорт (ННЭ) во Францию вырос более чем в три раза и достиг 48,1 миллиона долларов США. На долю Москвы в общероссийском ННЭ во Францию за этот период пришлось более 22%, сообщил заместитель Мэра Москвы по вопросам экономической политики и имущественно-земельных отношений Владимир Ефимов . «Москва и Франция системно раз...

10 Июля 2009

Суперкомпьютеры

Суперкомпьютеры

Ирина ШУЛЬГА


Автoрcтвo термина «cуперкoмпьютер» (англ. supercomputer) припиcываетcя Джoрджу Мишелю и Сиднею Фернбачу, рабoтавшим в кoнце 60-х гг. XX в. в Ливермoрcкoй нациoнальнoй лабoратoрии и кoмпании Control Data Corporation.
В oбщеупoтребительный лекcикoн этo пoнятие вoшлo благодаря раcпроcтраненноcти компьютерных cиcтем Сеймура Крея. Он разрабатывал вычиcлительные машины, которые, по cути, cтановилиcь оcновными вычиcлительными cредcтвами правительcтвенных, промышленных и академических научно-технических проектов США с середины 60-х гг. до 1996 г.



Суперкомпьютерами принято называть машины с высокой производительностью (свыше 100 млн операций в 1 сек). Сегодня все суперкомпьютеры – это мультипроцессорные системы. Их архитектура может быть векторной, конвейерной или кластерной (последняя наиболее популярна). Ядро системы – так называемые вычислительные узлы (рабочие компьютеры), с несколькими процессорами. Cотни, тысячи таких узлов устанавливаются в специальные шкафы и соединяются между особой сверхбыстрой сетью, используемой для организации параллельного счета. Иногда для этого применяют широкодоступные сетевые технологии, однако, когда речь идет о промышленном решении, то используют специализированные инструменты параллельного счета: InfiniBand, SCI, Myrinet и др.

Кроме этой «сети для счета», узлы, как правило, связывают еще одной сетью – для передачи данных и программ. Часто в суперкомпьютере бывает и третья, отдельная управляющая сеть, регулирующая такие операции, как включение-выключение электропитания, Reset отдельных узлов, пришедших в негодность, и т.д.

Программное обеспечение суперкомпьютеров

Границы между суперкомпьютерным и современным, широко используемым, программным обеспечением сильно размыты, а вместе с проникновением технологий параллелизации (одновременное выполнение нескольких или многих алгоритмов) и многоядерности (наличие в процессоре нескольких ядер) в процессорные устройства персональных компьютеров и рабочих станций продолжают размываться еще больше. Исключительно суперкомпьютерным программным обеспечением можно назвать лишь специализированные программные средства для управления и мониторинга конкретных типов компьютеров, а также единственные в своем роде программы, создаваемые в вычислительных центрах под «собственные», уникальные конфигурации суперкомпьютерных систем.

Операционная система суперкомпьютеров – это, как правило, или Lunix, или другие виды Unix-систем. При составлении суперкомпьютерных программ для организации параллельного счета используются специальные библиотеки, чаще всего – библиотека MPI.

Сферы применения суперкомпьютеров

Традиционной сферой применения суперкомпьютеров всегда были научные исследования: физика плазмы и конденсированных сред, статистическая механика, молекулярная и атомная физика, теория элементарных частиц и турбулентности, газовая динамика и астрофизика. В химии – различные области вычислительной химии: квантовая химия (включая расчеты электронной структуры для целей конструирования новых материалов, например, катализаторов и сверхпроводников), конструирование лекарств молекулярная динамика и химическая кинетика, теория поверхностных явлений и химия твердого тела. Естественно, что ряд областей использования находится на стыках наук, например, химии и биологии.

Среди технических проблем, для решения которых используются суперкомпьютеры, – задачи аэрокосмической и автомобильной отраслей, ядерной энергетики, прогнозы перспектив разработки месторождений полезных ископаемых, нефтедобывающей и газовой промышленностей (в т.ч. эффективной эксплуатации месторождений, особенно трехмерных этапов их исследования) и, наконец, конструирование новых микропроцессоров и компьютеров, прежде всего самих супер-ЭВМ.

К примеру, российские суперкомпьютеры семейства «СКИФ» используются для решения научных задач, как фундаментальных, так и прикладных. Эти машины дают возможность для расчетов скорости и траектории гиперзвукового движения космического тела в плотных слоях атмосферы, силы удара астероида о поверхность Земли, в разработке прочности авиационных газотурбинных двигателей, в создании топливных элементов с использованием наноструктурированных материалов, обеспечивающих прямое преобразование водорода и метанола в электрическую энергию, а также в прогнозировании изменений в распределении вечной мерзлоты на территории России, что, в итоге, позволит предсказать развитие и последствия глобального потепления.

Высокопроизводительные вычисления приобретают все большее значение и для областей, непосредственно связанных с качеством жизни населения. Так, уже сегодня решаются задачи распространения загрязнений в городе, а также задачи, связанные с планированием градостроительных работ: благодаря компьютерному моделированию удается быстро определить скрытые под землей полости и дефекты конструкций.
 
Оценки производительности

Одной из основных характеристик суперкомпьютера является его производительность, измеряемая в количестве выполняемых им за 1 сек вычислительных арифметических операций.

Есть два вида производительности: пиковая (теоретическая, предельная) и реальная. Пиковая производительность – это результат умножения количества процессоров в суперкомпьютере (например, их 1 тыс.) на тактовую частоту каждого процессора (допустим, 2 ГГц; это значит 2 млрд тактов в 1 сек делает каждый процессор) и на максимальное количество команд, которые может выполнить данный тип процессора (допустим, две команды за такт). Максимальная производительность суперкомпьютера с заданными выше параметрами – 4 трлн операций в 1 сек. Это предельная пиковая теоретическая производительность. Величина эта – практически недостижимая.

Более реальные оценки производительности базируются на времени выполнения различных тестов, самыми хорошими из которых являются реальные задачи пользователя. Большую часть времени выполнения программ занимают циклы, именно они и применяются в качестве тестов, например, известные ливерморские циклы. Наиболее популярным тестом производительности признан Linpack, который представляет собой решение системы линейных уравнений методом Гаусса. Поскольку известно, какое количество операций с вещественными числами нужно проделать для решения системы, зная время расчета, можно вычислить выполняемое в 1 сек количество операций.

C 1993 г. в мире ведется рейтинг 500 самых мощных компьютеров – TOP-500. Он обновляется два раза в год – в июне и ноябре. Список ранжируют по реальной производительности, измеренной на задаче Linpack, решающей систему линейных уравнений (с тысячами неизвестных и тысячами уравнений).

Отношение реальной Linpack-производительности к пиковой производительности называется коэффициентом полезного действия суперкомпьютера. Он показывает, насколько удалось выбрать все возможные ресурсы всех процессоров для решения задачи. Как правило, в списке TOP-500 КПД равен 50–60%. Установок с КПД 80% и выше – единицы. По КПД можно судить об уровне научной разработки, это оценка интеллектуальной составляющей суперкомпьютера.
Современные суперкомпьютеры способны выполнять миллионы миллиардов (петафлоп) операций в секунду. Согласно последнему рейтингу Топ-500, только двум суперкомпьютерам в мире удалось одолеть порог производительности в 1 петафлоп – это системы IBM Roadrunner (1,106 петафлоп) и Cray Jaguar (1,059 петафлоп).

Дальнейшая цель разработчиков – производительность в один экзафлоп (миллион триллионов или квинтиллион операций в 1 сек).

Россию пригласили в клуб экзафлопов

Для достижения экзафлопного барьера необходимы огромные усилия всего мирового сообщества, так как предстоит работа по изменению существующего и созданию нового ПО и средствам разработки. В этом году Россию впервые посетил Джек ДОНГАРРА – признанный гуру суперкомпьютерной отрасли, разработчик теста Linpack и единственный из авторов рейтинга Топ-500. Цель его визита – привлечение российских специалистов для участия в новом проекте Exascale, проблема которого – соединить усилия мирового сообщества разработчиков ПО с открытым исходным кодом для создания ПО, необходимого для систем экзамасштаба.

По оценкам Донгарры, начальный экзафлопный суперкомпьютер должен будет предстать в 2019 г. Чтобы уложиться в этот срок, уже сейчас необходимо мобилизовать усилия для изменения существующего ПО и разработки новых языков программирования и алгоритмов способных повысить быстродействие систем.
Несмотря на мировую экономическую ситуацию, у разработчиков и производителей суперкомпьютеров есть уверенность в том, что кризис – не помеха для долгосрочных планов по достижению экзафлопного рубежа, тем более что роль этих устройств становятся все более значимой в промышленности.

Справка:


 Системы наименования чисел


Порядок

Значение

Американская, русская и английская системы

Французская и немецкая системы

Система

СИ

Название

Логика построения

Название

Логика построения

0

100

один

 

один

 

 

1

103

тысяча

10001 + 0

тысяча

1 000 0000,5

кило

2

106

миллион

10001 + 1

миллион

1 000 0001,0

мега

3

109

биллион

(русск.: миллиард)

10001 + 2

тысяча миллионов (миллиард)

1 000 0001,5

гига

4

1012

триллион

10001 + 3

биллион

1 000 0002,0

тера

5

1015

квадриллион

10001 + 4

тысяча биллионов (биллиард)

1 000 0002,5

пета

6

1018

квинтиллион

10001 + 5

триллион

1 000 0003,0

экса

7

1021

секстиллион

10001 + 6

тысяча триллионов (триллиард)

1 000 0003,5

зетта

8

1024

септиллион

10001 + 7

квадриллион

1 000 0004,0

йотта

9

1027

октиллион

10001 + 8

квадриллиард

 

мутта

10

1030

нониллион

10001 + 9

квинтиллион

 

пепта

11

1033

Кол-во просмотров: 9199
На правах рекламы