Структура, архітектура і програмне забезпечення суперкомп'ютера

Алієв, Алі Новрузалі огли

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/9399

Title:	Структура, архітектура і програмне забезпечення суперкомп'ютера
Authors:	РУДНИЦЬКИЙ, Володимир Алієв, Алі Новрузалі огли
Keywords:	СУПЕРКОМП'ЮТЕР;МЕЙНФРЕЙМ;АРХІТЕКТУРА;ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ;ПРОЦЕСОР;ОБЧИСЛЮВАЛЬНА СИСТЕМА
Issue Date:	2022
Abstract:	У кваліфікаційній роботі бакалавра було досліджено та проаналізовано структуру, архітектуру і програмне забезпечення суперкомп'ютера. В роботі розглянуто особливості, характерні для суперкомп'ютерів, проаналізуємо хід розвитку суперкомп'ютерної техніки, сучасний стан та можливі перспективи розвитку, а також галузі застосування суперкомп'ютерів. В даний час суперкомп'ютерами прийнято називати комп'ютери з величезною обчислювальною потужністю. Такі машини використовуються для роботи з додатками, що вимагають найбільш інтенсивних обчислень (наприклад, прогнозування погодно-кліматичних умов, моделювання ядерних випробувань тощо), що відрізняє їх від серверів і мейнфреймів – комп'ютери з високою загальною продуктивністю, покликані вирішувати типові завдання (наприклад, обслуговування великих баз даних або одночасна робота з безліччю користувачів). В першому розділі розглянуто історію суперкомп'ютерів та комп'ютерів. В другому розділі проаналізовано види суперкомп’ютерів, проведено порівняння між суперкомп'ютером і мейнфреймо. В третьому розділі досліджено застосування суперкомп’ютерів. В четвертому розділі досліджено структуру, архітектуру суперкомп’ютерів та виконано аналіз програмного забезпечення.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/9399
Appears in Collections:	123 Комп’ютерна інженерія (Комп'ютерні системи та мережі)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
1_ТИТУЛКА_АЛІЄВ-merged.pdf Restricted Access		3.45 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ
КАФЕДРА ІНФОРМАЦІЙНОЇ БЕЗПЕКИ ТА КОМП’ЮТЕРНОЇ ІНЖЕНЕРІЇ
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до кваліфікаційної роботи бакалавра
на тему:
«Структура, архітектура і програмне забезпечення
суперкомп'ютера»
ЧДТУ.221709.002 ПЗ
Виконав: студент 5 курсу, групи ЗКМ-175
спеціальності 123 – «Комп’ютерна інженерія»
за освітньою програмою – «Комп’ютерні системи та
мережі»
Алієв Алі Новрузалі огли
Керівник
д.т.н., професор Володимир РУДНИЦЬКИЙ
Рецензент
старший викладач ЧНУ,
к.т.н. Тетяна СТАБЕЦЬКА
«ЗАХИСТ ДОЗВОЛЯЮ»
Завідувач кафедри ІБ та КІ
д.т.н., професор ______ Володимир РУДНИЦЬКИЙ
Черкаси 2022 року
Форма № Н-9.01
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет: інформаційних технологій і систем
Кафедра: інформаційної безпеки та комп’ютерної інженерії
Освітньо-кваліфікаційний рівень: Бакалавр
Спеціальність 123 – Комп’ютерна інженерія
Освітня програма Комп’ютерні системи та мережі
«ЗАТВЕРДЖУЮ»
Завідувач кафедри ІБ та КІ
д.т.н., професор ________ Володимир РУДНИЦЬКИЙ
«11» лютого 2022 року
ЗАВДАННЯ
на кваліфікаційну роботу бакалавра студенту
Алієву Алі Новрузалі огли
(прізвище, ім‘я, по батькові)
1. Тема роботи: Структура, архітектура і програмне забезпечення
суперкомп'ютера
Керівник роботи: д.т.н., професор Рудницький Володимир Миколаєвич
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджені наказом університету від «__» ___________ 202__ р. № ______________
2. Строк подання студентом роботи:
3. Вихідні дані до роботи:
 дослідити структуру суперкомп’ютера;
 дослідити архітектуру суперкомп’ютера;
 виконати аналіз програмного забезпечення суперкомп’ютера.
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить розробити):
Вступ
1. Історія суперкомп'ютерів та комп'ютерів
2. Суперкомп'ютери
3. Призначення суперкомп'ютерів
4. Структура суперкомп'ютерів
Висновки
Список використаних джерел
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень, плакатів):
6. Консультанти розділів роботи:
Розділ Прізвище, ініціали Підпис, дата
консультанта завдання видав завдання прийняв
7. Дата видачі завдання:
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
Термін
№ з/п Назва етапів роботи виконання Примітка
етапів роботи
1 Збір матеріалу 13.03 – 20.03 виконано
2 Обробка матеріалу 21.03 – 01.04 виконано
3 Дослідження структури суперкомп’ютера 02.04 – 09.04 виконано
4 Дослідження архітектури суперкомп’ютера 10.04 – 20.04 виконано
5 Аналіз програмного забезпечення виконано
суперкомп’ютера 21.04 – 05.05
6 Вибір програмного забезпечення та його виконано
обґрунтування 06.05 – 16.05
7 Оформлення пояснювальної записки 17.05 – 03.06 виконано
8 Подання роботи на відгук та рецензування 04.06 – 07.06 виконано
Студент ___________________________ Алієв Алі Новрузалі огли
(підпис)
Керівник роботи ___________________________ Рудницький В.М.
(підпис)
АНОТАЦІЯ
У кваліфікаційній роботі бакалавра було досліджено та проаналізовано
структуру, архітектуру і програмне забезпечення суперкомп'ютера.
В роботі розглянуто особливості, характерні для суперкомп'ютерів,
проаналізуємо хід розвитку суперкомп'ютерної техніки, сучасний стан та
можливі перспективи розвитку, а також галузі застосування
суперкомп'ютерів.
В даний час суперкомп'ютерами прийнято називати комп'ютери з
величезною обчислювальною потужністю. Такі машини використовуються
для роботи з додатками, що вимагають найбільш інтенсивних обчислень
(наприклад, прогнозування погодно-кліматичних умов, моделювання
ядерних випробувань тощо), що відрізняє їх від серверів і мейнфреймів –
комп'ютери з високою загальною продуктивністю, покликані вирішувати
типові завдання (наприклад, обслуговування великих баз даних або
одночасна робота з безліччю користувачів).
В першому розділі розглянуто історію суперкомп'ютерів та
комп'ютерів.
В другому розділі проаналізовано види суперкомп’ютерів, проведено
порівняння між суперкомп'ютером і мейнфреймо.
В третьому розділі досліджено застосування суперкомп’ютерів.
В четвертому розділі досліджено структуру, архітектуру
суперкомп’ютерів та виконано аналіз програмного забезпечення.
Ключові слова: СУПЕРКОМП'ЮТЕР, МЕЙНФРЕЙМ, АРХІТЕКТУРА,
ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ, ПРОЦЕСОР, ОБЧИСЛЮВАЛЬНА
СИСТЕМА.
ANNOTATION
In the qualification work of the bachelor, the structure, architecture and
software of the supercomputer were researched and analyzed.
The paper considers the features characteristic of supercomputers, analyzes
the course of development of supercomputer technology, the current state and
possible prospects for development, as well as areas of application of
supercomputers.
Currently, supercomputers are called computers with enormous computing
power. Such machines are used to work with applications that require the most
intensive calculations (eg, weather forecasting, modeling of nuclear tests, etc.),
which distinguishes them from servers and mainframes - computers with high
overall performance, designed to solve common problems (eg , maintenance of
large databases or simultaneous work with multiple users).
The first section discusses the history of supercomputers and computers.
The second section analyzes the types of supercomputers and compares the
supercomputer with the mainframe.
The third section examines the use of supercomputers.
The fourth section examines the structure, architecture of supercomputers,
and analyzes software.
Keywords: SUPERCOMPUTER, MAIN FRAME, ARCHITECTURE,
SOFTWARE, PROCESSOR, COMPUTER SYSTEM.
ЗМІСТ
ВСТУП………………………………………………………………………... 3
.. 5
1 ІСТОРІЯ СУПЕРКОМП'ЮТЕРІВ ТА 5
КОМП'ЮТЕРІВ………………….. 2
1.1 Історія 4
комп'ютерів………………………………………………… 3
1.2 Історія 6
суперкомп'ютерів…………………………………………... 3
1.3 Нова історія суперкомп'ютерів XXI 8
століття…………………….. 3
2 8
СУПЕРКОМП'ЮТЕРИ……………………………………………………... 4
2.1 Що таке 1
суперкомп'ютер…………………………………………... 4
2.2 Види 4
суперкомп'ютерів……………………………………………. 4
2.3 Різниця між суперкомп'ютером і 8
мейнфреймом…………………. 4
3 ПРИЗНАЧЕННЯ 8
СУПЕРКОМП'ЮТЕРІВ………………………………… 6
3.1 Суперкомп'ютер та їх 2
застосування………………………………. 7
3.2 Світові рейтинги суперкомп'ютерів 9
2022……………………….... 7
4 ЧДТУ.221709.00С2ТРПУЗКТУРА 9
Змн. АрСк.УП№ЕдРокКумО.МП'ЮПідТпиЕсРІВДа…т ………………………………….. 8
РозрКобив Алієв Алі а Структура, архітектура Літ. Лист Листів
Керівник Рудницький В.М і програмне забезпечення 2 90
Рецеанзент Стабецька Т.А. суперкомп'ютера 90
Н.Контроль Гресько С.О. Кафедра ІБ та КІ
Затвфердив Рудницький ВМ Пояснювальна записка гр. ЗКМ-175
е
д
р
а
К
К
-
0
6
4.1 З чого складається 0
суперкомп'ютер………………………………. 8
4.2 Опереційна система 7
суперкомп'ютерів…………………………… 9
4.3 Архітектура 3
суперкомп'ютерів……………………………………. 9
ВИСНОВКИ………………………………………………………………… 4
…
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ
ДЖЕРЕЛ……………………………………..
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 3
а
ВСТУП
Діалектична спіраль розвитку комп'ютерних технологій зробила свій
черговий виток – знову, як і десять років тому, відповідно до вимог життя, в
моду входять суперкомп'ютерні архітектури. Безумовно, це вже не ті
монстри, які пам'ятають ветерани – нові технології та вимогливий ринок
комерційних застосувань істотно змінили вигляд сучасного суперкомп'ютера.
Тепер це не величезні шафи з унікальною апаратурою, навколо якої чаклують
шамани від інформатики, а цілком ергономічні системи з уніфікованим
програмним забезпеченням сумісні зі своїми молодшими побратимами.
Розглянемо основні сфери застосування суперЕОМ і проаналізуємо
особливості різних типів архітектур, притаманних сучасних
суперкомп'ютерів. Що таке суперЕОМ? Оксфордський тлумачний словник з
обчислювальної техніки, виданий майже 10 років тому, в 1986 році,
повідомляє, що суперкомп'ютер - це дуже потужна ЕОМ з продуктивністю
понад 10 MFLOPS (мільйонів операцій із плаваючою комою на секунду).
Сьогодні цей результат перекривають вже не тільки робочі станції, але навіть
принаймні за піковою продуктивністю і ПК. На початку 90-х років кордон
проводили вже близько позначки 300 MFLOPS. Однак такий підхід до
визначення суперЕОМ не зовсім коректний. Очевидно, що сучасний
двопроцесорний комп'ютер Cray C90 будь-яка розсудлива людина назве
суперЕОМ. Проте його пікова продуктивність менше 2 GFLOPS. З цим
питанням тісно пов'язані й обмеження (раніше – КОКОМ, тепер –
Держдепартаменту США) на постачання високопродуктивних засобів
обчислювальної техніки іншим країнам. Комп'ютери з продуктивністю понад
10 000 млн. теоретичних операцій на сек. (MTOPS), згідно з визначенням
Держдепартаменту США, вважаються суперкомп'ютерами. Document shared
on www.docsity.com Downloaded by: ali-aliyev-2 ([email protected])
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 4
а
Коректніше перерахувати основні ознаки, що характеризують супер ЕОМ,
серед яких крім високої продуктивності слід зазначити:
• найсучасніший технологічний рівень (наприклад, GaAs технологія );
• специфічні архітектурні рішення, спрямовані на підвищення швидкодії
(наприклад, наявність операцій над векторами);
• ціна, зазвичай понад 1-2 млн. дол. У телеконференції USENET з
суперкомп'ютерів у зв'язку з швидким прогресом у технології RISC-
мікропроцесорів і відповідним зростанням їхньої продуктивності було якось
поставлене питання: коли робоча станція перетвориться на суперЕОМ? На
що була відповідь: "Коли вона коштуватиме понад 1 млн. доларів". Для
ілюстрації можна відзначити, що комп'ютер Cray-1 свого часу коштував
близько 8 млн. доларів, а анонсовані цього року суперкомп'ютери Сгау Т90,
які мають набагато вищу продуктивність, - від 2.5 до 35 млн. дол. Вартість
створення суперкомп'ютерної MPP-системи у проекті лабораторії Sandia
Міністерства енергетики США становить близько 46 млн доларів. Разом з
тим, існують комп'ютери, які мають перераховані вище характеристики
суперЕОМ, за винятком ціни, яка для них становить від декількох сотень до 2
млн. доларів. Йдеться про міні-суперЕОМ, що має високу продуктивність,
поступається, однак, великим суперЕОМ. При цьому у мінісуперкомп'ютерів,
як правило, помітно краще співвідношення ціна/продуктивність і істотно
нижчі за експлуатаційні витрати: система охолодження, електроживлення,
вимоги до площі приміщення та ін. . Приклади таких ЕОМ – Cray J90, Convex
C38XX і, можливо, C4/XA. До них можна віднести, також і сучасні
суперкомп'ютерні системи на базі RISC-мікропроцесорів, наприклад, IBM
SP2, SGI POWER CHALLENGE, DEC AlphaServer 8200/8400 та ін. не
розглядаються.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 5
а
1 ІСТОРІЯ СУПЕРКОМП'ЮТЕРІВ ТА КОМП'ЮТЕРІВ
1.1 Історія комп'ютерів
 3000 років до зв. е. - У Стародавньому Вавилоні були винайдені перші
рахунки - Абак .
 500 років до зв. е. — у Китаї з'явився «сучасніший» варіант абака з
кісточками на соломинках — суаньпань .
 87 рік до зв. е. — у Греції було виготовлено « антикітерський механізм
» — механічний пристрій на основі зубчастих передач, що є спеціалізованим
астрономічним обчислювачем.
 У XIII столітті Луллій Раймунд створив логічну машину у вигляді
паперових кіл, побудованих за троїчною логікою.
 1492 - Леонардо да Вінчі в одному зі своїх щоденників наводить ескіз
13-розрядного підсумовування з десятизубцевими кільцями. Хоча діючий
пристрій на основі цих креслень був побудований тільки в XX столітті , все ж
таки реальність проекту Леонардо да Вінчі підтвердилася.
Рисунок 1 – Підсумуюча машина Паскаля
 XVI століття - у Росії з'явилися рахунки, в яких було 10 дерев'яних
кульок на дроті.
 1623 - Вільгельм Шиккард , професор університету Тюбінгена ,
розробляє пристрій на основі зубчастих коліс (" рахують годинник ") для
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 6
а
складання та віднімання шестирозрядних десяткових чисел. Чи був пристрій
реалізований за життя винахідника, достовірно невідомо, але в 1960 він був
відтворений і проявив себе цілком працездатним.
 1630 - Вільям Відред і Річард Деламейн створюють кругову та
прямокутну логарифмічні лінійки .
 1642 - Блез Паскаль представляє " Паскаліну " - перший реально
досконалий і популярний механічний цифровий обчислювальний пристрій.
Прототип пристрою підсумовував і віднімав п'ятирозрядні десяткові числа.
Паскаль виготовив понад десять таких обчислювачів, причому останні моделі
оперували числами із вісьма десятковими розрядами.
 1673 - відомий німецький філософ і математик Готфрід Вільгельм
Лейбніц побудував арифмометр , який виконував множення , розподіл ,
складання та віднімання . Пізніше Лейбніц описав двійкову систему
числення і виявив, що якщо записувати певні групи двійкових чисел одне під
одним, то нулі та одиниці у вертикальних стовпцях регулярно
повторюватимуться, і це відкриття навело його на думку, що існують
абсолютно нові закони математики . Лейбніц вирішив, що двійковий код
оптимальний для системи механіки, яка може працювати на основі активних
і пасивних простих циклів, що перемежуються. Він намагався застосувати
двійковий код у механіці і навіть зробив креслення обчислювальної машини,
яка працювала на основі його нової математики, але невдовзі зрозумів, що
технологічні можливості часу не дозволяють створити таку машину [4] .
 Приблизно тим часом Ісаак Ньютон закладає основи математичного
аналізу .
 1723 – німецький математик та астроном Християн Людвіг Герстен на
основі робіт Лейбніца створив арифметичну машину . Машина вираховувала
приватну кількість послідовних операцій складання при множенні чисел .
Крім того, в ній було передбачено можливість контролю за правильністю
введення даних.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 7
а
 1786 – німецький військовий інженер Йоганн Мюллер в ході робіт з
удосконалення механічного калькулятора на ступінчастих валиках Лейбніца,
вигаданого його співвітчизником Філіпом Хахном [5] , висуває ідею «різної
машини» - спеціалізованого арифмометра для табулювання логарифмів .
 1801 – Жозеф Марі Жаккар будує ткацький верстат із програмним
керуванням, програма роботи якого задається за допомогою комплекту
перфокарт .
 1820 - перший промисловий випуск арифмометрів . Першість належить
французу Тома де Кальмару .
 1822 – англійський математик Чарльз Беббідж винайшов, але не зміг
побудувати, першу різницеву машину (спеціалізований арифмометр для
автоматичної побудови математичних таблиць) (див.: Різнисна машина
Чарльза Беббіджа ).
 1840 - Томас Фаулер ( англ. Great Torrington ) побудував дерев'яну
трійкову лічильну машину з троїчною симетричною системою
числення [6], [7] .
 1855 - брати Георг і Едвард Шутц ( англ. Джордж & Edvard Scheutz ) Зі
Стокгольма побудували першу різницеву машину на основі робіт Чарльза
Беббіджа.
 1876 – російським математиком П. Л. Чебишевим створено
підсумовуючий апарат із безперервною передачею десятків. У 1881 році він
же сконструював до нього приставку для множення та поділу ( арифмометр
Чебишева ).
 1884 – 1887 роки – Холлерит розробив електричну табулюючу
систему , яка використовувалася у переписах населення США 1890 і 1900
років і Російської імперії у 1897 році .
 1912 – створено машину для інтегрування традиційних
диференціальних рівнянь у проекті російського вченого А. М. Крилова .
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 8
а
 1927 - у Массачусетському технологічному інституті (MIT) Венівар
Бушем був розроблений механічний аналоговий комп'ютер.
Рисунок 2 – Зал лічильників « Computing Division » Казначейства
США. 1920-ті
 1938 - німецький інженер Конрад Цузе незабаром після закінчення в
1935 Берлінського політехнічного інституту побудував свою першу машину,
названу Z1 . (Як його співавтора згадується також Гельмут Шрейер
( нім. Helmut Schreyer )). Це повністю механічна програмована цифрова
машина. Модель була пробної та практичної роботи не використовувалася. Її
відновлена версія зберігається у Німецькому технічному музеї в Берліні . У
тому ж році Цузе приступив до створення машини Z2 (спочатку ці
комп'ютери називалися V1 і V2. По-німецьки це звучить "Фау-1" і "Фау-2" і
щоб їх не плутали з ракетами, комп'ютери перейменували на Z1 і Z2).
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 9
а
Рисунок 3 – Комп'ютер ЕНІАК
 1941 – Конрад Цузе створює першу обчислювальну машину Z3 , що
має всі властивості сучасного комп'ютера.
 1942 – в Університеті штату Айова Джон Атанасов та його аспірант
Кліффорд Беррі ( англ. Clifford Berry створили (а точніше – розробили та
почали монтувати) перший у США електронний цифровий комп'ютер ABC .
Хоча ця машина так і не була завершена (Атанасов пішов у діючу армію),
вона, як пишуть історики, дуже вплинула на Джона Моклі , який створив
двома роками пізніше ЕОМ ЕНІАК .
 Кінець 1943 - запрацювала британська обчислювальна машина
спеціального призначення Colossus . Машина працювала над розшифровкою
секретних кодів фашистської Німеччини .
 Лютий 1944 - групою американських інженерів під керівництвом
Говарда Ейкена закінчено розробку першої американської обчислювальної
машини Марк I. Після монтажу, налагодження та випробувань вона стала
використовуватися для виконання складних балістичних розрахунків
американського ВМФ .
 1944 - Конрад Цузе розробив ще швидший комп'ютер Z4 , а також
першу мову програмування високого рівня Планкалкюль .
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 10
а
 1946 – публіці представлена перша універсальна електронна цифрова
обчислювальна машина ЕНІАК , що розроблялася секретно з 1943 року.
 4 грудня 1948 - Державний комітет Ради міністрів СРСР з
впровадження передової техніки в народне господарство зареєстрував за
номером 10475 винахід І. С. Бруком та Б. І. Рамєєвим цифрової електронної
обчислювальної машини.
 1950 – групою Лебедєва у Києві створено першу радянську електронну
обчислювальну машину.
 1957 -американською фірмою NCR створено перший комп'ютер на
транзисторах .
 1958 - Н. П. Брусенцов з групою однодумців побудував першу троїчну
ЕОМ з позиційною симетричною троїчною системою числення " Сетун ".
Механічні та автоматичні обчислювальні засоби
 V століття до зв. е . . - Абак (лічильна дошка).
 1642 - " Паскаліна " Блеза Паскаля , перша спроба механізувати
обчислення.
 1654 – логарифмічна лінійка , перший пристрій, який зробив
обчислення швидкими і стала вельми поширеною.
 1801 – ткацький верстат Жозефа Марі Жаккара , винахід перфокарти .
 1820-і роки — арифмометр Томаса, перший механічний
обчислювальний пристрій, що набув широкого поширення.
 1822-1838 - Різнисна машина Чарльза Беббіджа , перша спроба
створити програмований обчислювальний пристрій.
Електромеханічні обчислювальні засоби
 1888-1890 – Табулятор Холлеріта , перший автоматичний
обчислювальний пристрій, що виробляється промисловими партіями. Згодом
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 11
а
( 1896 ) Герман Холлеріт засновує компанію Tabulating Machine Company , у
1924 році перейменовану на International Business Machines Корпорація після
проміжної зміни імені у 1911 році.
 1936 - Машина Тюрінга (МТ) .
 1937 - Z1 , обчислювальна машина, розроблена Конрадом Цузе , стала
першим обчислювальним пристроєм, що працював на двійковій логіці і
застосовував арифметику з плаваючою комою .
 1943 - "Марк I" , перший комп'ютер, вироблений фірмою IBM .
Електронні обчислювальні засоби
 1946 - ENIAC ; 1948 - Манчестерська МЕМ " Baby " ; 1949 - EDSAC -
перші ЕОМ .
 7 квітня 1964 р. фірма IBM оголосила про створення сімейства
комп'ютерів System 360 - першої серії масштабованих комп'ютерів, яка
згодом стала прикладом відкритого стандарту, коли один виробник
комп'ютерного обладнання міг зробити обладнання, сумісне з обладнанням
іншого виробника; Широке поширення System 360 де-факто встановило
стандарт байта , що складається з 8 бітів , і ввело у широке застосування
шістнадцяткову систему числення в програмуванні.
Теоретичні розробки, що знайшли застосування у персональних
комп'ютерах
 1847 – 1854 – винахід булевої алгебри на основі двійкової системи
числення.
 1940 – 1948 – розуміння того, що робота логічних електричних схем
тотожна булевій алгебрі та розробка теорії інформації Клода Шеннона .
 середина 1940-х – розробка архітектури фон Неймана .
 1957 - вперше реалізована мова програмування високого рівня , звана
Фортран .
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 12
а
 У 1964 році Американська Асоціація Стандартів приймає новий 7-
бітовий стандарт для обміну інформацією ASCII (American Standard Code for
Information Interchange).
 У 1964 році Джон Кемені та Томас Курц у Дартмутському коледжі
розробили мову програмування BASIC . Ця мова програмування з різними
модифікаціями застосовувалася майже у всіх персональних та домашніх
комп'ютерах 1970-80-х років.
 1973 року дослідницький центр Xerox PARC представив Xerox Alto –
перший у світі зразок комп'ютера з віконним ( графічним ) інтерфейсом.
Технологій , що знайшли застосування в персональних комп'ютерах
Рисунок 4 – Транзистори
 23 грудня 1947 р. троє вчених у лабораторіях компанії Bell Labs ,
Вільям Шоклі , Уолтер Браттейн та Джон Бардін винайшли точковий
транзисторний підсилювач, що дозволило зменшити розміри комп'ютерів, які
до цього використовували електронні лампи .
 У вересні 1958 р. Джек Кілбі з компанії Texas Instruments побудував
першу електронну мікросхему, де п'ять компонентів були інтегровані на
одній платі з германію розміром 1,5 сантиметрів завдовжки і 1-2 міліметри
завтовшки.
 У 1959 році Роберт Нойс із Fairchild Semiconductor побудував
інтегровану електронну мікросхему, де компоненти були з'єднані один з
одним алюмінієвими лініями на окисленій поверхні кремнію (silicon-oxide).
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 13
а
 У 1960 році компанія DEC представила перший міні-комп'ютер PDP-1
(Programmed Data Processor), вартість якого становила 120 000 доларів. Це
був перший комерційний комп'ютер із клавіатурою та монітором.
 У 1963 році Дуглас Енгельбарт винайшов комп'ютерну мишу.
 У 1965 році Гордон Мур , директор підрозділу досліджень та розробок
у Fairchild Semiconductor, формулює висновок, заснований на
спостереженнях за динамікою розвитку технологій виготовлення мікросхем.
Це формулювання отримує назву закон Мура : щільність транзисторів в
інтегрованих мікросхемах подвоюватиметься кожні 24 місяці протягом
наступних десяти років.
 4 червня 1966 американський офіс патентів видає доктору Роберту
Деннарду з компанії IBM патент на 3-транзисторне середовище. Такий тип
пам'яті використовується короткострокового зберігання інформації.
 У 1966 році Роберт Нойс і Гордон Мур засновують корпорацію Intel .
Ця компанія починає зі створення мікрочіпів пам'яті, але поступово
перетворюється на компанію з виробництва мікропроцесорів .
 У 1966 році Дуглас Енгельбарт з дослідницького інституту Стенфорда ,
представляє систему, що складається з буквеної клавіатури, цифрової
клавіатури, мишки та програми, що підтримує виведення інформації на екран
у різних вікнах. На демонстрації показують текстовий редактор, систему, що
дозволяє будувати посилання інформацію та програму для колективної
роботи.
 У 1969 році Пентагон створює чотири вузли мережі ARPAnet -
прообразу сучасної Internet . День 2 вересня 1969 року прийнято вважати
днем народження Інтернету.
 1971 - винахід накопичувача на гнучкому магнітному диску , дискети
діаметром 200 мм .
 1971 - поява першого мікропроцесора (процесора, що міститься на
інтегральній мікросхемі) Intel 4004 . Цей процесор мав розрядність 4 біта та
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 14
а
застосовувався, наприклад, у калькуляторах або схемах управління
світлофорами. З мікропроцесорів 1970-х років, що знайшли застосування в
персональних комп'ютерах, варто згадати 8-розрядні Intel 8008 , Intel 8080 ,
Zilog Z80 , National Semiconductor SC/MP [ en ] , MOS 6502 , Motorola 6800 і
18-раз. , Intel 8088 .
У 1950-60-х роках комп'ютери були доступні лише великим компаніям
через свої розміри та ціни. У конкурентній боротьбі збільшення продажів
фірми, що виробляють комп'ютери, прагнули здешевлення та мініатюризації
своєї продукції. Для цього використовувалися всі сучасні досягнення науки:
пам'ять на магнітних сердечниках , транзистори , і, нарешті, мікросхеми . До
1965 року міні-комп'ютер PDP-8 займав обсяг, який можна порівняти з
побутовим холодильником , вартість становила приблизно 20 тис. доларів ,
крім того, спостерігалася тенденція до подальшої мініатюризації .
 У травні 1966р . Стівен Грей (не з 18 століття) засновує товариство
комп'ютерних аматорів (Amateur Комп'ютер Society) або ACS, і починає
публікувати новини клубу.
Численні ентузіасти, зацікавлені у вивченні можливостей комп'ютерів,
намагалися вичавити все можливе з доступних тоді матеріалів. Так,
наприклад, перший інтерпретатор мови програмування для персонального
комп'ютера були написані з ініціативи двох студентів, а історія фірми Apple
почалася з гаража, оскільки засновники не мали іншого приміщення.
 У 1975 році Білл Гейтс та Пол Аллен вирішили написати інтерпретатор
мови BASIC для комп'ютера Altair 8800 та заснували компанію Micro-Soft ,
що спеціалізувалося на розробці програмного забезпечення для комп'ютерів.
 1 квітня 1976 р. Стів Джобс і Стів Возняк заснували фірму Apple
Комп'ютер .
Доступність персональних комп'ютерів стимулювала написання
програмного забезпечення; Натомість, широкий вибір розробленого ПЗ
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 15
а
стимулював подальше поширення та використання персональних
комп'ютерів у суспільстві.
Обсяги продаж персональних комп'ютерів наприкінці 1970-х років були
невисокі, але для абсолютно нового товару комерційний успіх був
приголомшливий. Причиною цього була поява програмного забезпечення,
яке покривало потреби користувачів автоматизації обробки інформації. На
початку 1980-х найбільш популярні були мова програмування для
«чайників» BASIC , текстовий редактор WordStar (призначення «гарячих»
клавіш якого використовуються досі) і табличний процесор VisiCalc , що
переріс дотепер у гіганта під назвою Excel . Діловий світ усього світу
побачив, що купувати комп'ютери дуже вигідно: з їхньою допомогою стало
значно ефективніше виконувати бухгалтерські розрахунки, складати
документи тощо. Через війну виявилося, що багато організацій необхідні їм
розрахунки можна виконувати не так на великих ЕОМ, але в персональних
комп'ютерах, що значно дешевше. Поширення персональних комп'ютерів до
кінця сімдесятих років призвело до деякого зниження попиту на великі та
міні-ЕОМ. Це стало предметом серйозного занепокоєння корпорації IBM –
провідної компанії з виробництва ЕОМ.
У 1979 році керівництво IBM вирішило зробити дрібний експеримент
(щось на кшталт однієї з десятків робіт зі створення нового обладнання, що
проводилися у фірмі) – спробувати свої сили на ринку персональних
комп'ютерів («якщо інші фірми розпочали виробництво персональних
комп'ютерів) , то чому б і нам не спробувати?»). Щоб на цей експеримент не
витрачати надто багато грошей, керівництво фірми надало підрозділу,
відповідальному за цей проект, небачену у фірмі свободу. Зокрема йому
дозволено не конструювати персональний комп'ютер з нуля, а
використовувати блоки, виготовлені іншими фірмами. І цей підрозділ цілком
використав наданий шанс. Перш за все як основний мікропроцесор
комп'ютера був обраний найновіший тоді 16-розрядний мікропроцесор
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 16
а
Intel 8088. Його використання дозволило значно збільшити потенційні
можливості комп'ютера, оскільки новий процесор дозволяв працювати з 1
мегабайтом пам'яті, тоді як усі комп'ютери з урахуванням 8 розрядів . були
обмежені 64 Кілобайтами . У комп'ютері були інші комплектуючі різних
фірм, яке програмне забезпечення було доручено розробити невеликий фірмі
Microsoft .
У серпні 1981 р. новий комп'ютер під назвою IBM 5150 був офіційно
представлений публіці і незабаром після цього він набув великої
популярності у користувачів. За один-два роки комп'ютер IBM PC став
стандартом персонального комп'ютера. Зараз такі комп'ютери ( «сумісні з
IBM PC» ) становлять значну частину всіх персональних комп'ютерів, що
виробляються у світі.
Успіх IBM PC випливає з дивовижної відмови IBM ліцензувати будь-які
компоненти нової машини у поєднанні з відкритою архітектурою ,
розширюваністю та прийнятною ціною. Інновацією можна назвати хіба що
створення BIOS - вбудованої програмної оболонки для ізоляції специфічних
особливостей "заліза" від програм - але навряд чи покупці могли оцінити
інноваційність того часу. Натомість сторонні виробники отримали
можливість виробляти повністю сумісні клони і модулі розширення без будь
- яких юридичних і фінансових проблем. Крім того, IBM PC широко
використовувалися покупні елементи, що знижувало витрати на запуск
виробництва. Вже до 1986 року IBM втрачає лідируючу позицію на ринку
IBM PC-сумісних комп'ютерів на користь спеціалізованих компаній-збирачів.
До наших днів дійшли деякі торгові марки складальних компаній тих часів:
Dell , Compaq та деякі інші.
Персональні комп'ютери від появи до сучасних днів
 У 1969 році компанія Honeywell випускає "Кухонний комп'ютер" H316
- перший домашній комп'ютер (вартість 10 600 $). [1]
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 17
а
 У 1972 році була випущена Magnavox .
 В 1971 був виставлений на продаж Перший персональний
мікропроцесор під назвою "Intel-4004" був створений в 1971 компанією Intel.
 C 1973 випускається як досвідчений прототип кілька тисяч Xerox Alto -
перший персональний комп'ютер з графічним інтерфейсом і метафорою
робочого столу .
Рисунок 5 – Altair 8800 з 8-дюймовим дисководом
 У 1974 році фірма MITS розпочала виробництво комп'ютера Altair
8800 , який, як вважається, заснував усі аматорські персональні комп'ютери.
Однією з причин успіху цього комп'ютера була простота архітектури
стосовно «великих ЕОМ».
 В 1975 року фірма MOS Technology, Inc. розпочало виробництво
комп'ютера KIM-1 , який, за вартістю 245 доларів США , мав більш дружній
інтерфейс у порівнянні з популярним та дорожчим Altair 8800 , що зробило
його дуже популярним у радіоаматорів та ентузіастів.
 У 1976 року почався кустарний випуск Apple I – комп'ютера, який
послужив провісником розвитку однієї з сучасних виробників персональних
комп'ютерів, Apple Комп'ютер .
 У червні 1977 року перший серійно випускався Apple II запропонував
користувачам інтегровану клавіатуру , кольорову графіку, звук, пластиковий
корпус та вісім слотів розширення. На відміну від попередніх комерційних
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 18
а
ПК, Apple II більше виглядав як офісний прилад, а не як набір електронного
обладнання, мав вбудований інтерпретатор Бейсіка, і був набагато
дружнішим щодо непідготовленого користувача. Тим самим Apple II
започаткував революцію в області персональних комп'ютерів: це була
машина для мас, а не лише любителів, учених чи інженерів.
 серпня 1977 року розпочався випуск Tandy Radio Shack TRS-80 –
першого домашнього комп'ютера, що коштував менше 600 доларів. США .
 У грудні 1977 року з'явився Commodore PET – перший комп'ютер,
комплект якого входили клавіатура, монітор, накопичувач на магнітної
стрічці (спеціальний фірмовий магнітофон).
 У 1978 році надійшов у продаж Sinclair Mk14 за ціною всього 39.95
англійських фунтів .
 У листопаді 1979 року починаються масові продажі домашніх
персональних комп'ютерів . 400/800 . Будучи розвитком популярної
приставки Atari 2600 , ці моделі стали стартом для цілої лінійки популярних
домашніх комп'ютерів.
 У 1980 році у TRS-80 Color Computer вперше в персональному
комп'ютері використана багатокористувацька та багатозадачна операційна
система OS-9 .
 У 1980 році випущений продаж Sinclair ZX80 - перший персональний
комп'ютер для домашнього використання ціною менше 100 англійських
фунтів .
 У червні 1981 року був випущений Texas Instruments TI-99/4A –
перший домашній комп'ютер із 16-розрядним процесором Texas Instruments
TMS9900 .
 У 1981 році був випущений Xerox 8010 Star Information System (англ. )
перший комп'ютер у набір якого включалася комп'ютерна миша .
 В 1981 були випущені перший чорно-білий відеоадаптер (відеокарта)
MDA і перший кольоровий відеоадаптер CGA .
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 19
а
Рисунок 6 – IBM PC 5150
 12 серпня У 1981 році фірма IBM представила широкому загалу першу
модель персонального комп'ютера IBM PC 5150 , що стала фактичним
родоначальником сучасних персональних комп'ютерів в архітектурі Intel.
x86.
 У 1981 році почалися продажі Commodore VIC-20 . На старті продажів
це був найдешевший персональний комп'ютер у США (ціна нижче 300
доларів США). Тим не менш, аналогічний Sinclair ZX81 , випущений у той
же час на старті продажів у Британії , коштує лише 49.95 англійських фунтів.
Проте _ VIC-20 – перший комп'ютер у світі, який подолав планку у мільйон
проданих екземплярів.
 У 1981 році з'явився Sinclair ZX81 – коштував лише 49.95 фунтів у
вигляді набору для збирання та 69.95 фунтів – зібраний та готовий до
використання.
 У квітні 1982 року ZX Spectrum - найбільш популярний англійський
комп'ютер; допоміг становленню індустрії програмного забезпечення у
Сполученому Королівстві. Зокрема, за досягнення розвитку суспільства (не
тільки виробництво комп'ютерів) засновник компанії Sinclair
Research сер Клайв Сінклер був нагороджений нижчим дворянським званням
" Лицар королівського Ордену ".
 У серпні 1982 року почалися продажі Commodore 64 - став найбільш
продаваним комп'ютером усіх часів і народів: продано більше 20 мільйонів
машин.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 20
а
 У 1982 році Sony та Philips розпочали випуск перших компакт-дисків
(CD).
 У 1983 році було розроблено стандарт MSX з архітектури побутового
комп'ютера; комп'ютери цього стандарту вироблялися різними компаніями
переважно у Японії .
 У 1983 році на зміну IBM PC прийшов IBM PC/XT , що включав
жорсткий диск .
 У березні 1983 року Compaq початку продажів Compaq Portable –
першого портативного комп'ютера , а також першого клону комп'ютерів серії
IBM PC .
 У 1983 році почалися продажі Apple Lisa - амбітний проект Apple , що
зазнав невдачі, але підготував ґрунт для успіху як і Apple Macintosh , так і
Microsoft Windows (спочатку графічного середовища, а потім і операційної
системи)
 У січні 1984 року - перший успішний серійно випускається
персональний комп'ютер з маніпулятором типу "миша" і повністю графічним
інтерфейсом , названий Apple Macintosh , тобто перший успішний комп'ютер,
що реалізував ідеї, закладені в Xerox Alto у промисловому масштабі.
Рисунок 7 – Amiga 1000
 У 1984 році компанія Amiga Corporation в особі Роберта Дж. Мікала та
Дейва Морса влаштовує демонстрацію першого у світі персонального
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 21
а
мультимедійного комп'ютера Amiga 1000 . Демонстрація «Боїнг» (Boeing)
показувала, як тривимірна куля, розмальована червоними та білими
квадратами, літає у тривимірній кімнаті і з гуркотом ударяється об стіни.
 У 1984 році - перший серійно випускається вітчизняний персональний
комп'ютер " АГАТ ".
 3 квітня 1986 – перший ноутбук IBM PC Convertible від компанії IBM.
 У 1986 р. надійшла продаж перша зовнішня звукова плата (звукова
карта) фірми Covox Inc. _
1990 рік
 Компанія Microsoft випустила Windows 3.0
 Тім Бернерс-Лі розробив мову HTML (Hypertext Markup Language –
мова розмітки гіпертексту; основний формат Web-документів) та прототип
Всесвітньої павутини, а також перший веб-браузер WorldWideWeb та перший
веб-сайт info.cern.ch.
1991 рік
 Розроблено графічний формат JPEG
 Філіп Циммерман придумав PGP , систему шифрування повідомлень з
відкритим ключем.
 Створено стандарт зв'язку за технологією Wi-Fi .
 Була запущена перша веб-камера .
 З'явилася перша безкоштовна операційна система з великими
можливостями – Linux . Автор цієї системи, фінський студент Лінус
Торвальдс вирішив поекспериментувати з командами процесора Intel 80386 і
виклав в Інтернеті . Сотні програмістів різних країн світу почали дописувати
та переробляти програму. Вона перетворилася на повнофункціональну діючу
операційну систему. Історія замовчує про те, хто вирішив назвати її Linux,
але як з'явилася ця назва цілком зрозуміла. Linu або Lin від імені творця і x
або ux від UNIX, так як нова ОС була дуже схожа на неї, тільки працювала
тепер і на комп'ютерах з архітектурою х86 .
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 22
а
1992 рік
 DEC представив перший 32-розрядний процесор RISC Alpha.
 З'явився протокол передачі HTTP .
 Компанія Microsoft випустила Windows 3.1.
1993 рік
 Фірма Intel випустила 32-розрядний процесор Pentium , який складався
з 3,1 млн . транзисторів і міг виконувати 112 млн. операцій на секунду.
 З'явився формат стиснення MPEG .
 З'явилася мова розмітки гіпертекстових документів у Всесвітньому
павутинні HTML .
 З'явився W3Catalog, перша пошукова система для пошуку веб-сайтів у
мережі Інтернет.
1994 рік
 Початок випуску фірмою Power Mac серії фірми Apple Computers -
Power PC .
 Випущено специфікацію Bluetooth .
1995 рік
 Компанія DEC оголосила випуск п'яти нових моделей персональних
комп'ютерів Celebris XL.
 NEC оголосила про завершення розробок першого у світі кристала
обсягом пам'яті 1 Гбайт.
 З'явилася операційна система Windows 95 , в якій вперше з'явилися
підтримка USB та Plug and Play .
 SUN представила мову програмування Java . Netscape представила
мову програмування JavaScript , що має схожий на Java синтаксис.
 З'явився формат RealAudio – альтернатива MPEG.
1996 рік
 Фірма Microsoft випустила Internet Explorer 3.0 - досить серйозний
конкурент для Netscape Navigator .
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 23
а
 Розпочато випуск перших носіїв формату DVD .
 Випущено першу загальнодоступну версію веб-браузера Opera .
1997 рік
 Apple випустила операційну систему Mac OS 8.
1998 р.
 Фірма _ Microsoft випустила операційну систему Windows 98 .
 Фірма Apple випустила перше покоління настільного комп'ютера iMac.
 З'явилася пошукова система Google .
2000
 Компанія Microsoft випустила операційні системи Windows ME та
Windows 2000 .
 Випущено специфікацію стандарту USB 2.0 .
 В ізраїльській фірмі M-Systems був створений перший USB - флеш -
накопичувач .
2001
 Фірма Microsoft випустила операційну систему Windows XP , яка у
2000-ті роки була найпопулярнішою ОС у світі (76,1% у січні 2007 року).
 Компанія Apple випустила операційну систему OS X (Mac OS X,
macOS).
2002
 Випущено веб-браузер Mozilla Firefox із відкритим вихідним кодом.
2004
 Випущено першу версію найпопулярнішого дистрибутива Linux,
Ubuntu .
2005
 Фірма Apple випустила комп'ютер Mac mini .
2006
 Фірма Microsoft випустила операційну систему Windows Vista .
 Фірма Apple випустила ноутбук MacBook Pro .
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 24
а
 Розпочато випуск носіїв формату Blu-ray Disc .
2008
 Google випустила веб - браузер Google Chrome .
 Випущено специфікацію стандарту USB 3.0 .
 Фірма Apple випустила ноутбуки MacBook і MacBook Air .
2009
 Фірма Microsoft випустила операційну систему Windows 7 , яка на 2016
рік є найпопулярнішою ОС у світі.
2012
 Компанія Microsoft випустила операційну систему Windows 8 та
Windows 8.1
2015
 Компанія Microsoft випустила операційну систему Windows 10 .
2018
 IBM винаходить квантовий комп'ютер.
2021
 Компанія Microsoft випустила операційну систему Windows 11.
1.2 Історія суперкомп'ютерів
Найчастіше авторство терміна приписується Джорджу Майклу (George
Anthony Michael) і Сіднею Фернбачу (Sidney Fernbach), що наприкінці 60-х
років XX століття працював у Ліверморській національній лабораторії та
компанії CDC . Тим не менш, відомий той факт, що ще 1920 року газета New
York World ( англ. ) розповідала про «суперобчислення», що виконувались за
допомогою табулятора. IBM , зібраного на замовлення Колумбійського
університету .
До загальновживаного лексикону термін «суперкомп'ютер» увійшов
завдяки поширеності комп'ютерних систем . Сеймура Крея , таких як, CDC
6600 , CDC 7600 , Cray-1 , Cray-2 , Cray-3 ( англ. ) та Cray-4 ( англ. ) . Сеймур
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 25
а
Крей розробляв обчислювальні машини , що насправді ставали основними
обчислювальними засобами урядових, промислових та академічних науково-
технічних проектів США з середини 60-х років до 1996 року . Не випадково
на той час одним із популярних визначень суперкомп'ютера було: «будь-який
комп'ютер , який створив Сеймур Крей». Сам Крей ніколи не називав свої
дітища суперкомп'ютерами, воліючи використовувати замість цього
звичайну назву "комп'ютер".
Комп'ютерні системи Крея утримувалися на вершині ринку протягом 5
років з 1985 по 1990 роки . 80-ті роки XX століття охарактеризувалися
появою безлічі невеликих конкуруючих компаній, що займаються
створенням високопродуктивних комп'ютерів, проте до середини 90-х
більшість з них покинули цю сферу діяльності, що навіть змусило оглядачів
заговорити про «крах ринку суперкомп'ютерів».
В даний час кожен суперкомп'ютер є унікальною системою, що
створюється одним із «традиційних» гравців комп'ютерної індустрії
(наприклад: IBM , Hewlett-Packard , NEC та інші), які придбали безліч ранніх
компаній разом з їх досвідом та технологіями. Компанія Cray , як і раніше,
займає гідне місце в ряді виробників суперкомп'ютерів.
Через велику гнучкість самого терміну досі поширені досить нечіткі
уявлення про поняття «суперкомп'ютер». Жартівлива класифікація Гордона
Белла і Дона Нельсона , розроблена приблизно 1989 року , пропонувала
вважати суперкомп'ютером будь-який комп'ютер, важить більше тонни .
Сучасні суперкомп'ютери дійсно важать більше 1 тонни, проте далеко не
кожен великоваговий комп'ютер гідний честі вважатися суперкомп'ютером.
Загалом, суперкомп'ютер – це комп'ютер набагато потужніший, ніж доступні
для більшості користувачів машини. При цьому швидкість технічного
прогресу сьогодні така, що суперкомп'ютер-лідер може легко здати лідерську
позицію.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 26
а
Архітектура також може вважатися ознакою приналежності до класу
суперкомп'ютерів. Ранні комп'ютери CDC були звичайними машинами,
оснащеними швидкими для свого часу скалярними процесорами , швидкість
роботи яких була в кілька десятків разів вищою, ніж комп'ютери, які
пропонують інші компанії.
Більшість суперкомп'ютерів 70-х оснащувалися векторними
процесорами , а до початку і середини 80-х невелика кількість (від 4 до 16)
паралельно працюючих векторних процесорів практично стала стандартною
основою конфігурацією суперкомп'ютерів. Кінець 80-х і початок 90-х років
охарактеризувалися зміною магістрального напряму розвитку
суперкомп'ютерів від векторно-конвеєрної обробки до великого та
надвеликого числа паралельно з'єднаних скалярних процесорів.
Масово-паралельні системи стали об'єднувати у собі сотні і навіть
тисячі окремих процесорних елементів, причому ними могли бути як
спеціально розроблені, а й масово вироблені і, отже, доступні продажу
процесори. Більшість масово-паралельних комп'ютерів створювалося на
основі потужних процесорів з архітектурою RISC , на зразок PowerPC або
PA-RISC .
Наприкінці 90-х років висока вартість спеціалізованих
суперкомп'ютерних систем і наростаюча потреба різних верств суспільства в
доступних обчислювальних ресурсах сприяли поширенню комп'ютерних
кластерів . Для цього класу систем характерно використання окремих вузлів
на основі дешевих та широко доступних комп'ютерних комплектуючих для
серверів та персональних комп'ютерів та за допомогою потужних
комунікаційних систем та спеціалізованих програмно-апаратних рішень.
Незважаючи на простоту, кластери досить швидко зайняли досить великий
сегмент суперкомп'ютерної індустрії, забезпечуючи високу продуктивність за
мінімальної вартості системи.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 27
а
В даний час суперкомп'ютерами прийнято називати комп'ютери з
величезною обчислювальною потужністю ("число дробарки" або "число
гризи"). Такі машини використовуються для виконання програм, що
реалізують найінтенсивніші обчислення (наприклад, прогнозування погодно
-кліматичних умов , моделювання ядерних вибухів тощо), що в тому числі
відрізняє їх від серверів та мейнфреймів ( англ. mainframe ) – комп'ютери з
високою загальною продуктивністю, покликані вирішувати типові завдання
(наприклад, обслуговування великих баз даних або одночасно робота з
безліччю користувачів).
Іноді суперкомп'ютер виконує одну-єдину програму , що використовує
всю доступну пам'ять та процесори системи. В інших випадках вони
забезпечують велику кількість різноманітних додатків.
Одним з перших суперкомп'ютерів вважається Cray-1 , створений у
1974 році. За допомогою підтримки векторних операцій ця суперЕОМ
досягала продуктивності 180 мільйонів операцій на секунду над числами з
плаваючою точкою ( FLOPS ).
За застосуванням суперкомп'ютерів Росія сильно відстає від США,
Китаю, Європи та Японії. Якщо у 2018 р. частка Росії у світовому ВВП
склала 1,8%, то у світовій продуктивності суперкомп'ютерів лише 0,32%. [1]
Вперше термін "суперкомп'ютер" був використаний в Нью-Йорку в
1929 для позначення великої кількості впорядкованих папок, який IBM
зробила для Колумбійського університету.
У 1956 році команди з Манчестерського університету у Великій
Британії приступили до розробки MUSE - мікросекундного двигуна - з метою
можливого створення комп'ютера, який міг би працювати зі швидкістю
обробки, що наближається до мільйона операцій за секунду. Наприкінці 1958
року Ферранті погодився розпочати співпрацю з Манчестерським
університетом, і незабаром комп'ютер був перейменований на Atlas (див.
малюнок 2) спільним підприємством, контрольованим Томом Кілберном.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 28
а
Перший Atlas був офіційно введений в експлуатацію 7 грудня 1962, майже за
три роки до того, як суперкомп'ютер Cray і суперкомп'ютер CDC 6600 були
представлені як одні з перших суперкомп'ютерів у світі - і був визнаний
найпотужнішим комп'ютером Англії. Було відомо, що кожного разу, коли
Atlas виходив в автономний режим, половина комп'ютерної потужності
Сполученого Королівства губилася, він уперше використав віртуальну
пам'ять та підкачування, робочу пам'ять, об'єднавши свою первинну основну
пам'ять із додатковою вторинною пам'яттю барабана.
Рисунок 8 – Суперкомп'ютер Atlas
У 1960 році Sperry Corporation вирішили створити комп'ютер, який був
би найшвидшим у світі. Після чотирьох років експериментів Джима
Торнтона, Діна Раша та близько 30 інших інженерів Сеймур Крей закінчив
CDC 6600 (див. малюнок 3) у 1964 році. Крей переключився з германієвих на
кремнієві транзистори, побудовані Фейрчайлдом, використовували
планарний процес, оскільки вони мали недоліків кремнієвих меза-
транзисторів. Пристрої запускалися дуже швидко, проте обмеження
швидкості світла викликало серйозні проблеми з перегріванням, які
вирішили розробленою системою Роше охолодження. Враховуючи, що CDC
6600 перевершував за потужністю всі комп'ютери того часу приблизно в 10
разів він був названий суперкомп'ютером, і всі 100 екземплярів було продано
по 8 мільйонів доларів кожен.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 29
а
Рисунок 9 – Суперкомп'ютер CDC 6600
CDC 6600 набирав швидкість роботи шляхом звільнення процесора
( CPU ) для обробки фактичних даних шляхом використання периферійних
обчислювальних пристроїв. Компілятор Minnesota Fortran, розроблений
Liddiard і Mundstock в Університеті Міннесоти, дозволив CDC 6600
витримувати 500 кілофлоп при стандартних математичних операціях. В 1968
Крей створив вже CDC 7600, який знову став найшвидшим комп'ютером у
світі, проте не повторив успіху його попередника - було продано тільки
близько 50 моделей CDC 7600. Крей залишив CDC в 1972 році, щоб
запустити свою власну компанію. Через два роки після його відходу CDC
представив публіці star-100, який був утричі швидше за CDC 7600. Star-100
стала однією з перших машин, що використовують векторну обробку – ідея,
що з'явилася в 1964 році після розробки мови програмування APL.
Через чотири роки після відходу з CDC, в 1976 Крей представив Krei-1,
і він став найуспішнішим суперкомп'ютером в історії. Krei-1 використовував
інтегральні схеми з двома затворами в чіпі та векторний процесор, що мав
ряд інновацій, таких як ланцюги, в яких скалярні та векторні регістри
створюють проміжні результати, які можуть бути використані негайно, без
додаткової опорної пам'яті з нижчою швидкістю обчислень. . Krei x-Mr,
розроблений Стівом Ченом, був випущений у 1982 році з паралельними
векторними процесорами із загальною пам'яттю з найкращою підтримкою
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 30
а
зчеплення та кількома конвеєрами пам'яті. Усі три трубопроводи з
плаваючою точкою на X-MP можуть працювати одночасно.
Cray-2 (див. малюнок 4), випущений у 1985 році, мав 4 комп'ютерні
процесори з рідинним охолодженням, повністю занурених у бак Fluorinert.
Його продуктивність досягала 1,9 гігафлопса, що є другим результатом після
М-13 (2,4 гігафлопса) до 1990 року, коли ETA-10g від CDC випередив обох.
Cray 2 був абсолютно новим дизайном і не використовував зчеплення, мав
високу затримку пам'яті, але використовував багато конвеєрів; комп'ютер був
ідеальний на вирішення завдань, потребують великого обсягу пам'яті. Варто
відзначити, що у 1980-х роках вартість розробки програмного забезпечення у
Cray дорівнювала вартості апаратного забезпечення.
Рисунок 10 – Суперкомп'ютер Cray-2
Модель Y-MP, також розроблена Стівом Ченом, була випущена в 1988
як додаток до X-MP і може мати вісім векторних процесорів 167 МГц з
максимальною продуктивністю 333 мегафлопс на процесор. Наприкінці
1980-х років експеримент Крея з використання арсенід-галієвих
напівпровідників у Cu-3 зазнав невдачі. Крей почав працювати на масово
паралельних комп'ютерах на початку 1990-х років, але не встиг завершити
свій проект до загибелі 1996 року. Проте компанія Cray Research пізніше
створила такі комп'ютери.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 31
а
Cray-2, який встановив межі суперкомп'ютерних обчислень у середині-
кінці 1980-х років, мав лише 8 процесорів. У 90-х роках стали з'являтися
суперкомп'ютери із тисячами процесорів.
SX-3/44R був анонсований корпорацією NEC у 1989 році і через рік
заробив титул найшвидшої у світі 4-процесорної моделі. Чисельний
суперкомп'ютер Fujitsu в аеродинамічній трубі використав 166 векторних
процесорів, саме він зайняв перше місце серед суперкомп'ютерів у 1994 році.
Він мав пікову швидкість 1,7 гігафлопа на процесор. Hitachi SR2201, новинка
1996, отримав пікову продуктивність 600 гігафлопс з використанням 2048
процесорів, підключених через швидку тривимірну мережу.
У ті ж терміни Intel Paragon міг мати від 1000 до 4000 процесорів Intel
i860 у різних конфігураціях і був визнаний найшвидшим у світі у 1993 році.
Paragon був машиною MIMD , що з'єднала обробники через високошвидкісну
двовимірну сітку, що дозволяє процесам працювати на окремих вузлах; що
пов'язує через повідомлення інтерфейсу До 1995 Cray також масово
поставляв паралельні системи, наприклад Cray T3E з більш ніж 2000
процесорами, використовуючи тривимірне з'єднання.
Архітектура Paragon незабаром привела до суперкомп'ютера Intel ASCI
Red у Сполучених Штатах, який займав перше місце суперкомп'ютера до
кінця 20-го століття в рамках ініціативи Advanced Simulation and Computing.
Це була також сітчаста масово-паралельна система з більш ніж 9000
обчислювальних вузлів та більше 12 терабайт дискового простору, але
використовувала стандартні процесори Pentium Pro, які можна знайти у
повсякденних персональних комп'ютерах.
Значного прогресу було досягнуто в першому десятилітті 21 століття.
Ефективність суперкомп'ютерів продовжувала зростати, але не різко. Cray
C90 (див. малюнок 5) використав 500 кіловат потужності в 1991 році, у той
час як до 2003 року ASCI Q використав 3000 кВт, будучи в 2000 разів
швидше, збільшуючи продуктивність на ват в 300 разів.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 32
а
Рисунок 11 – Суперкомп'ютер Cray C90
У 2004 році суперкомп'ютер Earth Simulator (див. малюнок 6),
побудований NEC в Японському агентстві морської науки і техніки
(JAMSTEC), досяг 35,9 терафлопс, використовуючи 640 вузлів, кожен з
вісьмома власними векторними процесорами.
Рисунок 12 – Суперкомп'ютер Earth Simulator у 2002 році
Архітектура суперкомп'ютера IBM Blue Gene знайшла широке
застосування на початку 21 століття. Підхід Blue Gene дещо відрізняється
тим, що жертвує швидкістю процесора для низького енергоспоживання, тому
більша кількість процесорів може використовуватися за високих температур
з повітряним охолодженням. Він може використовувати більше 60 000
процесорів з 2048 процесорами і з'єднує їх через тривимірне торкове
з'єднання.
У липні 2011 року японський комп'ютер 8,1 Petaflop K став
найшвидшим у світі, використовуючи понад 60 000 процесорів Sparc64
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 33
а
VIIIfx, розміщених у більш ніж 600 шафах. Той факт, що K computer більш
ніж у 60 разів швидше, ніж Earth Simulator і що Earth Simulator займає 68-е
місце у світі через сім років після того, як займає перше місце, демонструє як
швидке зростання максимальної продуктивності, так і повсюдне зростання
суперкомп. . технологій у всьому світі. До 2014 року він випав зі списку, а до
2018 року комп'ютер K випав із топ-10.
Система контролю температури
Протягом десятиріч управління температурним режимом роботи
залишалося ключовим питанням більшості централізованих
суперкомп'ютерів. Велика кількість тепла, що виділяється системою, могло
спричинити серйозні порушення в роботі суперкомп'ютерів, а також
скорочення терміну служби інших компонентів системи. Існують різні
підходи до управління теплом, від перекачування фторвмісних сполук через
систему до гібридної системи охолодження рідини або повітря з нормальною
температурою кондиціювання. Типовий суперкомп'ютер споживає велику
кількість електроенергії, майже вся з якої перетворюється на тепло, що
потребує охолодження. Наприклад, Tianhe- 1A споживає 4,04 мегавата (МВт)
електроенергії, так що витрати на електроенергію та охолодження системи
можуть бути дуже значними. Питання теплової потужності та дисипації
потужності ЦП у суперкомп'ютерах перевершують питання традиційних
технологій охолодження комп'ютерів.
Упаковка тисяч процесорів разом неминуче створює значну кількість
теплової щільності, яку потрібно враховувати. Cray 2 був оснащений
рідинним охолодженням і використовував Fluorinert. Однак такий підхід до
охолодження був непрактичним для багатоквартирних систем на базі готових
процесорів, а System X спільно з компанією Liebert була розроблена
спеціальна система охолодження, що поєднує кондиціювання повітря з
охолодженням рідини.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 34
а
В IBM свідомо використовували малопотужні процесори для роботи із
щільністю тепла. IBM Power 775, випущений у 2011 році, має щільно
упаковані елементи, що потребують водного охолодження. Система IBM
Aquasar використовує охолодження гарячою водою для досягнення
енергоефективності, вода також використовується для обігріву будівель.
Станом на 2015 рік багато існуючих суперкомп'ютерів мають більшу
пропускну спроможність інфраструктури, ніж фактичний піковий попит
розробників машин, як правило, консервативно проектують інфраструктуру
живлення та охолодження для обробки більше, ніж споживана
суперкомп'ютером теоретична пікова електрична потужність. Конструкції
майбутніх суперкомп'ютерів обмежені за потужністю - теплова розрахункова
потужність суперкомп'ютера в цілому, обсяг, який може обробляти
інфраструктура живлення та охолодження, дещо більша за очікувану
нормальну споживану потужність, але меншу за теоретичну пікову
споживану потужність електронного обладнання.
Розширення меж можливого
Все починалося із задуму однієї людини. Сеймур Крею подобалося
розробляти комп'ютери. Йому подобалося завдання досягати все більшого
збільшення продуктивності за рахунок нових схем та з'єднань. Йому
подобалося це робити з простотою та витонченістю.
У 1972 р. пан Крей заснував компанію Cray Research, поставивши
перед нею нові цілі. Він вирішив втілити свою концепцію створення
найвищих у світі комп'ютерних систем. Якщо він стикався з чимось
неможливим, то просто знизував плечима і продовжував працювати.
Двигун такою ідеєю Крей за підтримки невеликої групи інженерів
створив суперкомп'ютер Cray-1. Cray-1 є справжнім шедевром інженерної
думки. Він повністю змінив уявлення в галузі комп'ютерних технологій від
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 35
а
процесорів до системи охолодження та корпусу. Це стало визначною подією
не тільки в історії компанії, а й усієї галузі.
При спробі визначити приблизну дату створення першого
суперкомп'ютера постає актуальне питання – це суперкомп'ютер, як його
класифікувати та виділити на тлі інших обчислювальних машин. Тут слід
запровадити уточнення, що суперкомп'ютером (від англійського слова super -
"над", "над") є апарат, який багаторазово перевершує можливості будь-якої
обчислювальної техніки того періоду. Також Гордон Белл та Дон Нельсон
запропонували жартівливий термін. Вони закликали називати
суперкомп'ютером будь-який апарат, що важить більше однієї тонни. Хоча
цей вислів і здається дурним, але всі сучасні суперкомп'ютери дійсно важать
більше за цей показник.
Грунтуючись на сказаному вище, про появу першого суперкомп'ютера
можна говорити вже в 1943 році. Під час Другої світової війни британські
сили зіткнулися з гострою необхідністю розшифровки німецьких
повідомлень, що ретельно кодувалися системою Лоренц. Підсумком став
комп'ютер "Колосус", який мав цілих 1500 ламп (2500 у моделі другого
покоління). Для порівняння, найпродуктивніший пристрій того часу був
оснащений лише 150 лампами. Цікавий факт – через особливості роботи
ламп, включені комп'ютери цього не вимикалися до закінчення війни.
Сполучені штати теж не відставали у розвитку даного сегмента. Одним
з перших суперкомп'ютерів у США став комп'ютер Атанасова-Беррі, який не
містив частин, що рухаються. Апарат не був програмованим і
використовувався лише для вирішення системи лінійних рівнянь. Визначним
досягненням можна вважати ENIAC – електронний числовий інтегратор та
обчислювач. Машина використовувалася для розрахунків таблиць
стрілянини, без яких не обходився жоден артилерист. На той час розрахунки
проводилися вручну, й у виконання повної таблиці потрібно 4 року. В
результаті було отримано апарат масою 27 тонн та обчислювальною
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 36
а
потужністю 357 операцій множення або 5 тисяч операцій складання за
секунду. Частота становила 100 кілогерців. Суперкомп'ютер працював із
даними у десятковій формі та оперував довжиною 20 розрядів. Комплект
включав у себе понад 17 тисяч ламп, що було на той час колосальним
показником.
1.3 Нова історія суперкомп'ютерів XXI століття
У 60-х роках ХХ століття виник і сам термін «суперкомп'ютер».
Авторство приписують Джорджу Мішелю та Сіднею Фернбачу, які
працювали в компанії CDC. Проте ввести в наш лексикон і зробити
загальновживаним цей термін зміг талановитий інженер та винахідник
Сеймур Крей. В 1972 він відкрив власну компанію, яка спеціалізувалася на
розробці високопродуктивних комп'ютерних систем. Через чотири роки
фірма представила свій перший суперкомп'ютер - "Крей-1", здатний
виконувати цілих 240 мільйонів угод на секунду. Такі машини купували
урядові та наукові установи для моделювання складних процесів. Cray-1
поруч перевищував обчислювальну потужність будь-якого іншого пристрою
того часу, за що називався суперкомп'ютером.
Пізніше у 1985 році з'явилися моделі Крей-2 та Крей Y-MP, які мали
відповідно швидкодію 1200 мільйонів та 2670 мільйонів операцій на секунду.
Після цього було випущено безліч моделей. Остання розробка від Cray
входить до десятки найпотужніших суперкомп'ютерів світу. Саме машина
Cray в 1988 переступила поріг в 1 гігафлопс і стала стандартом того часу, з
яким порівнювалися інші високопродуктивні системи. Наприкінці 90-х років
активний розвиток комп'ютерної техніки спричинив появу «кластерів». Такі
системи використовували окремі вузли, які з недорогого серверного
устаткування, об'єднані потужними комунікаціями. Кластери забезпечували
продуктивність порівнянну з суперкомп'ютерами, але мали більш доступну
вартість. Згідно зі списком ТОП-500, вершиною еволюції суперкомп'ютерів
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 37
а
на листопад 2016 є китайський Sunway TaihuLight. Його обчислювальна
ефективність на тесті Linpack склала 93 петафлоп. Пікова продуктивність
сягає неймовірних 125 петафлопсів.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 38
а
2 СУПЕРКОМП'ЮТЕРИ
2.1 Що таке суперкомп'ютер
Суперкомп'ютер це потужна обчислювальна машина. Суперкомп'ютер
від перекладу англійської SUPERCOMPUTER , супер-ЕОМ, Більш ЕОМ, це
спеціалізована обчислювальна машина, що значно перевершує за своїми
технічними параметрами, і швидкості обчислюваності , а також потужної
обчислення більшості існуючих у світі комп'ютерів.
Суперкомп'ютери дають можливість виконувати важкі наукові роботи
за милі і навіть секунди, які вчені та інженери можуть виконати роками. У
порівнянні простий ПК і суперкомп'ютер, суперкомп'ютер сильна більш
потужно кілька разів, наприклад 100 разів ніж ПК.
У розвитку наукової сфери вже світові лідери ІТ постачальники дали
свій розвиток та технології у мікроелектроніці, і дали можливість перейти від
закону Мура до ІІ або Штучного Інтелекту. На етапі розвитку технології
наукові сфери, дають можливість розвивати суперкомп'ютери, вже швидко і
швидко в перехід нової ери обчислювальної техніки, а також в квантової і ще
нано, біокомп'ютер , оптичної потужної обчислення, і дає дуже швидко
розробки. розробку мобільні та промочені, для смартфонів та ПК розробляти
нові ЦПУ в галузі промислової розробки та для Плазмової нано, квант ЦПУ
(Центрального процесорного Пристрої) та навіть БІО ЦПУ для мозку, якою
нещодавно компанія ARM та Neuralink дали план розвитку надалі 2020-2035
років. , і дає можливість для вивчення всесвіт і весь Космос в області
Астрономії, та інших наукових відділів для наукової розробки, Я хочу вам
представити новий Суперкомп'ютер у світі в 2021 та 2022 році це NVIDIA
CAMBRIDGE -1, та FUJITSU FUGAKU є лідером у Світовій ІТ сфері.
Суперкомп'ютер (англ. Supercomputer, НадЕОМ, СуперЕОМ,
надобчислювач) - спеціалізована обчислювальна машина, що значно
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 39
а
перевершує за своїми технічними параметрами і швидкості обчислень
більшість існуючих у світі комп'ютерів.
Як правило, сучасні суперкомп'ютери є великою кількістю
високопродуктивних серверних комп'ютерів, з'єднаних один з одним
локальною високошвидкісною магістраллю для досягнення максимальної
продуктивності в рамках реалізації розпаралелювання обчислювального
завдання.
Визначення поняття «суперкомп'ютер» неодноразово було предметом
численних суперечок та обговорень.
Найчастіше авторство терміна приписується Джорджу Майклу (George
Anthony Michael) і Сіднею Фернбачу (Sidney Fernbach), що наприкінці 60-х
років XX століття працював у Ліверморській національній лабораторії, та
компанії CDC. Тим не менш, відомий той факт, що ще в 1920 газета New
York World (англ.) розповідала про «суперобчислення», що виконували за
допомогою табулятора IBM, зібраного на замовлення Колумбійського
університету.
У загальновживаний лексикон термін «суперкомп'ютер» увійшов
завдяки поширеності комп'ютерних систем Сеймура Крея, таких як CDC
6600, CDC 7600, Cray-1, Cray-2, Cray-3 (англ.) і Cray-4 (англ.). Сеймур Крей
розробляв обчислювальні машини, які насправді ставали основними
обчислювальними засобами урядових, промислових та академічних науково-
технічних проектів США з середини 60-х років до 1996 року. Не випадково
на той час одним із популярних визначень суперкомп'ютера було таке: —
«будь-який комп'ютер, який створив Сеймур Крей». Сам Крей ніколи не
називав свої дітища суперкомп'ютерами, воліючи використовувати замість
цього звичайну назву "комп'ютер".
Комп'ютерні системи Крея утримувалися на вершині ринку протягом 5
років із 1985 по 1990 роки. 80-ті роки XX століття охарактеризувалися
появою безлічі невеликих конкуруючих компаній, що займаються
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 40
а
створенням високопродуктивних комп'ютерів, проте до середини 90-х
більшість з них залишили цю сферу діяльності, що навіть змусило оглядачів
заговорити про «крах ринку суперкомп'ютерів».
Нині кожен суперкомп'ютер є унікальною системою, що створюється
одним з «традиційних» гравців комп'ютерної індустрії (наприклад: IBM,
Hewlett-Packard, NEC та іншими), які придбали безліч ранніх компаній, разом
з їх досвідом та технологіями. Компанія Cray, як і раніше, займає гідне місце
в ряді виробників суперкомп'ютерів.
Через велику гнучкість самого терміну досі поширені досить нечіткі
уявлення про поняття «суперкомп'ютер». Жартівлива класифікація Гордона
Белла і Дона Нельсона, розроблена приблизно 1989 року, пропонувала
вважати суперкомп'ютером будь-який комп'ютер, важить більше тонни.
Сучасні суперкомп'ютери дійсно важать більше 1 тонни, проте далеко не
кожен великоваговий комп'ютер гідний честі вважатися суперкомп'ютером.
Загалом, суперкомп'ютер — це комп'ютер набагато потужніший, ніж
доступні більшості користувачів машини. При цьому швидкість технічного
прогресу сьогодні така, що суперкомп'ютер-лідер завтра легко може здати
лідерську позицію.
Архітектура також може вважатися ознакою приналежності до класу
суперкомп'ютерів. Ранні комп'ютери CDC були звичайними машинами, лише
оснащеними швидкими для свого часу скалярними процесорами, швидкість
роботи яких була в кілька десятків разів вищою, ніж у комп'ютерів, які
пропонують інші компанії.
Більшість суперкомп'ютерів 70-х оснащувалися векторними
процесорами, а на початок і середину 80-х невелика кількість (від 4 до 16)
паралельно працюючих векторних процесорів практично стала стандартною
основою конфігурацією суперкомп'ютерів. Кінець 80-х і початок 90-х років
охарактеризувалися зміною магістрального напряму розвитку
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 41
а
суперкомп'ютерів від векторно-конвеєрної обробки до великого та
надвеликого числа паралельно з'єднаних скалярних процесорів.
Масово-паралельні системи стали об'єднувати у собі сотні і навіть
тисячі окремих процесорних елементів, причому ними могли бути як
спеціально розроблені, а й масово вироблені і, отже, доступні у вільному
продажу процесори. Більшість масово-паралельних комп'ютерів
створювалися на основі потужних процесорів з архітектурою RISC, на зразок
PowerPC або PA-RISC.
Наприкінці 90-х років висока вартість спеціалізованих
суперкомп'ютерних систем і наростаюча потреба різних верств суспільства в
доступних обчислювальних ресурсах призвели до поширення комп'ютерних
кластерів. Для цього класу систем характерно використання окремих вузлів
на основі дешевих та широко доступних комп'ютерних комплектуючих для
серверів та персональних комп'ютерів та об'єднаних за допомогою потужних
комунікаційних систем та спеціалізованих програмно-апаратних рішень.
Незважаючи на простоту, кластери досить швидко зайняли досить великий
сегмент суперкомп'ютерної і
2.2 Види суперкомп'ютерів
Суперкомп'ютери мають кілька видів та виконують кілька завдань з
різних, наукових та інженерних напрямків. Суперкомп'ютери бувають кілька
типів, яким вони називаються свого призначення та видів робіт: Дата-центри,
ЦО Д( Центр обробки даних), сервери і т.д. І вони мають кілька видів
Магістральні, Векторні, Матричні Структурні, Паралельні – Векторні
модифікації, Паралельні конвеєрні.
У суперкомп'ютері використовуються всі три варіанти архітектури
МПЗЗ:
 структура MIMD у класичному її варіанті (наприклад, у
суперкомп'ютері BSP фірми Burrought);
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 42
а
 паралельно-конвеєрна модифікація, інакше MMISD, тобто
багатопроцесорна (Multiple) MISD архітектура ( наприклад , у
суперкомп'ютері «Ельбрус 3»);
 паралельно-векторна модифікація, інакше MSIMD, тобто
багатопроцесорна SIMD архітектура ( наприклад, у суперкомп'ютері Cray 2).
Найбільшу ефективність показала MSIMD архітектура, тому в сучасних
суперкомп'ютерах найчастіше знаходить застосування саме вона
(суперкомп'ютери фірм Cray, Fujitsu, NEC, Hitachi тощо). Перший
суперкомп'ютер був задуманий у 1960 і створений у 1972 році (машина
ILLIA 20 MFLOPS), а починаючи з 1975 року лідерство в розробці
суперкомп'ютерів захопила фірма Cray Research, що випустила Cray 1 з
продуктивністю 160 MFloPS 8 Мбайт що повністю реалізував архітектуру
MSIMD і ознаменував поява нового покоління суперкомп'ютерів.
Продуктивність
До суперкомп'ютерів відносяться потужні багатопроцесорні
обчислення. Обчислювальні машини зі швидкодією сотні мільйонів –
десятки мільярдів операцій на секунду.
Створити такі високопродуктивні комп'ютери на одному мікропроцесорі
(МП) неможливо через обмеження, обумовлене кінцевим значенням
швидкості поширення електромагнітних хвиль (300 000 км/с), оскільки час
поширення сигналу на відстань кілька міліметрів (лінійний розмір сторони
МП) при швидкодії 100 мільярдів операцій на секунду стає порівнянним з
часом виконання однієї операції. Тому суперкомп'ютери створюються у
вигляді високопаралельних багатопроцесорних обчислювальних систем
(МПЗЗ).
Високопаралельні МПЗЗ мають кілька різновидів:
 Магістральні (конвеєрні) МПЗЗ, в яких процесор одночасно виконує
різні операції над оброблюваним послідовним потоком даних. За прийнятою
класифікацією такі МПЗЗ відносяться до систем з багаторазовим потоком
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 43
а
команд та одноразовим потоком даних (МКОД або MISD - Multiple
Instruction Single Data).
 Векторні МПЗЗ, в яких всі процесори одночасно виконують одну
команду над різними даними - одноразовий потік команд з багаторазовим
потоком даних (ОКМД або SIMD - Single Instruction MultipleData).
 Матричні МПЗЗ, в яких мікропроцесор одночасно виконує різні
операції над послідовними потоками оброблюваних даних - багаторазовий
потік команд з багатократним потоком даних (МКМД або MIMD - Multiple
Instruction Multiple Data).
У суперкомп'ютері використовуються всі три варіанти архітектури
МПЗЗ:
 структура MIMD у класичному її варіанті (наприклад, у
суперкомп'ютері BSP фірми Burrought);
 паралельно-конвеєрна модифікація, інакше MMISD, тобто
багатопроцесорна (Multiple) MISD архітектура ( наприклад , у
суперкомп'ютері «Ельбрус 3»);
 паралельно-векторна модифікація, інакше MSIMD, тобто
багатопроцесорна SIMD архітектура ( наприклад, у суперкомп'ютері Cray 2).
Найбільшу ефективність показала MSIMD архітектура, тому в сучасних
суперкомп'ютерах найчастіше знаходить застосування саме вона
(суперкомп'ютери фірм Cray, Fujitsu, NEC, Hitachi тощо). Перший
суперкомп'ютер був задуманий у 1960 і створений у 1972 році (машина
ILLIA 20 MFLOPS), а починаючи з 1975 року лідерство в розробці
суперкомп'ютерів захопила фірма Cray Research, що випустила Cray 1 з
продуктивністю 160 MFloPS 8 Мбайт що повністю реалізував архітектуру
MSIMD і ознаменував поява нового покоління суперкомп'ютерів.
Продуктивність
Cray 2 - 2000 MFLOPS, обсяг оперативної пам'яті - 2 Гбайт (класичне
співвідношення, оскільки критерій збалансованості ресурсів комп'ютера - "
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 44
а
кожному MFLOPS продуктивності процесора повинен відповідати
щонайменше 1 Мбайт оперативної пам'яті " ).
В даний час у світі налічується кілька тисяч суперкомп'ютерів,
починаючи від простих офісних Cray EL до потужних Cray 3, Cray 4, Cray Y-
MP C90 фірми Cray Research, Cyber 205 фірми Control Data, SX-3 та SX-X
компанії NEC, VP 2000 компанії Fujitsu (обидві фірми японські VPP 500
компанії Fujitsu Siemens (німецько-японська) тощо), продуктивністю кілька
десятків тисяч MFLOPS.
Серед найкращих суперкомп'ютерів можна відзначити і вітчизняні
суперкомп'ютери. У сфері виробництва суперкомп'ютерів Росія, мабуть,
вперше представила власні оригінальні моделі комп'ютерів (всі інші,
включаючи і ПЕОМ, і малі ЕОМ, і універсальні комп'ютери за рідкісним
винятком, наприклад ЕОМ «Рута АЛЕ», копіювали зарубіжні рішення , і,
насамперед, розробки фірм в США).
2.3 Різниця між суперкомп'ютером і мейнфреймом
Суперкомп'ютер та мейнфрейми – найпотужніші комп'ютери. Але їх
можна відрізнити за завданнями, що вони роблять. З одного боку, де
суперкомп'ютер фокусується на швидкому обчисленні складних
математичних операцій. Крім того, мейнфрейм - комп'ютер виступає в ролі
сервера і підтримує велику базу даних , великі пристрої введення-виводу та
мультипрограмування . Давайте обговоримо деякі відмінності між
суперкомп'ютером та мейнфреймом за допомогою порівняльної таблиці,
показаної нижче.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 45
а
Таблиця 1 – Порівняльна таблиця
Підстава для
порівняння Суперкомп'ютер ЕОМ
Суперкомп'ютери швидко Мейнфрейми виступають як
виконують великі та сервер, зберігають велику базу
Основний складні математичні даних і одночасно
обчислення. обслуговують велику кількість
користувачів.
IBM винайшла перший
Перший успішний успішний комп'ютер для
Винахід суперкомп'ютер був мейнфреймів і досі є
винайдений Seymour Cray домінуючою компанією з
у 1976 році Cray 1. виробництва комп'ютерів для
мейнфреймів.
Суперкомп'ютер може
Швидкість виконувати мільярди ЕОМ можуть одночасно
операцій із плаваючою виконувати мільйони команд.
комою на секунду.
Суперкомп'ютери є Мейнфрейми також великі ,
Розмір найбільшими але трохи менше
комп'ютерами у світі. суперкомп'ютера.
Суперкомп'ютери – Мейнфрейми також дорогі, але
Витрати найдорожчі комп'ютери у дешевші, ніж
світі. суперкомп'ютери.
Сучасні суперкомп'ютери Мейнфрей м - комп'ютер має
Операційна мають операційну систему можливість запуску кількох
система Linux та похідні варіанти операційних систем. про
операційної системи Linux. одночасно.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 46
а
Визначення суперкомп'ютера
Суперкомп'ютери є найбільшими, швидкими та дорогими
комп'ютерами у світі. Перш ніж заглиблюватися в деталі, обговоримо історію
суперкомп'ютерів. Компанія, що поставила перший суперкомп'ютер у світі, –
Cray Inc. _ Сеймур Крей розробив перший суперкомп'ютер Cray 1 ,
випущений у 1976 році . Незважаючи на те, що він працював так само
швидко, як наші сьогоднішні домашні комп'ютери, Cray 1 був
найуспішнішим суперкомп'ютером свого часу. Важив він близько 5,5 тонн .
Наші сьогоднішні суперкомп'ютери оптимізовані за розмірами і стали
швидше за попередні . На сьогоднішній день найшвидшим
суперкомп'ютером у світі є Sunway TaihuLight у материковому Китаї .
Основним напрямом роботи суперкомп'ютера є прискорення складних
математичних обчислень.
Основне призначення суперкомп'ютера - виконання мільярдів операцій
з плаваючою комою всього за секунду . Тепер ви можете уявити швидкість
суперкомп'ютера. Більшість сучасних суперкомп'ютерів мають операційну
систему Linux, де кожен виробник має свою специфічну похідну від Linux .
В основному суперкомп'ютери використовуються для прогнозування
погоди, квантової механіки, досліджень ядерної енергії, неврологічних
досліджень та складних операцій, що потребують швидкого виконання.
Визначення мейнфрейму
Мейнфрейми – це також великі, швидкі та дорогі комп'ютери, але вони
менші, повільніші та дешевші, ніж суперкомп'ютери. Декілька компаній
приступили до виробництва мейнфреймів у 1950-1970 роках . Але
найуспішнішою і домінуючою сьогодні є корпорація IBM (International
Business Machines).
Мейнфрейм, сама назва якого описує, що це шафа з центральним
процесором, що управляє великою кількістю обладнання вводу/виводу .
Мейнфрейм-комп'ютери підтримують велику базу даних, широке обладнання
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 47
а
введення-виводу та мультипрограмування одночасно. Мейнфрей м -
комп'ютер виступає як сервер і обслуговує одночасно кількох користувачів.
Мейнфрейми можна масштабувати як апаратного, так програмного
забезпечення, тобто вони можуть підтримувати додаткове обладнання вводу-
виводу і можуть одночасно працювати з декількома операційними
системами. Однією з переваг Мейнфреймського комп'ютера є те, що він
може працювати роками без перерви. Через свою економічну ефективність
мейнфрейми застосовуються лише великою організацією, як- от банки,
авіакомпанії, фінанси, охорону здоров'я тощо.
Ключові відмінності між суперкомп'ютером та мейнфреймом
1. Суперкомп'ютер відомий швидким обчисленням складних
математичних операцій; він виконує мільярди операцій із плаваючою комою
на секунду. Мейнфрейми виступають як сервер; Він підтримує велику базу
даних, розрахований на багато користувачів і багатопрограмний, в
основному для великих бізнес-транзакцій.
2. Перший успішний суперкомп'ютер Cray1 був винайдений Seymour Cray
у 1976 році. IBM є найбільш успішним та домінуючим виробником
мейнфреймів.
3. Суперкомп'ютер - найшвидший комп'ютер у світі, тоді як; мейнфрейм-
комп'ютер також швидше, але менше, ніж суперкомп'ютер.
4. Суперкомп'ютер – найбільший комп'ютер. Тим не менш, мейнфрейм
комп'ютер також великий, але менше, ніж суперкомп'ютер.
5. Суперкомп'ютери дорожчі за мейнфрейми.
6. Сучасний суперкомп'ютер працює на Linux чи їх похідних варіантах.
Проте мейнфрейм - комп'ютер може працювати з кількома операційними
системами як із єдиним цілим.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 48
а
3 ПРИЗНАЧЕННЯ СУПЕРКОМП'ЮТЕРІВ
3.1 Суперкомп'ютер та їх застосування
Суперкомп'ютери виконують дуже складні наукові та інженерні
роботи. І вони виконують масову паралельну обробку даних, коли завдання
розбиваються на дві частини та одночасно обробляються тисячами 1000 до
10000 процесорами ЦПУ. Це їхня головна відмінність від звичайних
комп'ютерів, які вирішують послідовно завдання за завданням. Головне
значення суперкомп'ютерів є їх постійною здатністю симулювати реальність.
Вони можуть модернізувати та розробляти більш досконалі продукти у
галузях нафтогазової промисловості у фармацевтику. Вони
використовуються для розробки у промисловій сфері. Наприклад: при
розробці Автомобіля, Авіації Літак та Вертоліт та інших важливих
промислових сферах, основна із сфер застосування : у біологічних та
фізичних та медичних процесах. Суперкомп'ютери дозволяють вирішити
завдання та проводити аналіз даних у науковій та природній розробці,
наприклад розрахунки гідродинаміка та метрологія, якої при використанні
звичайних комп'ютерів були б не неможливо або займали занадто багато
часу, один із прикладів використання суперкомп'ютерів у наші дні . обробка
великих даних.
За допомогою суперкомп'ютерів інженери розробляють дуже складні та
точні математичні та фізичні розрахунки, і можуть розробляти нові
суперкомп'ютери для майбутніх поколінь, а також можуть уточнювати
розробку в галузі електроніки та мікроелектроніки та дати можливість
дізнатися про точну розробку ЦПУ для ПУ та мобільних телефонів.
планшетів. . д., точності розробки 4 до 1,5 нм (нанометрів) і мікрочіпів
мікропроцесорів.
Різні застосування суперкомп'ютерів.
1. Численні прогнози погоди.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 49
а
2.Обчислювальна біологія та медицина.
3. Обчислювальна хімія.
4.Обчислювальна лінгвістика та програмне забезпечення, де досягнення
інформатики досягнення прикладної науки.
5. Математичні розрахунки ( обчислювальна та прикладна математики).
6. Обчислення фізичної розробки.
7.Обчислення та розробки електроніки та мікроелектроніки
8. Атомні та електростанції.
9.Розробки у військовій промисловій техніці.
10.Астронімічні розрахунки планети та галактики , а також точне
розслідування аномалії інших галактики чорних дірок, вибух, нові
розвідки.
Приклади застосування сучасних суперкомп'ютерів для вирішення
найрізноманітніших обчислювальних завдань - у наукових та космічних
дослідженнях, конструкторських розробках, пошуку нових ліків,
метеорології.
Не виключено, що невдовзі частина Web-серверів буде замінена
суперкомп'ютерами. Принаймні саме таку можливість розглядає корпорація
IBM у рамках свого дослідницького проекту Kittyhawk. В даний час великі
компанії, такі як Google та Microsoft, використовують для підтримки
працездатності своїх Web-сервісів комп'ютерні кластери. Такий підхід
дозволяє сформувати досить потужну обчислювальну інфраструктуру на
основі недорогих комп'ютерних вузлів та мережевого обладнання. Проте
кластери мають і недоліки. У міру нарощування їх потужності зростає
енергоспоживання, що призводить до збільшення витрат і потребує
додаткового обладнання, що охолоджує. Та й площі розміщувати кластерів
потрібні дуже значні.
Як альтернатива кластерам IBM пропонує свої суперкомп'ютери
лінійки Blue Gene. Ці обчислювальні комплекси відрізняються високою
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 50
а
масштабованістю, завдяки чому теоретично можуть справлятися з
обслуговуванням Web-сервісів будь-якої складності. В даний час дослідники
IBM експериментують із встановленням на суперкомп'ютери ОС Linux у
комплекті з традиційним набором Web-додатків (сервер Apache та СУБД
MySQL). Щоправда, про можливі терміни практичного використання
суперкомп'ютерів Blue Gene як Web-сервери поки що нічого не відомо.
Команда "Формули-1" AT&T Williams ( www.attwilliams.com )
використовує високопродуктивний суперкомп'ютер, встановлений компанією
Lenovo ( www.lenovo.com ) на базі команди у Великій Британії, для
проведення випробувань гоночного боліду в аеродинамічних трубах.
Аеродинаміка відіграє вирішальну роль у визначенні того, наскільки
успішним буде виступ команди в кожному Гран-прі. Оптимальний баланс
між притискною силою та опором варіюється від траси до траси. Так,
аеродинаміка автомобіля в гонці в Монако, де багато крутих поворотів з
невеликою кількістю прямих, істотно відрізняється від аеродинаміки,
наприклад, у Монца, де мало поворотів, але багато довгих прямих відрізків.
Висока продуктивність суперкомп'ютера Lenovo дозволяє вивчити
можливості налаштування автомобіля між трасами, що, як очікується,
прискорить технологічний розвиток команди та її результативність.
Суперкомп'ютер використовується для досліджень в області
обчислювальної гідрогадинаміки. Вивчається вплив на аеродинаміку таких
змінних як рельєф поверхні, поведінка коліс та рельєф траси. Наприклад,
команда інженерів може аналізувати вплив зміни кривизни поверхні боліду з
метою збільшення притискної сили та зменшення опору машини. Нова
система виконує мільйони операцій, моделюючи повітряний потік на треку
навколо 3D-моделі гоночного боліду. Подібний процес допомагає
прогнозувати вплив незначних змін компонентної бази на опір і притискну
силу боліду, що безпосередньо впливає на швидкість і керованість
автомобіля. Моделювання аеродинамічних процесів проводиться у
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 51
а
комбінації з випробуваннями автомобілів у двох аеродинамічних трубах.
Комп'ютерні показники аеродинамічних процесів дозволять команді AT&T
Williams суттєво скоротити час на дослідження та сконцентруватися на
побудові кращих рішень для випробувань болідів у трубі та треку.
Максимальна продуктивність нового суперкомп'ютера досягає 8
TFLOPS, що вчетверо перевищує показники попереднього рішення,
використовуваного командою AT&T Williams. Новий суперкомп'ютер
прискорить моделювання аеродинамічних процесів приблизно на 75%.
Дослідження в області онкогенезу
Університет штату Алабама в Бірмінгемі придбав у компанії IBM
суперкомп'ютер Blue Gene/L, втричі збільшивши свої обчислювальні
ресурси. Новий суперкомп'ютер із продуктивністю 5,6 TFLOPS суттєво
розширить можливості університету в галузі обчислювальної біології та
молекулярного моделювання. Blue Gene/L допоможе дослідникам проводити
поглиблене імітаційне моделювання таких біологічних процесів, як
протікання крові в артеріях та капілярах у районі новоутворень. Ця система
буде використовуватися при проведенні медичних досліджень та в
імітаційному моделюванні, а також для знаходження способів стримування
та повної зупинки біологічної активності в тканинах людини, що призводить
до новоутворень та інших захворювань, що загрожують життю.
Суперкомп'ютер Blue Gene/L підтвердив свої можливості як
найперспективніший інструмент для проведення імітаційного моделювання
на рівні мікросекунд і менше.
Це не перший глобальний проект боротьби зі СНІДом, у якому візьме
участь корпорація IBM. Минулого року дослідницька лабораторія IBM у
Хайфі у співпраці з групою європейських партнерів розробила інтегровану
систему лікування СНІДу під назвою EUResist. Завдяки інтеграції баз даних
та сучасних засобів аналізу даних система EUResist може прогнозувати
реакцію генетичних модифікацій ВІЛ на певну антивірусну терапію.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 52
а
Можливості EUResist, таким чином, дозволять лікарям вибирати
найефективніші ліки та їх комбінації та оптимізувати методи лікування.
Завдання гідроенергетики
Активно розвиваючи гідроенергетику як екологічно чисту альтернативу
традиційним джерелам енергії, дослідницька організація Turboinstitut, що
спеціалізується на галузі гідроенергетичних технологій, звернулася до IBM з
проханням розгортання потужного суперкомп'ютера. Новий суперкомп'ютер
на базі ОС Linux, названий Adria і встановлений у недавно відкритому в
Любляні (Словенія) Центрі високопродуктивних обчислень (Ljubljana
Supercomputing Center), став найпотужнішим суперкомп'ютером у Південно-
Східній Європі. Turboinstitut буде використовувати його для прискореного
моделювання складних процесів у роботі гідротурбіну. Виконуючи
обчислення в 50 разів швидше за існуючі системи, Adria скоротить
тривалість експериментів з тижнів до декількох годин. Нова обчислювальна
система сприятиме прискоренню реалізації програми досліджень та розробок
Turboinstitut у галузі гідроенергетики та впровадженню енергетичних
компаній у всьому світі цих інноваційних технологій як альтернативу
існуючим джерелам енергії.
Суперкомп'ютер Adria, 2048-ядерна система, що використовує 256
серверів IBM BladeCenter, кожен з яких оснащений двома чотириядерними
процесорами та оперативною пам'яттю ємністю 4100 Гбайт, стане, як
очікується, одним з найбільш швидкодіючих Linux-кластерів. У ньому
застосовуються нові рішення IBM зниження енергоспоживання. Розгортку
системи здійснюють спеціалісти регіонального відділення IBM Slovenia та
бізнес-партнера компанії SIMT.
Суперкомп'ютери у Китаї
Пекінське метеорологічне бюро (BMB) придбало новий суперкомп'ютер
IBM, який використовуватиметься для прогнозування погоди та контролю
повітряного середовища . З істема може охопити до 44 тис. кв. потужність
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 53
а
нового комп'ютера, побудованого на базі IBM System p575, в 10 разів
перевершуватиме аналогічний показник системи прогнозування погоди,
використовуваної раніше пекінським метеоцентром. BMB – підвищити
точність метеорологічних прогнозів у прилеглих до Пекіна областях
Суперкомп'ютер IBM дозволить більш точно прогнозувати кількісні
характеристики погоди в районі Пекіна та під час Олімпійських ігор, і після
завершення цього 80-вузловий кластер на базі сервера IBM System p575
оснащений процесорами POWER5+ продуктивність 9,8 TFLOPS. Завдяки
такій базовій конфігурації нова обчислювальна система пекінського
метеоцентру увійде до першої десятки найшвидших суперкомп'ютерів у
Китаї.
Цікаво, що Китайський науково-технічний університет розробив свій
суперкомп'ютер KD-50-I на основі створених у КНР процесорів Loongson 2F.
Ці 64-розрядні процесори (раніше відомі як Godson) працюють на тактовій
частоті в 1,2 ГГц і за продуктивністю можна порівняти з процесорами Intel
Pentium 4. У обчислювальному комплексі KD-50-I, як зазначається на сайті
Китайської академії наук, використовується приблизно 330 процесорів
Loongson 2F, які у сумі забезпечують продуктивність близько 1 TFLOPS. У
Китаї вже існують суперкомп'ютери з подібною та вищою швидкодією, проте
зібрані вони на основі компонентів компаній IBM, Intel та AMD. У системі
KD-50-I використані лише власні розробки та технології КНР.
Суперкомп'ютер KD-50-I за розмірами можна порівняти з побутовим
холодильником, його енергоспоживання становить близько 6 кВт.
Будівництво обчислювального комплексу коштувало 800 тис. юанів
(приблизно 112 тис. дол.). На 2008 р. у Китаї заплановано створення набагато
потужнішого суперкомп'ютера на основі процесорів Loongson – очікується,
що продуктивність майбутнього комплексу досягне вже 100 TFLOPS. З
такими показниками швидкодії китайський суперкомп'ютер міг би потрапити
до першої десятки поточного рейтингу ТOP500.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 54
а
Не секрет, що суперкомп'ютери відіграють найважливішу роль при
вирішенні багатьох завдань, що стоять перед агентством NASA, включаючи
проектування нових космічних апаратів, вивчення глобального клімату та
проведення астрофізичних досліджень. Для оцінки технологій нового
покоління на відповідність своїм вимогам до майбутніх суперкомп'ютерів
NASA вибрала суперкомп'ютер IBM System p575+. Ця система IBM
встановлена в суперкомп'ютерному центрі NASA Advanced Supercomputing
(NAS, www.nas.nasa.gov) при Еймсівському дослідному центрі в Моффет-
Філді (шт. Каліфорнія), де вона проходить тестування та оцінку. Нова
система, укомплектована 640 процесорними ядрами і має пікову
продуктивність близько 5,6 TFLOPS, доповнить систему Columbia, яка є в
NASA, яка сьогодні займає восьме місце в списку найшвидших
суперкомп'ютерів світу.
Згідно з численними прогнозами, протягом наступних кількох років
потреби NASA у комп'ютерах вищого класу наростатимуть, тому необхідно
своєчасно переходити на більш досконалі технології. Центр NAS підтримує
вчених та інженерів у масштабі всієї країни, що працюють у таких галузях,
як проектування космічних апаратів, удосконалення моделей прогнозування
кліматичних змін та ураганів, дослідження механізмів сонячної активності
тощо. Моделювання - ефективне вирішення цих завдань можливе лише за
допомогою суперкомп'ютера. Так, проведені вченими NASA дослідження
дозволяють інженерам прискорити проектування та створення більш
безпечних та більш досконалих космічних літальних апаратів, а комп'ютерне
імітаційне моделювання дозволяє отримувати адекватні прототипи для
проведення віртуальних тестів, що суттєво скорочує потребу у дорогих
натурних випробуваннях.
У проекті технологічної модернізації центру NAS використовувався
комплексний набір тестів, що дозволяють оцінити продуктивність системи
при виконанні специфічних додатків агентства NASA та виміряти пропускну
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 55
а
здатність при виконанні робочих навантажень у складному,
високопродуктивному обчислювальному середовищі. Придбання
суперкомп'ютера IBM p575+ – перший із чотирьох етапів модернізаційного
процесу, результатом якого стане заміна суперкомп'ютерної системи
Columbia. Ця поетапна заміна відповідає вимогам програми Strategic, яку
проводить NASA. Capabilities Assets Program (SCAP) для обчислювальних
систем вищого класу, покликаних задовольнити потреби NASA у
суперкомп'ютерних ресурсах.
Енергоефективність суперкомп'ютерів
Найпотужніші на сьогодні суперкомп'ютери світу, системи сімейства
Blue Gene IBM, визнані також найбільш енергоефективними серед систем
рейтингу TOP500. Список Green500 ( www.green500.org ), що ранжує
провідні суперкомп'ютери світу з ефективності енергоспоживання, доповнює
рейтинг TOP500; його складанням керують професори Кірк Кемерон та Ву
Фен із політехнічного інституту штату Вірджинія. У цьому новому рейтингу
суперкомп'ютери IBM Blue Gene займають 26 із 27 вищих позицій. За даними
сайту www. green500. org, система Blue Gene – найенергоефективніший
комп'ютер у світі. Ця система спеціально розроблялася для того, щоб
забезпечувати максимальну продуктивність у розрахунку на кіловат
споживаної електроенергії. Для виконання 40 млрд операцій Blue Gene/P
споживає стільки ж електроенергії, скільки звичайна лампочка потужністю
100 Вт.
Флагманом портфеля петафлопс-систем IBM має стати комп'ютер із
кодовим ім'ям Roadrunner, який планується розгорнути у національній
Ліверморській лабораторії ім. Лоуренс міністерства енергетики США. Ця
система на гібридній процесорній платформі, що об'єднує тисячі процесорів
від AMD (застосовуваних у звичайних ПК) та процесори Cell Broadband
Engine, буде здатна подолати бар'єр швидкодії рівня петафлопсу. Завдяки
комбінації двох передових процесорних технологій Roadrunner споживає
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 56
а
менше електроенергії (порівняно із системами аналогічної сумарної
продуктивності), що дозволить формувати операційні обчислювальні
середовища з високим ступенем енергетичної ефективності.
А ось у суперкомп'ютері Maxwell, побудованому в Единбурзькому
університеті, замість звичайних мікропроцесорів застосовуються
програмовані логічні матриці FPGA (Field Programmable Gate Arrays).
Машини на базі FPGA компактніші і виділяють набагато менше тепла, ніж
традиційні комп'ютери. Розробники переконані, що Maxwell відкриє нове
покоління компактних та енергетично ефективних обчислювальних
пристроїв. Суперкомп'ютер займає лише дві комп'ютерні стійки в центрі
Единбурзького паралельних обчислень (EPCC). Втім, Марк Персонс,
комерційний директор EPCC і співрозробник Maxwell визнає, що для
комерційних цілей цю машину використовувати поки що важко. Однак він
переконаний, що в найближчі два-три роки проблему буде вирішено, і
технологія FPGA піде в гору. Комп'ютер пройшов випробування складних
завдань для нафтогазової промисловості, індустрії фінансових послуг та
медицини. При вирішенні фінансових завдань Maxwell давав виграш у
швидкодії від двох до 300 разів, порівняно з еквівалентною системою на
основі стандартних процесорів. Maxwell розроблений за два роки
очолюваним EPCC об'єднанням FPGA High Performance Computing Alliance.
Проект вартістю 3,6 млн . фунтів стерлінгів фінансувало Агентство з
розвитку підприємництва Scottish Enterprise. Комп'ютер спроектований та
побудований шотландськими компаніями Nallatech та Alpha Data із
застосуванням технології FPGA від Xilinx.
Експерти IBM Research відзначають, що наукові дослідження та
розробки техпроцесів, пов'язані зі збільшенням щільності упаковки
обчислювальних ядер на одному кристалі мікросхеми, активно ведуться як
IBM, так і іншими організаціями галузі, проте сучасні технології внутрішніх
комунікацій на рівні мікросхем розвивалися надто повільно, щоб бути в стані
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 57
а
підтримати зростання обміну даними між обчислювальними ядрами
(нагадаємо, що один із найінноваційних на сьогоднішній день кристалів у
світі, розроблений за участю IBM процесор Cell, містить дев'ять процесорних
ядер на одній мікросхемі). Нове наукове досягнення дослідників IBM можна
по праву назвати найважливішим кроком на шляху створення більш
компактного та більш енергетично ефективного способу організації каналів
обміну даними між ядрами на мікросхемі – за допомогою імпульсів світла
через шари кремнію, а не електричних сигналів по дротах. Застосовуючи
світлові імпульси замість проводів можна у 100 разів збільшити швидкість
обміну інформацією між ядрами і витратити при цьому у 10 разів менше за
електроенергію.
Суперкомп'ютер проти СНІДу
Цього року дослідники з Університету Единбурга та наукового центру
IBM імені Т. Дж. Уотсона оголосили про запуск загального п'ятирічного
проекту, що прагне прискорити розробку ліків, що перешкоджають
поширенню вірусу імунодефіциту людини (HIV, ВІЛ). Поряд із проведенням
лабораторних експериментів, проект передбачає застосування
суперкомп'ютера для моделювання процесів на клітинному рівні. У проекті
буде використано потужні обчислювальні технології, зокрема
суперкомп'ютер IBM Blue Gene, у поєднанні з новою експериментальною
методикою. Основні зусилля будуть сконцентровані на дослідженні власне
процесу інфікування шляхом розробки інгібіторів (уповільнювачів хімічних
реакцій та біологічних процесів) для частини вірусу імунодефіциту людини,
який відповідає за впровадження генетичного матеріалу ВІЛ у людську
клітину. Новий аспект співпраці вчених полягає у спробі розробити серію
різних інгібіторів для одночасного застосування та за їх допомогою запобігти
можливості мутації «хитрого» вірусу у відповідь на лікарську терапію з
використанням одиночних інгібіторів.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 58
а
Единбурзький університет знаходиться на передньому краї
використання технологій високопродуктивних обчислень, надаючи
можливості вирішення широкого спектра завдань на суперкомп'ютері
багатьох університетів у Європі. У 2004 р. університет розгорнув перший у
Європі суперкомп'ютер серії IBM Blue Gene для допомоги британським
ученим у проведенні наукових досліджень, що вимагають виконання
ресурсомістких обчислень. Вчені відзначають, що отримані перші результати
дуже обнадіюють. Вони підтверджують, що за допомогою моделювання
процесів на комп'ютері можна дізнатися, які молекули інгібіторів здатні
зупинити вірус ВІЛ та запобігти зараженню людей. Ці дані можуть
використовуватись фармацевтичними компаніями для швидкої розробки
відповідних ліків. Це принципово новий підхід до створення ліків, у ньому
використовуються складні алгоритми моделювання у поєднанні з
експериментальними методиками для розробки покращених способів
лікування, і тепер з'явилася можливість залучити величезні обчислювальні
ресурси, щоб робити цю роботу швидко, ефективно та раціонально.
Основні зусилля учасників проекту будуть сконцентровані на
дослідженні процесу інфікування – для більш глибокого та системного
розуміння того, як вірус HIV-1 атакує клітину та впроваджується у її
генетичний матеріал. Вчені вивчають фрагмент поверхневого білка вірусу
(пептиду), який найбільшою мірою визначає відповідну реакцію імунної
системи людини на вірусну атаку. Розуміння структури та поведінки пептиду
дозволить одночасно розробити велику кількість ліків комбінованого (або
загального) застосування для боротьби з інфікуванням. Спільний проект, що
реалізується в рамках співпраці Університету Единбурга та IBM,
використовує атомістичні способи моделювання та спеціальне ПЗ, що
виконується на суперкомп'ютері з масовим паралелізмом IBM BlueGene/L, у
комбінації з високоточними експериментальними методиками дослідження
властивостей амінокислот та малих пептидів. ) . Результати цих досліджень
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 59
а
повинні відіграти ключову роль у створенні нового методу антивірусної
терапії, заснованого на одночасній розробці множини ліків для комплексної
боротьби з мутуючим вірусом .
Дослідження в області онкогенезу
Університет штату Алабама в Бірмінгемі придбав у компанії IBM
суперкомп'ютер Blue Gene/L, втричі збільшивши свої обчислювальні
ресурси. Новий суперкомп'ютер із продуктивністю 5,6 TFLOPS суттєво
розширить можливості університету в галузі обчислювальної біології та
молекулярного моделювання. Blue Gene/L допоможе дослідникам проводити
поглиблене імітаційне моделювання таких біологічних процесів, як
протікання крові в артеріях та капілярах у районі новоутворень. Ця система
буде використовуватися при проведенні медичних досліджень та в
імітаційному моделюванні, а також для знаходження способів стримування
та повної зупинки біологічної активності в тканинах людини, що призводить
до новоутворень та інших захворювань, що загрожують життю.
Суперкомп'ютер Blue Gene/L підтвердив свої можливості як
найперспективніший інструмент для проведення імітаційного моделювання
на рівні мікросекунд і менше.
Це не перший глобальний проект боротьби зі СНІДом, у якому візьме
участь корпорація IBM. Минулого року дослідницька лабораторія IBM у
Хайфі у співпраці з групою європейських партнерів розробила інтегровану
систему лікування СНІДу під назвою EUResist. Завдяки інтеграції баз даних
та сучасних засобів аналізу даних система EUResist може прогнозувати
реакцію генетичних модифікацій ВІЛ на певну антивірусну терапію.
Можливості EUResist дозволять лікарям вибирати найефективніші ліки та їх
комбінації та оптимізувати методи лікування.
Японські вчені з корпорації NEC та Токійського технологічного
інституту розробили нову методику передачі даних між процесорами у
суперкомп'ютерних системах. Як очікується, у перспективі ця методика
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 60
а
призведе до появи надпотужних обчислювальних комплексів. Сутність нової
технології зводиться до заміни традиційних типів з'єднань оптичними
лініями зв'язку; електричні сигнали пропонується перетворювати на світлові
імпульси за допомогою лазерних діодів. Теоретично дана методика може
підвищити швидкість обміну інформацією між окремими кристалами
обчислювальної системи до 25 Гбіт/с. Для порівняння: найбільш ефективні
з'єднання, що застосовуються в даний час, забезпечують пропускну здатність
близько 10 Гбіт/с, тобто. приріст швидкодії може становити 250%. Експерти
зазначають, що система, створена дослідниками з Японії, дозволить створити
суперкомп'ютери із продуктивністю до 10 PFLOPS. На думку японських
дослідників, перші обчислювальні системи, побудовані із застосуванням
нової технології передачі, можуть з'явитися вже у 2010 році.
Це досягнення дозволило створити унікальну енергетично ефективну
методику бездротових міжз'єднань сотень чи тисяч ядер, що розташовані на
одній мікросхемі. Оптичний модулятор IBM виконує функцію перетворення
цифрового електричного сигналу, що передається по проводах, в серію
світлових імпульсів, які поширюються кремнієвим нанофотонним
хвилеводом. Спочатку промінь лазера (вихідного джерела світла) прямує на
оптичний модулятор, який виступає в ролі швидкодіючого «затвора» —
своєрідної шторки, яка, відкриваючись і закриваючись, пропускає або
затримує лазерний промінь на його шляху у вихідний хвилевід. Коли
цифровий електричний імпульс надходить від процесорного ядра
модулятора, «шторка» на мить відкривається і короткий імпульс світла
пропускається до вихідного оптичного хвилеводу. Саме таким чином
відбувається модуляція оптичного променя вхідного лазера, і модулятор
перетворює потік одиниць та «нулів» цифрових бітів електричного сигналу
на світлові імпульси.
Пристрій, що виконує функцію перетворення електричних сигналів на
світлові імпульси, відомий в області як кремнієвий електрооптичний
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 61
а
модулятор Маха-Цандера. Розмір модулятора, створеного вченими IBM, у
100 або навіть 1000 разів менший за продемонстровані раніше аналогічні
модулятори, що відкриває широкі можливості інтеграції безлічі таких
пристроїв – а в перспективі і готових оптичних мереж з маршрутизацією – в
одній мікросхемі. Це значно скоротить вартість, енергоспоживання та
тепловиділення при одночасному підвищенні у сотні разів пропускної
спроможності каналів обміну даними між ядрами порівняно з мікросхемами,
які використовують мідні провідники. Багато в чому завдяки прориву вчених
IBM суперкомп'ютери, що складаються з тисяч окремих процесорних блоків,
з'єднаних кілометрами мідних дротів, можуть поміститися в персональний
ноутбук. У той час як сучасні суперкомп'ютери використовують кількість
електроенергії, порівнянну з енергоспоживанням сотень будинків, майбутні
«суперкомп'ютери на мікросхемі» витрачатимуть приблизно стільки ж
електричної енергії, скільки споживає звичайна електрична лампочка.
 У сучасному етапі розвитку нової технології суперкомп'ютер дає точні
розробки в галузі наук медицини, інженерії та виконуючи складні
наукові та інженерні роботи. Навіть сучасні суперкомп'ютери
використовуються потужно ядерні центральні процесори та відео
прискорювачі або (відеокарти) для Національної лабораторії у всіх
світових центр розробки . Цього року компанія HPE нам представила
свій суперкомп'ютер Krestel . Порівняно з минулим виробництва
Суперкомп'ютер Eagle 2019 рік. Krestel дуже сильно в 5 разів більше,
ніж Eagl . HPE krestekl зможе похвалитися в 44 PTFlops . Але нас
насамперед цікавить те, що Krestel буде об'єднати процесор в ( ЦПУ)
Intel та AMD . Якщо точніше CPU Intel Xeon Scalabe покоління Sapphire
та CPU AMD Epyc Покоління Genoa . Всі ці процесори ще мають вийти.
 Різні процесори будуть використовуватися в суперкомп'ютерах у складі
різних підсистем (на 2 або 10 ОС (операційних систем)). Вони
послужать CPU Intel .
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 62
а
 Система буде включати 4608 52 ядерних CPU (ЦПУ) процесорів. А 96
ядерних CPU AMD будуть використовуватись у спеціальних блоках
прискоренням Апаратам NVIDIA Hopper . Всі таких блоків буде 132 – по
два процесори та 4 – GPU (графічний процесор) у кожному .
 Енергоефективність нової установки складає 10.4 G / Flops на Ватт
( WATT ), чим більше вдвічі показників Eagle , але той же новий Fointer
характеризується показниками в 50 GFlops на Ватт ( WATT ).
 Навіть у 2022 році у перші Top 500 ( top 500.org ) ви список змінився,
став Суперкомп'ютер Frointer
 2.Fugaku -Fujitsu
 3.LUMI – HPE CRAY
 У 2019 році став NVIDIA
 У 2020 році також став NVIDIA - був можливостей підтримки створення
ваксин проти COVID 19 – ( Coronavirus - Коронавірус). У 2021 Fugaku -
Fujitsu - Дав можливості розробляти в перші 3,5 або 4,5 нм метровий чіп
( Chip ) для світових продуктивних компаній як Snapdragon Qualcomm ,
Mediatek , Hisilicon - Huawei . Розробка мобільних процесорів.
 Навіть суперкомп'ютер буде дуже сильно до йета байта, але вони не
будуть стандартними суперкомп'ютерами, вони будуть нано, нейро ,
квантової і навіть біологічні та оптичні , фтонні суперкомп'ютер у 2040
роках.
3.2 Світові рейтинги суперкомп'ютерів 2022
Сьогодні розвитку Суперкомп'ютерів ми зможемо бачити в рейтингу
top 500 org статистки даних рейтингових списку у 2022 році став
1 місце - Frontier 1.1 EFLOPS (1100 PFLOPS).
2 місце - Supercomputer Fugaku (442 PFLOPS)
3 місце - LUMI (152 PFLOPS).
4 і 5 місце - Summit і Sierra (149 і 95 PFLOPS)
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 63
а
А за статистикою у 021 році був перше місце - Supercomputer Fugaku
( 442 Пфлопс )
Лідером списку в 2021 японський суперкомп'ютер Fugaku , 7,6 млн
ядер якої видають 442 Пфлопс . І вона все ще втричі швидше за свого
найближчого конкурента Summit.
Рейтинг суперкомпьютерів у 2021 році
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 64
а
Рисунок 12 – Суперкомпьютер
Офіційний рейтинг найпотужніших обчислювальних систем планети
ведеться з 1992 року. Хоча першим суперкомп'ютером вважається Cray-1,
створений 1976 року Сеймуром Креєм . Американського інженера в
результаті прозвали "батьком суперкомп'ютерів", а його компанія Cray Inc до
цього дня, вже під крилом Hewlett Packard , є одним з лідерів
суперкомп'ютеробудування . Основним мірилом швидкодії є бенчмарк
щільних систем лінійних алгебраїчних обчислень Linpack . Хоча з 2017 року
проводиться перетест альтернативним бенчмарком розріджених матриць
HPCG.
79 і 105 місце - Karolina і Athena . Передові обчислювальні системи
східної Європи розташовані в суперкомп'ютерних центрах чеської Острави та
польського Кракова. Перший побудований силами техногіганта Hewlett-
Packard , а другий — порівняно невеликою польською компанією Format . На
додачу Athena займає 9 місце у рейтингу найенергоефективніших
суперкомп'ютерів Green500 .
57 і 60 місце - Gadi і Dragao . Найпотужніші суперкомп'ютери в
південній півкулі знаходяться в Австралії та Бразилії відповідно. Перший
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 65
а
створений компанією Lenovo , що не вимагає представлення, а другий -
найбільшим європейським будівельником суперкомп'ютерів Atos (Франція).
Рисунок 13 – Dammam-7
18 і 74 місце - Dammam-7 і Artemis . Топові суперкомп'ютери Близького
Сходу, що належать приватній нафтовидобувній компанії Saudi Aramco
(Саудівська Аравія) та хмарному провайдеру Group 42 (ОАЕ). Спроектовані
HP та NVIDIA відповідно. В альтернативному Бенчмарк HPCG займає
Dammam-7 більш почесне 8 місце. До слова, Saudi Aramco належать ще
чотири позиції у рейтингу суперкомп'ютерів TOP500.org.
23 місце - Piz Daint (читається по-німецьки як Піц Дайнт »). Був
запущений на підтримку Великого адронного колайдера силами
вищезгаданої Cray Inc. _ А після об'єднання з іншим швейцарським
суперкомп'ютером Piz Dora , тривалий час був найпотужнішим у Європі.
nJoy Cadu 1000 - румунське лінійно-інтерактивне джерело
безперебійного живлення корпоративного рівня. Дозволяє підключати
комп'ютери та іншу периферію сумарної потужності до 600 Вт за допомогою
чотирьох розеток із заземленням . А ємності вбудованої батареї вистачає на 5
хвилин автономної роботи при 50% навантаженні або майже півгодини при
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 66
а
25%. Залишок заряду, а також іншу сервісну інформацію показує на
вбудованому РК- екрані . Синхронізується з комп'ютером за допомогою
USB-кабелю та фірмового ПЗ nJoy . Також виконує функцію стабілізатор
напруги (вирівнює перепади від 176 до 280 В) та грозозахисту Ethernet -
кабелю інтернет-провайдера . Підтримує холодний старт та заряджання у
вимкненому стані.
Рисунок 14 – Партнерська модель
12, 13 і 15 місце - HPC5, Voyager-EUS2 і SSC-21. Найпродуктивніші
суперкомп'ютери, що належать не державним науковим установам, а
приватним компаніям. А саме італійської нафтогазової компанії Eni SpA ., а
також Microsoft і Samsung . Перший побудований інженерами Dell , а другий
і третій - власноруч Microsoft і Samsung . Причому Voyager
клієнтоорієнтований - надає хмарні послуги Azure .
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 67
а
Рисунок 15 – Voyager-EUS2
9 місце - Tianhe-2A (інша назва Milkyway-2A). Побудований китайською
компанією Inspur для Національного суперкомп'ютерного центру Гуанчжоу.
У середині 2010-х залишався найпотужнішою обчислювальною системою у
світі аж два з половиною роки (зазвичай лідер змінюється кожні півроку).
Базується на процесорах Intel Xeon E5-2692v2 сумарно із майже 5
мільйонами ядер. Є третім енерго -ненажерливим у світі — 18 МВт.
6 місце - Sunway TaihuLight . Ще один китайський обчислювальний
монстр, розташований у місті Усі . Замість класичних CPU та GPU,
використовує вузькоспеціальні RISC-процесори Sunway SW26010, кожен із
260 ядрами. Сумарно виходить 10 мільйонів ядер, хай і архітектурно
слабших, ніж x86_64. В результаті Sunway видає 93 PFLOPS у Linpack , тоді
як в альтернативному тесті HPCG показує лише 18 результат у світі.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 68
а
Patriot Burst Elite 1.92 TB - серія твердотільних накопичувачів
американського бренду в металевому 2.5-дюймовому корпусі об'ємом від 120
до 1920 ГБ. Версії меншого обсягу використовують 3-бітну TLC-пам'ять, тоді
як більш місткі – вже 4-бітну QLC. Але швидкісні показники, незалежно від
типу флеш -пам'яті, приблизно однакові за рахунок розпаралелювання на
кілька чіпів - до 560 МБ/с, що є межею можливостей інтерфейсу SATA 3. А
менша теорія довговічність компенсується на практиці великим обсягом
зарезервованого місця під автоматичну заміну зношених осередків (ні багато
ні мало 128 ГБ). Якщо вам потрібен Full Size SSD, зверніть увагу на модель
Patriot P210 на чесні 2048 ГБ.
4 і 5 місце - Summit і Sierra (149 і 95 PFLOPS). Американські брати-
суперкомп'ютери на базі 22-ядерних процесорів IBM POWER9, що
знаходяться в Окріджській та Ліверморській національних лабораторіях.
Використовуються для досліджень у галузі атомної енергетики та ядерної
зброї. Крім CPU, використовують відеокарти NVIDIA Volta GV100. У тесті
HPCG займає Summit вище 2 місце.
3 місце - LUMI ( зображений на першій картинці статті, з вовком, 152
PFLOPS). Фінляндія славиться не тільки найшвидшими автогонщиками, а й
найшвидшим у Європі суперкомп'ютером. В обох бенчмарках Linpack і
HPCG займає LUMI однакове 3 місце. До речі, у Фінляндії знаходяться ще
два суперкомпи з TOP500, названі Mahti та Puhti.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 69
а
Рисунок 16 – Supercomputer Fugaku
2 місце - Supercomputer Fugaku . Торішній чемпіон Linpack (442
PFLOPS) родом з Японії все ще утримує лідерство в тесті HPCG. Все завдяки
ставці на центральні процесори, замість відеокарт Fujitsu A64FX з 48 ядрами
архітектури ARM. Та й енергоапетит у нього чемпіонський — майже 30 МВт.
1 місце - Frontier . Мабуть, суперкомп'ютер Summit Окріджської
національної лабораторії виявилося замало — і HP збудувала для них нового
монстра з потужністю 1.1 EFLOPS (1100 PFLOPS). Вирватися настільки
сильно вперед вдалося завдяки 64-ядерним процесорам AMD EPYC 3rd Gen і
відеокартам AMD Instinct MI250X. Енергоспоживання склало 21 МВт, що є
другим найкращим показником у перерахунку на продуктивність.
Екологічніший тільки молодший брат Frontier TDS (29 місце в Linpack ).
Партнерська модель
FSP Cannon Pro 2000W - найпотужніший на сьогоднішній день
споживчий блок живлення в асортименті тайванського бренду, і єдиний 2
кВт у вітчизняному роздробі. Конструкція БП модульна, із плоскими
податливими кабелями. Має цілісну лінію +12 вольт потужністю 167 ампер,
яка може живити двопроцесорну Workstation материнську плату, 9
флагманських відеокарт (з двома 8+2-pin конекторами кожна) та 14 дисків
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 70
а
SATA (плюс ще 5 через перехідники з Molex ). Схемотехніка власної
розробки та виробництва FSP, конденсатори японські високотемпературні
Rubycon , а вентилятор Power Logic з подвійним шарикопідшипником. Все це
результує у золотий сертифікат енергоефективності 80 PLUS Gold .
Якщо рахувати в штуках, то більше третини суперкомп'ютерів зі списку
TOP500 розташовані на території Китаю. Але за сумарною обчислювальною
потужністю лідирує США майже половина. На третьому місці знаходиться
Японія з часткою в штуках 7%, а потужностях - 14%. За нею слідує
Німеччина, Франція, Канада та Великобританія. Мільярдна Індія у своєму
розпорядженні має всього три суперкомпи, тоді як півмільйонний
Люксембург — цілих два. Чемпіоном Африки вважається марокканський
Toubkal (162 місце у глобальному рейтингу).
Рисунок 17 – Frontier
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 71
а
Нескінченна гонка
А за чутками, Китай уже завершив будівництво двох екзафлопних
систем Sunway Oceanlite і Tianhe-3, але поки що тримає результати
бенчмарків у секреті. А який суперкомп'ютер візуально чи за описом
сподобався вам найбільше?
Рисунок 18 – Місце 10. DAMMAM-7 CRAY CS-STORM
У червень та липень 2022 року дають зміни списку рейтингу в топ 500
За даними статистики джерела Найкращі промокоди для читачів
TopTech на червень-липень 2022
Замикає першу десятку нова комп'ютерна система від Saudi Aramco ,
найбільшої у світі компанії, яка займається видобутком нафти, з
капіталізацією в $2,458 трлн. 80% доходів до бюджету Саудівської Аравії
надходить саме від діяльності цієї компанії, тому не дивно, що вона має такі
величезні обчислювальні ресурси.
У системі HPE Cray CS- Storm використовуються процесори Intel Gold
Xeon та графічні чіпи Nvidia Tesla V100. Продуктивність досягає 22,4
петафлопс у бенчмарку HPL. Теоретична пікова продуктивність (такі
величини вимірює найпопулярніший проект Top500) - 55,4 Петафлопс на
секунду. Кількість ядер процесора - 672520.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 72
а
Рисунок 19 – Місце 9. FRONTERA DELL C6420
Frontera використовується з 2019 року у обчислювальному центрі
Університету Техасу. Раніше займала 8-й рядок, але в останній редакції
Top500 знизилася на 1 позицію. Завдяки 448 448 ядрам процесора Intel
Platinum Xeon цей один із найкрутіших комп'ютерів у світі досягає 23,5
пфлопс на бенчмарку HPL. Теоретичний потенціал - 38,7 PFlop /s.
Суперкомп'ютер Frontera служить для проведення досліджень у різних
галузях науки, включаючи ті, що пов'язані з квантовою механікою, випуском
ліків, ліквідацією вірусів та фізикою чорних дірок.
Рисунок 20 – Місце 8. HPC5 DELL
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 73
а
Суперкомп'ютер Dell PowerEdge HPC5 належить найбільшій італійській
нафтогазовій компанії Eni SpA (капіталізація станом на 2019 рік - 50 млрд
євро) і розташований у центрі обробки даних Eni . HPC5 — одна з
найпотужніших і найстійкіших комп'ютерних систем у світі,
використовується в основному для дослідження нових джерел енергії.
Володіючи продуктивністю в 35,45 петафлопс (теоретично - 51,7), ця
система - найпотужніша в нашому рейтингу найпотужніших
суперкомп'ютерів світу в 2022 році, які використовуються в комерційних
цілях на об'єкті замовника. Працює на процесорах Intel Xeon Gold (загалом
669 760 ядер) і графічних ядрах NVIDIA Tesla V100.
Рисунок 21 – Місце 7. JUWELS BOOSTER MODULE BULLSEQUANA
XH2000
Комп'ютер JUWELS, створений компанією Atos , є найновішим
представником у списку. BullSequana нещодавно був встановлений в
Юліхському дослідному центрі (Німеччина, заснований 11 грудня 1956) і є
найпотужнішою системою в Європі з продуктивністю 44,1 петафлопс HPL (у
потенціалі - 70,9!).
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 74
а
Заснована на модульній системній архітектурі, JUWELS працює на
процесорах AMD і графічних чіпах NVIDIA A100 (на таких же, як Selene ,
яка розташовується на 5-му рядку рейтингу). Суперкомп'ютер має 449 280
ядер та показник HPL 44,1 PFLOP/s, що робить його найшвидшим у Європі.
Є частиною модульної системи, другий модуль JUWELS на базі Xeon
розміщений окремо, Top500 він розташовується на позиції №44. Модулі
інтегруються за допомогою програмного забезпечення ParTec Modulo Cluster.
Рисунок 22 – Місце 6. TIANHE-2A TH-IVB-FEP
Зі швидкістю 61,4 петафлопс модель Tianhe-2A (вона ж MilkyWay-2A)
розміщується на шостій позиції. Розроблена Оборонним науково-технічним
університетом Китаю НОАК (NUDT) та встановлена у Національному
суперкомп'ютерному центрі в Гуанчжоу. Теоретична сумарна продуктивність
дорівнює приблизно 100,6 Пфлопс .
Тяньхе-2A працює на процесорах Intel Xeon (4 981 760 ядер) та
прискорювачах NUDT Matrix-2000 DSP. Використовується для моделювання,
систем аналізу та додатків державної безпеки. Посідав 1-е місце у світі з
червня 2013 року до листопада 2015 року.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 75
а
Рисунок 23 – Місце 5. SELENE NVIDIA
Цей один із найпотужніших суперкомп'ютерів у світі станом на 2022 рік
використовується компанією NVIDIA Corp , відомою виробництвом
відеокарт для персональних комп'ютерів у різних цінових категоріях.
Загальна капіталізація компанії становить $251,31 млрд. В рамках останніх
тестувань Selene досягла потужності 63,4 петафлопс на бенчмарку HPL, що
дозволило їй практично подвоїти свій попередній результат (попередній
показник - 27,6 петафлопс ).
NVIDIA представила свій суперкомп'ютер Selene зі штучним інтелектом
у червні 2020 року, побудувавши та запустивши його менш ніж за місяць.
Основні сфери застосування включають розробку та тестування різних
систем, внутрішні розробки штучного інтелекту та мікросхем.
Selene працює на чіпах Nvidia DGX A100 SuperPOD та на базі
процесорів AMD EPYC з новими графічними процесорами. Загальна
кількість ядер - 555520.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 76
а
Рисунок 24 – Місце 4. SUNWAY TAIHULIGHT SUNWAY MPP
Sunway TaihuLight побудований Національним дослідницьким центром
паралельної обчислювальної техніки та технологій Китаю та встановлений у
Національному суперкомп'ютерному центрі Усі . Раніше в офіційному
рейтингу Top500 посідав 1 місце протягом двох років (2016–2017). Проте з
того часу його позиції дещо похитнулися.
Продуктивність суперкомп'ютера досягає 93 петафлопс у тесті HPL.
Працює на процесорах Sunway SW26010 з 10649600 ядрами. Теоретична
продуктивність китайського суперкомп'ютера становить 125,4 петафлопс .
Рисунок 25 – Місце 3. SIERRA IBM POWER SYSTEMS S922LC
Трійку найпотужніших комп'ютерів 2022 відкриває Sierra . Ця модель
суперкомп'ютера належить Ліверморській національній лабораторії ім.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 77
а
Лоуренса (LLNL) (Каліфорнія), яка відповідає за надійність та безпеку
ядерної зброї Сполучених Штатів Америки. Також у цій лабораторії
розташований Національний комплекс лазерних термоядерних реакцій.
Суперкомп'ютер Сьєрра володіє продуктивністю 94,6 петафлопс , 4320
вузлами, 1,572,480 ядрами, двома процесорами Power9 і чотирма графічними
процесорами NVIDIA Tesla V100. Його архітектура подібна до архітектури
суперкомп'ютера з позиції №2 ( Summit ).
Sierra також посіла 15-е місце у списку найенергоефективніших
суперкомп'ютерів у світі за версією Green500.
Другий найпотужніший комп'ютер у світі за характеристиками
продуктивності в 2022 році - це модель Summit , яка базується в
Національній лабораторії Ок- Рідж (ORNL), штат Теннессі. Лабораторія веде
дослідження у галузі нейтронної фізики, матеріалознавства та енергетики.
Рисунок 26 – Місце 2. SUMMIT IBM POWER SYSTEMS AC92
Є найшвидшою системою з усіх представлених у США. Запущена в
2018 році модель IBM Power Systems AC922 має продуктивність 148,8
петафлопс , має 4356 вузли. Основні процесори - Power9 (2414592 ядра) +
шість графічних чіпів NVIDIA Tesla V100.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 78
а
Дві команди, що працюють над створенням Summit , отримали
престижну премію Гордона Белла за визначне досягнення в галузі
високопродуктивних обчислень, яку зазвичай називають Нобелівською
премією з суперкомп'ютерів.
Рисунок 27 – Місце 1. SUPERCOMPUTER FUGAKU
Отже, самий топовий комп'ютер у світі - це Fugaku . Його максимальна
продуктивність становить 442 PFLOPS (потенційний пік - 537), що на 26
PFLOPS більше, ніж у червні 2020 року, і втричі швидше, ніж у системи
Summit . Такого результату вдалося досягти завдяки збільшенню кількості
ядер до 7630848 (процесори Arm A64FX) Комп'ютер збудований компанією
Fujitsu і знаходиться в Центрі обчислювальних наук RIKEN в Кобе, Японія.
Директор Центру RIKEN Сатоші Мацуока заявив, що це досягнення
підкорилося їм завдяки тому, що вони «нарешті змогли використати всю
машину по максимуму, а не лише її значну частину». Водночас Мацуока
додав: «Я не думаю, що ми здатні ще щось покращити у ній».
Fugaku лідирує у всіх відомих на сьогоднішній день бенчмарках :
Top500, HPL-AI, HPCG, Graph500. У сумі потужність Фугаку перевищує
потужність 4 разом узятих суперкомп'ютерів, що розташовані нижче в
рейтингу. В експлуатацію введено у 2021 році.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 79
а
4 СТРУКТУРА СУПЕРКОМП'ЮТЕРІВ
4.1 З чого складається суперкомп'ютер
Сучасний суперкомп'ютер це величезний пристрій, що складається з
модулів пам'яті, процесорів, плат, об'єднаних у обчислювальні вузли, що
пов'язане між собою мережу. Для точного зображення та розробки наукових
завдань та інженерних рішень використовуються графічні процесори та
високоякісні відео карти, продуктивних компаній та постачальників.
Керуюча система розподіляє завдання, контролює завантаження та відстежує
виконання завдань. Навіть точно передачі інтернету суперкомп'ютери
відіграють важливу роль у розвитку інтернету та мобільної мережі.
У суперкомп'ютерах мережа Ethernet своєї дешевизни та доступності ,
найчастіше використовується як допоміжна сервісна мережа з метою
зниження інтерференції керуючого трафіку завдань.
Суперкомп'ютер враховують оцінку FLOPS використовуючи формулу
Nflop =2*(M^3) для підрахунку FP операції (виходячи з базового алгоритму
перемноження матриць) та вимірюємо час виконання перемноження випадку
алгоритму M = multiply при розмірі симетричних матриць = M =4096 FLOPS
(також flops, flop/s флопс чи флоп/с, акронім від англ.).
Floating - point operation second , що вимовляється як флопс ) - поза
системою одиниця використовується для вимірювання продуктивності коми
в секунду виконує ця обчислювальна система.
Суперкомп'ютери вимірюються в терафлопс ) трильйони операцій з
плавлячою точкою в секунди) і петафлопс ( тисячі терафлопс )
Суперкомп'ютер призначений до виконання важких обчислювальних
завдань, насамперед його оснащують великою кількістю потужних
процесорів.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 80
а
4.2 Опереційна система суперкомп'ютерів
Сучасні суперкомп'ютери використовують ОС для важливих завдань та
розробки для важливих досліджень. Порівняння ПК, суперкомп'ютери
працюють під х 86 біт бітової архітектури.
Статистика показує: понад 90% найпотужніших комп'ютерів у світі, як
і раніше, працює під управлінням *nix-систем. За даними чергового рейтингу
найбільш продуктивних суперкомп'ютерів планети, абсолютна більшість
систем, що потрапили в список, використовує Linux або різні варіації Unix -
подібних ОС.
Чому всі суперкомп'ютери працюють під Linux. Починаючи з 2018
року п'ятсот найвищих продуктивних систем у світі працюють на Linux.
Обговорюємо причини ситуації, що склалася, і наводимо думки експертів.
Стан ринку
Поки що Linux програє іншим ОС у боротьбі ринку ПК. За даними
Statista, Linux встановлена лише на 1,65% комп'ютерів, у той час як з
операційною системою Microsoft працює 77% користувачів. Найкраще
справи в хмарному середовищі, хоч і тут лідером залишається Windows (цю
ОС використовує 45% клієнтів 1cloud.ru, але вже 44% - Linux-дистрибутиви).
Але якщо говорити про високопродуктивні обчислення, то тут Linux –
однозначний лідер. Згідно зі звітом порталу Top500 – це проект, що
становить рейтинг обчислювальних установок світу – сьогодні всі
суперкомп'ютери зі списку топ-500 побудовані на Linux.
На машині Summit (номер один у списку на момент написання статті),
спроектованої в IBM, встановлено Red Hat Enterprise . Ця система управляє
другим за потужністю суперкомп'ютером – Sierra. Щодо третього місця, то
китайська установка TaihuLight працює на Sunway Raise OS, заснованій на
Linux.
Причини поширеності Linux Продуктивність. Ядро Linux монолітне і
зберігає всі необхідні компоненти - драйвери, планувальник завдань, файлову
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 81
а
систему. При цьому kernel-сервіси виробляються в адресному просторі ядра,
що збільшує загальну продуктивність. Також Linux має відносно невеликі
вимоги до заліза. Деякі дистрибутиви можуть працювати на пристроях з
об'ємом пам'яті 128 МБ.
Той факт, що машини під управлінням Linux продуктивніші, ніж під
Windows, кілька років тому визнав навіть один з розробників Microsoft.
Серед причин він надав інкрементальні поновлення, спрямовані на
оптимізацію кодової бази.
Відкритість . Суперкомп'ютери 70-х і 80-х років здебільшого будувалися
на комерційних дистрибутивах, заснованих на UNIX, наприклад UNICOS від
Cray. Університети та досвідчені лабораторії були змушені платити великі
роялті автору ОС, що негативно позначалося на кінцевій вартості
високопродуктивних комп'ютерів – вона становила мільйони доларів. Поява
відкритої операційної системи дозволило суттєво скоротити витрати на
програмне забезпечення. В 1998 був представлений перший суперкомп'ютер
на Linux-Avalon Cluster. Його зібрали в Лос-Аламоській національній
лабораторії США лише за 152 тис. доларів.
Машина з продуктивністю 19,3 гігафлопсу зайняла 314 місце у
світовому топі. На перший погляд, це невелике досягнення, проте
співвідношення ціна/продуктивність привабило розробників
суперкомп'ютерів. За два роки Linux удалося захопити 10% ринку.
Кастомізація . Кожен суперкомп'ютер має унікальну ІТ-інфраструктуру.
Відкритість Linux дозволяє інженерам самостійно внести зміни до коду
операційної системи, щоб оптимізувати її продуктивність. Експерти
відзначають не лише широкі можливості встановлення відкритої операційної
системи, а й простоту цього процесу. Адміністратор Едді Епштейн (Eddie
Epstein), який брав участь у проектуванні суперкомп'ютера Watson, назвав
легкість у керуванні головною причиною вибору SUSE Linux.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 82
а
Згідно з черговим рейтингом Тор-500, на Linux працюють усі 500
найкращих суперкомп'ютерів світу. Дві останні – Linux системи, що
належать Китаю та керовані AIX комп'ютери I ВМ POWER, у листопаді 2017
р. залишили Тор-500. Гонку суперкомп'ютерів впевнено очолює Китай: йому
належать 202 системи США - 144. м (було 297-е); півроку тому до Тор-500
також входили 3 суперкомп'ютери з РФ, рік тому їх було 5, у 2012 р. -12.
На 1-му місці розташувався китайський Sun way Taihu Light з
продуктивністю 93 петафлоп, на другому також китайський Tianhe-2 (33,9
петафлоп), на третьому – Piz Daint швейцарського національного
суперкомп'ютерного центру (19,6 петафлоп), на 4 місце система Gyoukou
(Японія), а Titan Національної лабораторії Оук-Рідж (США) занурився на 5-е
місце.
Коли у червні 1993 р. було складено перший Тор-500, Linux ще
розглядався як іграшка. Суперкомп'ютер цієї ОС уперше увійшов Тор-500 у
1998 р.; Безперечним лідером серед ОС для суперкомп'ютерів тривалий час
залишалася UNIX. До 2003 р. Тор-500 вже виявлялася тенденція до
домінування Linux; З 2004 р. Linux – беззмінний лідер Linux Foundation
називає дві причини такого успіху.
 По-перше, більшість суперкомп'ютерів створено для вирішення
вузькоспеціалізованих завдань і розробляти окрему ОС для кожної такої
системи безглуздо, оскільки вихідний код Linux може бути легко
модифікований та оптимізований під будь-який одноразовий проект.
Наприклад, ядро Linux 4.14 дозволяє суперкомп'ютерам використовувати
Heterogeneous Memory Management (HMM), завдяки якому GPU та CPU
отримують доступ до загального адресного простору процесу; 102 системи з
Тор-500 використовують технології GPU accelerator/co-processor, які будуть
покращені завдяки НММ,
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 83
а
 По-друге, вартість ліцензування дистрибутива. Linux не залежить від
кількості вузлів, на яких він використовується, завдяки чому витрати
розробників залишаються на рівні інших ОС або навіть нижчі.
 У наших останніх постах ми обговорювали той факт, що більше 90%
суперкомп'ютерів (94,2%, якщо бути точним) використовують Linux як свою
операційну систему. У цьому пості, продовженні наших попередніх постів,
ми спробуємо досліджувати можливості Linux, які роблять його відповідним
і, можливо, найкращим вибором для ОС суперкомп'ютерів.
 Справді, ніхто не може краще підкреслити можливості Linux як ОС для
суперкомп'ютерів, ніж команда, відповідальна за розгортання та
обслуговування суперкомп'ютерів. Перш ніж ми перерахуємо та обговоримо
примітні особливості Linux, давайте подивимося, що говорять про Linux
ключові особи в області суперкомп'ютерів; і які причини вони наводять, коли
їх запитують про вибір Linux як операційну систему для суперкомп'ютера.
 Марк Сігер працює заступником завідувача відділу передових
технологій у Ліверморській національній лабораторії Лоуренса у Ліверморі,
Каліфорнія. На об'єкті (Ліверморська національна лабораторія Лоуренса)
працюють десять машин зі списку 500 найкращих, включаючи Blue Gene/L,
найпотужніший у світі суперкомп'ютер . та Грім, який посідає п'яте місце.
Суперкомп'ютери, звичайно ж, використовують Linux як ОС. Марк Сігер
каже, що "Linux домінує на ринку високопродуктивних обчислень".
Високопродуктивні кластери Linux - це серія з двох частин, в якій
розповідається про високопродуктивні обчислення, які можливі тільки в
Linux.
 Скотт Гнау – директор з розвитку Teradata Corporation. Корпорація
вирішує кілька критично важливих завдань та розгортає суперкомп'ютери
для виконання ресурсомістких завдань. Суперкомп'ютери працюють на
Linux. Скотт каже: «Наші рішення призначені для управління потужними
бізнес-аналітиками та додатками для прийняття рішень у режимі реального
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 84
а
часу, включаючи виявлення та запобігання шахрайству, сегментацію
клієнтів, управління персоналом та прогнозування. Наші рішення працюють
на SUSE Linux Enterprise Server від Novell, який, завдяки своїй надзвичайній
масштабованості , надійності , гнучкості та простоті використання , є
оптимальною операційною системою Linux для бізнесу наших клієнтів. Ми
вибрали Novell та її платформу SUSE Linux Enterprise через повний спектр
провідних у галузі послуг Linux для підтримки великих критично важливих
підприємств».
 Едді Епштейн про системне адміністрування суперкомп'ютера Watson,
коли його запитали про їхній вибір Linux для суперкомп'ютера, сказав, що
"проект розпочався з блейд-серверів на базі x86, і дослідники, відповідальні
за адміністрування, були добре знайомі з Linux". Вказівка на Linux вже
відома дослідникам .
 Алехандро Рамірес був керівником групи суперкомп'ютерного центру
Барселони (BSC), яка розробляла перший у світі суперкомп'ютер на базі
ARM. Він говорить про вибір Linux для суперкомп'ютерів: " Підтримка
операційної системи Linux є одним з фундаментальних елементів". Далі він
додав: « ARM добре підтримує Linux …»
 Айрін Квалтерс – старший віце-президент SGI з програмного
забезпечення. Айрін говорить про вибір Linux для свого проекту: «У SGI ми
зосереджені на високопродуктивних обчисленнях та надійній
масштабованості , а SUSE Linux Enterprise Server – це операційна система,
яку вибирають багато наших клієнтів Altix та Altix XE».
 Ще в 2000 році Університет Нью-Мексико побудував віртуальний
суперкомп'ютер Los Lobos з використанням Red Hat Linux з початковими
інвестиціями 1,5 мільйона доларів (тоді). Д-р Френк Гілфезер тоді був
призначений виконавчим директором високопродуктивних обчислень в
Університеті Нью-Мексико. Гілфезер сказав: «Ми маємо кілька клієнтів, які
виграють від високопродуктивних обчислень у кластері Linux. Ми вважаємо,
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 85
а
що в майбутньому це буде важливо і для електронного бізнесу: оскільки все
більше і більше клієнтів впроваджують проміжне програмне забезпечення та
організацію черг повідомлень, їм потрібні такі самі можливості, які ви
знайдете в кластері Linux: вказівку на високу продуктивність забезпечується
ОС Linux. Далі він каже, що «еволюція великих суперкластерів Linux
пов'язана з розповсюдженням таких компонентів масового споживання, як
ПК, розвитком високошвидкісних комерційних мереж, таких як Myrinet, та
швидке поширення руху за відкрите програмне забезпечення»... «Таким
чином, справжні суперкомп'ютери можуть бути створені у надзвичайно
короткі терміни . розумна вартість порівняно з традиційними
суперкомп'ютерами».
 Стівен Скотт, науковий співробітник відділу комп'ютерних наук Ок-
Ріджської національної лабораторії (2000 р.), був одним із перших
користувачів/дослідників суперкомп'ютера Linux. Він каже: "Науковий світ
любить Linux, тому що він близький до стандартного Unix ", - додав Скотт.
«Більшість високопродуктивних середовищ – це Unix, але всі безкоштовні
інструменти GNU значно спрощують та здешевлюють розгортання Linux.
 Поглянувши на думку експерта, давайте уточнимо особливості Linux,
які роблять Linux найкращим вибором для суперкомп'ютерів:
 1. Модульна природа Linux . Непрофесіонал може уявити типовий
Linux як що складається з невеликих будівельних блоків чи модулів. Кожен
модуль виконує окремі спеціалізовані утиліти. Ці будівельні блоки працюють
разом, щоб змусити ОС працювати. Ця модульна природа Linux дозволяє
будь-якому, будь то звичайний користувач Linux або адміністратор
суперкомп'ютера, модифікувати ОС відповідно до своїх вимог. Жодна інша
операційна система, особливо Windows, не дає такої свободи налаштування.
Як наслідок, Linux можна модифікувати для використання на
суперкомп'ютерах та архівування спеціальних завдань, зокрема, для
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 86
а
підвищення продуктивності або енергоефективності тощо. Сьогодні
більшість суперкомп'ютерів використовують модифіковане ядро Linux .
 2. Загальна природа ядра Linux Ядро Linux є максимально
універсальним. Це означає, що єдиний вихідний код може бути написаний
для роботи на великих суперкомп'ютерах, а також на невеликих портативних
гаджетах; це повністю залежить від користувача, як він використовує Linux,
чи то в гігантських чи невеликих системах. Немає необхідності вносити
фундаментальні та великі зміни до ядра, щоб працювати на більших чи
менших системах. Зазвичай ядро Linux можна конфігурувати так , щоб воно
мало розмір від 2 Мб до 1 Гб або 1 Тб без великих витрат часу і зусиль .
 3-Масштабованість Масштабованість можна визначити як здатність
сервера адаптуватися до великих навантажень. Масштабованість можна
безпосередньо розглядати як міру ефективності, продуктивності. Система
має бути такою, щоб додавання нового сервера пройшло безболісно. Linux
має приголомшливу масштабованість, оскільки він може досить легко
пристосовуватися до нових і вищих навантажень. Ось чому ви можете знайти
суперкомп'ютери під керуванням Linux та Android (з використанням ядра
Linux) на мобільних телефонах, холодильниках та навіть мікрохвильових
печах!
 4-Відкритий вихідний код Nature Linux – це повністю відкрите та
безкоштовне програмне забезпечення з доступним повним вихідним кодом.
Це означає, що адміністратори суперкомп'ютерів можуть настроїти ОС на
будь-який рівень. Крім того, у разі збоїв продуктивності, лазівок у системі
безпеки і т. д., виявлених на суперкомп'ютерах, адміністратори можуть
змінити код у будь-який час для досягнення максимальної продуктивності та
безпеки (або якщо вже на те пішло, будь-якої мети); замість того, щоб чекати
на оновлення безпеки від пропрієтарних компаній.
 Суперкомп'ютери прагнуть максимальної продуктивності. Зазвичай
суперкомп'ютерам доручають роботу, що вимагає обчислень на дуже високій
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 87
а
швидкості. У порівнянні з Windows, Windows має ряд сторонніх процесів, які
є непотрібними і лише погіршують продуктивність суперкомп'ютера. З Linux
це, безперечно, можливо, що дає приріст продуктивності комп'ютерів.
 5- Підтримка спільноти Linux з відкритим вихідним кодом має
величезну підтримку спільноти, що не має аналогів у будь-якій іншій
операційній системі.
 6- Вартість Вартість може бути серйозною проблемою, коли йдеться
про величезні пристрої, такі як суперкомп'ютери. Розгортання Linux на
суперкомп'ютерах економічно вигідне, оскільки Linux повністю
безкоштовний .
 Іншою причиною використання Linux як ОС є хороша мережна
підтримка Linux. Щодо простіше додати або видалити будь-який
експериментальний мережний пристрій. Жодних перезавантажень не
потрібно! Програмне забезпечення мережевого монітора чудово підходить
для тестування мережі в Linux. Linux – це надійна та стабільна ОС, яку
можна запускати на великих дорогих серверах та комп'ютерах, не
турбуючись про це. Нарешті, Linux безпечніший.
 Як ви вважаєте, які фактори роблять Linux найбільш підходящим
вибором для суперкомп'ютерів? Додайте свої експертні коментарі, щоб
зробити контент багатшим!
4.3 Архітектура суперкомп'ютерів
Суперкомп'ютери мають дуже складну та багатофункціональну
Архітектуру. У СуперЕОМ мають дуже потужний процесор , кілька один,
навіть 100 до 10000 процесорів, які мають виконувати операції на секунди
Flops можуть досягти до мега, гега, тера, пета, і навіть в сучасну
суперкомп'ютерів мають екса ( ExFlpoS ). Ну наприклад цього року 2022 рік
найпотужніший суперкомп'ютер у рейтингу в TOP 500 Frointer складається з
1,5 ExFlpoS.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 88
а
У сатистику в подальшій сфері компанія SUMMIT дасть нам дуже
багато функціональний суперкомп'ютер до 2024 року. За статистикою за
планами дасть нам до EX bazt еративний і знімний диск пам'яті.
Обчислювальний центр Oak Ridge Leadership Computing Facility
(OLCF) приваблює команду світового класу з національних лабораторій,
дослідницьких інститутів, обчислювальних центрів, університетів та
постачальників, щоб зробити рішучий крок уперед та створити нові
можливості для високотехнологічної науки.
Наука 21 століття вимагає обчислювальних потужностей, що виходять
далеко за рамки того, що є сьогодні. Прорив у науці та техніці вимагає
архітектури, що добре підходить для наукових додатків, обчислювального
середовища, що забезпечує ефективне використання цієї архітектури для
наукових відкриттів, найкращої у своєму класі мережі зв'язку та
інфраструктури управління даними, а також груп провідних експертів, які
застосовують отримані можливості . до критичним дослідницьким
завданням.
Обчислювальний центр Oak Ridge Leadership Computing Facility
(OLCF) приваблює команду світового класу з національних лабораторій,
дослідницьких інститутів, обчислювальних центрів, університетів та
постачальників, щоб зробити рішучий крок уперед та створити нові
можливості для високотехнологічної науки.
OLCF надає найпотужніший у країні відкритий ресурс для обчислень
можливостей із стійким шляхом, який підтримуватиме та розширюватиме
національне лідерство Управління науки Міністерства енергетики.
Платформи OLCF розміщені у Національному центрі обчислювальних наук в
Окріджській національній лабораторії.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 89
а
Рисунок 28 – Ілюстрація залежностей
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 90
а
У цій картині представлятиметься Архітектура Суперкомп'ютер IBM
SUMMIT під графічною архітектурою NVIDIA Hopper або NVIDIA Volta
V100 , Якою дає можливість розробляються для точної наукової та
промислової і навіть , Біологія, Хімія, Фізики, Ядерна Фізика, та інші
наукового розслідування розслідування.
Я Центральний процесор має дуже точний і швидкість в ядрах для
швидкості час на розслідування.
Summit – це наступний стрибок у галузі передових обчислювальних
систем для відкритої науки. За допомогою Summit ми зможемо вирішувати
більш складні та точні питання про те, хто ми такі, про наше місце на землі та
у нашому всесвіті.
Summit, запущений у 2018 році, забезпечує у 8 разів більш високу
обчислювальну продуктивність порівняно з 18688 вузлами Titan,
використовуючи всього 4608 вузлів. Як і Titan, Summit має гібридну
архітектуру, і кожен вузол містить кілька процесорів IBM POWER9 та
графічних процесорів NVIDIA Volta, з'єднаних між собою високошвидкісним
інтерфейсом NVLink від NVIDIA. Кожен вузол має більше половини
терабайта узгодженої пам'яті (пам'ять з високою пропускною здатністю +
DDR4), що адресується всіма процесорами та графічними процесорами, а
також 800 ГБ енергонезалежної оперативної пам'яті, яку можна
використовувати як пакетний буфер або розширену пам'ять. Щоб
забезпечити високу пропускну здатність введення-виводу, вузли
підключаються до «товстого дерева», що не блокується, за допомогою
двоканального міжз'єднання Mellanox EDR InfiniBand.
Summit надає дослідникам у всіх галузях науки безпрецедентний
доступ до вирішення деяких з найнагальніших світових проблем.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 91
а
Рисунок 29 – Макет пристрою
Рисунок 30 – Архітектура макету пристрою
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 92
а
Технічні характеристики та особливості
 Процесор: IBM POWER9™ (2 на вузол)
 Графічні процесори: 27648 NVIDIA Volta V100 (6 на вузол)
 Вузли: 4608
 Продуктивність вузла: 42TF
 Пам'ять/вузол: 512 ГБ DDR4 + 96 ГБ HBM2
 Пам'ять NV/вузол: 1600 ГБ
 Загальна системна пам'ять: >10 ПБ DDR4 + HBM + енергонезалежна
 Топологія міжз'єднань: Mellanox EDR 100G InfiniBand, що не блокує
товсте дерево
 Пікова споживана потужність: 13 МВт
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 93
а
ВИСНОВКИ
Сьогодні в суперкомп'ютерному світі спостерігається нова хвиля,
викликана як успіхами в галузі мікропроцесорних технологій, так і появою
нового кола завдань, що виходять за межі традиційних науково-дослідних
лабораторій. Наявний швидкий прогрес у продуктивності мікропроцесорів
RISC-архітектури, яка росте помітно швидше, ніж продуктивність векторних
процесорів. Наприклад, мікропроцесор HP РА-8000 відстає від Cray T90
лише приблизно вдвічі. В результаті найближчим часом можливе подальше
витіснення векторних суперЕОМ комп'ютерами, що використовують RISC-
мікропроцесори, такими як, наприклад, IBM SP2, Convex/HP SPP, DEC
AlphaServer 8400, SGI POWER CHALENGE. Підтвердженням цього стали
результати рейтингу ТОР500, де лідерами за кількістю інсталяцій стали
системи POWER CHALLENGE та SP2, що випереджають моделі провідного
виробника суперкомп'ютерів – компанії Cray Research. Проте, очевидно,
продовжуватиметься розвиток векторних суперЕОМ, принаймні від Cray
Research. Можливо, воно починає стримуватись через вимоги сумісності зі
старими моделями. Так, не знайшла споживача система Cray-4 компанії Cray
Computer, що має параметри конфігурації та продуктивність, близькі до нової
системи Cray T90 від Cray Research при вдвічі нижчій ціні, але несумісна з
комп'ютерами Cray Research. В результаті Cray Computer розорилася.
Успішно розвиваються системи з урахуванням MPP-архитектур, зокрема з
розподіленою пам'яттю. Поява нових високопродуктивних мікропроцесорів,
використовують дешеву КМОП-технологію, значно підвищує конкурентність
цих систем. Щодо нових рішень з боку VLIW-архітектури можна впевнено
припустити, що, принаймні в найближчі два роки, RISC-процесорам боятися
нічого.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 94
а
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. https://www.computer.org/publications/tech-news/trends/supercomputing-
explained
2. https://www.redhat.com/en/topics/linux/why-do-supercomputers-run-linux
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Supercomputer#Operating_systems
4. https://www.zdnet.com/article/linux-dominates-supercomputers/
5. https://www.makeuseof.com/what-operating-systems-do-supercomputers-use/
6. https://en.wikipedia.org/wiki/Supercomputer_architecture
7. https://ua.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%83%D0%BF%D0%B5%D1%
80%D0%BA%D0%BE%D0%B
C%D0%BF %D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%80
8. https://ua.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D1%
8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%80 #:~:
text=1927%20%D0%B3%D0%BE%D0%B4%20%E2%80%94%20%D0%B
2%20%D0%9C%D0%B0%D1%81%D1%81% D0%B0%D1%87%
D1%83%D1%81%D0%B5%D1%82%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B
C%20%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%
D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%8
1%D0%BA%D0%BE%D0%BC,%D1%81%D0%B2%D0%BE%D1%8E%20
%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B2%D1%83%D1%8E%20%D0%BC%
D0 %B0%D1%88%D0%B8%D0%BD%D1%83%2C%20%D0%BD%D0
%B0%D0%B7%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%83%D1%
8E%20Z1.
9. https://www.unixmen.com/why-do-super-computers-use-linux/
10.https://www.olcf.ornl.gov/leadership-science/
11.https://www.olcf.ornl.gov/olcf-resources/compute-systems/summit/
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 95
а
12.https://ua.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%83%D0%BF%D0%B5%D1%
80%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BF%27%D1%8E%D1%82%D0%B
5%D1%80
13.https://www.top500.org/lists/top500/.
Лист
ЧДТУ.221709.002 ПЗ т
Зм. Лист № докум. Підпис Дат 96
а

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets