Суперкомпьютеры. Суперкомпьютер
 Скачать 22.94 Kb.
|
|
Суперкомпьютеры Суперкомпьютер – это специализированная вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам и скорости вычислений большинство существующих в мире компьютеров. Суперкомпьютеры используются во всех сферах, где для решения задачи применяется численное моделирование; там, где требуется огромный объём сложных вычислений, обработка большого количества данных в реальном времени, или решение задачи может быть найдено простым перебором множества значений множества исходных параметров. Совершенствование методов численного моделирования происходило одновременно с совершенствованием вычислительных машин: чем сложнее были задачи, тем выше были требования к создаваемым машинам; чем быстрее были машины, тем сложнее были задачи, которые на них можно было решать. Поначалу суперкомпьютеры применялись почти исключительно для оборонных задач: расчёты по ядерному и термоядерному оружию, ядерным реакторам. Потом, по мере совершенствования математического аппарата численного моделирования, развития знаний в других сферах науки — суперкомпьютеры стали применяться и в «мирных» расчётах, создавая новые научные дисциплины, как то: численный прогноз погоды, вычислительная биология и медицина, вычислительная химия, вычислительная гидродинамика, вычислительная лингвистика и проч., — где достижения информатики сливались с достижениями прикладной науки. Современный суперкомпьютер – это огромное устройство, состоящее из модулей памяти, процессоров, плат, объединенных в вычислительные узлы, связанные между собой сетью. Управляющая система распределяет задания, контролирует загрузку и отслеживает выполнение задач. Принципы организации суперкомпьютеров Базовая кластерная архитектура Основополагающим принципом создания суперкомпьютеров является построение масштабируемой кластерной архитектуры, реализуемой на классических кластерах из вычислительных узлов на основе компонент широкого применения (стандартных микропроцессоров, модулей памяти, жестких дисков и материнских плат, в том числе с поддержкой SMP). Кластерный архитектурный уровень представляет собой тесно связанную сеть (кластер) вычислительных узлов, работающих под управлением некоторой операционной системы. На кластерном уровне с использованием Т-системы и MPI эффективно реализуются фрагменты со сложной логикой вычисления, с крупноблочным (явным статическим или скрытым динамическим) параллелизмом. Фрагменты с простой логикой вычисления, с конвейерным или мелкозернистым явным параллелизмом, с большими потоками информации, требующими обработки в реальном режиме времени, на кластерных конфигурациях реализуются менее эффективно. Для организации параллельного исполнения задач с подобными фрагментами наиболее адекватна модель потоковых вычислений (data-flow). Кластерная архитектура является открытой и масштабируемой, поскольку не определяет жестких ограничений к программно-аппаратной платформе узлов кластера, топологии вычислительной сети, конфигурации и диапазону производительности. Операционная система С конца 20-го века операционные системы суперкомпьютеров претерпели серьезные преобразования, основанные на изменениях в архитектуре суперкомпьютеров. Ранние операционные системы были специально адаптированы к каждому суперкомпьютеру для увеличения скорости, современная же тенденция заключается в переходе от внутренних операционных систем к разработкам общего программного обеспечения, такого как Linux. Современные массивно-параллельные суперкомпьютеры, как правило, оснащены различными операционными системами на разных узлах. Например, с помощью небольшой и эффективной микроядерной системой на вычислительных узлах, а более крупной системой типа Linux-производных на сервере и узлов ввода-вывода. В то время как в традиционной многопользовательской компьютерной системе планирование заданий является, по сути, задачей для обработки и периферийных ресурсов, в массово параллельной системе система управления заданиями должна управлять распределением как вычислительных, так и коммуникационных ресурсов, а также корректно справляться с неизбежными аппаратными сбоями, когда присутствуют десятки тысяч процессоров. Хотя большинство современных суперкомпьютеров используют операционную систему Linux, каждый производитель имеет свою собственную производную Linux, и не существует отраслевого стандарта, поскольку различия в аппаратных архитектурах требуют изменений для оптимизации операционной системы для каждой аппаратной конструкции. Система контроля температуры На протяжении десятилетий управление температурным режимом работы оставалось ключевым вопросом для большинства централизованных суперкомпьютеров. Большое количество тепла, выделяемого системой, могло повлечь серьезные нарушения в работе суперкомпьютеров, а также сокращение срока службы других компонентов системы. Существуют различные подходы к управлению теплом, от перекачки фторсодержащих соединений через систему до гибридной системы охлаждения жидкости или воздуха с нормальной температурой кондиционирования. Типичный суперкомпьютер потребляет большое количество электроэнергии, почти вся из которой преобразуется в тепло, требующее охлаждения. Например, Tianhe-1A потребляет 4,04 мегаватта (МВт) электроэнергии, следовательно затраты на электроэнергию и охлаждение системы могут быть весьма значительными. Вопросы тепловой мощности и диссипации мощности ЦП в суперкомпьютерах превосходят вопросы традиционных технологий охлаждения компьютеров. Top500 Многие страны в современном мире стремятся создать и использовать суперкомпьютеры. Однако, с 1993 года все суперкомпьютеры ранжируются в списке Top500 по результатам специального теста LINPACK, основанном на скорости решения системы линейных алгебраических уравнений, являющейся общей задачей для численного моделирования. На сегодняшний день суперкомпьютеры географически распределены следующим образом: 213 суперкомпьютеров находится в Азии, 175 в Америке и 104 в Европе. Абсолютным рекордсменом по обладанию наиболее эффективными и мощными суперкомпьютерами является Китай, где с 2013 года разрабатываются и используются в различных целях рекордсмены рейтинга Top500. Самые быстрые суперкомпьютеры в мире Сегодня суперкомпьютеры все больше и больше совершенствуются. Так, все больше стран разрабатывают быстрые и производительные суперкомпьютеры для различных задач. Рассмотрим те из них, которые на сегодня являются самыми быстрыми. 10. FRONTERA DELL C6420 Frontera используется с 2019 года в вычислительном центре Университета Техаса. Ранее занимала 8-ю строчку, но в последней редакции Top500 понизилась на 1 позицию. Благодаря 448 448 ядрам процессора Intel Platinum Xeon этот один из самых крутых компьютеров в мире достигает 23,5 пфлопс на бенчмарке HPL. Теоретический потенциал — 38,7 PFlop/s. Суперкомпьютер Frontera служит для проведения исследований в различных областях науки, включая те, что связаны с квантовой механикой, выпуском лекарств, ликвидацией вирусов и физикой чёрных дыр. 9. HPC5 DELL Суперкомпьютер Dell PowerEdge HPC5 принадлежит крупнейшей итальянской нефтегазовой компании Eni S.p.A (капитализация по состоянию на 2019 год — 50 млрд евро) и расположен в центре обработки данных Eni. HPC5 — одна из самых мощных и устойчивых компьютерных систем в мире, используется в основном для исследования новых источников энергии. Обладая производительностью в 35,45 петафлопс (в теории — 51,7), эта система — мощнейшая в нашем рейтинге самых мощных суперкомпьютеров мира в 2022-2023 гг., которые используются в коммерческих целях на объекте заказчика. Работает на процессорах Intel Xeon Gold (в общей сумме 669 760 ядер) и графических ядрах NVIDIA Tesla V100. 8. JUWELS BOOSTER MODULE BULLSEQUANA XH2000 Компьютер JUWELS, созданный компанией Atos, является новейшим представителем в списке. BullSequana недавно был установлен в Юлихском исследовательском центре (Германия, основан 11 декабря 1956) и является самой мощной системой в Европе с производительностью в 44,1 петафлопс HPL (в потенциале — 70,9!). Основанная на модульной системной архитектуре, JUWELS работает на процессорах AMD и графических чипах NVIDIA A100 (на таких же, как Selene, которая располагается на 5-й строчке рейтинга). Суперкомпьютер имеет 449 280 ядер и показатель HPL 44,1 PFLOP/s, что делает его самым быстрым в Европе. Является частью модульной системы, второй модуль JUWELS на базе Xeon размещён отдельно, в Top500 он располагается на позиции №44. Модули интегрируются с помощью пакета программного обеспечения ParTec Modulo Cluster. 7. TIANHE-2A TH-IVB-FEP Со скоростью в 61,4 петафлопс модель Tianhe-2A (она же MilkyWay-2A) размещается на шестой позиции. Разработана Оборонным научно-техническим университетом Китая НОАК (NUDT) и установлена в Национальном суперкомпьютерном центре в Гуанчжоу. Теоретическая суммарная производительность равна примерно 100,6 Пфлопс. Тяньхэ-2A работает на процессорах Intel Xeon (4 981 760 ядер) и ускорителях NUDT Matrix-2000 DSP. Используется для моделирования, систем анализа и приложений государственной безопасности. Занимал 1-е место в мире с июня 2013 года по ноябрь 2015 года. 6. SELENE NVIDIA Этот один из самых мощных суперкомпьютеров в мире по состоянию на 2022-2023 год используется компанией NVIDIA Corp, известной производством видеокарт для персональных компьютеров в разных ценовых категориях. Общая капитализация компании составляет $251,31 млрд. В рамках последних тестирований Selene достигла мощности в 63,4 петафлопс на бенчмарке HPL, что позволило ей практически удвоить свой предыдущий результат (предыдущий показатель — 27,6 петафлопс). NVIDIA представила свой суперкомпьютер Selene с искусственным интеллектом в июне 2020 года, построив и запустив его менее чем за месяц. Основные сферы применения включают разработку и тестирование различных систем, внутренние разработки искусственного интеллекта и микросхем. Selene работает на чипах Nvidia DGX A100 SuperPOD и на базе процессоров AMD EPYC с новыми графическими процессорами. Общее количество ядер — 555 520. 5. SUNWAY TAIHULIGHT SUNWAY MPP Sunway TaihuLight построен Национальным исследовательским центром параллельной вычислительной техники и технологий Китая и установлен в Национальном суперкомпьютерном центре Уси. Ранее в официальном рейтинге Top500 занимал 1-е место в течение двух лет (2016–2017). Однако с тех пор его позиции несколько пошатнулись. Производительность суперкомпьютера достигает 93 петафлопс в тесте HPL. Работает на процессорах Sunway SW26010 с 10 649 600 ядрами. Теоретическая производительность китайского суперкомпьютера составляет 125,4 петафлопс. 4. SIERRA IBM POWER SYSTEMS S922LC Данная модель суперкомпьютера принадлежит Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL) (Калифорния), которая отвечает за надёжность и безопасность ядерного оружия Соединённых Штатов Америки. Также в этой лаборатории расположен Национальный комплекс лазерных термоядерных реакций. Суперкомпьютер Сьерра обладает производительностью в 94,6 петафлопс, 4320 узлами, 1,572,480 ядрами, двумя процессорами Power9 и четырьмя графическими процессорами NVIDIA Tesla V100. 3. SUMMIT IBM POWER SYSTEMS AC92 Третий самый мощный компьютер в мире по характеристикам производительности в 2022-23-м году — это модель Summit, которая базируется в Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL), штат Теннесси. Лаборатория ведёт исследования в области нейтронной физики, материаловедения и энергетики. Является самой быстрой системой из всех представленных в США. Запущенная в 2018 году, модель IBM Power Systems AC922 имеет производительность 148,8 петафлопс, обладает 4356 узлами. Основные процессоры — Power9 (2 414 592 ядра) + шесть графических чипов NVIDIA Tesla V100. Две команды, работающие над созданием Summit, получили престижную премию Гордона Белла за выдающееся достижение в области высокопроизводительных вычислений, которую обычно называют «Нобелевской премией по суперкомпьютерам». 2. SUPERCOMPUTER FUGAKU Его максимальная производительность составляет 442 PFLOPS (потенциальный пик — 537), что на 26 PFLOPS больше, чем в июне 2020 года, и в три раза быстрее, чем у системы Summit. Такого результата удалось достичь благодаря увеличению количества ядер до 7630848 (процессоры Arm A64FX) Компьютер построен компанией Fujitsu и находится в Центре вычислительных наук RIKEN в Кобе, Япония. Директор Центра RIKEN Сатоши Мацуока заявил, что это достижение покорилось им благодаря тому, что они «наконец-то смогли использовать всю машину по максимуму, а не только её значительную часть». В то же время Мацуока добавил: «Я не думаю, что мы способны ещё что-то улучшить в ней». FRONTIER Frontier, или OLCF-5 — первый в мире экcафлопсный суперкомпьютер, размещён в Ок-Риджской национальной лаборатории, США, запущен в 2022 году. Это преемник суперкомпьютера Summit (OLCF-4). В июне 2022 года стал самым быстрым суперкомпьютером в мире в рейтинге Top500.[1][2][3][4][5] Frontier имеет заявленную производительность в 1,102 эксафлопс, а пиковую — 1,686 эксафлопс при среднем энергопотреблении порядка 21,1 МВт.[1] Он использует комбинацию процессоров AMD Epyc 64C с тактовой частотой 2 ГГц, оптимизированных для задач искусственного интеллекта и высокопроизводительных вычислений и графических процессоров AMD Instinct MI250X, имеет 8,7 млн вычислительных ядер. Суперкомпьютер занимает 100 48-см (19 дюймов) стеллажей. |