КАТЕГОРИИ:


Примери на паралелни изчислителни системи




суперкомпютър

· Първата фаза (до 1955). Като отправна точка ерата на компютрите, взети през 1946 г., когато операцията изпитание от първите примери за такива машини. Известни тези данни на първия един: общото тегло - 30 m, броят на електронни лампи - 18000, мощ- консумация 150 кВт (мощност, достатъчна за малка инсталация), размера на паметта - 20 октомври-битови операции десетични числа Времетраене: допълнение - 0.0002 с, умножение - 0,0028 секунди. Числата в компютъра се въвежда със перфокарти и разположени на превключвателите, а програмата е създадена връзка гнездо на специални полета в набора. Извършване на тази гигантска компютър е по-ниска, отколкото на резултата в магазина канцеларски материали. *

· Tube компютри са имали големи размери и тегло, консумират много енергия и са много скъпи, което значително намалява броя на потребителите на компютъра, и следователно, на изхода на тези машини. Техните основни потребители са учени, които решават най-належащите научни и технологични проблеми, свързани с развитието на ядрената енергетика, самолети, ракети, и така нататък. Н. Увеличаването на броя на задачите затрудни ниска надеждност и производителност на лампови машини, ограничените си ресурси и изключително процес на подготовка отнема много време, входни и отстраняване на грешки програми, написани на езика на машинни инструкции. *

· Увеличаване на производителността на компютъра отиде чрез увеличаване на неговата памет и подобрена архитектура: използването на двоични кодове за представяне на числа и команди, както и поставянето им в увеличаването на процесор паметта на компютъра опростена структура и подобрена производителност за обработка на данни. Ние започнахме да се създаде първите езици за програмиране за ускоряване на автоматизация на процеса на програмиране (на езика на символична кодиране и autocode). *

* (Повторение на първата глава)

Определения на суперкомпютри са се опитали да дадат много, понякога сериозни, понякога иронично, Кен Butcher предложи комична версия:

Supercomputer - устройство, което намалява изчислителна проблема на проблема с I / O. Изпълнение компютър с процесор Pentium-II / 300 MHz, сравнима производителност supercompost-Yyteri началото на 70-те години, но за времето си, това е един обикновен персонален компютър.

Суперкомпютър - компютърна система, като ограничаване характеристики на експлоатация между съществуващите в даден момент на компютърни системи от време

суперкомпютри за изпълнение, определени в милиони (megaflops - MFLOPS), милиарди (GFLOPS - GFLOPS), трилион (терафлопа - TFlors) операции с плаваща запетая в секунда.

Критерият за силата на суперкомпютър в момента са установени в Съединените щати, налагат ограничения върху износа в чужбина изчислителни средства, чрез които е възможно да се извършват числени симулации на ядрени реакции.



Първите суперкомпютри вече са сред второ поколение компютри (1955-1964), те са предназначени за решаване на сложни проблеми, които изискват висока скорост компютри. Тя LARC компания ЮНИВАК, Stretch от IBM и "CDC-6600" (семейство CYBER) Control Data Corporation компания, паралелни техники за обработка са били приложени към тях (увеличаване на броя на операциите, извършвани за единица време), Монтаж на тръбопроводи от команди (когато по време на изпълнението на една команда второ чете от паметта и се подготвя да извърши) и паралелна обработка на информацията с помощта на процесор сложната структура, състояща се от множество процесори на данни и специален контрол процесор, който разпределя задачите и управлява потока от данни в системата. Компютри, извършващи множество програми паралелно с помощта на няколко процесора, се наричат ​​многопроцесорни системи.

В годините от 1955 до 1961 г., по проект "Stretch" е разработен в САЩ, като IBM, който имаше голямо влияние върху развитието на основната конструкция. В проекта, всички известни до 1960 структурни принципи на производителността са изпълнени, като например:

¨ комбинация от операции, характерни за multiprogramming

¨ разделение време на различните звена и устройства, които изпълняват една инструкция,

¨ covmeschenie време на време за обучение и изпълнение на няколко инструкции едновременно,

¨ паралелно изпълнение на множество независими програми.

През 1964 г. CDC6600 компютър е създаден, а през 1969 г. - CDC7600, включени в CYBER семейство (sm.kompyutery трето поколение). За да се подобри производителността на суперкомпютрите семейство CYBER използва методи конвейер и паралелна обработка на информацията чрез сложна структура процесор, състояща се от множество процесори на данни и специален контрол процесор, който разпределя задачите и управлява потока от данни в системата.

През 1972 superproductive компютър ILIAC4 (USA) бе създаден с архитектурата на тръбопровод, който включва 64 от процесора. Това е най-големият проект между третото поколение на компютри. Разработен компютър персонал Ilinoyskogo университет начело с D.Slotnikom. Компютърът е предназначена за решаване на система от уравнения в частични производни с помощта на схемите. Решението на този проблем може да се ускори до 64 пъти в сравнение с последователността на изчисления на един процесор компютър. Максималната скорост на компютъра е 200Mln.operatsy на секунда.

Това са параметрите суперкомпютър CONVEX C-3440. Supercomputer включени 4 вектор процесор 1, вход-изход процесор, физическата памет е 512 MB, виртуалната памет до 4 GB памет твърд диск 4.5 GB, 9-писта лентово устройство, Ethernet интерфейс (10 Mbit / сек), 16-канал-leksor многополюсния а. Peak суперкомпютър изпълнение Mflop е 800 / сек.

До средата на 80-те години в списъка на най-големите производители на суперкомпютри в света бяха непоколебими Спери Univac и Бъроуз. Първият е известен по-специално за неговото мейнфрейм ЮНИВАК-1108 и UNIVAC-1110, които са широко използвани в университети и обществени организации.

Бъроуз B5000 мейнфрейм от до B78xx използва широко в търговски, банкиране, приложения. Фирмата е произвела и съвместими миникомпютри, които са били използвани в нашата страна. Компанията Бъроуз като цяло се различават по своите разработки в областта на компютърна архитектура, неговите суперкомпютри Illiac-IV и БСП са разработени.

На базата на транзистори ЮНИВАК 1108 поддържа до три процесори и повече от 1 MB памет. Както памет устройства, използвани интегрални схеми. Широко се използва в университети и обществени организации.
Един от първите неволно вирусът е бил свързан с този компютър.
На него е имало игра, проникващ на животните. С помощта на водещи въпроси се опитва да идентифицира името на животните игра, замислена да играят.

Програмата е предоставила възможност за себе си: ако не е било възможно да се отгатне името на мъжа, замислен, играта предлага да се модернизира и да се въведат допълнителни сондиране въпроси. Модифицираният играта е записан върху старата версия, с копие до други директории - за да стане в резултат на разположение на други потребители работа. В резултат на това след известно време всички директории на диска, съдържащи копия всепроникващ животните.

След синтез и Sperry Univac Burroughs комбиниран UNISYS продължава твърда подкрепа както мейнфрейм линия поддържане отдолу нагоре във всяка. Това е ясно доказателство за неизменните правила, подкрепено развитието на мейнфрейм - спестяване функционалност предварително разработен софтуер.

През 1989 г. е пусната в пробна експлоатация на вектор-поточна суперкомпютри "Електроника SSBIS" развитие на Института по кибернетика, БАН и производството на електроника. -Добро изпълнение в еднопроцесорни вариант е 250 MFLOPS, предаване на данни между интегрирана в общата памет и основната памет се управлява от специален процесор, който изпълнява произволни методи за достъп. Развитие на супер компютри бяха VA Мелников, Y. Mitropolsky, VZ Schnitman, вицепрезидент Ivannikov.

През 1990 г. Съветският съюз е изготвено специално векторни-поточна суперкомпютри "Елбрус 3.1", базиран на модулната конвейера про-tsessorov (INC), разработена от ITM и VT име SA Лебедев, група от дизайнери, които са включени GG Ryabov, АА Соколов АЙ Byakov.

Изпълнение суперкомпютър еднопроцесорни изпълнение е 400 MFLOPS.

През 1996 г. японската компания Fujitsu разширява класа на суперкомпютрите нова машина VPP700, което ви позволява да свържете до 256 работни места, с капацитет от 500 милиарда операции с плаваща запетая в секунда. Този вектор компютър е проектиран за научни и инженерни изчисления. размер диск памет може да варира 4-512 GB.

В света на суперкомпютрите и известна фирма Intel. Мултипроцесор компютри компания Intel Paragon в многопроцесорни структурите на семействата с разпределена памет стана същите класици като компютри фирма Cray Research в областта на векторни-поточна суперкомпютри.

С прехода към разпределени изчисления и технология клиент-сървър с водеща позиция компютърни системи, се разрушават, но на пръв разпределена обработка не е по-евтино, тъй като тя е трябвало, и по-централизирана. Това се дължи на високите разходи за поддръжка на разпределени системи. От друга страна, преходът към клиент-сървър идеология на е сложен процес, а не всички firm- потребители могат да се справят с него веднага. Високата цена на мейнфрейм и високи разходи за подкрепа на техните системи за животоподдържащите бяха основните им недостатъци.

Преходът към CMOS технология е причинило рязък уд-shevlenie тези компютри. Едновременно с това намалява драстично, техните изисквания за пространство, електрическите и охладителни системи. В резултат на това много компютърни системи започват да работят в offisnom среда. Като се вземе предвид необходимостта от подкрепа на голям брой работи на мейнфрейм в-неверни, човек може да разбере защо позицията на мейнфрейм на пазара на компютърна техника за известно време да се стабилизира.

В изграждането на суперкомпютри има капацитет от порядъка на 1,5 млрд. На секунда, използвайки мащабируема архитектура с масивна паралелизъм. Суперкомпютри са изградени като мулти-процесорни системи или системи, които съчетават в един-единствен набор от компютърни системи с висока производителност.

Този клас може да се дължи на Intel Paragon компютри, IBM SP1, Parsytec, IBM SP2 и CRAY T3D / T3E. Този клас може да се дължи на обичайните мрежа от компютри, които са все повече се възприема като по-евтина алтернатива на скъпите суперкомпютри.

Използването на стандартизирани единици го прави лесен за да мащабирате изчислителна система. Всеки компютър възел CRAY-T3D включва две обработка елемент (обработка елемент), мрежов интерфейс (мрежов интерфейс), средства за блок-трансфер (блок прехвърляне на двигателя). По-специално система CRAY-T3D може да бъде изградена с 32, 64, 128, 256, 512, 1024, или 2048 процесорни елементи.

При конструирането на многопроцесорни системи могат да се използват от един от няколко архитектури определящи верига връзки между обработващи елементи е верига връзки към входно / изходни устройства и блокове памет.

Многопроцесорни (SMP) е архитектура, в която няколко процесора дял достъп до един-единствен споделена памет и работи на същата операционна система копие. В този случай, тази работа може да се разпространява, за да се движат по различни процесори в рамките на съществуващите ресурси, което позволява едновременно изпълнение на няколко процеса. Основното предимство на SMP архитектурата, в сравнение с други подходи към изпълнението на многопроцесорни системи е използването на предварително разработени софтуерни приложения.

Modern SMP архитектура на системата се състои обикновено от няколко хомогенни търговски достъпни микропроцесори и обща памет масив, към който връзката се извършва или чрез обща шина или чрез превключвател

Този фактор значително намалява времето за готовност за пазара и традиционни търговски приложения на SMP системи в сравнение с други многопроцесорни архитектури. Основният недостатък на архитектурата е, че такива системи изискват висока пропускателна способност на паметта. до автогарата лента изисквания нарастват пропорционално на броя на преработвателни единици в системата и ограничаване на възможността за увеличаване на изчислителната мощ на системата. Ето защо е препоръчително да се използва кеш паметта на второто ниво (извън процесора, буфера на паметта), за да се намали натоварването на автобуса.

Изграждане на клъстер конфигурации на SMP-компютрите, не дават добри показатели за мащабиране обикновено са ограничени до малък брой компютри в клъстера. ограничение мащабируемостта се дължи на фиксираната лента giperuzly свързване магистрали. Klasteropodobnye повече мащабируема система може да бъде построена с използването на мрежови архитектури, като Тандем ServerNet.

Тази система се състои от множество процесори възли и I / O блокове, в комбинация с всяка друга система ServerNet мрежа. елемент ServerNet мрежа рутер Основният е конфигуриран като единичен ASIC. За да се осигури устойчивост на откази се предполага възможността за изграждане на две отделни подмрежи ServerNet: X и Y .. Една от допълнителните функции на новата архитектура е наличието на специална последователност автобуса, което позволява свързване на до четири процесора. Този автобус осигурява последователно състояние на процесор общи за мотрисите памет и техните скривалища.

CC-NUMA архитектура е един от начините за подобряване на мащабиране в сравнение с конвенционалните SMP-подход. Перспектива системи на борда на МРР архитектура р-на NuMA се предложени от изпъкнал (сега Hewlett Packard разделяне), който освобождава многопроцесорни компютър пример SPP1000, SPP1200, SPP1600 и S и X клас сървъри (SPP2000). Feature архитектура CC-NUMA за ползване разпространява като един спомен, но логично споделена.

Изпъкналите пример SPP1000:

Нов ултра-високо мащабируема система с висока честотна лента (архитектура S2MP), разработена от SGI. Особености S2MP архитектура, приложена в компютри и SGI Произход Onyx2.

основният градивен елемент на в възелът е S2MP архитектура. компютри 2000 Произход възли са реализирани като отделни платки, всяка от които се състои от 1 или 2 64-битов RISC процесор.

масово паралелни системи са разположени на първите позиции, включително изпълнението. MPP системи се основават на високо стандартни микропроцесори RISC машини-архитектура - същите, които се използват в работни станции и сървъри.

IBM развита суперкомпютър Deep Blue, като масивната паралелна система. Това беше първият компютър, който побеждава световен шампион по шахмат. Deep Blue компютър оригинален дизайн в университета Карнеги Мелън студенти hsiungom Фън-Хсу и Marri Kampbellom на чипсет, използван в 3/160 компютъра нд

Проектът е била приета за изпълнение от IBM през 1989 г., когато Кембъл дойде на работа във фирмата. Тази година за първи път срещу световния шампион Гари Каспаров играе компютъра Deep все пак. Каспаров лесно победен компютър в две партиди.

нова програма за шах и скоростта на компютъра изчисление са нараснали значително развит до февруари 1997 г., а след това и "Big Blue" успя да победи Каспаров с резултат 3.5: 2.5.

През лятото на 1995 г., две на Токийския университет са показали специализирана (предназначена да симулира проблеми на астрофизиката) суперкомпютър ГРОЗДЕ-4, сглобен от 1692 микропроцесори и струва почти само на 2 милиона души. Долара. Той е първият в света преодолее прага на $ 1 трилион. оп. / и с резултат на 1.08 терафлопа.

След 15 месеца, компанията Cray Research съобщава, че моделът Cray T3E-900, наброяващи 2048 процесори, японците счупи рекорда и достигнаха 1.8 терафлопа.

През 1997 г. е имало доклади за симулация проект ядрената експлозия в Лос Аламос - ASCI програма (Ускорено Стратегическо Computing инициатива)

¡1996 система ASCI Red, на Intel построен, изпълнение 1 TFlops,

¡1999 г., ASCI Blue Pacific от IBM и ASCI Blue Mountain от SGI, производителност 3 TFlops,

¡2000 г., ASCI White с пикова мощност от 12 TFlops (всъщност, показани на изпълнение LINPACK тест по това време е 4938 GFLOPS)

ASCI Red система от Intel (САЩ, 1997) има максимална (пикова) производителност от 1,8 трилиона изчисления в секунда (1.8 терафлопа). ASCI Red система включва PentiumPro 9624 микропроцесор с тактова честота 200 MHz, общият размер на RAM 500 GB и има стойност от 50 Mill. Долари.

ASCI на бялото:

ú система 512 с симетрични многопроцесорни (SMP) възли, всеки възел 16 има процесор,

Процесори U IBM RS / 6000 power3 с 64-битова архитектура и поточна
2 с устройства за обработка на инструкции с плаваща запетая и 3 устройства за обработка на инструкции число може да изпълнява до осем инструкции на такт и до четири операции с плаваща запетая в такт, честотата на часовника на 375 MHz,

ú оперативна система памет - 4 TB,

ú капацитет 180 TB дисково пространство

Лидер 2002- 2004 GG Earth Simulator 640 включва обработка на точки, взаимно чрез превключвател висока скорост. Възелът включва 8 вектор аритметични процесори, работещи на общия възел за всяка основна памет, процесор за комуникации и процесор за входно / изходни операции. Оперативната памет всеки възел е разделена на банки в 2048 и е с капацитет от 16 GB. Peak изпълнение на аритметичния блок за обработка е 8 GFLOPS, така че изпълнението връх на целия компютър, който обединява 640 * 8 = 5120 процесор е 40 терафлопа.

Японски Earth Simulator суперкомпютъра моделира развитието на Вселената през последните 13 милиарда години. Астрофизици са проследени появата на съвременните космологични структури - галактики и техните клъстери - от газа "балони" това пространство се изпълни след 300 милиона години след Големия взрив.

BlueGene система:

Първата версия на системата, въведена през 2004 г. и веднага печели 1-ва позиция в Топ 500.

Разширената версия на суперкомпютри (ноември 2007 г.) е все още номер 1 в списъка на най-високо-производителни компютърни системи:

ú 212,992 двуядрени 32-битови процесори PowerPC 440 0.7 GHz,

връх ú производителност от 600 TFlops, изпълнение на бенчмарка LINPACK - 478 TFlops

Физики из Аргоннской национальной лаборатории (Argonne National Laboratory) в Чикаго воспользовались суперкомпьютером IBM Blue Gene/P, чтобы смоделировать экстремальную физику взрыва сверхновой звезды.

В итоге ученые получили очень интересные визуализированные модели, изображения которых могут представлять не обязательно научную, но и художественную ценность. Абстракции с физическим смыслом.

Компьютерный снимок сверхновой типа Ia (подкатегория цефеид) сразу после момента детонации. Количество высвобождаемой энергии эквивалентно 10^27 водородных бомб, каждая по 10 мегатонн в тротиловом эквиваленте. Эта громадная энергия делает взрывы подобных звезд одними из самых ярких во вселенной, их также используют как индикаторы расстояний в космологии.

Продолжение процесса. Сам взрыв длится менее 5 секунд, но суперкомпьютер использовал более 160 тыс. процессоров и 22 млн. вычислительных часов для его симуляции.

Система RoadRunner:

RoadRunner является наиболее быстродействующей вычислительной системой (2008) и первым в мире суперкомпьютером, производительность которого превысила рубеж 1 PFlops (1000 TFlops): пиковая производительность около 1700 TFlops, производительность на тесте LINPACK – 1026 TFlops, 12960 процессоров IBM PowerXCell 8i и 6480 двухядерных процессоров AMD Opteron.

Jaguar Cray XT5-HE , обладающий приблизительно на 70% большей вычислительной мощностью по сравнению с Roadrunner, делит вместе с Kraken помещения Национальной лаборатории Оак-Ридж. Впервые суперкомпьютер был продемонстрирован в прошлом году, но его дополнительные 181000 ядер вступили в строй только в нынешнем.

В отличие от большинства американских государственных проектов подобного масштаба Cray XT5-HE не находится под контролем военных. Основное предназначение предыдущих суперкомпьютеров Министерства энергетики, в том числе Roadrunner, - это моделирование различных явлений в области атомной энергетики и ядерных взрывов. Первый номер Top500 также занимается климатическими изменениями, изучением структуры воды и другими научными задачами.

Според теста Linpack на, 224 162 ядро ​​демонстрира производителност Pflops 1759. Peak теоретичен капацитет - 2.3 Pflops. Всеки изчислителни възел включва две шест Opteron процесор с тактова честота 2,6 GHz и 16 GB памет и рутер Seastar 2+ с честотна лента от 57.6 GB / сек.

Симулация на потоци от въглероден диоксид с оглед на тяхното усвояване от почвата и растенията по време на изгрев Източна Европа. Усвояването на CO2 е показан в зелено и бяло цвята и има най-голям ефект в тропическата зона. Червеният цвят означава изпускането на парникови газове в атмосферата. С настъпването на тъмната време на деня, за да доведе на обема на емисиите започва на територията на централна Африка.