Альманах "Наследие"

Суперкомпьютеры: гиперскорости вычислений

1,6 квинтиллиона операций в секунду, 21 мегаватт энергопотребления, жидкостное охлаждение… что такое суперкомпьютеры и зачем нужны такие мощные машины?

Суперкомпьютер – это компьютер, который создал Сеймур Крэй От физики высоких энергий до прогноза погоды

Суперкомпьютер – это вычислительная машина, которая значительно превосходит по скорости производимых ею вычислений большинство существующих в мире компьютеров. Однако определять что-то через сравнение – ненадёжно. Например, сегодняшний iPhone 11 в шесть раз мощнее самого быстрого суперкомпьютера 1993 года. 

Суперкомпьютер
Источник rbk.ru

Знаменитые американские инженеры Гордон Белл и Дон Нельсон однажды в шутку определили, что суперкомпьютер – это компьютер, который весит более тонны. Что он представляет из себя на самом деле? Для чего нужны гигантские умные машины? Рассказываем в нашей статье. 

Всего за несколько минут вы можете бесплатно зарегистрировать Цифровую капсулу времени, бережно сохранив в ней для потомков семейные фото и видео архивы. Также в Капсуле можно построить родословное древо, рассказать историю собственной жизни от первого лица и создать настоящую семейную летопись.

Суперкомпьютер – это компьютер, который создал Сеймур Крэй

Слово «суперкомпьютер» на первый взгляд вполне понятно – это некая превосходная вычислительная машина, работающая быстрее и лучше обычных. Насколько быстрее и насколько лучше? Откуда появился сам термин и что он значил? 

О супер вычислениях начали говорить ещё век назад, в 1920-е годы – тогда газеты наперебой рассказывали о табуляторах Холлерита, которые значительно упростили и ускорили перепись населения США. Сейчас нам словосочетание «табулятор Холлерита» не говорит ничего – если мы, конечно, не увлекаемся историей развития IT-отрасли. Однако это одна из первых электромеханических машин для автоматической обработки числовой информации. А создана она была Германом Холлеритом, ставшим впоследствии основателем фирмы IBM. Сегодня эта фирма знакома всем. 

О самой первой вычислительной машине ENIAC читайте в нашей статье «ENIAC 1, или День влюблённых в код» 

ЭВМ и печатные машинки

Общеупотребительным слово «суперкомпьютер» стало, однако, с середины 1960-х годов и неразрывно связано с именем Сеймура Крэя. Этот американский инженер последовательно создал несколько суперкомпьютеров, которые на протяжении трёх десятков лет обслуживали самые разные проекты США – от научно-технических и промышленных до оборонных. Поэтому одно из полушутливых объяснений слова «суперкомпьютер» звучало как «суперкомпьютер – это компьютер, который создал Сеймур Крэй».

суперкомпьютер – это компьютер, который создал Сеймур Крэй
Источник pinimg1.com

Свои суперкомпьютеры Крэй создал в компании CDC (Control Data Corporation). Компания появилась как результат недовольства нескольких сотрудников, создававших криптографическое оборудование для ВМФ США, своим положением в огромной корпорации Sperry-Rand. Эта корпорация образовалась в результате слияния корпорации Sperry, которая выпускала вооружение и военную технику, и компании Remington Rand – одного из ранних производителей ЭВМ, а также знаменитых печатных машинок Remington. 

Маленький характер и большая скорость

Первым компьютером, который создал Крэй, стал Little Character – прототип CDC 1604, модели, представленной на рынок в 1960 году. Любопытно то, что в этой машине Крэй решил использовать не распространённые в тот момент вакуумные лампы, а транзисторы. А также то, что из-за отсутствия денег в молодой компании инженер был вынужден использовать бракованные транзисторы. 

Номер модели, по корпоративной легенде, получился простым сложением номера из адреса корпорации – 501 Park Avenue – и номера последнего компьютера, над которым Крэй работал в Sperry-Rand до своего ухода – то есть UNIVAC 1103. Эта машина стала самой быстрой в мире на тот момент – его тактовая частота равнялась 0,2 МГц. Её сразу же взяли на вооружение компании Lockheed и Northrop, крупнейшие подрядчики военно-промышленного комплекса США, а также правительство Израиля.

Следующие машины Крея – CDC 6600 и CDC 7600 – стали первыми суперкомпьютерами и положили начало всей индустрии производства сверхмощных машин. Они работали уже в 50 и в 200 раз быстрее CDC 1604.

От физики высоких энергий до прогноза погоды

Что представляют из себя суперкомпьютеры на день сегодняшний? Чаще всего любой суперкомпьютер – это большая сеть из высокопроизводительных серверных компьютеров, которые соединяются друг с другом локальной высокоскоростной магистралью. Это решение придумано для того, чтобы распараллелить вычислительные задачи – то есть заставить несколько машин выполнять одну задачу одновременно, тем самым ускоряя процесс её решения. 

Всего за несколько минут вы можете бесплатно зарегистрировать Цифровую капсулу времени, бережно сохранив в ней для потомков семейные фото и видео архивы. Также в Капсуле можно построить родословное древо, рассказать историю собственной жизни от первого лица и создать настоящую семейную летопись.

Суперкомпьютеры применяются во всех сферах, где есть большие числа, большой объём вычислений, производимых с этими числами, а также там, где требуется обработка большого количества данных в реальном времени. 

Архитектура суперкомпьютеров - Структура суперкомпьютера
Источник krylov-centre.ru // Архитектура суперкомпьютеров

Первоначально суперкомпьютеры решали практически только задачи военно-промышленного комплекса – от расчётов по ядерному и термоядерному оружию до проектирования подводных лодок. Позже они стали касаться и мирных расчётов, и расчётов двойного назначения и дали развитие многим отраслям традиционных наук. Так появились вычислительные химия, лингвистика, биология и  гидродинамика, начали создаваться математические модели прогноза погоды и распространения опасных заболеваний. 

Сейчас в мире насчитывается более 500 суперкомпьютеров, которые перечислены в ежегодно составляемом рейтинге Top-500. Однако нужно понимать, что в нём, во-первых, указываются только общеизвестные вычислительные системы мира – а значит, нет ни одной системы, обслуживающей военно-промышленный комплекс. А во-вторых, участие в этом рейтинге является добровольным, а значит и некоторые коммерческие разработки могут в нём не упоминаться. Расскажем о двух самых производительных машинах из этого перечня и о том, чем они занимаются. 

Frontier: по операции в секунду на каждый километр галактики

«Hewlett Packard Enterprise Frontier – первый в мире суперкомпьютер с эксафлопсным показателем мощности», – гласит множество специализированных статей, посвящённых этой машине. Спрашивается, что такое эксафлопсный показатель мощности? 

Это «всего лишь» 1,102 квинтиллиона операций в секунду, которые способна выполнять эта система. Квинтиллион – это единица с восемнадцатью нулями; наш Млечный путь в диаметре имеет около квинтиллиона километров. А флопс – это единица производительности суперкомпьютера, которая выражается в количестве операций над числами с плавающей точкой в секунду. Отдельную единицу измерения для суперкомпьютеров придумали потому, что они чаще всего работают с вещественными числами – к которым, кроме рациональных, относятся и иррациональные числа, а значит, эти расчёты становятся гораздо сложнее. 

О том, в каком направлении двигаются разработки компьютеров, читайте в нашей статье «Биокомпьютер – машина будущего» 

Насосы Frontier
Источник bloomberg.com // Насосы Frontier

Как выглядит Frontier? Это 74 стойки размером по 19 дюймов. В каждой из них находится 64 так называемых блейд-сервера, которые ещё называют ультракомпактными серверами. Всё это множество машин образуют 128 вычислительных узла. Как мы можем увидеть, прогресс идёт семимильными шагами, а двоичный код и степени двойки – 64 это 26, а 128 это 27 – продолжают оставаться с нами. Блейд-серверы соединены между собой коммутатором с пропускной способностью в 12,8 терабит/с – то есть в 12,8•1012 бит в секунду. Суммарная длина всех соединительных кабелей насчитывает около 145 километров. Охлаждается машина при помощи жидкости – насосы прокачивают через систему почти 23 000 литра воды в минуту. 

Однако Frontier ещё находится в процессе тестирования – при выполнении особенно ресурсоёмких задач в нём происходят регулярные сбои. Учёным эту машину стоимостью в 600 миллионов долларов передадут позже. Ок-Риджская лаборатория, где располагается Frontier, рассказывает, что одной из задач машины станет работа с вычислениями поведения горячей плазмы в установках для управляемого термоядерного синтеза. Такое моделирование ещё не применялось никем – как раз потому, что для этой задачи требуются эксафлопсные высокоточные вычисления.

Fugaku: цунами данных

Суперкомпьютер Fugaku располагается в японском научно-исследовательском университете Рикен в городе Вако. Разработана машина самим университетом в сотрудничестве со знаменитой корпорацией Fujitsu. 

Название суперкомпьютера – это одно из наименований японской священной горы Фудзи. Одной из самых важных задач, поставленных перед вычислительной машиной, стало прогнозирование землетрясений и цунами, а также их последствий. Её стали разрабатывать после страшного землетрясения 2011 года, случившегося у японского острова Хонсю – его мощность тогда составила 9 баллов, погибло более 16 тысяч человек, а ущерб стране составил более сотни миллиардов долларов. 

Суперкомпьютер Fugaku
Источник tengrinews.kz // Суперкомпьютер Fugaku

Суперкомпьютер смоделировал 20 000 цунами различного типа и различных форм волн. Также на нём создали модель искусственного интеллекта, которая могла бы прогнозировать наводнения и цунами в режиме реального времени. Модель сопоставляет данные о формах волн и береговой линии, после чего почти мгновенно выдаёт прогноз, как цунами повлияет на заданную территорию – вплоть до того, как именно разрушатся здания и затопятся улицы. 

Технические характеристики этой машины более скромные, нежели у Frontier – её мощность равняется 442 петафлопса, то есть 442*1015, почти в три раза меньше, чем у конкурента. Энергии, напротив, Fugaku потребляет намного больше – 30 мегаватт против 21. Однако эта система уже полностью закончена и с 2021 года используется не только исследователями из академических областей, но и промышленниками, и правительством Японии. 

Мощность суперкомпьютеров растёт год от года – машины, которые ещё год назад держали пальму первенства, устаревают и уступают место новым разработкам. Однако сделать что-то новое невозможно, не учитывая опыт предшественников. Расскажите своим потомкам об опыте своей семьи – оставьте историю своего рода в надёжной Цифровой капсуле времени, которая создаётся на самых современных носителях информации. 

Информация – самое ценное в нашем быстро меняющемся мире. Передайте информацию о своей семье вашим потомкам – сохраните её в надёжной Цифровой капсуле времени.

    Поделиться:

    Ранее по теме

    Кто на самом деле изобрёл радио? Причём здесь...

    06.05.2024 Радио
    Хранение информации

    Рассказываем о магическом сборнике «Книге Сойга» и о...

    16.04.2024 История
    Хранение информации

    Личные архивные фонды могут дать нам ценную...

    12.03.2024 История
    Хранение информации

    Творчество да Винчи не ограничивалась картинами. Он...

    09.01.2024 История
    Хранение информации

    Шрифт Брайля даёт незрячим людям возможность писать и...

    04.01.2024 История
    Хранение информации

    Какие мировые рекорды были побиты в 2023 году? У кого...

    27.12.2023 Человек
    Хранение информации

    Комментариев: 0 обсудить?

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.

    три × 5 =

    Подпишитесь, чтобы получать новый контент.

    Мы не спамим! Прочтите нашу политику конфиденциальности, чтобы узнать больше.