Superpočítače

Mezi superpočítače patří nejvýkonnější výpočetní stroje své doby. V jiném pojetí jde o výpočetní zařízení...


Mezi superpočítače patří nejvýkonnější výpočetní stroje své doby. V jiném
pojetí jde o výpočetní zařízení nestandardních architektur, jež byla postavena
pro konkrétní projekt nebo účel.

Superpočítače se používaly a používají pro předpovědi počasí, pro modelování
proudění vzduchu okolo letadel či automobilů a pro simulace nukleárních
explozí. Vždy jde o aplikace s velkými počty proměnných a rovnic, které se
musejí řešit nebo integrovat numericky pomocí nepředstavitelného počtu kroků
nebo pravděpodobnostní metodou Monte Carlo.

Historie superpočítačů
První stroj obecně označovaný jako superpočítač (ačkoliv tak oficiálně navržen
nebyl), IBM Naval Ordnance Research Calculator, se v letech 1954 až 1963
využíval na Columbia University pro výpočty drah vojenských střel. Předcházel
prvním mikroprocesorům a mohl provádět okolo 15 tisíc operací za sekundu.
Počátky historie superpočítačů jsou úzce spjaty se Seymourem Crayem, který na
konci 60. let minulého století navrhl pro společnost Control Data v Minneapolis
(CDC) první stroje oficiálně projektované jako superpočítače. Jeho první
projekt, CD 6600, měl proudovou skalární architekturu a používal redukovanou
instrukční sadu (RISC) vyvinutou Crayovým týmem. V této architektuře se
překrývá načítání, dekódování a vykonávání instrukcí tak, aby se v každém taktu
hodin vykonala jedna instrukce.
Cray ještě výrazně zvýšil výpočetní výkon proudové skalární architektury u
modelu CDC 7600 a krátce poté přišla na scénu 4procesorová architektura
implementovaná v počítači CDC 8600. S více procesory se ovšem objevily výrazné
problémy týkající se operačního systému a softwaru.
Cray v roce 1972 odešel z CDC, aby v Chippewa Falls ve Wisconsinu založil svoji
vlastní společnost Cray Research. V dalším vývoji opustil ideu multiprocesorové
architektury ve prospěch vektorových počítačů. Spor dvou přístupů
multiprocesorového a vektorového rozděluje oblast supercomputingu dodnes.
Cray Research vyvinula vektorový počítač, v němž byl hardware navržen pro
efektivní práci s cykly "for" a "do". Pomocí počítače CD 6600 trvalo Evropskému
centru pro střednědobou předpověď počasí (ECMWF) 12 dní zpracovat předpověď na
10 dní. Ale díky prvnímu výrobku firmy Cray Research, počítači Cray 1-A, mohlo
ECMWF připravit 10denní předpověď za 5 hodin. V současnosti, přibližně půl
století po uvedení Naval Ordnance Research Calculatoru, hraje prim ve světě
superpočítačů systém Blue Gene/L rovněž od IBM, budovaný v Lawrence Livermore
National Laboratory. Jeho základní parametry reprezentuje 65 536 procesorů a
výkon 136,8 bilionu operací v plovoucí řádové čárce za sekundu (Tflops).

Novověk superpočítačů
Během svých počátků zůstávaly superpočítače oblastí velkých vládních agentur a
vládou financovaných institucí. Průmyslové nasazení superpočítačů bylo malé a
jejich export ze Spojených států podléhal přísné regulaci, jelikož
představovaly prostředek pro výzkum nukleárních zbraní. Rovněž reprezentovaly
národní hrdost a symbol technického náskoku.
Když se americká Národní nadace pro vědu (NSF) rozhodla v roce 1996 zakoupit
pro své centrum výzkumu počasí v Coloradu superpočítač vyrobený japonskou
firmou NEC, byl tento krok vnímán jako další hřebík do rakve americké
technologické síly. Následovalo přijetí antidumpingové legislativy jako
prostředku ochrany amerických technologických firem před dovozem japonských
superpočítačů, jež byly a stále jsou založeny na pokrocích v oblasti
vektorového zpracování.
Ovšem už za dva roky od rozhodnutí NSF se oblast supercomputingu změnila.
Antidumpingová regulace byla zrušena a padnul i zákaz exportu superpočítačů do
jaderně vyspělých zemí. Co se vlastně stalo?
Za prvé výkon mikroprocesorů používaných v desktopových počítačích předstihl
výkon několik let starých superpočítačů. Počítačové hry a videohry měly k
dispozici takový výpočetní výkon, jímž před tím disponovaly pouze vládní
laboratoře. První Bushova administrativa definovala superpočítač jako systém
schopný provést více než 195 milionů teoretických operací za sekundu (Mtops). V
roce 1997 měly běžné stolní mikroprocesory výkon více než 450 Mtops.
Druhou změnu přinesli počítačoví vědci a technici, kteří začali vytvářet
distribuované a masivně paralelní superpočítače. Součaně byli schopni úspěšně
zvládnout problémy s operačním systémem a aplikacemi, jež před necelými 40 lety
odradily Seymoura Craye od multiprocesingu.
Výsledkem může být nadcházející úpadek technologie vektorového zpracování.
Společnost NEC vyrobila v roce 2002 superpočítač s názvem Earth Simulator, jenž
využívá 5 120 procesorů a vektorovou technologii. Podle žebříčků
nejvýkonnějších superpočítačů Top 500 dosáhl Earth Simulator 35,86 Tflops a po
třech letech v něm drží 4. místo. Od v současnosti vedoucího Blue Gene/L firmy
IBM se očekává maximální potenciální výkon 183,5 Tflops. Oproti svým
předchůdcům Blue Gene/L spotřebovává výrazně méně energie a je několikanásobně
menší. Jak je patrno z informací na serveru Top 500, současný trend se vydal
dvěma směry. Jednak cestou zakládání clusterových polí skalárních procesorů
pracujících s operačním systémem Linux. A jednak směrem využívání běžných
procesorů, open source operačních systémů a 50 let zkušeností s middlewarem,
které jsou třeba pro spojení všech těchto částí dohromady.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.