Реферат: Особенности развития, структурная и функциональная организация суперЭВМ

ФЕДЕРАЛЬНОЕАГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственноеобразовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультетавтоматики и вычислительной техники

Кафедравычислительной техники

ОрганизацияЭВМ и систем

Реферат натему

«Особенностиразвития, структурная и функциональная организация суперЭВМ»

 

Исполнитель

студентгруппы 8030  __________  И.А. Переливский

Руководитель

доцент,к.т.н__________А.Д. Чередов

Томск – 2008

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.........................................................................................................3

1.             Краткая историяпоявления параллелелизма в ЭВМ...................5

2.             Классификацияпараллельных вычислительных систем............8

3.             Основные концепциипроектирования суперЭВМ....................15

4.             Краткиехаратеристики наиболее распространенных суперкомпьютеров……………………………………………………………….20

5.             Десятка самыхмощных компьютеров........................................30

Заключение..................................................................................................32

Список источников.....................................................................................33

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время переходк новым поколениям вычислительных средств приобретает особую актуальность. Этосвязано с потребностями решения сложных задач больших размерностей. Непрерывныйрост характеристик новых образцов вооружений требует разработки и созданияпринципиально новых вычислительных средств для поддержки их эффективногофункционирования. В связи с этим, все более возрастают требования кпроизводительности и надежности вычислительных средств для решениявоенно-прикладных задач. Однопроцессорные вычислительные системы уже несправляются с решением большинства военно-прикладных задач в реальном времени,поэтому для повышения производительности вычислительных систем военногоназначения все чаще используются многопроцессорные вычислительные системы (МВС).

Наибольший вклад в развитиевычислительных средств всегда вносили технологические решения, при этомосновополагающей характеристикой поколения вычислительных систем являласьэлементная база, так как переход на новую элементную базу хорошо коррелируетсяс новым уровнем показателей производительности и надежности вычислительныхсистем. Разработка все новых и новых поколений микропроцессоров несколькоприостановило поиски принципиально новых архитектурных решений. В то же времястановится очевидным, что чисто технологические решения утратили своемонопольное положение. Так, например, в ближайшей перспективе заметновозрастает значение проблемы преодоления разрыва между аппаратными  средствамии методами программирования. Данная проблема решается чисто архитектурнымисредствами, при этом роль технологии является косвенной: высокая степеньинтеграции создает условия для реализации новых архитектурных решений. При этомстало очевидным, что без кардинальной перестройки архитектурных принциповподдерживать интенсивные темпы развития средств вычислительной техники уженевозможно.

Основными требованиями,предъявляемыми к многопроцессорным системам с массовым параллелизмом, являются:необходимость высокой производительности для любого алгоритма; согласованиепроизводительности памяти с производительностью вычислительной части;способность микропроцессоров согласованно работать при непредсказуемыхзадержках данных от любого источника и, наконец, машинно-независимоепрограммирование.

Увеличение степенипараллелизма вызывает увеличение числа логических схем, что сопровождаетсяувеличением физических размеров, в результате чего возрастают задержки сигналовна межсоединениях. Этот фактор приводит либо к снижению тактовой частоты, либок созданию дополнительных логических ступеней и, в результате, к потерепроизводительности. Рост числа логических схем также приводит к роступотребляемой энергии и отводимого тепла. Кроме того, следует подчеркнуть, чтоболее высокочастотные логические схемы при прочих равных условиях потребляютбольшую мощность на один вентиль. В результате возникает теплофизическийбарьер, обусловленный двумя факторами: высокой удельной плотностью тепловогопотока, что требует применения сложных средств отвода тепла, и высокой общеймощностью системы, что вызывает необходимость использования сложной системыэнергообеспечения и специальных помещений.

Другим фактором, влияющимна архитектуру высокопроизводительных вычислительных систем, являетсявзаимозависимость архитектуры и алгоритмов задач. Этот фактор часто приводит кнеобходимости создания проблемно-ориентированных систем, при этом может бытьдостигнута максимальная производительность для данного класса задач. Указаннаявзаимозависимость является стимулом для поиска алгоритмов, наилучшим образомсоответствующих возможным формам параллелизма на уровне аппаратуры. А так какдля написания программ используются языки высокого уровня, необходимыопределенные средства автоматизации процессов распараллеливания и оптимизациипрограмм.

1. КРАТКАЯ ИСТОРИЯПОЯВЛЕНИЯ ПАРАЛЛЕЛЕЛИЗМА В ЭВМ

Идеи параллельнойобработки появились очень давно. Изначально они внедрялись в самых передовых, апотому единичных, компьютерах своего времени. Затем после должной отработкитехнологии и удешевления производства они спускались в компьютеры среднегокласса, и наконец, сегодня, все это в полном объеме воплощается в рабочихстанциях и персональных компьютерах.

Для того чтобы убедиться,что все основные нововведения в архитектуре современных процессоров на самомделе используются еще со времен, когда ни микропроцессоров, ни понятиясуперкомпьютеров еще не было, совершим маленький экскурс в историю, начавпрактически с момента рождения первых ЭВМ.

/>IBM 701(1953), IBM 704 (1955): разрядно-параллельная память, разрядно-параллельная арифметика.Все самые первые компьютеры (EDSAC, EDVAC, UNIVAC) имелиразрядно-последовательную память, из которой слова считывались последовательнобит за битом. Первым коммерчески доступным компьютером, использующимразрядно-параллельную память (на CRT) и разрядно-параллельную арифметику, сталIBM 701, а наибольшую популярность получила модель IBM 704 (продано 150 экз.),в которой, помимо сказанного, была впервые применена память на ферритовыхсердечниках и аппаратное АУ с плавающей точкой.

/>IBM 709 (1958):независимые процессоры ввода/вывода. Процессоры первых компьютеров самиуправляли вводом/выводом. Однако скорость работы самого быстрого внешнегоустройства, а по тем временам это магнитная лента, была в 1000 раз меньшескорости процессора, поэтому во время операций ввода/вывода процессорфактически простаивал. В 1958г. к компьютеру IBM 704 присоединили 6 независимыхпроцессоров ввода/вывода, которые после получения команд могли работатьпараллельно с основным процессором, а сам компьютер переименовали в IBM 709.Данная модель получилась удивительно удачной, так как вместе с модификациямибыло продано около 400 экземпляров, причем последний был выключен в 1975 году — 20 лет существования!

/>IBMSTRETCH (1961): опережающий просмотр вперед, расслоение памяти. В 1956 году IBMподписывает контракт с Лос-Аламосской научной лабораторией на разработкукомпьютера STRETCH, имеющего две принципиально важные особенности: опережающийпросмотр вперед для выборки команд и расслоение памяти на два банка для согласованиянизкой скорости выборки из памяти и скорости выполнения операций.

/>ATLAS(1963): конвейер команд. Впервые конвейерный принцип выполнения команд былиспользован в машине ATLAS, разработанной в Манчестерском университете.Выполнение команд разбито на 4 стадии: выборка команды, вычисление адресаоперанда, выборка операнда и выполнение операции. Конвейеризация позволилауменьшить время выполнения команд с 6 мкс до 1,6 мкс. Данный компьютер оказалогромное влияние, как на архитектуру ЭВМ, так и на программное обеспечение: внем впервые использована мультипрограммная ОС, основанная на использованиивиртуальной памяти и системы прерываний.

/>CDC 6600(1964): независимые функциональные устройства.
Фирма Control Data Corporation (CDC) при непосредственном участии одного из ееоснователей, Сеймура Р.Крэя (Seymour R.Cray) выпускает компьютер CDC-6600 — первый компьютер, в котором использовалось несколько независимых функциональныхустройств. Для сравнения с сегодняшним днем приведем некоторые параметрыкомпьютера:

—   время такта 100нс;

—   производительность 2-3 млн. операцийв секунду;

—   оперативная память разбита на 32банка по 4096 60-ти разрядных слов;

—   цикл памяти 1мкс;

—   10 независимых функциональныхустройств.

Машина имела громадныйуспех на научном рынке, активно вытесняя машины фирмы IBM.

/>CDC 7600(1969): конвейерные независимые функциональные устройства.

CDC выпускает компьютерCDC-7600 с восемью независимыми конвейерными функциональными устройствами — сочетание параллельной и конвейерной обработки. Основные параметры:

—   такт 27,5 нс;

—   10-15 млн. опер/сек;

—   8 конвейерных ФУ;

—   2-х уровневая память.

/>ILLIACIV (1974): матричные процессоры.

—   Проект: 256 процессорных элементов(ПЭ) = 4 квадранта по 64ПЭ, возможность реконфигурации: 2 квадранта по 128ПЭили 1 квадрант из 256ПЭ, такт 40нс, производительность 1Гфлоп;

—   работы начаты в 1967 году, к концу1971 изготовлена система из 1 квадранта, в 1974г. она введена в эксплуатацию,доводка велась до 1975 года;

—   центральная часть: устройствоуправления (УУ) + матрица из 64 ПЭ;

—   УУ это простая ЭВМ с небольшойпроизводительностью, управляющая матрицей ПЭ; все ПЭ матрицы работали всинхронном режиме, выполняя в каждый момент времени одну и ту же команду,поступившую от УУ, но над своими данными;

—   ПЭ имел собственное АЛУ с полнымнабором команд, ОП — 2Кслова по 64 разряда, цикл памяти 350нс, каждый ПЭ имелнепосредственный доступ только к своей ОП;

—   сеть пересылки данных: двумерный торсо сдвигом на 1 по границе по горизонтали.

Несмотря на результат всравнении с проектом: стоимость в 4 раза выше, сделан лишь 1 квадрант, такт80нс, реальная производительность до 50Мфлоп — данный проект оказал огромноевлияние на архитектуру последующих машин, построенных по схожему принципу, вчастности: PEPE, BSP, ICL DAP.

/>/>CRAY 1 (1976): векторно-конвейерные процессоры.

В 1972 году С. Крэйпокидает CDC и основывает свою компанию Cray Research, которая в 1976г.выпускает первый векторно-конвейерный компьютер CRAY-1: время такта 12.5нс, 12конвейерных функциональных устройств, пиковая производительность 160 миллионовопераций в секунду, оперативная память до 1Мслова (слово — 64 разряда), циклпамяти 50нс. Главным новшеством является введение векторных команд, работающихс целыми массивами независимых данных и позволяющих эффективно использоватьконвейерные функциональные устройства.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Основным параметромклассификации паралелльных компьютеров является наличие общей (SMP) илираспределенной памяти (MPP). Нечто среднее между SMP и MPP представляют собойNUMA-архитектуры, где память физически распределена, но логически общедоступна.Кластерные системы являются более дешевым вариантом MPP. При поддержке командобработки векторных данных говорят о векторно-конвейерных процессорах, которые,в свою очередь могут объединяться в PVP-системы с использованием общей илираспределенной памяти. Все большую популярность приобретают идеи комбинированияразличных архитектур в одной системе и построения неоднородных систем.

При организацияхраспределенных вычислений в глобальных сетях (Интернет) говорят омета-компьютерах, которые, строго говоря, не представляют из себя параллельныхархитектур.

Более подробноособенности всех перечисленных архитектур будут рассмотрены далее на этойстранице, а также в описаниях конкретных компьютеров — представителей этихклассов. Для каждого класса приводится следующая информация:

— краткое описание особенностейархитектуры;

—    примеры конкретных компьютеров;

—    перспективы масштабируемости;

—    типичные особенности построенияоперационных систем;

—    наиболее характерная модельпрограммирования (хотя возможны и другие).

Таблица 2.1 –Массивно-параллельные системы (MPP)

Архитектура

Система состоит из однородных вычислительных узлов, включающих:

—    один или несколько центральных процессоров (обычно RISC);

—    локальную память (прямой доступ к памяти других узлов невозможен);

—    коммуникационный процессор или сетевой адаптер;

—    иногда — жесткие диски (как в SP) и/или другие устройства В/В.

К системе могут быть добавлены специальные узлы ввода-вывода и управляющие узлы. Узлы связаны через некоторую коммуникационную среду (высокоскоростная сеть, коммутатор и т.п.)

Примеры IBM RS/6000 SP2, Intel PARAGON/ASCI Red, CRAY T3E, Hitachi SR8000, транспьютерные системы Parsytec. Масштабируемость Общее число процессоров в реальных системах достигает нескольких тысяч (ASCI Red, Blue Mountain). Операционная система

Существуют два основных варианта:

Полноценная ОС работает только на управляющей машине (front-end), на каждом узле работает сильно урезанный вариант ОС, обеспечивающие только работу расположенной в нем ветви параллельного приложения. Пример: Cray T3E.

На каждом узле работает полноценная UNIX-подобная ОС (вариант, близкий к кластерному подходу). Пример: IBM RS/6000 SP + ОС AIX, устанавливаемая отдельно на каждом узле.

Модель программирования Программирование в рамках модели передачи сообщений ( MPI, PVM, BSPlib)

Таблица 2.2 –Симметричные мультипроцессорные системы (SMP)

Архитектура Система состоит из нескольких однородных процессоров и массива общей памяти (обычно из нескольких независимых блоков). Все процессоры имеют доступ к любой точке памяти с одинаковой скоростью. Процессоры подключены к памяти либо с помощью общей шины (базовые 2-4 процессорные SMP-сервера), либо с помощью crossbar-коммутатора (HP 9000). Аппаратно поддерживается когерентность кэшей. Примеры HP 9000 V-class, N-class; SMP-cервера и рабочие станции на базе процессоров Intel (IBM, HP, Compaq, Dell, ALR, Unisys, DG, Fujitsu и др.). Масштабируемость Наличие общей памяти сильно упрощает взаимодействие процессоров между собой, однако накладывает сильные ограничения на их число — не более 32 в реальных системах. Для построения масштабируемых систем на базе SMP используются кластерные или NUMA-архитектуры. Операционная система Вся система работает под управлением единой ОС (обычно UNIX-подобной, но для Intel-платформ поддерживается Windows NT). ОС автоматически (в процессе работы) распределяет процессы/нити по процессорам (scheduling), но иногда возможна и явная привязка. Модель программирования Программирование в модели общей памяти. (POSIX threads, OpenMP). Для SMP-систем существуют сравнительно эффективные средства автоматического распараллеливания.

Таблица 2.3– Системы с неоднородным доступом к памяти (NUMA)

Архитектура

Система состоит из однородных базовых модулей (плат), состоящих из небольшого числа процессоров и блока памяти. Модули объединены с помощью высокоскоростного коммутатора. Поддерживается единое адресное пространство, аппаратно поддерживается доступ к удаленной памяти, т.е. к памяти других модулей. При этом доступ к локальной памяти в несколько раз быстрее, чем к удаленной.

В случае, если аппаратно поддерживается когерентность кэшей во всей системе (обычно это так), говорят об архитектуре cc-NUMA (cache-coherent NUMA)

Примеры HP HP 9000 V-class в SCA-конфигурациях, SGI Origin2000, Sun HPC 10000, IBM/Sequent NUMA-Q 2000, SNI RM600. Масштабируемость Масштабируемость NUMA-систем ограничивается объемом адресного пространства, возможностями аппаратуры поддежки когерентности кэшей и возможностями операционной системы по управлению большим числом процессоров. На настоящий момент, максимальное число процессоров в NUMA-системах составляет 256 (Origin2000). Операционная система Обычно вся система работает под управлением единой ОС, как в SMP. Но возможны также варианты динамического «подразделения» системы, когда отдельные «разделы» системы работают под управлением разных ОС (например, Windows NT и UNIX в NUMA-Q 2000). Модель программирования Аналогично SMP.

/>/>Таблица 2.4 – Параллельные векторные системы (PVP)

Архитектура

Основным признаком PVP-систем является наличие специальных векторно-конвейерных процессоров, в которых предусмотрены команды однотипной обработки векторов независимых данных, эффективно выполняющиеся на конвейерных функциональных устройствах.

Как правило, несколько таких процессоров (1-16) работают одновременно над общей памятью (аналогично SMP) в рамках многопроцессорных конфигураций. Несколько таких узлов могут быть объединены с помощью коммутатора (аналогично MPP).

Примеры NEC SX-4/SX-5, линия векторно-конвейерных компьютеров CRAY: от CRAY-1, CRAY J90/T90, CRAY SV1, CRAY X1, серия Fujitsu VPP. Модель программирования Эффективное программирование подразумевает векторизацию циклов (для достижения разумной производительности одного процессора) и их распараллеливание (для одновременной загрузки нескольких процессоров одним приложением). /> /> />

/>/>Таблица 2.5 – Кластерные системы

Архитектура

Набор рабочих станций (или даже ПК) общего назначения, используется в качестве дешевого варианта массивно-параллельного компьютера. Для связи узлов используется одна из стандартных сетевых технологий (Fast/Gigabit Ethernet, Myrinet) на базе шинной архитектуры или коммутатора.

При объединении в кластер компьютеров разной мощности или разной архитектуры, говорят о гетерогенных (неоднородных) кластерах.

Узлы кластера могут одновременно использоваться в качестве пользовательских рабочих станций. В случае, когда это не нужно, узлы могут быть существенно облегчены и/или установлены в стойку.

Примеры NT-кластер в NCSA, Beowulf-кластеры. Операционная система Используются стандартные для рабочих станций ОС, чаще всего, свободно распространяемые — Linux/FreeBSD, вместе со специальными средствами поддержки параллельного программирования и распределения нагрузки. Модель программирования Программирование, как правило, в рамках модели передачи сообщений (чаще всего — MPI). Дешевизна подобных систем оборачивается большими накладными расходами на взаимодействие параллельных процессов между собой, что сильно сужает потенциальный класс решаемых задач.

Классификацияпараллельных вычислительных систем, предложенная Т.Джоном, основана наразделении МВС по двум критериям: способу построения памяти (общая илираспределенная) и способу передачи информации. Основные типы машин поклассификации Т.Джона представлены в таблице 2.6. Здесь приняты следующиеобозначения: p — элементарный процессор, M — элемент памяти, K — коммутатор, С- кэш-память.

Параллельнаявычислительная система с общей памятью и шинной организацией обмена (машина 1)позволяет каждому процессору системы видеть", как решается задача в целом,а не только те части, над

Типы передачи Сообщений Типы памяти Общая память Общая и распределенная Распределенная память Шинные соединения

1.

/>

2.

/>

3.

/>

Фиксирован-ные перекрест-ные соедине-ния

4.

/>

5.

/>

6.

/>

Коммутацион-ные структуры

7.

/>

8.

/>

9.

/>

Таблица 2.6 –Классификация МВС по типам памяти и передачи сообщений которыми он работает. Общая шина,связанная с памятью, вызывает серьезные проблемы для обеспечения высокойпропускной способности каналов обмена. Одним из способов обойти эту ситуациюявляется использование кэш-памяти (машина 2). В этом случае возникает проблемакогерентности содержимого кэш-памяти и основной. Другим способом повышенияпроизводительности систем является отказ от центральной памяти (машина 3).

Идеальной машинойявляется вычислительная система, у которой каждый процессор имеет прямые каналысвязи с другими процессорами, но в этом случае требуется чрезвычайно большойобъем оборудования для организации межпроцессорных обменов. Определенныйкомпромисс представляет сеть с фиксированной топологией, в которой каждыйпроцессор соединен с некоторым подмножеством процессоров системы. Еслипроцессорам, не имеющим непосредственного канала обмена, необходимовзаимодействовать, они передают сообщения через промежуточные процессоры. Одноиз преимуществ такого подхода — не ограничивается рост числа процессоров в системе.Недостаток — требуется оптимизация прикладных программ, чтобы обеспечитьвыполнение параллельных процессов, для которых необходимо активное воздействиена соседние процессоры.

Наиболее интереснымвариантом для перспективных параллельных вычислительных комплексов являетсясочетание достоинства архитектур с распределенной памятью и каналамимежпроцессорного обмена. Один из возможных методов построения такихкомбинированных архитектур — конфигурация с коммутацией, когда процессор имеетлокальную память, а соединяются процессоры между собой с помощью коммутатора(машина 9). Коммутатор может оказаться весьма полезным для группы процессоров сраспределяемой памятью (машина 8). Данная конфигурация похожа на машину с общейпамятью (машина 7), но здесь исключены проблемы пропускной способности шины.

Недостаткамиклассификации Т.Джона является скрытие уровня параллелизма в системе.

Параллелизм любого родатребует одновременной работы, по крайней мере, двух устройств. Такимиустройствами могут быть: арифметико-логические устройства (АЛУ), устройствауправления (УУ). В ЭВМ классической архитектуры УУ и АЛУ образуют процессор.Увеличение числа процессоров или числа АЛУ в каждом из них приводит ксоответствующему росту параллелизма. Наличие в ЭВМ нескольких процессоровозначает, что одновременно (параллельно) могут выполняться несколько программили несколько фрагментов одной программы. Работа нескольких АЛУ  подуправлением  одного УУ означает, что множество данных может обрабатыватьсяпараллельно по одной программе. В соответствии с этим описание структурпараллельных систем можно представить в виде упорядоченной тройки:

<k,d,w>,

 где k — количествоустройств управления, т.е. наибольшее количество независимо и одновременновыполняемых программ в системе;

d — количество АЛУ,приходящихся на одно устройство управления;

w — количество разрядов,содержимое которых обрабатывается одновременно (параллельно) однимарифметико-логическим устройством.

Другая формараспараллеливания — конвейеризация, также требует наличия нескольких ЦП илиАЛУ. В то время, как множество данных обрабатывается на одном устройстве,другое множество данных может обрабатываться на следующем устройстве и т.д.,при этом в процессе обработки возникает поток данных от одного устройства (ЦПили АЛУ) к следующему. В течение всего процесса над одним множеством данныхвыполняется одно за другим n действий. Одновременно в конвейере на разныхстадиях обработки могут находиться от 1 до n данных.

Параллелизм иконвейеризацию можно рассматривать на трех различных уровнях, представленных втаблице 2.7. Шесть основных форм параллелизма, в широком смысле этого слова,позволяют построить схему классификации, в рамках которой можно описатьразнообразие высокопроизводительных вычислительных систем и отразить ихэволюцию.

Таблица 2.7 – КлассификацияМВС по типу распараллеливания

Уровень

параллелизма

Параллелизм Конвейеризация Программы

Мультипроцессор

/>

Макроконвейер

/>

Команды

Матричный процессор

/>

Конвейер команд

/>

Данные

Множество разрядов

/>

Арифметический

конвейер

/>

3. ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯСУПЕРЭВМ

В векторных суперЭВМобеспечена предельная производительность для процессов скалярной и векторнойобработки, которая присутствует в большинстве задач. Задачи, содержащие высокуюстепень внутреннего параллелизма, могут быть хорошо адаптированы к системаммассового параллелизма. Реальные задачи и, тем более, пакеты задач содержатцелый ряд алгоритмов, имеющих различные уровни параллелизма.

Все это говорит о том,что вместо попыток приспособить все типы алгоритмов к одной архитектуре, чтоотражается на конфигурации архитектур и сопровождается не всегда корректнымисравнениями пиковой производительности, более продуктивным являетсявзаимодополнение архитектур в единой системе. Одним из первых примеров такойсистемы является объединение векторной системы Cray Y-XM с системой Cray T3D.Однако, это объединение с помощью высокоскоростного канала приводит кнеобходимости разбиения задач на крупные блоки и к потерям времени и памяти наобмен информацией.

Ситуация в данном случаеподобна той, которая существовала до появления векторных машин. Для решениязадач, содержащих большое число операций над векторами и матрицами,использовались так называемые матричные процессоры, например, фирмы FSP,которые подключались к универсальной машине с помощью канала ввода/вывода.Интеграция скалярной и векторной обработки в одном процессоре наряду собеспечением высокой скорости работы синхронного конвейера обеспечила успехвекторных машин.

Следующим логическимшагом является интеграция скалярной, векторной и параллельной обработки. Благодаряэтому, может быть достигнута высокая реальная производительность за счетраспределения отдельных частей программы по подсистемам с различнойархитектурой. Естественно, это распределение работы должно быть поддержаноаппаратно-программными средствами автоматизации программирования. Эти средствадолжны содержать возможность интерактивного вмешательства программиста на этапеанализа задачи и возможность моделирования или пробного запуска программы сизмерением параметров эффективности. Следует подчеркнуть, что формыпараллелизма в алгоритмах достаточно разнообразны, поэтому и их аппаратноеотражение может быть различным. К наиболее простым можно отнести системы содним потоком команд и множественными потоками данных, системы с множественнымипотоками команд и данных, систолические системы.

Одним из многообещающихподходов, обеспечивающих автоматическое распараллеливание, является принциппотока данных, при котором последовательность или одновременность вычисленийопределяется не командами, а готовностью операндов и наличием свободногофункционального арифметического устройства. Однако, и в этом случае степеньреального распараллеливания зависит от внутреннего параллелизма алгоритма и,очевидно, нужны эффективные способы подготовки задач. Кроме того, для реализациитаких систем необходимо создание ассоциативной памяти для поиска готовых кработе пар операндов и систем распределения вычислений по большому числуфункциональных устройств.

Аппаратная реализацияпараллельных подсистем полностью зависит от выбранных микропроцессоров, БИСпамяти и других компонентов. В настоящее время по экономическим причинамцелесообразно использовать наиболее высокопроизводительные микропроцессоры,разработанные для унипроцессорных машин.

Вместе с тем, существуютподходы, связанные с применением специализированных микропроцессоров,ориентированных на использование в параллельных системах. Типичным примеромявляется серия транспьютеров фирмы Inmos. Однако, из-за ограниченного рынка этасерия по производительности резко отстала от универсальных микропроцессоров,таких, как Alpha, Power PC, Pentium. Специализированные микропроцессоры смогутбыть конкурентноспособными только при условии сокращения расходов напроектирование и освоение в производстве, что в большой степени зависит от производительностиинструментальных вычислительных средств, используемых в системахавтоматизированного проектирования.

В различныхвычислительных машинах использовались различные подходы, направленные надостижение, в первую очередь,  одной из следующих целей:

—   максимальная арифметическаяпроизводительность процессора;

—   эффективность работы операционнойсистемы и удобство общения с ней для программиста;

—   эффективность трансляции с языковвысокого уровня и исключение написания программ на автокоде;

—   эффективность распараллеливанияалгоритмов для параллельных архитектур.

Однако, в любой машиненеобходимо  в той или иной форме решать все указанные задачи. Отметим, чтосначала этого пытались достичь с помощью одного или нескольких одинаковыхпроцессоров.

Дифференциация функций испециализация отдельных подсистем начала развиваться с появления отдельныхподсистем и процессоров для обслуживания ввода/вывода, коммуникационных сетей,внешней памяти и т.п.

В суперЭВМ кромеосновного процессора (машины) включались внешние машины. В различных системахможно наблюдать элементы специализации в направлениях автономного выполненияфункций операционной системы, системы программирования и подготовки заданий.

Во-первых, этивспомогательные функции могут выполняться параллельно с основными вычислениями.Во-вторых, для реализации не требуются многие из тех средств, которыеобеспечивают высокую производительность основного процессора, например,возможность выполнения операций с плавающей запятой и векторных операций. Вдальнейшем, при интеграции скалярной, векторной и параллельной обработки врамках единой вычислительной подсистемы состав этих вспомогательных функцийдолжен быть дополнен функциями анализа программ с целью обеспечения требуемогоуровня параллелизма и распределения отдельных частей программы по различнымветвям вычислительной подсистемы.

Появление суперЭВМсопровождалось повышением их общей мощности потребления (выше 100 кВт) иувеличением плотности тепловых потоков на различных уровнях конструкции. Ихсоздание не в последнюю очередь оказалось возможным, благодаря использованиюэффективных жидкостных и фреоновых  систем охлаждения. Является ли значительнаямощность существенным признаком суперЭВМ?  Ответ на этот вопрос зависит оттого, что вкладывается в понятие суперЭВМ.

Если считать, чтосуперЭВМ или, точнее, суперсистема — это система с наивысшей возможнойпроизводительностью, то энергетический фактор остается одним из определяющихэту производительность. По мере развития технологии мощность одного вентиля вмикропроцессорах уменьшается, но при повышении производительности процессора засчет параллелизма общая мощность в ряде случаев растет. При объединениибольшого числа микропроцессоров в системе с массовым параллелизмом интегральнаямощность и тепловыделение становятся соизмеримыми с аналогичными показателямидля векторно-конвейерных систем. Однако, иногда в рекламных целях параллельныесистемы с небольшим числом процессоров сравниваются с суперкомпьютерамипредыдущего или более раннего поколений, чтобы показать их преимущества всмысле простоты и удобства эксплуатации. Естественно, из такого некорректногосравнения нельзя сделать вывод о целесообразности создания современныхсуперсистем.

Основным стимуломсоздания суперсистем являются потребности решения больших задач. В своюочередь, исследования и разработки по суперсистемам стимулируют целый комплексфундаментальных и прикладных исследований, результаты которых используются вдальнейшем в других областях. Прежде всего, это касается архитектуры исхемотехники вычислительных машин, высокочастотных интегральных схем и средствмежсоединений, эффективных систем отвода тепла. Не менее важны результаты пометодам распараллеливания при выполнении отдельных операций и участков программна аппаратном уровне, методам построения параллельных алгоритмов, языков ипрограммных систем для эффективного решения больших задач.

В развитии вычислительныхсредств можно выделить три основные проблемы:

—   повышение производительности;

—   повышение надежности;

—   покрытие семантического разрыва.

Этапы развитиявычислительных средств принято различать по поколениям машин. Характеристикапоколения определяется конкретными показателями, отражающими достигнутыйуровень в решении трех перечисленных проблем. Поскольку подавляющий вклад вразвитие вычислительных средств всегда принадлежал технологическим решениям,основополагающей характеристикой поколения машин считалась элементная база. Идействительно, переход на новую элементную базу хорошо коррелируется с новымуровнем показателей производительности, надежности и сокращения семантическогоразрыва.

В настоящее времяактуальным является переход к новым поколениям вычислительных средств. Посложившейся традиции решающая роль отводится технологии производства элементнойбазы. В то же время становится очевидным, что технологические решения утратилимонопольное положение. Так, например, в ближайшей перспективе заметновозрастает значение проблемы покрытия семантического разрыва, что отражается внеобходимости создания высокосложных программных продуктов и требуеткардинального снижения трудоемкотси программирования. Эта проблема решаетсяпреимущественно архитектурными средствами. Роль технологии здесь может бытьтолько косвенной: высокая степень интеграции создает условия для реализацииархитектурных решений.

В настоящее время однимиз доминируюших направлений развития суперЭВМ являются вычислительные системы cMIMD-параллелизмом на основе матрицы микропроцессоров. Для создания подобныхвычислительных систем, состоящих из сотен и тысяч связанных процессоров,потребовалось преодолеть ряд сложных проблем как в программном обеспечении(языки Parallel Pascal, Modula-2, Ada), так и в аппаратных средствах(эффективная коммутационная среда, высокоскоростные средства обмена, мощныемикропроцессоры). Элементная база современных выcокопроизводительных системхарактеризуется выcокой степенью интеграции (до 3,5 млн. транзисторов накристалле) и высокими тактовыми частотами (до 600 МГц).

В настоящее время все фирмы ивсе университеты США, Западной Европы и Японии, разрабатывающие суперЭВМ, ведутинтенсивные исследования в области многопроцессорных суперЭВМ с массовымпараллелизмом, создают множество их типов, организуют их производство иускоренными темпами осваивают мировой рынок в этой области. МногопроцессорныеЭВМ с массовым параллелизмом уже сейчас существенно опережают попроизводительности традиционные суперЭВМ с векторно-конвейерной архитектурой.Системы с массовым параллелизмом предъявляют меньшие требования кмикропроцессорам и элементной базе и имеют значительно меньшую стоимость прилюбом уровне производительности, чем векторно-конвейерные суперЭВМ.

Наежегодной конференции в Чепел-Хилл (Сев.Каролина) представлен проект фирмы IBM,целью которого является создание гиперкубического параллельного процесора водном корпусе. Конструкция, названная Execube, имеет 8 16-разрядныхмикропроцесоров, встроенных в кристалл 4Мбит динамического ЗУ (ДЗУ). При этомстепень интеграци составляет 5 млн. транзисторов. Микросхема изготовлена поКМОП-технологии с тремя уровнями металлизации на заводе IBM Microelectronic(Ясу, Япония). Execube представляет собой попытку повышения степени интеграциипроцессора с памятью путем более эффективного доступа к информации ДЗУ. Посуществу, память превращается в расширенные регистры процессоров.Производительность микросхемы составляет 50 млн оп/с.

ФирмаCRAY Research обёявила о начале выпуска суперкопьютеров CRAY T3/E. Основнаяхарактеристика, на которой акцентировали внимание разработчики — масштабируемость. Минимальная конфигурация составляет 8 микропроцессоров,максимальная — 2048. По сравнению с предыдущей моделью T3/D соотношениецена/производительность снижена в 4 раза и составляет 60 долл/Мфлопс, чемуспособствовало применение недорогих процессоров DEC Alpha EVC, изготовленных поКМОП-технологии. Предполагаемая стоимость модели Т3/Е на основе 16 процессоровс 1-Гбайт ЗУ составит 900 тыс. долларов, а цена наиболее мощной конфигурации(1024 процессора, ЗУ 64 Гбайт) -39,7 млн. долларов при пиковойпроизводительности 600 Гфлопс.

Однимиз способов дальнейшего повышения производительности вычислительной системыявляется объединение суперкомпьютеров в кластеры при помощи оптоволоконныхсоединений. С этой целью компьютеры CRAY T3/E снабжены каналами ввода/вывода спропускной способностью 128 Гбайт/с. Потенциальные заказчики проявляютповышенный интерес к новой разработке фирмы. Желание приобрести компьютеризъявили такие организации как Pittsburgh Supercomputer Center, Mobile Oil,Департамент по океанографии и атмосферным исследованиям США. При этом подписанонесколько контрактов на изготовление нескольких компьютеров 512-процессорнойконфигурации.

Средияпонских компаний следует выделить фирму Hitachi, которая выпустиласуперкомпьютер SR2201 с массовым параллелизмом, содержащий до 2048 процесоров.В основе системы переработанная компанией процессорная архитектура RA-RISC отфирмы Hewlett-Paccard. Псевдовекторный процессор функционирует под управлениемОС HP-UX/MPP Mash 3.0. В компьютере, кроме того, использована система поддержкипараллельного режима работы Express, созданная корпорацией Parasoft иполучившая название ParallelWare. Производительность нового компьютерасоставляет 600 Гфлопс.

4. КРАТКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАИБОЛЕЕРАСПРОСТРАНЕННЫХ СУПЕРКОМПЬЮТЕРОВ

IBM RS/6000 SP

Производитель International Business Machines (IBM), подразделение RS/6000. Класс архитектуры Масштабируемая массивно-параллельная вычислительная система (MPP). Узлы Узлы имеют архитектуру рабочих станций RS/6000. Существуют несколько типов SP-узлов, которые комплектуются различными процессорами: PowerPC 604e/332MHz, POWER3/200 и 222 MHz (более ранние системы комплектовались процессорами POWER2). High-узлы на базе POWER3 включают до 8 процессоров и до 16 GB памяти. Масштабируе-мость До 512 узлов. Возможно совмещение узлов различых типов. Узлы устанавливаются в стойки (до 16 узлов в каждой). Коммутатор Узлы связаны между собой высокопроизводительных коммутатором (IBM high-performance switch), который имеет многостадийную структуру и работает с коммутацией пакетов. Cистемное ПО OC AIX (устанавливается на каждом узле), система пакетной обработки LoadLeveler, параллельная файловая система GPFS, параллельная СУБД INFORMIX-OnLine XPS. Параллельные приложения исполняются под управлением Parallel Operating Environment (POE).

Средства
программирова-ния

Оптимизированная реализация интерфейса MPI, библиотеки параллельных математических подпрограмм — ESSL, OSL. Обзор Обзор архитектуры суперкомпьютеров серии RS/6000 SP корпорации IBM.

/>/>HP 9000 (Exemplar)

Производитель Hewlett-Packard, подразделение высокопроизводительных систем. Класс Многопроцессорные сервера с общей памятью (SMP). Предшествен-ники SMP/NUMA-системы Convex SPP-1200, SPP-1600, SPP-2000. Модификации В настоящее время доступны несколько «классов» систем семейства HP 9000: сервера начального уровня (D, K-class), среднего уровня (N-class) и наиболее мощные системы (V-class). Процессоры 64-битные процессоры c архитектурой PA-RISC 2.0 (PA-8200, PA-8500). Число процессоров N-class — до 8 процессоров. V-class — до 32 процессоров. В дальнейшем ожидается увеличение числа процессоров до 64, а затем до 128. Масштабируе-мость SCA-конфигурации (Scalable Computing Architecture) — до 4 узлов V-class, т.е. до 128 процессоров. Системное ПО Устанавливается операционная система HP-UX (совместима на уровне двоичного кода с ОС SPP-UX компьютеров Convex SPP). Средства программирова-ния HP MPI — реализация MPI 1.2, оптимизированная к архитектуре Exemplar. Распараллеливающие компиляторы Fortran/C, математическая библиотека HP MLIB. CXperf — с редство анализа производительности программ. Обзор Обзор архитектуры серверов HP 9000 класса V корпорации Hewlett-Packard

/>CrayT3E

Производитель Cray Inc. Класс архитектуры Масштабируемая массивно-параллельная система, состоит из процессорных элементов (PE). Предшествен-ники Cray T3D Модификации T3E-900, T3E-1200, T3E-1350 Процессорный элемент PE состоит из процессора, блока памяти и устройства сопряжения с сетью. Используются процессоры Alpha 21164 (EV5) с тактовой частотой 450 MHz (T3E-900), 600 MHz (T3E-1200), 675 MHz (T3E-1350) пиковая производительность которых составляет 900, 1200, 1350 MFLOP/sec соответственно. Процессорный элемент располагает своей локальной памятью (DRAM) объемом от 256MB до 2GB. Число процессоров Системы T3E масштабируются до 2048 PE. Коммутатор Процессорные элементы связаны высокопроизводительной сетью GigaRing с топологией трехмерного тора и двунаправленными каналами. Скорость обменов по сети достигает 500MB/sec в каждом направлении. Системное ПО Используется операционная система UNICOS/mk. Средства программирова-ния Поддерживается явное параллельное программирование c помощью пакета Message Passing Toolkit (MPT) — реализации интерфейсов передачи сообщений MPI, MPI-2 и PVM, библиотека Shmem. Для Фортран-программ возможно также неявное распараллеливание в моделях CRAFT и HPF. Среда разработки включает также набор визуальных средств для анализа и отладки параллельных программ.

/>

Cray T90

Производитель Cray Inc., Cray Research. Класс архитектуры Многопроцессорная векторная система (несколько векторных процессоров работают на общей памяти). Предшествен-ники CRAY Y-MP C90, CRAY X-MP. Модели Серия T90 включает модели T94, T916 и T932. Процессор Системы серии T90 базируются на векторно-конвейерном процессоре Cray Research с пиковой производительностью 2GFlop/s. Число процессоров Система T932 может включать до 32 векторных процессоров (до 4-х в модели T94, до 16 модели T916), обеспечивая пиковую производительность более 60GFlop/s. Масштабируе-мость Возможно объединение нескольких T90 в MPP-системы. Память Система T932 содержит от 1GB до 8GB (до 1 GB в модели T94 и до 4GB в модели T916) оперативной памяти и обеспечивает скорость обменов с памятью до 800MB/sec. Системное ПО Используется операционная система UNICOS.

/>Cray SV1

Производитель Cray Inc. Класс архитектуры Масштабируемый векторный суперкомпьютер. Процессор Используются 8-конвейерные векторные процессоры MSP (Multi-Streaming Processor) с пиковой производительностью 4.8 GFLOP/sec; каждый MSP может быть подразделен на 4 стандартных 2-конвейерных процессора с пиковой производительностью 1.2 GFLOP/sec. Тактовая частота процессоров — 250MHz. Число процессоров Процессоры объединяются в SMP-узлы, каждый из которых может содержать 6 MSP и 8 стандартных процессоров. Система (кластер) может содержать до 32 таких узлов. Память SMP-узел может содержать от 2 до 16GB памяти. Система может содержать до 1TB памяти. Вся память глобально адресуема (архитектура DSM). Системное ПО Используется операционная система UNICOS. Средства программирова-ния Поставляется векторизующий и распараллеливающий компилятор CF90. Поддерживается также явное параллельное программирование с использованием интерфейсов MPI, OpenMP или Shmem.

/>

Cray X1

Производитель Cray Inc. Класс архитектуры Масштабируемый векторный суперкомпьютер. Процессор Используются 16-конвейерные векторные процессоры с пиковой производительностью 12.8 GFLOP/sec. Тактовая частота процессоров — 800MHz. Число процессоров В максимальной конфигурации — до 4096. Память Каждый процессор может содержать до 16GB памяти. В максимальной конфигурации система может содержать до 64TB памяти. Вся память глобально адресуема (архитектура DSM). Максимальная скорость обмена с оперативной памятью составляет 34.1 Гбайт/сек. на процессор, скорость обмена с кэш-памятью 76.8 Гбайт/сек. на процессор. Системное ПО Используется операционная система UNICOS/mp. Средства программирова-ния Реализованы компиляторы с языков Фортран и Си++, включающие возможности автоматической векторизации и распараллеливания, специальные оптимизированные библиотеки, интерактивный отладчик и средства для анализа производительности. Приложения могут писаться с использованием MPI, OpenMP, Co-array Fortran и Unified Parallel C (UPC).

/>Cray XT3

Производитель Cray Inc. Класс архитектуры Массивно-параллельный суперкомпьютер. Процессор Используются процессоры AMD Opteron. Число процессоров В максимальной конфигурации — до 30508. Память Каждый процессор может содержать от 1 до 8 Гбайт оперативной памяти. В максимальной конфигурации система может содержать до 239 Тбайт памяти. Системное ПО Используется операционная система UNICOS/lc. Средства программирова-ния На компьютере устанавливаются компиляторы Fortran 77, 90, 95, C/C++, коммуникационные библиотеки MPI (с поддержкой стандарта MPI 2.0) и SHMEM, а также оптимизированные версии библиотек BLAS, FFTs, LAPACK, ScaLAPACK и SuperLU. Для анализа производительности системы устанавливается система Cray Apprentice2 performance analysis tools.

 

SGI Origin2000

Производитель Silicon Graphics Класс архитектуры Модульная система с общей памятью (cc-NUMA). Процессор 64-разрядные RISC-процессоры MIPS R10000, R12000/300MHz Модуль Основной компонент системы — модуль Origin, включающий от 2 до 8 процессоров MIPS R10000 и до 16GB оперативной памяти. Масштабируе-мость Поставляются системы Origin2000, содержащие до 256 процессоров (т.е. до 512 модулей). Вся память системы (до 256GB) глобально адресуема, аппаратно поддерживается когерентность кэшей. Коммутатор Модули системы соединены с помощью сети CrayLink, построенной на маршрутизаторах MetaRouter. Системное ПО Используется операционная система SGI IRIX. Средства программирова-ния Поставляется распараллеливающий компилятор Cray Fortran 90. Поддерживается стандарт OpenMP.

 

SGI Altix3000

Производитель Silicon Graphics Класс архитектуры Модульная система с общей памятью (cc-NUMA). Процессор Intel Itanium II 1.3GHz/1.5GHz Модули Вся система строится из модулей (вычислительных, коммутационных, проч.) Вычислительный компонент системы — модуль C-brick, состоящий из 2-х блоков, включающий 4 процессора (по 2 на блок), 4 слота памяти по 8DIMM (от 4 до 16Gb на C-brick). Масштабируе-мость Поставляются системы Origin2000, содержащие до 256 процессоров (т.е. до 512 модулей). Вся память системы (до 256GB) глобально адресуема, аппаратно поддерживается когерентность кэшей. Коммутатор Модули системы соединены с помощью сети NUMAlink, построенной на собственных маршрутизаторах R-bricks. Системное ПО Используется доработанная («открытые» доработки) операционная система Linux.

/>Onyx2InfiniteReality2

Производитель Silicon Graphics Класс архитектуры Многопроцессорная система визуализации; по аппаратной архитектуре очень похожа на Origin2000. Число процессоров Система может включать до 128 процессоров MIPS R10000. Визуализация Графические возможности системы обеспечивают специальные устройства трех типов: геометрические (векторные) процессоры, растровые процессоры, генераторы аналоговых сигналов. Система может быть оборудована 16 независимыми каналами графического вывода (visualization pipelines). На аппаратном уровне поддерживается графический интерфейс OpenGL. Системное ПО Используется операционная система SGI IRIX.

/>

Sun HPC 10000 (StarFire)

Производитель Sun Microsystems, серия Sun HPC. Класс архитектуры Многопроцессорный SMP-сервер. Процессор UltraSPARC II/336MHz Число процессоров Система StarFire объединяет от 16 до 64 процессоров. Память Система включает от 2GB до 64GB памяти. Системное ПО ОС Solaris, ПО распределения ресурсов Load Sharing Facility (LSF). Средства разработки Поставляется пакет поддержки параллельных приложений Sun HPC 2.0, включающий такие средства как HPF, MPI, PVM, PFS (параллельная файловая система), Prism (визуальная среда разработки), S3L (библиотека математических подпрограмм), и др.

/>

Sun Fire 15K

Производитель Sun Microsystems. Класс архитектуры Многопроцессорный SMP-сервер. Процессор UltraSPARC III/900MHz Число процессоров Система Sun Fire 15K объединяет до 106 процессоров. Память Система включает до 576GB памяти. Системное ПО ОС Solaris 8.

/>

NEC SX-5

Производитель NEC, серия SX. Класс архитектуры Параллельный векторный суперкомпьютер (PVP). Предшествен-ники NEC SX-4. Узел Каждый узел системы является векторно-конвейерным SMP-суперкомпьютером, объединяющим до 16 индивидуальных векторных процессоров (каждый с пиковой векторной производительностью 8 Gflop/s и скалярной производительностью 500 MFlop/s). Память Объем памяти каждого узла — до 128GB, производительность обменов с памятью достигает 1TB/sec. Масштабируе-мость Система может включать до 32 узлов, обеспечивая совокупную пиковую производительность до 4 TFlop/s. Коммутатор Для связи узлов используется высокоскоростной коммутатор (IXS Internode Crossbar Switch). Системное ПО Используется операционная система SUPER-UX. Средства программирова-ния поставляются компилятор языка HPF, реализация интерфейса MPI, компиляторы Фортран 77/90 с автоматической векторизацией и поддержкой OpenMP 1.1, а также интегрированная среда разработки и оптимизации PSUITE.

/>

NEC SX-6

Производитель NEC, серия SX. Класс архитектуры Параллельный векторный суперкомпьютер (PVP). Предшествен-ники NEC SX-5. Узел Каждый узел системы является векторно-конвейерным SMP-суперкомпьютером, объединяющим от 2 до 8 индивидуальных векторных процессоров (каждый с пиковой векторной производительностью 8 Gflop/s и скалярной производительностью 500 MFlop/s). Память Объем памяти каждого узла — до 64GB, производительность обменов с памятью достигает 1TB/sec. Масштабируе-мость Система может включать до 128 узлов, обеспечивая совокупную пиковую производительность до 8 TFlop/s. Коммутатор Для связи узлов используется высокоскоростной коммутатор (IXS Internode Crossbar Switch). Системное ПО Используется операционная система SUPER-UX с улучшенной поддержкой SSI (Single System Image). Средства программирова-ния поставляются компилятор языка HPF 2.0, реализация интерфейса MPI, компиляторы Фортран 77/90 с автоматической векторизацией, интегрированная среда разработки и оптимизации PSUITE, поддерживается OpenMP 1.1 (в конце 2002 года предполагается поддержка OpenMP 2.0).

/>

Fujitsu VPP

Производитель Fujitsu Класс архитектуры Параллельный векторный суперкомпьютер (PVP). Модификации VPP300, VPP700, VPP5000 Процессорный элемент

Каждый процессорный элемент (PE) системы VPP700E состоит скалярного устройства (SU), векторного устройства (VU), блока памяти и устройства сопряжения.
Для VPP700: VU состоит из 7 конвейеров и обеспечивает пиковую производительность до 2.4 GFLOP/sec. Объем памяти — до 2GB.
Для VPP5000: VU состоит из 4 конвейеров, пиковая производительность — 9.6 GFLOP/sec. Объем памяти — до 16GB.

Масштабируе-мость

Для VPP700: cистема может включать от 8 до 256 PE, суммарная пиковая производительность до 14.4 GFLOP/sec
Для VPP5000: до 512 PE, суммарная пиковая производительность до 4.9 TFLOP/sec.

Коммутатор Процессорные элементы связаны коммутатором (crossbar network), который производит двухсторонние обмены, не прерывая вычислений. Пропускная способность каналов коммутатора: для VPP700 — 615MB/sec, для VPP5000 — 1.6GB/sec. Системное ПО Используется операционная система UXP/V, основанная на UNIX System VR4. Средства программирова-ния Среди средств разработки поставляются: распараллеливающий и векторизующий компилятор Fortran90/VPP, оптимизированная для VPP библиотека математических подпрограмм SSLII/VPP, библиотеки передачи сообшений MPI-2 и PVM 3.3.

/>

Fujitsu PrimePower 2000

Производитель Fujitsu Класс архитектуры Многопроцессорные сервера с общей памятью (SMP). Назначение Сервер масштаба предприятия(Enterprise Server) Виртуальные домены до 15 Процессоры от 8 до 128 SPARC64-V, тактовая частота 675/788MHz, L1 кэш 128/128KB, L2 кэш 8MB Пропускная способность шины 57.6 GB/sec Память 2GB — 512GB ECC SDRAM Дисковые накопители внутренние 8,736GB, внешние 414 TB, поддерживается горячая замена Слоты ввода-вывода PCI 12-192, из них 6-96 64bit/66MHz/33MHz и 6-96 64bit/33MHz, встроенный SCSI контроллер UltraWide Операционная система Solaris 2.6, 7, 8, 9 Минимальная конфигурация 8*675MHz CPU, 4 GB память, 18.2 GB диски, стоимость 1004730 долларов США

/>

Fujitsu PrimePower 2500

Производитель Fujitsu Класс архитектуры Многопроцессорные сервера с общей памятью (SMP). Назначение Сервер масштаба предприятия(Enterprise Server) Partitions (разделы) до 15 независимых физических, до 15 дополнительных Процессоры от 8 до 128 SPARC64-V, тактовая частота 1.35GHz, L1 кэш 256KB, L2 кэш 8MB Пропускная способность шины 133 GB/sec Память 2GB — 512GB ECC SDRAM Дисковые накопители внутренние 9,34TB (32 PCI/Disk box), внешние 147GB * 4 диска на PCI/Disk box, поддерживается горячая замена Слоты ввода-вывода PCI до 320, встроенный SCSI контроллер UltraWide Операционная система Solaris 8, 9

/>

AlphaServer

Производитель Compaq (Digital). Класс архитектуры. AlphaServer GS/ES — высокопроизводительный SMP-сервер, AlphaServer SC — массивно-параллельная система, AlphaServer HPC — кластерные системы. Модификации GS320, GS160, HPC320, HPC160, GS140, GS60, ES40, DS20 и др. Процессор Alpha 21264, 21264A (тактовая частота до 731 MHz в новых моделях) Число процессоров до 32 (модель GS320) Память до 256 GB (модель GS320) Масштабируе-мость Системы HPC320 включают до 4-х узлов AlphaServer ES40, т.е. до 16 процессоров. Системы AlphaServer SC могут объединять до 128 узлов AlphaServer ES40, т.е. до 512 процессоров. Также Compaq предлагает разнообразные кластерные решения на базе своих серверов. Системное ПО На платформе AlphaServer поддерживаются операционные системы Tru64 UNIX (это новое имя Digital UNIX), OpenVMS и Linux. Поставляется ПО кластеризации TruCluster Software. Средства программирова-ния Поддерживается параллельное программирование в стандартах OpenMP и MPI.

/>

5. ДЕСЯТКА САМЫХ МОЩНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

Данный список был взят изTop500 на ноябрь 2004 года. В спискепредставлены следующие данные по каждому компьютеру:

—   Rank – порядковый номер в спискеTop500;

—   Site – организация, в которойустановлен компьютер;

—   Country – страна — местоположениесистемы;

—   Year – год инсталляции или последнегосерьезного обновления системы;

—   Computer – название (тип) компьютера,указанное поставщиком;

—   Processors – количество процессоров;

—   Manufacturer – производитель илипоставщик компьютера;

—   Computer Family – семействокомпьютеров;

—   Model – модель компьютера иливычислительного узла;

—   Installation Type – вид установки(исследовательская, академическая, правительственная, промышленная, закрытая);

—   Installation Area – областьприменения (погода, геофизика);

—   Nmax – размер задачи, необходимый длядостижения Rmax;

—   Nhalf – размер задачи, необходимыйдля достижения половины Rmax;

—   Rmax – максимальная полученнаяпроизводительность по LINPACK;

—   Rpeak – теоретическая пиковаяпроизводительность.

Таблица 5.1 – десяткасамых мощных компьютеров

Rank Site Country/Year Computer Processors Manufacturer Computer Family Model

Inst. type
Installation Area

Rmax Rpeak Nmax nhalf 1 IBM/DOE United States/2004

BlueGene/L beta-System BlueGene/L DD2 beta-System (0.7 GHz PowerPC 440) / 32768
IBM

IBM BlueGene/L BlueGene/L Research 70720 91750 933887 2

NASA/Ames Research Center/NAS
United States/2004

Columbia SGI Altix 1.5 GHz, Voltaire Infiniband / 10160 SGI

SGI Altix
SGI Altix 1.5 GHz

Research 51870 60960 1.29024e+06 3

The Earth Simulator Center
Japan/2002

Earth-Simulator /

5120 NEC

NEC Vector
SX6

Research

35860
40960

1.0752e+06
266240

4

Barcelona Supercomputer Center
Spain/2004

MareNostrum
eServer BladeCenter JS20 (PowerPC970 2.2 GHz), Myrinet / 3564
IBM

IBM Cluster
JS20 CLuster, Myrinet

Academic

20530
31363

812592 5

Lawrence Livermore National Laboratory
United States/2004

Thunder
Intel Itanium2 Tiger4 1.4GHz — Quadrics / 4096
California Digital Corporation

NOW — Intel Itanium
Itanium2 Tiger4 Cluster — Quadrics

Research

19940
22938

975000
110000

6

Los Alamos National Laboratory
United States/2002

ASCI Q
ASCI Q — AlphaServer SC45, 1.25 GHz / 8192
HP

HP AlphaServer
SC Alpha-Server-Cluster

Research

13880
20480

633000
225000

7

Virginia Tech
United States/2004

System X
1100 Dual 2.3 GHz Apple XServe/Mellanox Infiniband 4X/Cisco GigE / 2200
Self-made

NOW — PowerPC
XServe Cluster

Academic

12250
20240

620000 8

IBM — Rochester
United States/2004

BlueGene/L DD1 Prototype (0.5GHz PowerPC 440 w/Custom) / 8192
IBM/ LLNL

IBM BlueGene/L
BlueGene/L

Vendor

11680
16384

331775 9

Naval Oceanographic Office (NAVOCEANO)
United States/2004

eServer pSeries 655 (1.7 GHz Power4+) / 2944
IBM

IBM SP
SP Power4+, Federation

Research

10310
20019.2

10

NCSA
United States/2003

Tungsten
PowerEdge 1750, P4 Xeon 3.06 GHz, Myrinet / 2500
Dell

Dell Cluster
PowerEdge 1750, Myrinet

Academic

9819
15300

630000

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Бурное развитие индустриисуперЭВМ послужило откликом на необходимость человечества в машинах,моделирующих процессы в реальном времени и выполняющих ряд других сложныхзадач. СуперЭВМ всегда являлись воплощением новейших научно-техническихдостижений и задавали темп и тенденции развития других видов машин. Пока ростпроизводительности суперЭВМ отвечает увеличению сложности предстающих передчеловеком проблем. Однако, можно заметить, что современная концепция развития вычислительныхсредств направлена, в основном, на количественное улучшение характеристик. Процессразработки в некоторой степени можно назвать “выжиманием” максимума из ужесозданного. Это подразумевает, что современный этап развития вычислительнойтехники уже вошел в состояние относительной стабильности, и каких-либо качественныхизмененний в пределах современной концепции едва ли придется ожидать. Очевидно,что за этапом стабильности, который может продлиться неопределенное время (ноявно небольшое в масштабе постоянно ускоряющегося темпа жизни), последует “смутныйпериод”, когда уровень возможностей суперЭВМ уже не сможет идти в ногу спотребностями человечества. Эта проблема породит необходимость в переходе накачественно новый уровень вычислительной техники.

Еще одним большимвопросительным знаком в развитии суперЭВМ остается проблема практическогоотсутствия достаточно чётких и понятных стратегических направлений достиженияочевидной цели – создание искусственной интеллектуальной системы, максимальносоответствующей естественной, то есть Человеку. Внося существеннуюнеопределённость в саму стратегию развития суперЭВМ, эта проблема порождаетситуацию, когда постоянно расширяющаяся в последнее время мозаика феноменальныхнаучных достижений в области создания ЭВМ, лишённая чёткой связующей системывзглядов на описание и моделирование интеллектуальных систем, не только неуменьшает эту неопределённость, но и в ряде случаев создаёт предпосылки к еёувеличению.

Поэтому очень важнымшагом, который следует сделать сейчас, является конкретизация стратегиидальнейшего развития суперЭВМ.

СПИСОКИСТОЧНИКОВ

1.                         Информационно-аналитический центрпо параллельным вычислениям