Минуле і майбутнє високопродуктивних обчислень

Сергій Бобровський

Історія суперкомп'ютерів нерозривно пов'язана з ім'ям Сеймор Крея (Seymour Cray, 1925-1996), відомого насамперед як засновника компанії Cray, лідера американського ринку суперкомп'ютерів. Перший транзисторний суперкомп'ютер CDC 1604 Крей створив у 1958 р., очолюючи компанію Control Data Corporation (CDC), засновану ним з Уїльямсом Норрісом роком раніше. Потім він приступив до проектування паралельного CDC 6600, здатного працювати з 60-розрядними словами. Через розбіжності зі своїм партнером Крей покинув CDC і в 1972 р. заснував фірму Cray Research. На той час у НАСА був встановлений 64-розрядний ILLIAC IV корпорації Burroughs, показував 20 млн. операцій в секунду. Він успішно діяв до 1981 р.

Через чотири роки після організації Cray Research на світ з'явилася найшвидша в світі машина Cray-1 з продуктивністю 160 млн. оп./с і 8 Мб ОЗУ. Схожі характеристики мав і CYBER 205, що випускався колишніми партнерами Крея в корпорації CDC. Але в Cray-1 вперше була реалізована концепція векторних обчислень (одночасне виконання однотипної операції над великим набором даних) та архітектура RISC. Cray-1 обійшлася Лос-Аламоської лабораторії США в 8,8 млн. дол                 

                              

Суперкомп'ютер Cray-1              

Наступна модель, Cray-2, що досягла в 1985 р. швидкодії 2 млрд. оп./с, також стала найпотужнішою на землі, як і Cray-3 (5 млрд. оп./с у 1989 р.). Цікаво, що Cray-3 моделювалася на комп'ютерах Apple, а компанія Apple в той же час купила комп'ютер Cray для проектування дизайну своїх ПК.

До кінця 80-х років холодна війна закінчилася і фінансування військових проектів, нерозривно пов'язаних з суперкомп'ютерами, у США тимчасово скоротилося. Лідерство на світовому ринку відразу ж захопили енергійні японські фірми - Fujitsu, Hitachi і NEC. Запропонована ними комерційна концепція розподілених обчислень в середовищі з безлічі дешевих мікропроцесорів (в даний час визнана в Японії стратегічної) швидко себе виправдала.

В умовах відсутності державної підтримки у 1995 р. Cray зазнала серйозні фінансові проблеми і незабаром об'єдналася з Silicon Graphics (SGI). Ніколи не здавалися Сеймор Крей заснував іншу компанію - SRC Computer Labs, в якій і продовжив створення суперкомп'ютерів. Вже тоді він передбачав, що майбутнє високопродуктивних обчислень - за молекулярними комп'ютерами та наномашин. Однак в 1996 р. у віці 71 року батько суперкомп'ютерів, як охрестила Крея преса, трагічно загинув в автомобільній аварії.

Влітку 1995 два токійських університету продемонстрували спеціалізований (призначений для моделювання задач астрофізики) суперкомп'ютер GRAPE-4, зібраний з 1692 мікропроцесорів і що обійшовся всього в 2 млн. дол Він першим у світі подолав поріг в 1 трлн. оп./с з результатом 1,08 Тфлопс. Через 15 місяців Cray Research повідомила, що модель Cray T3E-900, що налічувала 2048 процесорів, побила рекорд японців і досягла 1,8 Тфлопс. На той час результат NEC SX-4 становив 1 Тфлопс, Hitachi SR2201 - 0,6 Тфлопс, а Fujitsu Siemens VPP700 - 0,5 Тфлопс.

В 1997 з'явилися повідомлення про проект моделювання роботи ядерної зброї (ASCI) в Лос-Аламоської лабораторії, фінансується міністерством енергетики США. Комплекс ASCI Red з 9632 процесорів Pentium Pro, створений Intel, показав продуктивність спочатку 1,8 Тфлопс, а потім 3,2 Тфлопс.

В 2002 р. в рамках ASCI часом вдавалося добитися швидкості обробки інформації 10,2 Тфлопс, а проект пошуку позаземних цивілізацій, що поєднує сотні тисяч користувачів ПК, що надають ресурси своїх комп'ютерів для розподілених обчислень, досяг унікальної пікової продуктивності 92 Тфлопс (втім, така схема обчислень дозволяє вирішувати лише обмежений коло завдань, що допускають просте розпаралелювання).

14 Листопад фірма Cray анонсувала рішення Cray X1 з характеристиками 52,4 Тфлопс і 65,5 Тб оперативної пам'яті. Його стартова ціна починається з 2,5 млн. дол Цим комплексом відразу зацікавився іспанська метеорологічний центр. А на наступний день був опублікований ювілейний, 20-й список Top 500 (http://www.top500.org), в який входять системи, офіційно показали максимальну продуктивність. Його очолила комп'ютерна модель Землі (Earth Simulator) з результатом 35,86 Тфлопс (5120 процесорів), створена однойменною японським центром і NEC. На другому - четвертому місцях зі значним відставанням розташувалися рішення ASCI (7,7; 7,7 і 7,2 Тфлопс). Вони експлуатуються Лос-Аламоської лабораторією, а створені Hewlett-Packard (перші два налічують по 4096 процесорів) і IBM (8192 процесора).

Поріг входження в першу десятку склав 3,2 Тфлопс. Чотири системи з десяти належать Hewlett-Packard (два в проекті ASCI і по одній в Піттсбурзькому суперкомп'ютерному центрі та Міністерстві атомної енергії Франції), три - IBM (ASCI, Англійська центр високопродуктивних обчислень і Національний центр атмосферних досліджень США), по одній - NEC, Linux NetworX (ліверморської лабораторія) і HPTi (Центр прогнозів погоди США). 47 рішень з Top 500 подолали в тесті Linpack поріг в 1 Тфлопс (півроку тому таких систем було всього 23). Система ASCI Red, постійно перебувала в першій десятці Top 500 з 1997 р. і сім разів займала перше місце (результати Top 500 підводяться два рази на рік), опустилася на 15-е місце.                 

                              

Суперкомп'ютер   Grape-6              

Петафлопсний кордон (тисяча трильйонів операцій з плаваючою комою в секунду) Cray обіцяє подолати до кінця десятиліття. Схожі терміни обіцяють і японці. У Токіо в рамках відповідного проекту GRAPE (http://grape.astron.su-tokyo.ac.jp/grape/) готується модель GRAPE-6. Вона об'єднує 12 кластерів і 2048 процесорів і показує продуктивність 2,889 Тфлопс (з потенційними можливостями 64 Тфлопс). У перспективі в GRAPE-рішення буде включено 20 тис. процесорів, а обійдеться воно всього в 10 млн. дол Правда, ще в 1996 р. творці GRAPE висували оптимістичний гасло: "Даєш петафлопс до 2000 р !".

В яких ринкових нішах буде затребувана така продуктивність? Перш за все це проектування літаків і ракет, створення ліків, пророкування погоди та природних катаклізмів, підвищення ефективності електростанцій і надійності автомобілів (переважно шляхом моделювання їх зіткнень) і фундаментальні наукові дослідження.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.computer-museum.ru/