„Seymour Cray“ ir superkompiuteris

Daugelis iš mūsų yra pažįstami kompiuteriai. Tikriausiai dabar naudojatės šiuo tinklaraščio įrašu, nes tokie įrenginiai kaip nešiojamieji kompiuteriai, išmanieji telefonai ir planšetiniai kompiuteriai iš esmės yra ta pati pagrindinė skaičiavimo technologija. Kita vertus, superkompiuteriai yra šiek tiek ezoteriniai, nes jie dažnai laikomi niūriais, brangiais, energijos siurbimo mašinos, sukurtos ne tik vyriausybinėms įstaigoms, tyrimų centrams, bet ir didelėms firmų.

Paimkime, pavyzdžiui, Kinijos „Sunway TaihuLight“, kuris šiuo metu yra greičiausias superkompiuteris pasaulyje, pagal „Top500“ superkompiuterio reitingą. Jį sudaro 41 000 lustų (vien procesoriai sveria daugiau nei 150 tonų), kainuoja apie 270 milijonų USD ir jo galia siekia 15 371 kW. Tačiau pliuso pusėje jis gali atlikti kvadrilijonus skaičiavimų per sekundę ir gali saugoti iki 100 milijonų knygų. Kaip ir kiti superkompiuteriai, jis bus naudojamas kai kurioms sudėtingiausioms užduotims mokslo srityse, tokioms kaip orų prognozavimas ir narkotikų tyrimai, spręsti.

Superkompiuterio sąvoka pirmą kartą atsirado praėjusio amžiaus septintajame dešimtmetyje, kai elektros inžinierius, vardu Seymour Cray, ėmė kurti greičiausią pasaulyje kompiuterį. Cray, laikomas „superkompiuterių tėvu“, paliko savo pareigas verslo skaičiavimo milžinėje „Sperry-Rand“ prisijungti prie naujai įkurtos „Control Data Corporation“, kad jis galėtų sutelkti dėmesį į tobulėjimą mokslo kompiuteriai. Greičiausio pasaulyje kompiuterio titulas tuo metu buvo „IBM 7030“ „Stretch“, kuris pirmasis panaudojo tranzistorius, o ne vakuuminius vamzdelius.

1964 m. „Cray“ pristatė kompaktinį diską „CDC 6600“, kuriame buvo tokių naujovių kaip germanio tranzistorių išjungimas silicio ir Freono pagrindu sukurtos aušinimo sistemos naudai. Dar svarbiau, kad jis veikė 40 MHz greičiu ir per sekundę atliko maždaug tris milijonus slankiojo kablelio operacijų, todėl tai buvo greičiausias kompiuteris pasaulyje. CDC 6600, dažnai laikomas pirmuoju pasaulyje superkompiuteriu, buvo 10 kartų greitesnis nei dauguma kompiuterių ir tris kartus greitesnis nei IBM 7030 ruožas. Pavadinimas galiausiai buvo atsisakytas 1969 m. Įpėdiniui CDC 7600.

1972 m. Cray paliko „Control Data Corporation“ ir įsteigė savo įmonę „Cray Research“. Po tam tikro laiko pradinio kapitalo kaupimo ir investuotojų finansavimo „Cray“ debiutavo „Cray 1“, kuris vėl padidino kompiuterio našumo ribas. Naujoji sistema veikė 80 MHz takto greičiu ir per sekundę atliko 136 milijonus slankiojo kablelio operacijų (136 megaflops). Kitos unikalios savybės yra naujesnio tipo procesoriai (vektorinis apdorojimas) ir greičio optimizuota pasagos formos konstrukcija, sumažinanti grandinių ilgį. „Cray 1“ buvo įrengtas Los Alamoso nacionalinėje laboratorijoje 1976 m.

Iki devintojo dešimtmečio Cray įsitvirtino kaip svarbiausias superkompiuterių vardas, ir buvo tikimasi, kad bet koks naujas leidimas pakeis jo ankstesnes pastangas. Taigi, kol „Cray“ užsiėmė „Cray 1“ įpėdiniu, atskira kompanijos komanda išleido „Cray X-MP“ - modelį, kuriam buvo išrašyta „labiau išvalyta“ „Cray 1“ versija. Jis turėjo tą patį pasagos formos dizainą, tačiau galėjo pasigirti keliais procesoriais, pasidalino atmintimi ir kartais apibūdinamas kaip du „Cray 1“, susieti kaip vienas. „Cray X-MP“ (800 megaflops) buvo vienas iš pirmųjų „kelių procesorių“ dizainų ir padėjo atverti duris lygiagretus apdorojimas, kai skaičiavimo užduotys yra padalijamos į dalis ir vienu metu vykdomos skirtingi perdirbėjai.

Nuolat atnaujinamas „Cray X-MP“ tarnavo kaip įprastas nešiklis iki ilgai laukto „Cray 2“ pasirodymo 1985 m. Kaip ir jo pirmtakai, naujausias ir didžiausias „Cray“ pasirinko tą patį pasagos formos dizainą ir pagrindinį išdėstymą su integruotomis schemomis, sukrautomis kartu ant logikos lentų. Tačiau šį kartą komponentai buvo sutraiškyti taip stipriai, kad kompiuteris turėjo būti panardintas į skysto aušinimo sistemą, kad išsklaidytų šilumą. „Cray 2“ aprūpinta aštuoniais procesoriais, kurių „priekinis procesorius“ yra atsakingas už duomenų saugojimą, atmintį ir instrukcijų davimą „foniniams procesoriams“, kuriems buvo pavesta atlikti faktinius skaičiavimus. Iš viso perdirbimo sparta sudarė 1,9 milijardo slankaus kablelio operacijos per sekundę (1,9 Gigaflops), du kartus greičiau nei „Cray X-MP“.

Nereikia nė sakyti, kad Cray'as ir jo dizainai valdė ankstyvąją superkompiuterio erą. Bet jis nebuvo vienintelis pažengęs į priekį. Dešimtojo dešimtmečio pradžioje taip pat atsirado masiškai lygiagrečiai veikiantys kompiuteriai, kuriuos maitina tūkstančiai procesorių, visi dirbantys kartu, kad sutriuškintų efektyvumo kliūtis. Kai kurias iš pirmųjų daugiaprocesorinių sistemų sukūrė W. Danielis Hillis, kuris idėją iškėlė kaip Masačusetso technologijos instituto magistrantas. Tuo metu buvo siekiama įveikti greičio apribojimus, susijusius su tiesioginiais CPU skaičiavimais kurdami decentralizuotą procesorių tinklą, kuris veikė panašiai kaip smegenų nervas tinklas. Jo įgyvendintas sprendimas, 1985 m. Pristatytas kaip „Connection Machine“ arba „CM-1“, rodė 65 536 sujungtus vieno bitų procesorius.

Dešimtasis dešimtmetis reiškė Cray'o užsispyrimo dėl superkompiuterių pabaigos pradžią. Iki to laiko superkompiuterių pradininkas atsiskyrė nuo „Cray Research“ ir sudarė „Cray Computer Corporation“. Bendrovės reikalai pradėjo eiti į pietus, kai „Cray 3“ projektas, numatytas „Cray 2“ įpėdinis, susidūrė su daugybe problemų. Viena didžiausių „Cray“ klaidų buvo pasirinkti galio arsenido puslaidininkius - naujesnę technologiją - kaip būdą pasiekti jo nurodytą tikslą - dvylika kartų pagerinti apdorojimo greitį. Galų gale sunkumai juos gaminant kartu su kitomis techninėmis komplikacijomis baigėsi delsimu ilgus metus trukęs projektas ir lėmė, kad daugelis potencialių bendrovės klientų galiausiai pralošė susidomėjimas. Neilgai trukus įmonei pritrūko pinigų ir padavė prašymą bankrotas 1995 m.

„Cray“ kovos leis pakeisti rūšies apsaugą, nes konkuruojančios japoniškos kompiuterių sistemos didžiąją dešimtmetį dominuos. Tokijuje įsikūrusi „NEC Corporation“ pirmą kartą į sceną pateko 1989 m. Su „SX-3“, o po metų atidarė keturių procesorių versiją, kuri perėmė kaip greičiausias pasaulyje kompiuteris, tik liko užtemta 1993 metais. Tais metais „Fujitsu“ skaitmeninis vėjo tunelis, kurio didžiąją jėgą sudarė 166 vektoriniai procesoriai, tapo pirmuoju superkompiuteriu, pranokusiu 100 gigablokčių (šalutinė pastaba: norint suteikti jums idėja, kaip sparčiai tobulėja technologija, greičiausiai 2016 m. perdirbėjai gali lengvai padaryti daugiau nei 100 gigablokčių, tačiau tuo metu tai buvo ypač įspūdinga). 1996 m. „Hitachi SR2201“ padidino pradinį pagrindą su 2048 procesoriais, kad pasiektų didžiausią 600 gigaflotų našumą.

Dabar kur buvo „Intel“? Bendrovė, įsitvirtinusi kaip pagrindinė vartotojų rinkos mikroschemų gamintoja, iki amžiaus pabaigos tikrai nepadarė žaibiškos superkompiuterių srities. Taip buvo todėl, kad technologijos buvo labai skirtingi gyvūnai. Pavyzdžiui, superkompiuteriai buvo suprojektuoti taip, kad sunaudotų kuo daugiau duomenų apdorojimo galios, o asmeniniai Kompiuteriai siekė sumažinti efektyvumą iš minimalių aušinimo galimybių ir riboto energijos tiekimo. Taigi 1993 m. „Intel“ inžinieriai pagaliau ėmėsi pasipriešinimo, drąsiai rinkdamiesi masinę paralelę su 3680 procesorius „Intel XP / S 140 Paragon“, kuris iki 1994 m. Birželio mėn. Pakilo į superkompiuterio viršūnę reitingai. Tai buvo pirmasis masiškai lygiagrečių procesorių superkompiuteris, neginčijamai greičiausias pasaulyje įrenginys.

Iki šiol superkompiuteriai daugiausia buvo tie, kurie turi daug gilių kišenių tokiems plataus užmojo projektams finansuoti. Viskas pasikeitė 1994 m., Kai NASA Goddardo kosminių skrydžių centro rangovai, kurie neturėjo tokios prabangos, sugalvojo protingas būdas panaudoti lygiagretaus skaičiavimo galią, susiejant ir sukonfigūruojant asmeninių kompiuterių serijas, naudojant eternetą tinklas. Jų sukurtą „Beowulf klasterio“ sistemą sudarė 16 486DX procesoriai, galintys veikti gigaflops diapazone ir sukurti kainuojantys mažiau nei 50 000 USD. Prieš tai, kai „Linux“ tapo pasirinktomis operacinėmis sistemomis superkompiuteriams, ji turėjo skirtį paleisti „Linux“, o ne „Unix“. Visai netrukus visur, kur pasidarai, pasidaryk panašius brėžinius, kad sudarytų savo „Beowulf“ grupes.

1996 m. Neatsisakius „Hitachi SR2201“ pavadinimo, „Intel“ tais metais grįžo su „Paragon“ pagrindu sukurtu dizainu, pavadinimu „ASCI Red“, kurį sudarė daugiau nei 6000 200MHz „Pentium Pro“ procesoriai. Nepaisant tolimo nuo vektorinių procesorių, o ne su tradiciniais komponentais, „ASCI Red“ pasižymėjo tuo, kad yra pirmasis kompiuteris, įveikęs vieno trilijono flopsų barjerą (1 teraflops). Iki 1999 m. Atnaujinimai leido jai įveikti tris trilijonus kritimų (3 teraflopai). „ASCI Red“ buvo sumontuota Sandijos nacionalinėse laboratorijose ir pirmiausia buvo naudojamas imituoti branduolinius sprogimus ir padėti prižiūrėti šalies branduolinis arsenalas.

Po to, kai Japonija perkopė superkompiuterio pranašumą tam tikru laikotarpiu naudodama 35,9 teraflops NEC Earth Simulator, IBM 2004 m. Su „Blue Gene / L“ perkėlė superkompiuterius į precedento neturinčius aukščius. Tais metais „IBM“ debiutavo prototipą, kuris vos vos pakreipė „Earth Simulator“ (36 teraflopai). O iki 2007 m. Inžinieriai pakeis aparatinę įrangą ir padidins jos apdorojimo galimybes iki beveik 600 teraflopų. Įdomu tai, kad komanda sugebėjo pasiekti tokį greitį, naudodama daugiau lustų, kurie buvo santykinai mažos galios, tačiau efektyvesni energijos atžvilgiu. 2008 m. IBM vėl įsiveržė, kai įjungė „Roadrunner“ - pirmąjį superkompiuterį, kuris per sekundę viršijo vieną kvadrilijoną slankiojo kablelio operacijų (1 petaflopas).