[an error occurred while processing this directive]

 
Обзор подготовлен При поддержке
CNewsAnalytics Fujitsu Siemens Computers

Основные тенденции в развитии суперкомпьютеров

Еще 10–15 лет назад суперкомпьютеры были чем-то вроде элитарного штучного инструмента, доступного в основном ученым из засекреченных ядерных центров и криптоаналитикам спецслужб. Однако развитие аппаратных и программных средств сверхвысокой производительности позволило освоить промышленный выпуск этих машин, а число их пользователей в настоящее время достигает десятков тысяч. Сегодня использование высокопроизводительных вычислительных систем (суперкомпьютеров) в научных и инженерных проектах является одним из приоритетных направлений технологического развития.

По данным последнего рейтинга Top500, итоги которого подведены в ноябре 2004  г., в первую десятку высокопроизводительных систем вошли следующие суперкомпьютеры.

Top10 суперкомпьютеров в мире

Порядковый номер

Организация и страна, в которой установлен компьютер/год

тип компьютера/
кол-во процессоров/
производитель

Семейство и модель компьютеров

Вид установки

Макс. производит-ть по LINPACK/
теоретическая пиковая производит-ть

Размер задачи, необходимый для достижения Rmax/
размер задачи, необходимый для достижения половины Rmax

1 IBM/DOE США/2004  BlueGene/L beta-System BlueGene/L DD2 beta-System (0.7 GHz PowerPC 440) / 32768  IBM IBM BlueGene/L
BlueGene/L
Исследовательская 70720
91750 
933887
2 NASA/Ames Research Center/NAS США/2004  Columbia SGI Altix 1.5 GHz, Voltaire Infiniband / 10160  SGI SGI Altix
SGI Altix 1.5 GHz
Исследовательская 51870
60960 
1.29024e+06
3 The Earth Simulator Center Япония/2002  Earth-Simulator / 5120  NEC NEC Vector
SX6 
Исследовательская 35860
40960 
1.0752e+06
266240 
4 Barcelona Supercomputer Center Испания/2004  MareNostrum eServer BladeCenter JS20 (PowerPC970 2.2 GHz), Myrinet / 3564  IBM IBM Cluster
JS20 CLuster, Myrinet
Академическая 20530
31363 
812592
5 Lawrence Livermore National Laboratory США/2004  Thunder Intel Itanium2 Tiger4 1.4GHz — Quadrics / 4096  California Digital Corporation NOW — Intel Itanium
Itanium2 Tiger4 Cluster — Quadrics
Исследовательская 19940
22938 
975000
110000 
6 Los Alamos National Laboratory США/2002  ASCI Q ASCI Q — AlphaServer SC45, 1.25 GHz / 8192  HP HP AlphaServer
SC Alpha-Server-Cluster
Исследовательская 13880
20480 
633000
225000 
7 Virginia Tech США/2004  System X 1100 Dual 2.3 GHz Apple XServe/Mellanox Infiniband 4X/Cisco GigE / 2200  Self-made NOW — PowerPC
XServe Cluster
Академическая 12250
20240 
620000
8 IBM — Rochester США/2004  BlueGene/L DD1 Prototype (0.5GHz PowerPC 440 w/Custom) / 8192  IBM/ LLNL IBM BlueGene/L
BlueGene/L
Промышленная 11680
16384 
331775
9 Naval Oceanographic Office (NAVOCEANO) США/2004  eServer pSeries 655 (1.7 GHz Power4+) / 2944  IBM IBM SP
SP Power4+, Federation
Исследовательская 10310
20019.2 
 
10 NCSA США/2003  Tungsten PowerEdge 1750, P4 Xeon 3.06 GHz, Myrinet / 2500  Dell Dell Cluster PowerEdge 1750, Myrinet Академическая 9819
15300 
630000

Источник: Top500 Supercomputer Site

Высшую строчку рейтинга занял недостроенный кластер BlueGene/L beta systems компании IBM. Свое название система получила в честь одной из основных задач, ради которой она строилась, а именно — моделирования процесса сворачивания протеина человека. Суперкомпьютер от IBM по производительности, достигающей на  сегодняшний день 70,72 Тфлоп, почти в два раза обогнал бывшего лидера списка Top500 (июня 2004 г.), японский кластер Earth Simulator от NEC (35,86 Тфлоп). Сейчас Earth Simulator находится на 3-м месте в мире. В следующем году, с  запуском полной версии BlueGene, в четыре раза быстрее, чем сейчас, его будет трудно обогнать.

Планируемый срок ввода BlueGene/L в эксплуатацию — май 2005 года. Он займет 64 стойки (около 30 м2) и объединит в себе 130 тыс. процессоров с  тактовой частотой 700 МГц, а его пиковая производительность достигнет около 360  терафлоп. Blue Gene/L будет использоваться для задач моделирования физических явлений, которым требуется вычислительная мощность, намного превышающая возможности современных компьютеров, также новый суперкомпьютер найдет применение в области космологии, исследований поведения двойных звезд, взаимодействия лазера с плазмой и процесса старения ядерного оружия. Стоимость Blue Gene составит около $100 млн.

Второе место в 24-м рейтинге Top500 занял другой американский кластер — созданный для NASA проект «Колумбия», симулятор исследований космоса, производительность которого достигает 51,87 терафлоп. Он состоит из двадцати 512-процессорных систем SGI Altix 512, в общей сложности содержащих 10240  процессоров Intel Itanium 2. Установлен кластер в Исследовательском центре NASA имени Эймса в г. Маунтин-Вью (Калифорния), а его стоимость составляет $50 млн.

Суперкомпьютеры — многопроцессорные высокопроизводительные вычислительные системы, по производительности в сотни и тысячи, а иногда и в десятки тысяч раз превосходящие персональные компьютеры.

Фактически, в наши дни весь мир переживает подлинный бум суперкомпьютерных проектов, результатами которых активно пользуются не только такие традиционные потребители высоких технологий, как аэрокосмическая, автомобильная, судостроительная и радиоэлектронная отрасли промышленности, но и важнейшие области современных научных знаний, вот лишь некоторые из них:

  • предсказания погоды, климата и глобальных изменений в атмосфере;
  • наука о материалах;
  • построение полупроводниковых приборов;
  • сверхпроводимость;
  • структурная биология;
  • разработка фармацевтических препаратов;
  • генетика человека;
  • квантовая хромодинамика;
  • астрономия;
  • транспортные задачи;
  • гидро- и газодинамика;
  • управляемый термоядерный синтез;
  • эффективность систем сгорания топлива;
  • разведка нефти и газа;
  • вычислительные задачи наук о мировом океане;
  • распознавание и синтез речи;
  • распознавание изображений.

Сферы применения суперкомпьютеров

 

Кол-во

Доля, %

Rmax Sum

Rpeak Sum

Кол-во процессоров

Академические

80

16

190095

305451

55010

Разведывательные

15

3

18182

28942

8406

Правительственные

1

0.2

1256

2986

622

Промышленные

275

55

396051

770569

144596

НИОКР

110

22

486505

714039

186015

Производитель

19

3.8

35392

50419

13980

Всего

500

100 %

1127481

1872406

408629

Источник: Top500 Supercomputer Site

Анализ динамики развития мирового рынка высокопроизводительных систем демонстрирует стремительный рост их мощности, а также повышение их доступности. Эти факторы обуславливают быстрое распространение суперкомпьютерных решений в  различные отрасли экономики, что существенно стимулирует их развитие.

Распределение суперкомпьютеров по странам

 Страна

Число компьютеров

Доля, %

Rmax Sum (GF)

Rpeak Sum (GF)

Количество процессоров

Австралия

5

1

6390

9621

1520

Беларусь

1

0.2

2032

2534

576

Бразилия

3

0.6

6617

11448

1876

Великобритания

42

8.4

82928

170858

32162

Венесуэла

1

0.2

1198

1536

256

Германия

35

7

50880

79910

17722

Гонконг

1

0.2

2674

4357

712

Индия

8

1.6

8112

13601

2414

Индонезия

1

0.2

855

1434

256

Израиль

3

0.6

7250

12662

2120

Испания

3

0.6

22691

34579

4300

Италия

15

3

19197

34161

7972

Канада

7

1.4

15830

31190

5760

Китай

17

3.4

31937

54347

10644

Малайзия

1

0.2

1119

2458

512

Мексика

5

1

8498

15509

2726

Нидерланды

5

1

6369

8934

1712

Новая Зеландия

2

0.4

4052

12634

2256

Португалия

3

0.6

3240

4032

672

Россия

1

0.2

1401

2112

336

Саудовская Аравия

4

0.8

7454

16752

2758

Сингапур

1

0.2

1016

1638

256

США

267

53.4

686733

1121109

267653

Тайвань

2

0.4

3055

4224

724

Финляндия

1

0.2

1170

2253

512

Франция

15

3

21316

35415

8632

Швеция

4

0.8

4642

6138

1232

Швейцария

3

0.6

4076

11632

2092

Южная Африка

3

0.6

3389

5376

896

Южная Корея

11

2.2

16356

27133

5636

Япония

30

6

95004

132820

21734

Всего:

500

100 %

1127481

1872406

408629

Источник: Top500 Supercomputer Site

США взяли курс на достижение абсолютного лидерства в использовании суперЭВМ: если в 1999 г. количество установленных за год компьютеров этого класса в США составляло 27 систем (70% от их общего количества в ведущих станах мира), в 2001  г. США опередили своих конкурентов по темпам роста на 27%, установив за год 134  компьютера против 110 в других странах. За 2004 год было установлено еще 39  суперкомпьютеров, что свидетельствует почти о 17-процентном росте в сравнении с  2003 годом (228 систем).

По общему количеству процессоров в вычислительных системах данного класса США также вышли на первое место, имея в своем арсенале 267653 единиц (65,5%) из  408629, установленных во всем мире. Еще один своеобразный рекорд США установили по суммарному значению пиковой производительности всех своих суперкомпьютеров, доведя ее до 1,12 Тфлоп из 1,78 Тфлоп всех стран мира. Однако главный рекорд состоит в том, что 87,4% всех суперЭВМ из 500 собрано американскими фирмами (IBM, Dell, Intel, SGI, Cray, Sun, Hewlett-Packard) и лишь 4,2% — японскими (NEC, Hitachi, Fujitsu), в то время как на долю всех остальных стран приходится 8,4%.

Рейтинг производителей суперкомпьютеров

Производители

Число компьютеров

Доля, %

Rmax Sum (GF)

Rpeak Sum (GF)

Количество процессоров

Advanced Computing/Voltaire

1

0.2

933

1229

256

Angstrom Microsystems

2

0.4

3100

5086

1524

Appro International

1

0.2

923

1152

288

Atipa Technology

4

0.8

6736

10387

2352

Bull SA

1

0.2

1131

1331

256

California Digital Corporation

1

0.2

19940

22938

4096

Cray Inc.

9

1.8

18630

22148

5088

Dawning

1

0.2

8061

11264

2560

Dell

14

2.8

34124

63269

10772

Exadron

1

0.2

1084

1567

256

Fujitsu

3

0.6

18686

33699

5824

Hitachi

6

1.2

11380

17847

1654

Hewlett-Packard

173

34.6

236553

379282

85600

HPTi

1

0.2

3337

6758

1536

IBM

216

43.2

556910

1016931

221914

IMSc-Netweb-Summation

1

0.2

959

1382

288

Intel

1

0.2

2379

3207

9632

lenovo

2

0.4

5490

7373

1536

Linux Networx

11

2.2

33644

50117

9833

NEC

12

2.4

49846

57693

7744

Promicro

2

0.4

2072

2867

512

Verari Systems

1

0.2

1580

4365

992

Self-made

11

2.2

28755

50163

9324

SGI

20

4

76129

91443

22048

Sun

4

0.8

3930

7066

2232

Visual Technology

1

0.2

1169

1843

512

All

500

100 %

1127481

1872406

408629

Источник: Top500 Supercomputer Site

Еще одним важным моментов является то, что из 500 систем 320 построены на  основе процессоров Intel; для сравнения, полгода назад их было 287, а год назад — только 189. Второе место по использованию занимают процессоры IBM Power (54  системы), третье — процессоры PA Risc от Hewlett-Packard (48) и четвертое — AMD (31).

Типы используемых в суперкомпьютерах процессоров

 

Число компьютеров

Доля, %

Rmax Sum (GF)

Rpeak Sum (GF)

Количество процессоров

Pentium4 Xeon

232

46.4

422375

810977

142065

Itanium2

84

16.8

190357

243070

42048

HP

50

10

52503

92016

26064

Opteron

30

6

61729

102444

24796

Power4+

26

5.2

90730

174387

24042

Power4

19

3.8

34874

68089

12966

Alpha

12

2.4

32414

46182

23512

Nec

10

2

47177

52669

6488

PowerPC

8

1.6

127194

176979

51664

Power

8

1.6

24465

36742

27732

Cray

7

1.4

16298

17869

1396

Hitachi SR8000

4

0.8

5152

6314

1548

Sparc

4

0.8

12076

24535

5348

MIPS

2

0.4

2461

4301

7168

Pentium4

1

0.2

1212

5753

940

Intel

1

0.2

2379

3207

9632

AMD Athlon

1

0.2

1017

1400

500

Power5

1

0.2

3068

5472

720

All

500

100 %

1127481

1872406

408629

Источник: Top500 Supercomputer Site

Наиболее распространенной архитектурой является кластерная. Эта архитектура системы 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 и/или другие устройства. К системе могут быть добавлены специальные узлы ввода-вывода и управляющие узлы. Узлы связаны через некоторую коммуникационную среду (высокоскоростная сеть, коммутатор и т.п.). Общее число процессоров в реальных системах достигает нескольких десятков тысяч. Существуют два основных варианта операционных систем: полноценная ОС работает только на управляющей машине (front-end), и на каждом узле работает сильно урезанный вариант ОС, обеспечивающий только работу расположенной в нем ветви параллельного приложения.

Отечественные суперкомпьютеры: возрождение следует

В России в этом году также стартовала рейтинговая программа для суперкомпьютерной отрасли. Одним из свидетельств развития суперкомпьютинга в  России является проснувшийся к нему интерес со стороны коммерческих структур. Количество предприятий, в первую очередь, нефте- и газодобывающих, заинтересованных в эксплуатации мощных систем, из года в год возрастает. Тем не  менее, судя по распределению в отраслях, говорить о серьезном проникновении суперкомпьютинга в бизнес в странах СНГ пока рановато. Так, на научные учреждения приходится 24 проекта, вузы — 15, компании-разработчики — 4, другие — 7. На протяжении 2000–2002 гг. российские вузы приобрели более 20  суперкомпьютерных систем.

В 2002 году произошло весьма знаменательное событие: в мировом рейтинге Top500 впервые появился отечественный компьютер МВС1000М (на процессорах Alpha), который, ворвавшись на 64 место, продержался в списке 2 года.

В нынешнем рейтинге из 50 систем 46 является кластерными, что объясняется их  относительно невысокой по сравнению с SMP-решениями стоимостью. Как было отмечено, все представленные в рейтинге системы являются «честными»: они предназначены для решения практических задач. Подтверждением этому является использование в качестве коммуникационных сетей дорогих технологий: Myrinet (11  систем), SCI (9), InfiniBand (6). Недорогая, но и не очень эффективная технология Gigabit Ethernet особой популярностью не пользуется.

Top10 российских суперкомпьютеров

№, Место

Тип

Кол-во CPU

Архитектура
(тип процессора / сеть)

Область применения

Производительность
Linpack

Пиковая

Разработчик

1, Минск, ОИПИ НАНБ, 2004 г.

кластер

576

узлов: 288 (2xOpteron 248 2.2 GHz 4 GB RAM)
сеть: InfiniBand/Gigabit Ethernet/СКИФ-ServNet

исследования

2032

2534.4

СКИФ

2, Москва, МСЦ РАН, 2004 г.

кластер

336

узлов: 168 (2xPowerPC 970 1.6 GHz 4 GB RAM)
сеть: Myrinet/2xGigabit Ethernet

наука и образование

1401

2150.4

ФГУП «Квант», ИПМ РАН, МСЦ

3, Москва, МСЦ РАН, 2001 г.

кластер

768

узлов: 384 (2xAlpha 21264A 766 MHz 1 GB RAM)
сеть: Myrinet 2000/Fast Ethernet

наука и образование

734.6

1024

ФГУП «Квант», ИПМ РАН, МСЦ

4, Москва, НИВЦ МГУ, 2004  г.

кластер

160

узлов: 80 (2xOpteron 248 2.2 GHz 4 GB RAM)
сеть: InfiniBand/Gigabit Ethernet/Fast Ethernet

наука и образование

512

704

Hewlett-Packard

5, Ереван, ИПИА НАН РА, 2004  г.

кластер

128

узлов: 64 (2xXeon 3 GHz 1 GB RAM)
сеть: Myrinet/Gigabit Ethernet

наука и образование

483.6

783.36

ИПИА НАН РА, ИСП РАН, C. I. Technology

6, Минск, ОИПИ НАНБ, 2003  г.

кластер

128

узлов: 64 (2xXeon 2.8 GHz 2 GB RAM)
сеть: SCI/Gigabit Ethernet/СКИФ-ServNet

наука и образование

475.3

716.8

СКИФ

7, Москва, СберБанк, 2003  г.

SMP

256

HP SuperDome PA-RISC 750 MHz

финансы

438.6

768

Hewlett-Packard

8, Москва, отдел высокопроизводительных вычислительных систем ОАО «НИЦЭВТ», 2003 г.

кластер

72

узлов: 36 (2xXeon 2.8 GHz 2 GB RAM)
сеть: SCI/Gigabit Ethernet

исследования

253

403.2

СКИФ, ОАО «НИЦЭВТ»

9, Челябинск, ЮурГУ, 2004  г.

кластер

36

узлов: 18 (2xXeon EM64T 3.2 GHz 2 GB RAM)
сеть: Infiniband (PCI-Express)/Gigabit Ethernet

наука и образование

180.3

230.4

Т-Платформы

10, Снежинск, ООО «Стрела»,
2004  г.

кластер

40

узлов: 20 (2xPentium IV 2.8 GHz 1 GB RAM)
сеть: InfiniBand/Fast Ethernet

наука и образование

118

224

собственная сборка

Источник: Top50 суперкомпьютеры

Возглавляют список Top50 две системы, вошедшие в последнюю редакцию мирового рейтинга Top500 самых мощных систем мира. На первом месте находится компьютер «СКИФ К-1000» производительностью 2.032 Тфлопс по тесту Linpack, созданный в  рамках суперкомпьютерной программы «СКИФ». Это кластерная система, сделанная на  базе 576 процессоров AMD Opteron 2.2GHz и высокоскоростной сети InfiniBand. Второе место в списке Top50 с показателем 1.401 Тфлопс занимает кластер Межведомственного суперкомпьютерного центра Российской академии наук, построенный на основе 336 процессоров PowerPC 970 1.6GHz и сети Myrinet. На  третьем — компьютер МВС-1000М, установленный также в МСЦ РАН. В 2002 году, показав на тесте Linpack 734,6 Гфлопс, он попал на 64 место мирового рейтинга Top500 и продержался в списке два года. Следом за ним, на четвертом месте, стоит кластер Научно-исследовательского вычислительного центра МГУ им. М. В. Ломоносова — 512 Гфлопс, 160 процессоров AMD Opteron 2.2GHz и сеть InfiniBand.

Рейтинг Top50 использует в качестве определяющего тест Linpack, который является общепризнанным тестом для суперкомпьютерных систем. В альтернативных же тестах «наши» суперкомпьютеры не только не уступают, но и порой превосходят разработки конкурентов.

Ольга Кузнецова/ CNews Analytics

Вернуться на главную страницу обзора

Версия для печати

Опубликовано в 2004 г.

Техноблог | Форумы | ТВ | Архив
Toolbar | КПК-версия | Подписка на новости  | RSS