Superkomputery - referat

Architektura systemów komputerowych 2014/15 – REFERAT

Patryk Grądys

1.  SUPERKOMPUTERY

         Superkomputer – komputer znacznie przewyższający możliwościami powszechnie używane komputery, w szczególności dysponujący wielokrotnie większą mocą obliczeniową. Określenie to pojawiło się w latach 60.
w odniesieniu do komputerów produkowanych przez CDC i później przez firmę Cray. Były one produkowane w dziesiątkach egzemplarzy i kosztowały po kilka milionów dolarów.

         Współcześnie większość superkomputerów to pojedyncze egzemplarze, zaprojektowane i wyprodukowane na zamówienie, zazwyczaj z seryjnie produkowanych procesorów i innych podzespołów. Koszty ich produkcji sięgają miliarda dolarów. Od czerwca 2013 najszybszym superkomputerem na świecie jest Tianhe-2 (czyli Droga Mleczna 2), zbudowany w Chinach.

         Współczesne superkomputery uzyskują swoją wydajność dzięki połączeniu wielu tysięcy procesorów i zrównoleglaniu wykonywanych obliczeń.
Z powodów ekonomicznych stosuje się procesory dostępne w produkcji masowej, ponieważ koszty zaprojektowania i wyprodukowania nowych typów procesorów są znacznie wyższe niż koszty produkcji superkomputerów

         Postęp techniczny w dziedzinie informatyki powoduje, że każdy superkomputer staje się przestarzały w ciągu kilku lat i jego używanie przestaje być opłacalne. Maszyny zaliczane dwadzieścia lat temu do klasy superkomputerów miały wydajność porównywalną z dzisiejszymi urządzeniami przenośnymi. Przykładowo iPad 3 w 1993 roku znalazłby się wśród
300 najszybszych superkomputerów świata.

2.  PORÓWNYWANIE WYDAJNOŚCI SUPERKOMPUTERÓW

         Główną miarą wydajności, stosowaną obecnie dla superkomputerów, jest liczba wykonywanych w ciągu sekundy operacji na liczbach zmiennoprzecinkowych (FLOPS). Podaje się ją często z odpowiednim przedrostkiem SI. Przykładowo teraflops („TFLOPS”) to 10¹² FLOPS, a petaflops („PFLOPS”) to 10¹⁵ FLOPS. Mierzy się ją za pomocą odpowiednich testów wzorcowych. Najpopularniejszym takim testem jest LINPACK, mierzący szybkość rozwiązywania gęstych układów równań liniowych za pomocą metody Gaussa.

         Ponieważ wiele problemów stawianych superkomputerom daje się sprowadzić do rozwiązywania takich równań, test ten jest wygodną abstrakcją pomiaru efektywności w rozwiązywaniu takich problemów. Superkomputery uzyskujące najwyższe wyniki w tym teście są od 1993 roku publikowane na liście TOP500.

         Inną miarą wydajności superkomputerów jest miara FLOPS/wat, uwzględniająca oprócz szybkości wykonywania obliczeń również zużycie prądu przez superkomputery. Najefektywniejsze według tej miary superkomputery
z listy TOP500 są publikowane od 2007 roku na liście Green500.

3.  NAJSZYBSZY SUPERKOMPUTER ŚWIATA

         Tianhe-2 (czyli Droga Mleczna-2) – superkomputer o mocy obliczeniowej 33,86 PFLOPS, zbudowany przez NUDT w Chinach. W czerwcu 2013 roku znalazł się na pierwszym miejscu listy TOP500 – superkomputerów o największej mocy obliczeniowej na świecie, prześcigając wcześniejszego rekordzistę Titan,
o mocy obliczeniowej 17,59 PFLOPS.

         Koszty budowy Tianhe-2 wyniosły 390 milionów dolarów. Składa się ze 125 szaf co daje 3 120 000 rdzeni. Tianhe-2 posiada 1,34 PB pamięci operacyjnej i 12,4 PB pamięci masowej. Wymaga do zasilania 17,6 MW mocy. Razem z chłodzeniem zużycie mocy wynosi 24 MW.

4.  SUPERKOMPUTERY W POLSCE

         Najszybszym superkomputerem w Polsce jest Zeus z ACK Cyfronet na Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Maszyna działa pod kontrolą systemu operacyjnego Scientific Linux, jej efektywna moc obliczeniowa wynosi niemal 267 TFLOPS i jest wykorzystywana do obliczeń naukowych, m.in. z zakresu chemii i fizyki.

5.  ZASTOSOWANIE SUPERKOMPUTERÓW

         Superkomputery są używane w armii, badaniach naukowych i biznesie. Instytuty naukowe udostępniają czas swoich komputerów recenzowanym projektom naukowym, których lista jest często publicznie dostępna.

         Przykładowo na komputerach w ICM prowadzone są symulacje astrofizyczne, biochemiczne, hydrologiczne, epidemiologiczne i aerodynamiczne, jak również badania należące do teorii liczb i algebry liniowej.

         Przykładowe zastosowania superkomputerów to:

·        badanie struktury dużych biocząsteczek, takich jak lignina i celuloza,
w celu zwiększania wydajności uzyskiwania z nich biopaliw,

·        symulacje procesu spalania w silnikach spalinowych, w celu zwiększania ich wydajności,

·        symulacje aerodynamiki projektowanych samolotów i samochodów ciężarowych,

·        symulacje zachowania plazmy w tokamakach w badaniach nad kontrolowaną syntezą termojądrową,

·        symulacje oddziaływań pomiędzy kwarkami a gluonami aby uzyskać dokładniejsze dane o parametrach cząstek elementarnych,

·        badanie właściwości nanomateriałów w celu opracowania wydajniejszych superkondensatorów,

·        symulacje zachowania elektronów wewnątrz nanostruktur w celu opracowania przyszłych układów elektronicznych.

6.  LISTA TOP500

         Na stronie top500.org znajduje się lista najlepszych superkomputerów na świecie.

Opracowanie: Patryk Grądys na podstawie artykułów Superkomputer i Tianhe-2 na stronie pl.wikipedia.org oraz informacji na stronie top500.org