Контрольная работа по "Архитектуре ЭВМ"

Есть еще одна проблема применения суперЭВМ, о которой необходимо сказать - это визуализация данных, полученных в результате выполнения расчетов. Часто, например, при решении дифференциальных уравнений методом сеток, приходится сталкиваться с гигантскими объемами результатов, которые в числовой форме человек просто не в состоянии обработать. Здесь во многих случаях необходимо обратиться к графической форме представления информации. В любом случае возникает задача транспортировки информации по компьютерной сети. Решению этого комплекса проблем в последнее время уделяется все большее внимание. В частности, знаменитый Национальный центр суперкомпьютерных приложений США (NCSA) совместно с компанией Silicon Graphics ведет работы по программе "суперкомпьютерного окружения будущего". В этом проекте предполагается интегрировать возможности суперкомпьютеров POWER CHALLENGE и средств визуализации компании SGI со средствами информационной супермагистрали.

Рейтинг TOP-500

В середине 80-х Эрик Стромайер из университета Теннеси (США) и Ганс Мейер из университета Маннхейма (Германия) начали собирать статистику о развитии рынка суперкомпьютеров. В то время благодаря малочисленности “подопытных” и большому их отличию от персональных компьютеров сделать это было довольно легко. В итоге в начале 1993 года статистические исследования оформились в виде списка top-500, который публикуется дважды в год, в июне и ноябре. В этот список включаются наиболее мощные компьютерные системы, установленные по всему миру. Они и получают расплывчатое определение “суперкомпьютер”. С развитием рынка и появлением множества различных архитектур актуальной проблемой стало найти наиболее объективный способ определения возможностей систем. Им стал тест Linpack, разработанный Джеком Донгарра, который представляет собой решение системы N линейных уравнений методом Гаусса. Собственно, по результатам этого теста и определяются места в списке. В первом июньском top-500 1993 года лидером являлся Thinking Machines CM5 с 1 024 процессорами и Rmax=59,7 гигафлоп (Rmax — производительность по тесту Linpack), а в конце списка находилась система Fujitsu с 140 векторными процессорами и Rmax=0,422 гигафлоп. В то время это был первый японский компьютер в Европе. Он имел 64 Мбайт памяти и считался самым быстрым в этом классе.

В наше время суперкомпьютеры стали  намного мощнее, но ТОР 500 попрежнему каждые июнь и ноябрь составляют свой рейтинг.Рассмотрим поближе некоторые машины из последнего списка.

Первое место занимает суперкомпьютер Blue Gene/L, производства корпорации IBM, который удвоил собственный рекорд быстродействия. Весной Terralab уже писала о рекорде производительности этого суперкомпьютера. Теперь же, по установке в него всех 65536 процессоров, производительность достигла 280,6 терафлопс по тесту Linpack.

Машина IBM в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса официально стала самым мощным компьютером на планете ещё в июне, когда была смонтирована только наполовину. Теперь лаборатория может полностью использовать всю эту колоссальную мощь для моделирования процессов в ядерных боеприпасах без натурных испытаний.

Архитектура Blue Gene позволяет линейно увеличивать производительность системы при масштабировании от 1 до 64 стоек. Каждая стойка с 1024 процессорами стоит около 2 миллионов долларов. В самой IBM организован сервис по прокату оборудования, названный Deep Computing Capacity on Demand, так что стойку можно арендовать. Самый мощный в мире частный компьютер назвали Blue Gene/W.

IBM планирует использовать свой  частный суперкомпьютер для исследований  в области гидродинамики, материаловедения, квантовой химии, гидрогазодинамики и любых других областях требующих огромных вычислительных ресурсов.

Второе место в рейтинге занимает компьютер под названием  BGW - eServer Blue Gene Solution.Он расположен в Yorktown Heights, United States.На нем установлено  40960 процессоров   PowerPC 440 700 MHz (2.8 GFlops).Работает это суперкомпьютер под операционной системой Linux.Его максимальная производительность составляет 91,3 терафлопс. Суперкомпьютер BGW состоит из 20 стоек размером с бытовой холодильник. Занимая места вдвое меньше, чем сравнимые системы, он имеет втрое большую производительность.

На третьем месте компьютер Columbia - SGI Altix 1.5 GHz, Voltaire Infiniband находяшийся  в Mountain View, United States.У него 10160 процессоров Intel Itanium 2 1500 MHz (6 GFlops).Максимальная полученная проиводительность 51,8 терафлопс.

Этот суперкомпьютер объединяет в  себе двадцать 512-процессорных систем SGI Altix 3000 на процессорах Intel Itanium 2. Этот суперкомпьютер создавался в рамках программы сотрудничества NASA с SGI и Intel под названием "Проект Columbia", которая нацелена на достижение прорывов в области исследований космоса, глобального потепления климата и аэрокосмической техники. Основная цель проекта Columbia - расширение возможностей суперкомпьютерных систем NASA посредством развертывания интегрированной среды вычислений, визуализации и хранения данных, оптимизированной для задач NASA.

Суперкомпьютеры в России

Во всемирный процесс активизации  рынка высокопроизводительных вычислений (HPC) все активнее включается и Россия. В 2003 году компании Arbyte и Kraftway при поддержке корпорации Intel объявили о создании своих Центров компетенции на базе платформы Intel, деятельность которых, в том числе, будет направлена и на построение НРС-систем. Кроме того, компании Intel и IBM сообщили о том, что компания Paradigm, ведущий поставщик технологий для обработки геолого-геофизических данных и проектирования бурения для нефтегазовой отрасли, модернизировала свой расположенный в Москве центр обработки сейсмических данных, установив серверный кластер IBM из 34 двухпроцессорных серверов на базе процессоров Intel Xeon. Новая система ускорила работу ресурсоемких вычислительных приложений Paradigm за счет применения кластерных технологий на базе ОС Linux. Новые возможности проведения более точных расчетов, несомненно, увеличат конкурентоспособность российских нефтяных компаний на мировом рынке.

В июне 2004 г. представители компании «Т-Платформы», Института программных систем (ИПС) РАН и корпорации Intel объявили о создании четырехузлового кластера T-Bridge8i на базе процессоров Intel Itanium 2 и технологии InfiniBand, а также рассказали о перспективах использования данного решения в рамках программы «СКИФ». Кластер T-Bridge8i стал первой в России системой на основе процессоров Intel Itanium 2, двухпроцессорные узлы которой выполнены в конструктиве высотой 1U. Объединив в T-Bridge8i передовые достижения в области 64-разрядной процессорной архитектуры и кластерных коммуникаций, инженеры «Т-Платформы» построили уникальное по концентрации вычислительной мощности решение, обладающее широкими возможностями для масштабирования. Этот кластер предназначен для решения задач, требующих максимальной производительности вычислений с плавающей точкой, и может эффективно использоваться в различных отраслях промышленности и для научных расчетов. В рамках программы «СКИФ» T-Bridge8i будет применяться с целью адаптации для архитектуры Intel Itanium программного обеспечения, разработанного в рамках программы, а также для исследований в области GRID-технологий.

2005 год оказался довольно богатым  на события в области суперкомпьютерных технологий. В России были завершены два крупных проекта, на очереди - еще один.

Двумя важнейшими из них стала установка  суперкомпьютера МВС-15000BM отечественной  разработки в Межведомственном Суперкомпьютерном Центре РАН (МСЦ) и установка на НПО <Сатурн> кластера IBM eServer Cluster 1350, включающего 64 двухпроцессорных сервера IBM eServer xSeries 336. Последний является крупнейшей в России супер-ЭВМ используемой в промышленности и четвертым в совокупном рейтинге суперкомпьютеров на территории СНГ. НПО <Сатурн> собирается использовать его в проектировании авиационных газотурбинных двигателей для самолетов гражданской авиации. На очереди - еще один крупный проект суперкомпьютера для Росгидромета, тендер на строительство которого выиграл системный интегратор i-Teco.

В частном секторе суперкомпьютеры  используются для моделирования  нефтяных скважин, краш-тестов, сложных  аэродинамических и гидродинамических расчетов. Основными заказчиками выступают автомобильная, судостроительная, авиационная и нефтегазовая промышленность. По мнению экспертов, совокупный объем рынка больших вычислительных систем в России составляет $100-150 млн., причем видное место принадлежит отечественным разработчикам. В год устанавливается 3-4 суперкомпьютера с производительностью, близкой к 1 Терафлоп.

На сегодняшний день крупнейшими  отечественными проектами в области  суперкомпьютеров являются российский проект МВС и российско-белорусский СКИФ. Разработка СуперЭВМ проекта МВС финансировалась за счет средств Минпромнауки России, РАН, Минобразования России, РФФИ, Российского фонда технологического развития. В настоящее время машины этой серии установлены в МСЦ РАН и ряде региональных научных центров РАН (Казань, Екатеринбург, Новосибирск) и используются преимущественно для научных расчетов.

В настоящее время одним из разработчиков  ПО для МВС является фирма InterProgma, работающая в Черноголовке в рамках уже существующего ИТ-парка. Компания в тесном сотрудничестве с ИПХФ РАН ведет разработку как базового программного обеспечения для крупномасштабного моделирования на суперкомпьютерных системах, т.е. программного обеспечения, позволяющего упростить и автоматизировать процесс распараллеливания, так и специального инженерного программного обеспечения для моделирования различных высокоэнергетических процессов в химической, атомной и аэрокосмической промышленности. Так, пакет IP-3D предназначен для численного моделирования газодинамических процессов в условиях экстремально высоких температур и давлений, невоспроизводимых в лабораторных условиях. Опыт работы на MBC1000M показали очень хорошую масштабируемость и высокую скорость вычисления данного пакета

Проект СКИФ финансировался за счет бюджетов России и Белоруссии в рамках союзной программы на паритетных началах. В настоящее время российско-белорусская программа СКИФ, объемом $10 млн., уже завершена, и в ходе ее реализации были созданы суперкомпьютеры СКИФ К-500 и СКИФ К-1000. Cтоимость СКИФ К-1000 составила $1,7 млн., что на порядок ниже стоимости иностранного аналога ($4 млн.). На сегодняшний день, основным пользователем данной разработки является белорусская сторона. СКИФ К-1000, установлен в Объединенном институте проблем информатики НАН Белоруссии, и уже сейчас используется не только учеными, но и крупнейшими предприятиями-экспортерами: МАЗом, БелАЗом, Белорусским тракторным заводом, Заводом карданных валов. Столь успешное внедрение суперкомпьютерных технологий в реальный сектор во многом объясняется тем, что доступ белорусских предприятий к СКИФу координируется государством и оплачивается из бюджета, поскольку сами предприятия находятся в государсвенной собственности.

В России же СКИФ и МВС пока воспринимаются лишь как академические проекты. Причина этого в том, что крупные российские машиностроительные корпорации, такие как НПО <Сатурн>, предпочитают зарубежные суперЭВМ, поскольку отработанные прикладные решения от мировых лидеров, таких как IBM и HP уже снабжены готовым целевым ПО и средствами разработки, имеют лучший сервис. Сделать МВС и СКИФ востребованными для российской промышленности поможет создание общего вычислительного центра ориентированного на промышленный сектор, с распределенным доступом к машинному времени. Создание Центра резко удешевит затраты на обслуживание суперкомпьютера, а также ускорит процесс создания и систематизации ПО (написание драйверов, библиотек, стандартных приложений).

Продвижению отечественных суперкомпьютерных  технологий в промышленной сектор России и за ее пределы будет способствовать рост отечественных компаний, способных конкурировать в данной сфере с транснациональными корпорациями. Такой компанией уже является <Т-Платформы>, которая выступала в роли главного исполнителя СКИФ. Наряду с государственными и академическими структурами, клиентами компании являются <Комстар Объединенные Телесистемы>, Rambler, рекрутинговая компания HeadHunter.ru, <Саровские Лаборатории>. <Т-Платформы> были призаны лучшей компанией VI Венчурной Ярмарки в октябре 2005 года в Санкт-Петербурге.

ТОР 50

Совместный проект Межведомственного Суперкомпьютерного Центр Российской Академии Наук и Научно-исследовательского вычислительного центра Московского Государственного Университета им. М.В.Ломоносова по формированию списка 50 наиболее мощных компьютеров СНГ стартовал в мае 2004 года. В рейтинг Тор50 входят 50 наиболее мощных вычислительных систем, установленных на территориях стран СНГ. Системы ранжируются по показателям реальной производительности, полученным на тестах Linpack в соответствии с мировым стандартом. Рейтинг Тор50 обновляется 2 раза в год и позволяет оперативно отслеживать тенденции развития суперкомпьютерной отрасли в СНГ.

22 сентября 2005г. в Москве НИВЦ  МГУ и МСЦ РАН объявляют  о выпуске третьей редакции рейтинга самых мощных компьютеров СНГ Тор50. Объявление новой редакции рейтинга состоялось на Всероссийской научной конференции "Научный сервис в сети Интернет: технологии распределенных вычислений. Генеральный спонсор проекта - российский разработчик комплексных решений для высокопроизводительных вычислений компания "Т-Платформы".

За полгода с момента публикации предыдущей редакции рейтинг обновился наполовину: в списке появились 24 новые системы; 10 из них разместились в первой и второй десятке списка, причем все новые системы были построены в текущем году. Доля суперкомпьютеров коммерческого использования возросла с 34% до 44%. Суммарная реальная производительность первых пяти систем новой редакции списка превышает суммарную производительность всех 50 систем первой редакции, объявленной в декабре 2004 года. Реальная суммарная производительность всех систем третьей редакции списка Тор50 достигает свыше 18 триллионов операций в секунду.

Лидером списка по-прежнему остается кластер МВС-15000ВМ, установленный в Межведомственном Суперкомпьютерном Центре РАН. В текущем рейтинге Top500 самых мощных компьютеров мира эта машина заняла 56 место, что является рекордом для вычислительных систем, установленных на территории СНГ. Этот суперкомпьютер, построенный на базе 924 процессоров PowerPC 970 с тактовой частотой 2,2 ГГц.  Реальная производительность этой самой мощной на сегодня в СНГ системы за полгода выросла в 1,75 раза и составила более 5,3 триллионов операций в секунду. Таким образом, темпы роста производительности мощнейших суперкомпьютеров СНГ сравнимы с мировыми: согласно суперкомпьютерному рейтингу Тор500 (www.top500.org), показатели реальной производительности самого мощного компьютера в мире за полгода возросли в 1,9 раза.

На втором месте по-прежнему лидер  первой редакции списка Top50, суперкомпьютер "СКИФ К-1000" с реальной производительностью в 2 триллиона операций в секунду. Этот суперкомпьютер был создан год назад в рамках государственной Программы "СКИФ" и вошел в первую сотню мирового рейтинга Тор500. На третьей позиции - новый кластер МСЦ РАН с реальной производительностью в 1,29 триллиона операций в секунду. Четвертое место рейтинга Тор50 занял новый суперкомпьютер с производительностью 768 миллиардов операций в секунду, установленный в НПО "Сатурн". Эта система предназначена для расчетов авиационных двигателей и газотурбинных установок и в настоящее время является самым мощным компьютером, расположенным на российском промышленном предприятии.