V historii výpočetní techniky vždy existoval jeden superpočítač, který vyčníval nad ostatními. Proto jsme se rozhodli udělat historický přehled těchto počítačových bestií, které byly nejen jedinečné, ale také překonaly rekordy a stanovily milníky. Jaké byly nejvýraznější superpočítače v historii?
Superpočítače jsou to, co hovorově známe jako „počítače NASA“, odkazující na extrémně výkonný počítač, který je ve světě vždy jedinečný. Jeho obrovský výpočetní výkon je využíván k řešení technických a vědeckých problémů, které by jinak nebyly možné.
Skutečnost, že jde o jedinečné konstrukce, znamená, že mnohokrát nejsou omezeny na shluk hardwaru serveru, ale v historii se vyskytly případy, kdy byly vytvořeny hardwarové komponenty, jako jsou nové architektury procesorů. Kromě toho velká část technologických pokroků, které jsme viděli u počítačů, měla svůj původ ve vývoji superpočítače a poté byla implementována ve velkém.
Stručně řečeno, když mluvíme o superpočítačích, máme na mysli nejvýkonnější hardware každého okamžiku v historii výpočetní techniky.
CDC 6600, první ze superpočítačů v historii
Za koncept superpočítačů vděčíme počítačovému vědci Seymouru Crayovi, který jako první navrhl obecnou architekturu jednoho z nich. Cray pracoval v centru pro správu dat armády Spojených států, a když mu CDC nedovolil realizovat svůj vynález, vyhrožoval, že odejde, nakonec to vzdali a to mu umožnilo vytvořit první superpočítač v historii, CDC 6600.
CDC 6600 byl v letech 1964 až 1969 nejvýkonnějším superpočítačem, na svou dobu se jednalo o složitý kus složený celkem ze 400,000 40 tranzistorů, taktu 3 MHz a jednotky s plovoucí desetinnou čárkou při 1 MFLOPS. Nezapomínejme, že první domácí počítače, které vyšly o dekádu později, běžely rychlostí mezi 4 MHz a XNUMX MHz, byly tvořeny několika tisíci tranzistory a chyběla jim jednotka s plovoucí desetinnou čárkou.
Nejvýkonnějším počítačem v té době byl IBM 7030 a CDC 6600 jej v každém ohledu překonal, takže Seymour Cray a jeho designy se staly měřítkem vysoce výkonných počítačů, ale CDC 6600 byl pouze začátek příběhu.
Cray-1, superpočítače, u nichž se zrodila jednotka SIMD
Jednotky SIMD se dnes nacházejí ve všech CPU pro zařízení všeho druhu, ale za jejich existenci vděčíme druhému superpočítači v historii. Který také navrhl Seymour Cray, ale tentokrát již pod společností pojmenovanou jeho příjmením, Cray Research a prvním ze svých superpočítačů.
Cray-1 byl vypuštěn v roce 1975 a používal 80 MHz procesor a měl vestavěnou 64bitovou přesnou jednotku s pohyblivou řádovou čárkou SIMD, což byl obrovský skok, který umožnil skok o 3 MFLOPS výkonu CDC. 6600 při 160 MFLOPS v Cray-1. Abychom vám poskytli představu o tom, co to potenciálně znamenalo, musíme říci, že až v polovině 90. let jsme v počítači neviděli CPU se stejným výkonem jako Cray-1 s plovoucí desetinnou čárkou, a to až do Vzhled Inteltechnologie SSE a AMD's 3Dnow neviděli jsme 64bitovou SIMD s pohyblivou řádovou čárkou v CPU počítače.
V roce 1982 společnost Cray Research uvedla na trh vylepšenou verzi svého superpočítače v podobě Cray X-MP, kde iniciály „MP“ pocházejí z multiprocesoru a neměly pouze jeden, ale čtyři z nich, přičemž každý dosahoval 105 MHz a výkon 820 MFLOPS. , ale vaše labutí píseň přišla v podobě Cray 2 vydané v roce 1985, která zvýšila koňskou sílu na 1.9 GFLOPS. Cray-2 byl
Cray-2, superpočítač NASA
Za mem „superpočítače NASA“ vděčíme Cray-2, vytvořenému pro slavnou speciální agenturu a nasazenému v roce 1985, byl labutí písní pro Cray Research i posledním z jeho superpočítačů. Cray Research zvýšil počet CPU tohoto prvního superpočítače s 8 CPU jádry. Což také přidalo řadu dalších procesorů, které byly zodpovědné za zpracování přístupu k paměti, úložišti a I / O rozhraním. Jeho výpočetní výkon? 1.9 GFLOPS výpočetního výkonu, takže to nebyl tak působivý skok, ale jeho největší zvláštností je skutečnost, že byl chlazen kapalinou.
Blížil se však konec studené války a při konstrukci svých superpočítačů společnost Cray Research závisela na obrovském kapitálu na obranu armády Spojených států, navíc její CPU byly obrovské velikosti a nebylo možné je přenést do jiné trhy. Jinými slovy, když železná opona padla a zájem o obranný superpočítač opadl, Cray ztratil své největší zákazníky, což mu umožnilo nejen přežít, ale také vyvinout nové procesory.
ASCI Red, superpočítače přicházejí na teraFLOP
Brzy se ukázalo, že návrh nepříliš složitých procesorů je nezbytný k vytvoření superpočítače, protože po skončení studené války už nikdo nebyl ochoten utrácet obrovské množství kapitálu. Byla tedy nutná změna paradigmatu, což spadalo pod koncept používání mnohem jednodušších procesorů, jako jsou procesory používané v počítačích a serverech pro vytváření superpočítačů.
Pokud mluvíme o CPU pro PC, jedním z nejdůležitějších byl Intel Pentium Pro, protože představil koncepty, jako je použití mezipaměti druhé úrovně, schopnost používat více než jeden procesor a spuštění mimo pořadí. Společnost založená Gordonem Moorem začala s návrhem ASIC Red, což byla na tu dobu bestie složená z ani více, ani méně než 76 procesorů Intel Pentium Pro doprovázených 1212 GB RAM a 9298 procesorů pro počítačové úlohy. Podpěra, podpora.
První superpočítač se schopností dosáhnout výkonu 1 TFLOPS v historii výpočetní techniky a na rozdíl od návrhů Seymour Cray není Pentium Pro CPU, které by vyniklo tím, že má jednotku SIMD, ve skutečnosti mu chyběl takový jednotka, ale vyniká tím, že je prvním superpočítačem v historii, který ke své konstrukci použil procesor PC.
IBM Blue Gene a NEC Earth Simulator, mýtické superpočítače
Jakmile bylo dosaženo síly teraflopu síly, další výzvou bylo dostat se na PetaFLOP s počítačem, tedy 1000krát vyšší výpočetní výkon než ASCI Red navržený společností Intel a byl prostor toho dosáhnout. Jako jedna ze společností, které čelí této výzvě, se IBM rozhodla použít své procesory PowerPC k vytvoření svého Blue Gene, projektu, který začal v roce 1999 a skončil až v listopadu 2004.
První BlueGene, známý jako BlueGene / L, nebyl tvořen ani více, ani méně než 131072 CPU, což je astronomická hodnota, která mu umožňovala dosáhnout výkonu 70.72 TFLOPS, což je něco, co NVIDIA RTX 3090 nedosáhne sám. Postava, se kterou se jí podařilo překonat simulátor Země NEC, který byl v té době nejvýkonnějším superpočítačem.
Earth Simulator byl společný vývoj mezi NEC a japonskou vládou s kapacitou téměř 40 TFLOPS energie, která byla navržena s ohledem na předpověď počasí. To se lišilo od Blue Gene tím, že to bylo založeno jako Cray v procesorech s širokými jednotkami SIMD, zatímco design IBM používal CPU PowerPC jako základnu bez tohoto typu jednotek uvnitř. Takže design IBM byl více podobný ASCI Red, zatímco Earth Simulator byl na počátku Cray.
IBM Roadrunner, konečně výkon PetaFLOP je dosažen
V roce 2001 zahájila společnost IBM vývoj procesoru známého jako Cell Broadband Engine, který se proslavil tím, že byl hlavním procesorem počítače PlayStation 3, ale byl také použit pro vytvoření IBM Roadrunner, superpočítače, který kombinoval CPU. AMD Opteron s variantou CBEA používanou v PlayStation 3, která využívala vektorové procesory nebo SIMD s názvem SPE.
IBM Roadrunner se skládal z 6,912 dvoujádrových procesorů AMD Opteron a procesorů s 12,960 1 buňkami širokopásmového motoru, což je mnohem nižší číslo než u Blue Gene, ale které mu nezabránilo v prolomení napájecí bariéry XNUMX PetaFLOP. Ačkoli CBEA je CPU sám o sobě, v Roadrunneru byl používán jako podpůrný procesor pro zrychlení paralelních částí kódu a byl předchůdcem používání GPU pro tyto úkoly v superpočítači.
První superpočítač využívající GPU
V dnešní době je většina superpočítačů navržena s CPU a GPU uvnitř, ale jak možná dobře víte, nebylo tomu tak vždy a až v roce 2008 se objevil první superpočítač, který využíval GPU k provádění svých výpočtů, i když ano. na poměrně skromném systému ve srovnání s IBM Roadrunner.
TSUBAME byl vytvořen Tokijským technologickým institutem a využil první generace NVIDIA Tesla k dosažení 170 TFLOPS, čímž porazil Blue Gene a Earth Simulator. Od implementace shaderových jednotek začaly mít grafické procesory schopnost spouštět stále složitější algoritmy a s architekturou NVIDIA G80 byly použity k urychlení vědeckých výpočetních algoritmů.
Superpočítač založený na GPU se však nedostal na první místo až do roku 2013, kdy vzkříšený Cray uvedl na trh svůj Titan, který se skládal z kombinace v té době existujících procesorů AMD Opteron a NVIDIA Tesla. Získaný výpočetní výkon? 10 PetaFLOPS. Mluvíme tedy o více než 50násobném nárůstu výkonu za pouhých 5 let, což dokazuje obrovskou účinnost GPU ve výpočetním výkonu.
Éra ExaFLOP, nová bariéra, kterou je třeba překonat
Dnes jsme v éře ExaFLOP a cílem je dosáhnout 1 milion výkonu TeraFLOPS se superpočítači. Něco, co s sebou přineslo posedlost, kterou je snížení spotřeby v komunikaci, to vedlo k vývoji pokročilých balicích a komunikačních systémů, aby bylo možné dosáhnout tohoto čísla bez střílení spotřeby energie přes střechu.
V rámci tohoto nového paradigmatu uvidíme od roku 2022 první superpočítače, přičemž superpočítač El Capitan bude postaven na technologii pouze od AMD a na druhé straně Aurora s technologií CPU a GPU od Intelu. Oba představují jakousi studenou válku mezi oběma společnostmi a jejich vývoj ovlivnil a ovlivní budoucí architektury a návrhy, které budeme mít v budoucnosti v našich počítačích.
