Szuperszámítógép

A szuperszámítógép vagy a szuperszámítógép olyan számítógép, amelyet a tervezéskor ismert technikákkal a lehető legnagyobb teljesítmény elérésére terveztek, különös tekintettel a számítás sebességére .

A tudományos szuperszámítógépeket "nagy teljesítményű számítástechnikának" nevezik ( angolul  : high-performance computing , vagy HPC). Ez a tudományterület két részre oszlik: a hardver részre (a számítási eszköz elektronikus kialakítása) és a szoftverre (a számítás szoftveres adaptálása az eszközhöz). Ez a két rész a tudás különböző területeit hívja fel.

Történelmi

Az első szuperszámítógépek (vagy szuperszámítógépek) az 1960-as években jelentek meg . 1961-ben az IBM kifejlesztette az IBM Stretch vagy az IBM 7030 terméket, amelynek egyik egységét 1963-ban Franciaországban üzemeltették.

Abban az időben és az 1970-es évekig a világ legnagyobb szuperszámítógép-gyártója a Control Data Corporation (CDC) volt, amelynek tervezője Seymour Cray volt . Ezt követően a Seymour Cray által a CDC-től való távozása után alapított Cray Research előnyben részesítette többi versenytársait, egészen 1990-ig. Az 1980-as években , ahogy az az 1970-es évek mikrokomputer piacán gyártották , sok kisvállalat lépett be erre piacon, de a legtöbbjük eltűnt a  szuperszámítógép piac „  összeomlás ” a közép -1990s .

Amire a szuperszámítógép kifejezés utal, az idő múlásával változik, mivel a világ legerősebb számítógépei egy bizonyos időpontban általában sok évvel később kiegyenlítik, majd felülmúlják a közös használatú gépek. Az első CDC szuperszámítógépek egyszerű egyprocesszoros számítógépek voltak (de néha akár tíz perifériás processzorral is I / O-khoz ), tízszer gyorsabbak, mint a verseny. Az 1970-es években a legtöbb szuperszámítógép vektorprocesszort fogadott el , amely egyszer dekódolja az utasítást , és operandusok egész sorozatára alkalmazza .

Csak az 1980-as évek végén alkalmazzák a tömegesen párhuzamos rendszer-technikát , processzorok ezreinek használatával egyetlen szuperszámítógépben. Manapság ezek a párhuzamos szuperszámítógépek " RISC  " típusú  mikroprocesszorokat használnak , amelyeket soros számítógépekhez terveztek, mint például a PowerPC vagy a PA-RISC . Más szuperszámítógépek alacsonyabb költségű, " CISC  " típusú  processzorokat használnak, amelyeket RISC-ben mikroprogramoznak az elektronikus chipben ( AMD vagy Intel ): a hatékonyság kissé alacsonyabb, de a memória- hozzáférési csatorna - gyakran szűk keresztmetszet - sokkal kevésbé stresszelt.

A XXI .  Században a szuperszámítógépeket általában egyedülálló modellként tervezik a számítógépgyártók, mint a Nemzetközi Üzleti Gépek (IBM), a Hewlett-Packard (HP) vagy a Bull , hosszú hagyományokkal rendelkeznek mögöttük (IBM). vagy hogy az 1990-es években szakosodott, akkor nehéz helyzetben lévő vállalatokat vásároltak tapasztalatszerzésre ezen a területen.

használat

Szupergépeket használják minden igénylő feladatok igen nagy számítási teljesítmény , mint például az időjárás-előrejelzés , tanulmányozza a klíma (erről lásd a programok által finanszírozott G8-HORCs ), modellezés kémiai objektumok ( számítása szerkezetű és tulajdonságú , molekuláris modellezés ,  stb. . ), fizikai szimulációt (szimulációk aerodinamikai számítások a szilárdságtani , szimulált robbanás a nukleáris fegyverek , tanulmány nukleáris fúzió ,  stb ), a rejtjelelemzés vagy szimulációkat pénzügy és biztosítás ( sztochasztikus számítás ).

Polgári és katonai kutatási intézmények közül a legnehezebb felhasználók szuperszámítógépek.

A Franciaországban , ezek a gépek találhatók országos egyetemi számítástechnikai központok, mint például a Intézet Fejlesztési és erőforrások Tudományos Informatikai (Idris), a Nemzeti Számítógép Felsőoktatási Központ (Cines), hanem a Commissariat ahhoz atomenergia és az alternatív energiaforrások (CEA) vagy bizonyos nagyvállalatoknál, például a Total , az EDF vagy a Météo-France .

Tervezés

Alkatrészek és architektúra

A szuperszámítógépek mindkettőből nyerik fölényüket a hagyományos számítógépekkel szemben:

Szinte mindig kifejezetten egy bizonyos típusú feladathoz lettek tervezve (leggyakrabban tudományos numerikus számítások : mátrix vagy vektor számítás ), és nem keresnek különösebb teljesítményt más területeken.

A szuperszámítógépek memória architektúráját úgy tervezték, hogy folyamatosan szolgáltasson adatokat az egyes processzoroknak, hogy a lehető legtöbbet hozza ki számítási teljesítményéből . A kiváló memóriateljesítmény (jobb alkatrészek és jobb architektúra) nagyrészt megmagyarázza a szuperszámítógépek előnyét a hagyományos számítógépekkel szemben.

Az input / output ( busz ) rendszer célja, hogy a nagy sávszélességű , kevesebb várakozási idő , mivel az ilyen típusú számítógépet nem tervezték folyamat ügyletek .

Mint minden párhuzamos rendszer esetében, az Amdahl-törvény is alkalmazandó, a szuperszámítógép-tervezők néhány erőfeszítést a szoftver nem párhuzamos részének kiküszöbölésére és a fennmaradó szűk keresztmetszetek megszüntetésére szolgáló hardveres fejlesztésekre fordítanak .

Fő technikai akadályok

Egyrészt, a szuperszámítógépek gyakran több megawatt az elektromos . Ennek az ételnek is kiváló minőségűnek kell lennie. Ennek eredményeként nagy mennyiségű hőt termelnek , ezért a normális működés érdekében hűteni kell őket. A hűtés (pl levegő hűtés ) ezen számítógépek gyakran okoz jelentős légkondicionáló probléma .

Másrészt az adatok nem áramolhatnak a fénysebességnél gyorsabban a számítógép két része között . Amikor a szuperszámítógép mérete meghaladja a több métert, az egyes komponensek közötti késést tíz nanoszekundumban számolják . Az elemek ezért úgy vannak elrendezve, hogy korlátozzák az alkatrészeket összekötő kábelek hosszát . On Cray-1 vagy Cray- II , például voltak elrendezve egy kört .

Manapság ezek a számítógépek nagyon nagy mennyiségű adatot képesek feldolgozni és kommunikálni nagyon rövid idő alatt. A tervezésnek biztosítania kell az adatok gyors olvashatóságát, továbbítását és tárolását. Ellenkező esetben a processzorok számítási teljesítménye nem lenne kihasználva ( szűk keresztmetszet ).

A történelem rögzítése

Keltezett Szuperszámítógép Építész Processzorok típusa; frekvencia A processzorok száma Valódi hatalom Elhelyezkedés
1938 Z1 Konrad Zuse FLOPS Németország
a Konrad Zuse
1939 Z2 Konrad Zuse 5  FLOPS Németország
a Konrad Zuse
1941 Z3 Konrad Zuse 5,33  Hz 20  FLOPS Németország
Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt
1942 Heath Robinson  (in) TRE 200  FLOPS Egyesült Királyság
Bletchley Park
1943 I. Kolosszus Márk TRE kilós FLOPS Egyesült Királyság
Bletchley Park
1944 Kolosszus Márk II TRE 5  kFLOPS Egyesült Királyság
Bletchley Park
1946 ENIAC 100  kHz 50  kFLOPS Egyesült Államok
Aberdeen Proving Ground
1956 TX-0 MIT Lincoln Laboratórium 18 bit 3 600 83  kFLOPS Egyesült Államok
Massachusettsi Műszaki Intézete
1958 TX-2 MIT Lincoln Laboratórium 5  MHz , 36 bit 22 000 83  kFLOPS Egyesült Államok
Massachusettsi Műszaki Intézete
1958 SAGE  (en) IBM 400  kFLOPS Egyesült Államok
Egyesült Államok Légierője
1960 Univac LARC  (en) IBM 2 500  kFLOPS Egyesült Államok
Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium ésDavid Taylor Modellmedence
1961 IBM 7030 IBM 100  MHz , 16K 64 bites szavak 1,2  mega FLOPS Amerikai Egyesült Államok
Los Alamos Nemzeti Laboratórium
1964 CDC 6600 CDC 10  MHz 3  MFLOPS Egyesült Államok
Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium
1969 CDC 7600  (en) CDC 36,4  MHz 36,4  MFLOPS Egyesült Államok
Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium
1974 Csillag-100 CDC 16 bit 100  MFLOPS Egyesült Államok
Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium
1975 ILLIAC IV  (en) Burroughs 4 × 13  MHz , 64 bit 256 150  MFLOPS Egyesült Államok
Ames Kutatóközpont (NASA)
1976 Cray-1 Ceruza 83  MHz , 64 bit 2 166  MFLOPS Amerikai Egyesült Államok
Los Alamos Nemzeti Laboratórium
tizenkilenc nyolcvan egy Internet 205  (in) CDC 32/64 bites 400  MFLOPS Több hely a világon
1982 Cray X-MP Ceruza Cray Vector , 2 × 105  MHz 2 400  MFLOPS Több hely a világon
1984 Cray X-MP / 48 Ceruza Cray Vector , 4 × 117  MHz 4 800  MFLOPS Több hely a világon
1984 M-13 giga FLOPS Szovjetunió
Számítógépes Komplexek Tudományos Kutató Intézete
1985 Cray-2 Ceruza Cray Vector , 4 × 283  MHz 4 1.7  GFLOPS Egyesült Államok
Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium
1989 ETA10-G / 8  (in) ETA rendszerek  (en) 10.3  GFLOPS Egyesült Államok
Florida Állami Egyetem
1993 CM-5  (in) Gondolkodó gépek Corporation SPARC 1,024 59,7  GFLOPS Amerikai Egyesült Államok
Los Alamos Nemzeti Laboratórium
1993 Numerikus szélcsatorna  (en) Fujitsu Fujitsu VPP500 140 124,5  GFLOPS Japán
Nemzeti Repülési Lab
1994 XP / S140 Intel Intel Paragon 3,680 143,4  GFLOPS Egyesült Államok
Sandia National Labs
1994 Numerikus szélcsatorna  (en) Fujitsu Fujitsu VPP500 140 170,4  GFLOPS Japán
Nemzeti Repülési Lab
1996 SR2201 Hitachi Hitachi SR2201 1,024 220,4  GFLOPS Tokiói Japán
Egyetem
1996 CP-PACS Hitachi Hitachi SR2xxx CP-PACS 2,048 368,2  GFLOPS Japán
Számítási Fizikai Központ
1997 ASCI Red Intel Intel Paragon ASCI-Red 7 264 1,07  tera FLOPS Egyesült Államok
Sandia National Laboratories
1997 ASCI Red Intel Intel Paragon ASCI-Red 9,152 1,34  TFLOPS Egyesült Államok
Sandia National Laboratories
1999 ASCI Red Intel Intel Paragon ASCI-Red 9,472 2.12  TFLOPS Egyesült Államok
Sandia National Laboratories
1999 ASCI Red Intel Intel Paragon ASCI-Red 9,632 2,38  TFLOPS Egyesült Államok
Sandia National Laboratories
2000 ASCI White  (in) IBM IBM POWER 3 375  MHz 8 192 4,94  TFLOPS Egyesült Államok
Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium
2001 ASCI White  (in) IBM IBM POWER 3 375  MHz 8 192 7.23  TFLOPS Egyesült Államok
Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium
2002 Föld szimulátor NEC NEC SX6 1000  MHz 5 120 35.86  TFLOPS Japán
Yokohama Földtudományi Intézet
2004. szeptember 16 Kék gén / L IBM PowerPC 440  (in) 700  MHz 16,384 36.01  TFLOPS Egyesült Államok
Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium
2004. október 26 Kolumbia SGI Intel Itanium 2 1500  MHz 8 192 42,7  TFLOPS Egyesült Államok
Ames Kutatóközpont (NASA)
2004. november Kolumbia SGI Intel Itanium 2 1500  MHz 10,160 51,87  TFLOPS Egyesült Államok
Ames Kutatóközpont (NASA)
2004. november Kék gén / L IBM PowerPC 440  (in) 700  MHz 32 768 70,7  TFLOPS Egyesült Államok
Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium
2005. március 24 Kék gén / L IBM PowerPC 440  (in) 700  MHz 65,536 135,5  TFLOPS Egyesült Államok
Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium
2005. október 27 Kék gén / L IBM PowerPC 440  (in) 700  MHz 131,072 280,6  TFLOPS Egyesült Államok
Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium
2007 Kék gén / L IBM PowerPC 440 2C 700  MHz 36,864 478,2-596  TFLOPS Egyesült Államok
Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium
2008 Roadrunner IBM PowerXCell 8i 3200  MHz 129,600 1,042  peta FLOPS Egyesült Államok
DoE-Los Alamos Nemzeti Laboratórium ,Los Alamos,Új-Mexikó
2009 Jaguar (frissítve Titan ) Ceruza AMD hatmagos processzorok 224 162 1  759 PFLOPS Egyesült Államok
Oak Ridge Nemzeti Laboratórium
2010 Tianhe-1A NUDT Hibrid:
Intel Xeon + Nvidia Tesla M2050 + FeiTeng-1000 GPU
14 366 + 7 166 2566  PFLOPS Kína
Nemzeti Szuperszámítógépes Központ , Tianjin
2011 K számítógép Fujitsu SPARC64 VIIIfx 2.0  GHz , „  Tofu összekapcsolás  ” 68,544 10 510  PFLOPS Japán
RIKEN , Kobe
2012 Kaliforniai óriásfenyő IBM BlueGene / Q, Power BQC 16C 1,60  GHz , egyedi 16  324 PFLOPS Egyesült Államok
Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium
2012 Titan (továbbfejlesztett Jaguar ) Ceruza Hibrid:
AMD Opteron + Nvidia Tesla K20
560 640 17.59  PFLOPS Egyesült Államok
Oak Ridge Nemzeti Laboratórium
2013 Tianhe-2 Intel Hibrid:
Xeon E5-2692 + Xeon Phi
32 000 + 48 000 33,86  PFLOPS Kínai
Nemzeti Védelmi Technológiai Egyetem , Guangzhou
2016 TaihuLight NRCPC / Sunway Sunway SW26010 260C 40 960 93.01  PFLOPS Kína
Nemzeti Szuperszámítógépes Központ, Wuxi
2018 Íme a csúcs IBM / Nvidia Hibrid:
IBM POWER9 + Nvidia Tesla V100
9 216 + 27 648 200  PFLOPS Egyesült Államok
Oak Ridge Nemzeti Laboratórium
2020 Fugaku Fujitsu / ARM 2,2 Ghz ARM 7 300 000 418  PFLOPS Japán
RIKEN , Kobe


A feljegyzések története Franciaországban

Ban ben 1993, A Földfizikai Intézet, Párizs (PGI) működtet egy számítógépes CM-5/128 , hogy felhasználások processzorok supersparc , van rangsorolva 25 th a TOP500 . Három évvel később, ben1996The Institute of Development és a tudományos számítástechnika erőforrásokat (Idris) sikerül elérni a 12 -én  sor világszerte T3E által épített Cray .

Közepén2002, A legnagyobb teljesítményű szuperszámítógépe francia soraiban 4 -én a TOP500, a TERA alapú processzorok Alpha az 1  GHz-es ( AlphaServer SC45 ) és fejlesztette ki a Hewlett-Packard  ; az Atomenergia Bizottsághoz (CEA) tartozott . Ban ben 2006. januárA TERA-10 re Bull sikerrel járt, akkor létrehoz egy számítási teljesítmény 60  tera papucsok és helyezi el a 5 -én  a World TOP500 rangsor.

Ban ben 2008. június, Idris és Blue Gene / P Solution for IBM megjelenik, a teszt szerint LINPACK , ki 120 teraflops és megnyerte a 10 th  helyszínen.

Ban ben 2009. november, az első francia gép neve Jade . Az „  SGI Altix  (en)  ” típusból a montpellieri Nemzeti Felsőoktatási Számítógépes Központban (CINES) található . A szuperszámítógép van rangsorolva 28 th  a világon 128 teraflops a LINPACK teszt. Nem sokkal később a Jade gép konfigurációja befejeződött 237 teraflops teljesítmény elérése érdekében. A gép átkapcsol 2010. júniusA 18 -én  sorban a TOP500. Ezután ez a harmadik európai számítógépes rendszer, és az első francia, amelyet állami kutatásra szántak .

Ban ben 2010. novemberA francia rekordot a Bull TERA-100 tartja . Állítsa be ECA az Bruyeres-le-Chatel , hogy mire van szüksége a francia nukleáris katonai szimulációs , a teljesítmény teraflops 1050, ez a gép felszáll a 6 th  a világon, és elnyerte a 1 st  hely Európában. 17 296 Intel Xeon 7500 processzor alkotja, amelyek mindegyike nyolc maggal van felszerelve és InfiniBand típusú hálózattal van összekötve .

Ban ben 2012. márciusA Curie , a Bull által a GENCI számára tervezett rendszer, amelyet a Bruyères-le-Châtel-i Très Grand Centre de Calcul (TGCC) helyére telepítettek, 1,359 petaflop erejével rendelkezik. Ez lesz a legerősebb szuperszámítógép Franciaországban azáltal, hogy a 9 -én  a világranglistán. 2 petaflop szállítására tervezték.

Ban ben 2013. januárAz Ada és Turing rendszerek által épített IBM van szerelve Idris Orsay . Teljesítményük összege meghaladja a petaflopokat. Ez a két gép áll a kutatók rendelkezésére. A március 2013 , a Pangea szuperszámítógép a vállalat tulajdonában összesen avatták, ez lett a leghatékonyabb rendszer valaha telepítették Franciaországban. Számítási teljesítménye 2,3 petaflops. Egyenértékű 27.000 asztali számítógépek együtt, ő kapott az 11 -én  sor világszerte.

Ban ben 2015. január, a Bull, az Atos technológiák által a GENCI számára tervezett Occigen rendszert a CINES telephelyére telepítik; 2,1 petaflop ereje van. Ott állt a 26 th  pozícióját a világranglistán a TOP5002014. november.

Ban ben 2016. március, A Total bejelenti, hogy megháromszorozta Pangea szuperszámítógépének számítási kapacitását, 6,7 petaflop csúcsteljesítményre és 5,28 petaflops hasznos teljesítményre számítva. Ez lehetővé teszi, hogy visszanyerje 11 -én  sor a TOP500 és így hozza meg a fejét a világ ipari szektorban.

Szuperszámítógépes operációs rendszerek

A szuperszámítógépek térnyerése azt jelentette, hogy a Linux a bolygó 500 legerősebb szuperszámítógépének többségét működtető operációs rendszerré vált , és a Unix fokozatosan elvesztette terepét a Linux előtt, de egy ideig előkelő helyet foglalt el a szuperszámítógépek piacán.

A Windows- ot csak a bolygó 500 legerősebb szuperszámítógépe közül kettő, vagyis 0,4% futtatta, míg a BSD csak egy gépen volt jelen az első 500-ban , vagyis 0,2%. Végül a többi konfiguráció („  Mixed  ”, azaz többféle operációs rendszer halmaza) 4,6% -ot tett ki.

Ban ben 2017. november, A Linux biztosítja a világ 500 legerősebb szuperszámítógépének mind működését.

Kvantum számológép

Szuperszámítógépek és kirakós játékok

Megjegyzések és hivatkozások

  1. "  IBM Blue gén bejelentés  " , az IBM.com webhelyen ,2007. június 26(megtekintés : 2012. június 9. ) .
  2. Top 500 rangsor 2013. június .
  3. (in) USDA Nemzeti Tápanyag Adatbázis a standard referenciához , a nal.usda.gov oldalon .
  4. TOP500 lista - 2011. november (1-100) a top500.org oldalon .
  5. TOP500 lista - 2012. június (1-100) a top500.org oldalon .
  6. "A világ legerősebb szuperszámítógépe a kínai" , The Monde.fr , 2013. június 18.
  7. "Kína lesz az első számítási erő a világon" , Jean-Marc De Jaeger, Le Figaro .fr , 2016. június 21.
  8. (en-USA) George Dvorsky, "  A világ legerősebb szuperszámítógépe egy abszolút fenevad  " , Gizmodo ,2018. június 8( online olvasás )
  9. (hu-USA) Elijah Wolfson, "  Az Egyesült Államok éppen visszavette a világ leggyorsabb szuperszámítógépének címét Kínából  " , Quartz ,2018. június 9( online olvasás )
  10. (en-US) „  Az IBM és a Department of Energy mutogatni világ leggyorsabb szuperszámítógépe, Summit  ” , Digital Trends ,2018. június 9( online olvasás , konzultáció 2018. június 10 - én )
  11. "A  Fujitsu bemutatja a 415-PFLOPS-ot: a világ legerősebb számítógépét  " a Siècle Digital-on ,2020. június 24.
  12. „  Japán elindítja a legerősebb szuperszámítógép a világon harcolni Covid-19  ” , a Les Echos ,2020. június 23.
  13. "  CM-5/128 | TOP500 szuperszámítógépes webhelyek  ” címen a www.top500.org oldalon (hozzáférés : 2016. május 31. ) .
  14. "  T3E | TOP500 szuperszámítógépes webhelyek  ” címen a www.top500.org oldalon (hozzáférés : 2016. május 31. ) .
  15. "  AlphaServer SC45, 1 GHz  " , a www.top500.org címen (hozzáférés : 2015. november 22. ) .
  16. „  Tera-10 - NovaScale 5160, Itanium2 1,6 GHz, Quadrics  ” , www.top500.org (elérhető : 2015. november 22. ) .
  17. „  Blue Gene / P megoldás | TOP500 szuperszámítógépes webhelyek  ” , a www.top500.org oldalon (hozzáférés : 2016. június 2. )
  18. Jade | TOP500 szuperszámítógépes webhelyek  ” , a top500.org oldalon ,2010. november(megtekintés : 2010. június 11. ) .
  19. (in) Tera 100 Top 500 rangsor 2010. novemberében a top500.org oldalon .
  20. „  Curie vékony csomópontok - Bullx B510, Xeon E5-2680 8C 2.700GHz, Infiniband QDR | TOP500 szuperszámítógépes webhelyek  ” címen a www.top500.org oldalon (hozzáférés : 2016. május 31. ) .
  21. TOP500 lista - 2012. június (1-100) a top500.org oldalon .
  22. „Pangea: Total szuperszámítógépe a 14 th legerősebb a világon” , 2013. november szóló connaissancedesenergies.org .
  23. „  Pangea - SGI ICE X, Xeon E5-2670 8C 2.600GHz, Infiniband FDR | TOP500 szuperszámítógépes webhelyek  ” címen a www.top500.org oldalon (hozzáférés : 2016. május 31. ) .
  24. (in) "  Occigen - bullx DLC Xeon 2.6GHz E5-2690v3 12C, Infiniband FDR  " a TOP500.org oldalon (megtekintve: 2016. április 4.).
  25. "  Total megháromszorozza a hatalom a szuperszámítógép Pangea - Le Monde Informatique  " , a LeMondeInformatique (elérhető április 25, 2016 ) .
  26. 2012. június 500-a , a linuxfr.org oldalon .
  27. (in) Steven J. Vaughan-Nichols, "  Linux szuperszámítógépek teljesen uralja  " a ZDNet .com ,2017. november 14

Függelékek

Bibliográfia

Kapcsolódó cikkek

Külső linkek