Сеймур Крей и Суперкомпьютер

Многие из нас знакомы с компьютеры. Вы, вероятно, используете его сейчас, чтобы прочитать этот пост, поскольку такие устройства, как ноутбуки, смартфоны и планшеты, по сути, являются одной и той же базовой вычислительной технологией. Суперкомпьютеры, с другой стороны, несколько эзотеричны, так как их часто считают громоздкими, дорогостоящими, энергососущие машины, разработанные, в общем, для государственных учреждений, исследовательских центров и крупных фирмы.

Возьмем, к примеру, китайский Sunway TaihuLight, в настоящее время самый быстрый суперкомпьютер в мире, согласно рейтингу суперкомпьютеров Top500. Он состоит из 41 000 микросхем (одни процессоры весят более 150 тонн), стоит около 270 миллионов долларов и обладает номинальной мощностью 15 371 кВт. С другой стороны, он способен выполнять квадриллионы вычислений в секунду и может хранить до 100 миллионов книг. Как и другие суперкомпьютеры, он будет использоваться для решения самых сложных задач в таких областях науки, как прогнозирование погоды и исследования лекарственных препаратов.

Идея суперкомпьютера впервые возникла в 1960-х годах, когда инженер-электрик по имени Сеймур Крей начал создавать самый быстрый в мире компьютер. Крэй, которого считают «отцом суперкомпьютеров», оставил свой пост в гиганте бизнес-вычислений Сперри-Рэнд присоединится к недавно созданной корпорации Control Data, чтобы сосредоточиться на разработке научные компьютеры. Название самого быстрого компьютера в мире в то время принадлежало IBM 7030 «Stretch», одному из первых, кто использовал транзисторы вместо вакуумных ламп.

В 1964 году компания Cray представила CDC 6600, в котором были реализованы такие инновации, как переключение германиевых транзисторов в пользу кремния и система охлаждения на основе фреона. Что еще более важно, он работал на скорости 40 МГц, выполняя примерно три миллиона операций с плавающей запятой в секунду, что делало его самым быстрым компьютером в мире. Часто считается первым в мире суперкомпьютером, CDC 6600 был в 10 раз быстрее большинства компьютеров и в три раза быстрее IBM 7030 Стретч. В 1969 году название было передано его преемнику CDC 7600.

В 1972 году Крэй покинул Control Data Corporation и основал собственную компанию Cray Research. После некоторого времени привлечения начального капитала и финансирования от инвесторов, Cray дебютировал Cray 1, который снова поднял планку производительности компьютера с большим отрывом. Новая система работала с тактовой частотой 80 МГц и выполняла 136 миллионов операций с плавающей запятой в секунду (136 мегафлопс). Другие уникальные особенности включают новый тип процессора (векторную обработку) и оптимизированный по скорости дизайн в форме подковы, который минимизирует длину цепей. Cray 1 был установлен в Лос-Аламосской национальной лаборатории в 1976 году.

К 1980-м годам Крей зарекомендовал себя как выдающееся имя в области суперкомпьютеров, и любой новый выпуск, как ожидается, свалит его предыдущие усилия. Поэтому, пока Cray был занят работой над преемником Cray 1, отдельная команда компании выпустила Cray X-MP, модель, которая была объявлена ​​как более «очищенная» версия Cray 1. Он имел тот же дизайн в форме подковы, но имел несколько процессоров, разделял память и иногда описывался как два Cray 1, соединенных вместе как один. Cray X-MP (800 мегафлопс) был одним из первых «многопроцессорных» проектов и помог открыть дверь для параллельная обработка, при которой вычислительные задачи разбиваются на части и выполняются одновременно другой процессоры.

Cray X-MP, который постоянно обновлялся, служил стандартным носителем до долгожданного запуска Cray 2 в 1985 году. Как и его предшественники, последние и лучшие Cray приняли тот же подковообразный дизайн и базовую компоновку со встроенными интегральными схемами на логических платах. На этот раз, однако, компоненты были забиты настолько плотно, что компьютер должен был быть погружен в систему жидкостного охлаждения, чтобы рассеивать тепло. Cray 2 был оснащен восемью процессорами, с «процессором переднего плана», отвечающим за обработку памяти, память и предоставление инструкций «фоновым процессорам», которым было поручено выполнение фактических вычислений. В целом, он набрал 1,9 млрд. операции с плавающей точкой в секунду (1,9 гигафлопс), в два раза быстрее, чем Cray X-MP.

Само собой разумеется, Крэй и его проекты управляли ранней эрой суперкомпьютера. Но он был не единственным, кто продвигал поле. В начале 80-х годов также появились массивно параллельные компьютеры, работающие на тысячах процессоров, работающих в тандеме, чтобы преодолеть барьеры производительности. Некоторые из первых многопроцессорных систем были созданы В. Даниэль Хиллис, который придумал эту идею в качестве аспиранта в Массачусетском технологическом институте. В то время целью было преодолеть ограничения скорости, связанные с прямыми вычислениями ЦП среди других процессоры путем разработки децентрализованной сети процессоров, которые функционируют аналогично нейронному мозгу сеть. Его внедренное решение, представленное в 1985 году как Соединительная машина или CM-1, включало 65 536 взаимосвязанных однобитных процессоров.

Начало 90-х ознаменовало начало конца для Крэя мертвой хваткой на суперкомпьютерах. К тому времени пионер суперкомпьютеров отделился от Cray Research и создал Cray Computer Corporation. Дела компании пошли на юг, когда проект Cray 3, предполагаемый преемник Cray 2, столкнулся с целым рядом проблем. Одной из главных ошибок Cray было использование арсенид-галлиевых полупроводников - более новой технологии - в качестве способа достижения поставленной цели - двенадцатикратного улучшения скорости обработки. В конечном счете, сложность их производства, наряду с другими техническими сложностями, в конечном итоге откладывается проект в течение многих лет и в результате многие потенциальные клиенты компании в конечном итоге потеряли интерес. Вскоре у компании кончились деньги и подали заявку на банкротство в 1995 году.

Борьба Крэя сменится своего рода защитником, поскольку конкурирующие японские компьютерные системы будут доминировать в этой области на протяжении большей части десятилетия. Находящаяся в Токио корпорация NEC впервые появилась на сцене в 1989 году с SX-3, а год спустя представила четырехпроцессорную версию, которая стала самым быстрым в мире компьютером, но только затем затмила в 1993 году. В этом году числовой аэродинамический туннель Fujitsu с грубой силой 166 векторных процессоров стал первым суперкомпьютером, который превзошел 100 гигафлопс (примечание: дать вам Представление о том, как быстро развиваются технологии, самые быстрые потребительские процессоры в 2016 году могут легко сделать более 100 гигафлопс, но в то время это было особенно впечатляюще). В 1996 году Hitachi SR2201 увеличил ставку на 2048 процессоров, достигнув пиковой производительности в 600 гигафлопс.

Теперь, где был Intel? Компания, которая зарекомендовала себя как ведущий производитель чипов на потребительском рынке, на самом деле не произвела сенсацию в области суперкомпьютеров до конца века. Это было потому, что технологии были совершенно разными животными. Например, суперкомпьютеры были спроектированы так, чтобы максимально использовать вычислительную мощность компьютеры были все о снижении эффективности из-за минимальных возможностей охлаждения и ограниченного энергопотребления. Таким образом, в 1993 году инженеры Intel наконец-то сделали решительный шаг, приняв смелый подход, проводя массовую параллель с 3680 процессоров Intel XP / S 140 Paragon, которые к июню 1994 года поднялись на вершину суперкомпьютера рейтинги. Это был первым массово параллельный суперкомпьютер процессора бесспорного самой быстрой система в мире.

До этого момента суперкомпьютеры были в основном областью тех, у кого есть такие глубокие карманы для финансирования таких амбициозных проектов. Все изменилось в 1994 году, когда подрядчики в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА, у которых не было такой роскоши, придумали умный способ использовать возможности параллельных вычислений, связывая и конфигурируя ряд персональных компьютеров с использованием Ethernet сеть. Разработанная ими система «кластер Беовульф» состояла из 16 процессоров 486DX, способных работать в диапазоне гигафлопс и стоивших менее 50 000 долларов. У него также было отличие от запуска Linux вместо Unix до того, как Linux стала операционной системой для суперкомпьютеров. Вскоре повсюду в мире делали самоделки, создавая собственные кластеры Беовульфа.

После того, как в 1996 году уступил название Hitachi SR2201, Intel вернулась в этом году с дизайном на основе Paragon под названием ASCI Red, который состоял из более чем 6000 200 МГц. Процессоры Pentium Pro. Несмотря на то, что ASCI Red отказался от векторных процессоров в пользу готовых компонентов, он стал первым компьютером, преодолевшим барьер в один триллион флопов (1 терафлопс). К 1999 году обновления позволили ему преодолеть три триллиона флопов (3 терафлопа). ASCI Red был установлен в Сандийских национальных лабораториях и использовался главным образом для моделирования ядерных взрывов и оказания помощи в поддержании страны. ядерный арсенал.

После того, как Япония вернула себе лидерство в области суперкомпьютеров на период с NEC Earth Simulator 35,9 терафлопс, IBM подняла суперкомпьютинг на небывалую высоту, начав в 2004 году с Blue Gene / L. В том же году IBM дебютировала с прототипом, который едва справился с симулятором Земли (36 терафлопс). И к 2007 году инженеры увеличат аппаратное обеспечение, чтобы повысить его производительность до пика почти в 600 терафлопс. Интересно, что команда смогла достичь таких скоростей, используя подход, основанный на использовании большего количества чипов, которые были относительно маломощными, но более энергоэффективными. В 2008 году IBM снова начала свою работу, когда включила Roadrunner, первый суперкомпьютер, скорость которого превысила один квадриллион операций с плавающей запятой в секунду (1 петафлопс).