Суперкомпьютеры XXI века

Рост производительности компьютеров пока подчиняется феноменологическому закону Г.Мура, который гласит, что производительность компьютеров увеличивается в два раза каждые 18 месяцев. В ХХ веке этот закон был применим и к быстродействию (тактовой частоте) микропроцессоров. Сегодня возможности увеличения тактовой частоты исчерпаны, но рост производительности продолжается за счет увеличения числа процессоров в суперкомпьютерах и серверах, а также построения многоядерных персональных компьютеров. При этом справедливость закона Мура сохраняется в отношении степени интеграции СБИС.

Рис. 1.  Общий вид и стойка суперкомьютера IBM BlueGene/L

В табл. 1 приведены сведения о лидерах мирового списка Top500 наиболее производительных компьютеров мира. Этот список публикуется два раза в год, официальная страница Top500 находится по адресу http://www.top500.org/. Данные табл. 1 подтверждают рост производительности по показательному закону. В ноябрьских списках 2004-2007 годов первое место занимал суперкомпьютер BlueGene/L (рис. 1), включающий более 16 тысяч процессорных модулей (рис. 2), каждый из которых состоит из четырех двухпроцессорных СБИС.

Таблица 1    

Лидер июньского 2008 г. списка — суперкомпьютер IBM Roadrunner BladeCenter QS22/LS21 Cluster, построенный напроцессорах Opteron 1.8 ГГц и PowerXCell 3.2 ГГц с межстоечными связями на основе Infiniband. Компьютер занимает приблизительно 12,000 1100 м² и весит 226 тонн. Энергопотребление — 3,9 MВт. Цена 133 млн долларов.

Рис. 2.  Модуль с восемью процессорами

Лидер списка TOP500 июня 2010 г. - суперкомпьютер Jaguar - Cray XT5-HE, построенный на 224 тысячах процессоров Opteron с тактовой частотой 2.6 ГГц, имеет производительность 1,76 Pflops.

Самый мощный компьютер, имевшийся в России к ноябрю 2007 г., — Cluster Hewlett-Packard BL460c на 3760 микропроцессорах Xeon, производительность 33,8 Tflop/s, занимал 33 место в списке Top500. Установлен в Объединенном суперкомпьютерном центре. В июне 2008 г. он был отодвинут на 56-е место.

Лучший в России компьютер на 2008 г. — СКИФ Т60, установленный в МГУ, занимал в списке Top500 36-е место с производительностью 47 Tflop/s (рис. 3). Его характеристики:

• Пиковая производительность 60 TFlop/s

• Производительность на Linpack 47.04 TFlop/s (78.4% от пиковой)

• Число процессоров/ядер в системе 1250 / 5000

• Модель процессора Intel Xeon E5472 3.0 ГГц

• Объём оперативной памяти 5.5 Тбайт

• Дисковая память узлов 60 Тбайт

• Число стоек всего/вычислительных 42 / 14

• Число блэйд-шасси/вычислительных узлов 63 / 625,

Все узлы в СКИФ Т60 связаны тремя независимыми сетями:

• Системная сеть: InfiniBand DDR (Mellanox ConnectX), (Fat Tree: 6x144 порта; латентность на уровне MPI: 1.3-1.95 мкс; скорость обмена на уровне MPI: 1540 Мбайт/с);

• Вспомогательная сеть: Gigabit Ethernet (2x(336 портов+4x10G) + 2x(48 портов+4x10G) + 24x10G);

• Управляющая сеть: СКИФ-ServNet+IPMI.

Другие характеристики:

• Общая занимаемая площадь 96 м²;

• Общий вес 30 т ;

• Номинальное энергопотребление компьютера 330 кВт;

• Общее энергопотребление комплекса 720 кВт.

Рис. 3.  СКИФ Т60

К июню 2010 г. лидером среди отечественных суперкомпьютеров стал "Ломоносов", установленный в вычислительном центре МГУ. Он занимает 13 место в Top500. Его производительность 0,35 Pflops.

Помимо суперкомпьютинга, рост вычислительных мощностей для реализации сложных ресурсоемких приложений обеспечивается в GRID-технологиях. Это технологии распределенных вычислений, основанные на рациональной загрузке ресурсов и/или совместном использовании распределенных ресурсов вычислительных сетей.

GRID-технологии можно трактовать как способы создания сверхмощных виртуальных суперкомпьютеров, которые могут превосходить реальные суперкомпьютеры по показателям производительности, масштабируемости, доступности при существенно меньших затратах средств. Создание GRID-систем подразумевает прежде всего стандартизацию в области учета и доступа к ресурсам, обеспечения требуемого качества и безопасности обслуживания.