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テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト
スーパーコンピューター。 発明と生産の歴史
ディレクトリ / テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト スーパーコンピューターは、技術的パラメータにおいて既存のほとんどのコンピューターを大幅に上回るコンピューティング マシンです。 一般に、最新のスーパーコンピューターは、並列コンピューティング アプローチのフレームワーク内で最大のパフォーマンスを達成するために、ローカルの高速バックボーンによって相互に接続された多数の高性能サーバー コンピューターです。 1996 年、イギリスのコンピューティング博物館のキュレーターである Doron Swade は、センセーショナルなタイトルの記事を書きました。冷戦時代に技術的優位性を宣言した」 実際、1960 年代半ばは、ソビエトのコンピューター技術の歴史の頂点でした。 当時、多くのクリエイティブチームがソ連 - S.A.の研究所で働いていました。 Lebedeva, I.S. Bruk, V.M. Glushkovなど 同時に、さまざまな目的のために、多くの場合、互いに互換性のない多くの異なるタイプのマシンが製造されました。 1965 年に作成され、1967 年に初めてリリースされた BESM-6 は、西側の対応するコンピューターと同等に設計されたロシアのオリジナルのコンピューターでした。 それから有名な「Elbrus」があり、BESM（Elbrus-B）の開発がありました。 VM Glushkov は素晴らしい工学計算機 - 「Mir-2」 (パーソナル コンピューターのプロトタイプ) を作成しましたが、これにはまだ西洋の類似物がありません。 スーパースカラー アーキテクチャを最初に開発したのは Elbrus チームであり、西洋よりも何年も前にそれに基づいて Elbrus-1 マシンを構築しました。 このチームでは、スーパーコンピューターの製造で認められたリーダーである会社「Cray」よりも数年前に、マルチプロセッサーコンピューターのアイデアが実装されました。
Elbrus グループの科学リーダーであり、教授であり、ロシア科学アカデミーの対応メンバーである Boris Artashesovich Babayan は、このグループの最も重要な成果は、Elbrus-3 スーパーマシンのアーキテクチャであると考えています。 「このマシンの論理速度は、既存のすべてのマシンよりもはるかに高速です。つまり、同じハードウェア上で、このアーキテクチャにより、タスクを数倍高速化できます。セキュア プログラミングのハードウェア サポートを初めて実装しました。 「Elbrus-3」は1991年に構築されました。私たちの研究所ではすでに準備が整っていたので、デバッグを開始しました。欧米の企業は、そのようなアーキテクチャを作成する可能性について多くのことを話しました...技術は最悪だったが、アーキテクチャは非常に完璧だったので、このマシンは当時のアメリカ最速のスーパーカーである Cray Y-MP よりも XNUMX 倍高速でした。」 セキュア プログラミングの原則は現在、Java 言語の概念に実装されており、Intel が HP と共同で開発した新世代プロセッサ Merced の基礎は、Elbrus の概念に似ています。 「Merced を見ると、実質的に Elbrus-3 と同じアーキテクチャです。Merced のいくつかの詳細は異なるかもしれませんが、それは良いことではありません。」 したがって、一般的な停滞にもかかわらず、コンピューターやスーパーコンピューターを構築することは依然として可能でした。 残念ながら、ロシアの業界全般に起こったのと同じことが私たちのコンピューターにも起こりました。 しかし今日、一見エキゾチックな新しいパラメーターは、従来のマクロ経済指標（GDP、金、外貨準備など）の数、つまり国が持つコンピューターの総容量を把握しようと絶えず努力しています。 この指標では、スーパーコンピューターが最大のシェアを占めます。 XNUMX年前、これらのマシンはユニークなモンスターでしたが、現在は生産が開始されています。 「当初、コンピューターは核とロケットの研究に関連する複雑な計算のために作成されました」と、Kompaniya誌のArkadyVolovikは書いています。核兵器、そしてこれらの実験は最終的に超大国が核兵器の実際のテストを放棄することを可能にしましたしたがって、IBMの強力なマルチプロセッサコンピュータブルーパシフィックは核兵器テストをシミュレートするために正確に使用されています実際、コンピュータ科学者は核実験を停止するための交渉CompaqComputerCorp.は、2500個のアルファプロセッサをベースにしたヨーロッパ最大のスーパーコンピューターを構築します。フランス原子力委員会は、核実験を行わずにフランスの兵器のセキュリティを向上させるためにスーパーコンピューターを使用します。 航空技術の設計には、それほど大規模な計算は必要ありません。 航空機のパラメータをモデル化するには、膨大な電力が必要です。たとえば、航空機の表面を計算するには、翼と胴体の各ポイントでのXNUMX平方センチメートルあたりの気流のパラメータを計算する必要があります。 言い換えれば、各平方センチメートルの方程式を解く必要があり、航空機の表面積は数十平方メートルです。 サーフェスのジオメトリを変更するときは、すべてを再計算する必要があります。 さらに、これらの計算は迅速に行う必要があります。そうしないと、設計プロセスが遅れます。 宇宙工学に関しては、それは飛行ではなく計算から始まりました。 スーパーコンピューターには、ここでの応用のための巨大な分野があります。」 ボーイング社は、Linux NetworX によって開発されたスーパークラスターを展開し、さまざまな目的で衛星を打ち上げるために設計されたデルタ IV ロケットの燃料の挙動をシミュレートするために使用しました。 検討された 96 つのクラスター アーキテクチャのうち、Boeing は Linux NetworX クラスターを選択しました。これは、運用コストが許容範囲内であり、コンピューティング能力の点で Delta IV プロジェクトの要件を上回っているためです。 クラスタは、AMD Athlon 850 MHz プロセッサに基づく XNUMX 台のサーバーで構成され、高速イーサネット接続を介して相互接続されています。 2001 年、IBM はハワイのスーパーコンピューティング センターにある米国国防総省のために、毎秒 512 億回の処理能力を持つ 478 プロセッサの Linux クラスターを設置しました。 ペンタゴンに加えて、クラスターは他の連邦省庁や科学機関でも使用されます。特に、森林火災の広がりの速度と方向を予測するためのクラスターです。 このシステムは、256 台の IBM eServerx330 シン サーバーで構成され、それぞれに XNUMX つの Pentium-III プロセッサが搭載されています。 サーバーは、Myricom が開発したクラスタリング メカニズムを使用してリンクされます。 ただし、スーパーコンピューターの適用範囲は軍産複合体に限定されません。 今日、バイオテクノロジー企業はスーパーコンピューターの主要な顧客です。
「ヒューマン ゲノム プログラムの一環として、IBM は数万のプロセッサを搭載したコンピューターを作成する注文を受けました。しかし、ヒト ゲノムの解読だけがコンピューターの使用例ではありません。生物学: 今日の新薬の作成は、強力なコンピューターの使用によってのみ可能です.したがって、製薬大手はコンピューター技術に多額の投資を余儀なくされ、Hewlett-Packard、Sun、Compaq の市場を形成しています.新しい薬は5-7年かかり、かなりの財政的費用が必要でした. しかし、今日の薬は、薬を「作る」だけでなく、人間への影響を評価する強力なコンピューターをモデルにしています. アメリカの免疫学者は、160と戦うことができる薬を作成しました.ウイルス. この薬は、コンピューター上でXNUMXか月間モデル化されました. 別の方法で作成するには、数年の作業が必要です. そして、ロスアラモス国立研究所では、世界的なエイズ流行がその発生源に「ロールバック」されました。 AIDSウイルスのコピーに関するデータがスーパーコンピューターに入力され、これにより、最初のウイルスの出現時期である1930年を特定することが可能になりました. 1990 年代半ばに、スーパーコンピューターの別の主要な市場が出現しました。 この市場は、インターネットの発展に直接関係しています。 Web 上の情報量は、前例のない割合に達し、増え続けています。 さらに、インターネット上の情報は非線形的に増加しています。 データ量の増加に伴い、文章や絵に音楽や映像、アニメーションが追加されるなど、プレゼンテーションの形も変化しています。 その結果、XNUMX つの問題が発生しました。増え続けるデータをどこに保存するか、そして適切な情報を見つけるまでの時間を短縮するにはどうすればよいかということです。 スーパーコンピューターは、大量のデータを処理する必要があるすべての分野でも使用されています。 たとえば、銀行、ロジスティクス、観光、輸送などです。 Compaqは最近、米国エネルギー省に200億ドルのスーパーコンピューター契約を結びました。 PCゲーム会社Squareの坂口博信社長は「本日、当社のゲームをもとに動画を準備しています。Squareは動画の5コマを1時間で『計算』しています。GCubeでは、この演算に30/XNUMX秒かかります」と語る。 ." したがって、メディア制作のプロセスは新しいレベルに達します。製品の作業時間が短縮され、映画やゲームのコストが大幅に削減されます。 激しい競争により、プレーヤーはスーパーコンピューターの価格を引き下げる必要があります。 価格を抑える XNUMX つの方法は、多くの標準プロセッサを使用することです。 このソリューションは、大規模なコンピューター市場の複数の「プレーヤー」によって同時に発明されました。 その結果、購入者を満足させる比較的安価なシリアル サーバーが市場に登場しました。 確かに、面倒な計算を小さな部分に分割し、そのような各部分の実行を別の安価な大量生産プロセッサに任せる方が簡単です。 たとえば、最近まで世界最速のコンピューターの TOP500 テーブルの最初の行を占めていた "Intel" の ASCI Red は、9632 個の従来の Pentium プロセッサで構成されています。 このアーキテクチャのもう XNUMX つの重要な利点はスケーラビリティです。プロセッサの数を増やすだけで、システムのパフォーマンスを向上させることができます。 確かに、いくつかの留保があります。まず、個々のコンピューティングノードの数が増加しても、パフォーマンスは正比例して増加しませんが、やや遅くなり、必然的に時間の一部がプロセッサ間の相互作用の整理に費やされます。第二に、ソフトウェアの複雑さが大幅に増加します。 しかし、これらの問題はうまく解決されており、「並列コンピューティング」のアイデアそのものが XNUMX 年以上にわたって発展してきました。 「XNUMX年代の初めに、新しいアイデアが生まれました」とイズベスチヤのYuri Revichは書いています。「これは、メタコンピューティングまたは「分散コンピューティング」と呼ばれていました。このようなプロセスの編成により、個々のコンピューティングノードは構造的に結合されなくなりました。当初は、さまざまなレベルのコンピューターをXNUMXつのコンピューティングコンプレックスに結合することを目的としていました。たとえば、予備的なデータ処理はユーザーワークステーションで実行でき、基本的なモデリングはベクトルパイプラインスーパーコンピューターで実行でき、大規模なソリューションを実現できます。線形方程式のシステム-大規模並列システム上、および結果の視覚化-特別なグラフィックステーション上。 高速通信チャネルで接続された個別のステーションは同じランクになる可能性があります。これはまさに、現在 TOP500 で最初の行を占めている IBM の ASCI White スーパーコンピューターが 512 の個別の RS / 6000 サーバー (カスパロフを破る）。 しかし、インターネットの普及とともに獲得した「流通」という考え方の本当の範囲。 このようなネットワーク内の個々のノード間の通信チャネルは高速とは言えませんが、一方で、ノード自体の数はほぼ無制限にダイヤルできます。地球の反対側に設定されたタスクを実行します。 地球外文明のSETI@Home検索の驚異的な成功に関連して、一般の人々が初めて「分散コンピューティング」について話し始めました。 エイリアンとの接触を見つけるという高貴な目的のために夜に電気にお金を費やす1,5万人のボランティアは、8 Tflopsの計算能力を提供します。これは、記録保持者よりわずかに遅れています。前述のASCIWhiteスーパーコンピューターは12Tflopsの「速度」を開発します。 プロジェクトディレクターのDavidAnderson氏によると、「私たちのプロジェクトと同等のパワーを持つ100台のスーパーコンピューターはXNUMX億ドルの費用がかかり、ほとんど何もないところから作成しました」。 米国出身の若い数学学生である Colin Percival は、分散コンピューティングの可能性を効果的に示しました。 2,5 年間、世界 1742 か国からの XNUMX 人のボランティアの助けを借りて、彼は特定の競技会で一度に XNUMX つの記録を打ち立てました。 以前は、小数点以下 XNUMX 兆と XNUMX 兆の桁数を計算することができました。最近では、どの数字が XNUMX 兆の位置にあるかを判断することができました。 スーパーコンピューターのパフォーマンスは、ほとんどの場合、XNUMX 秒あたりの浮動小数点演算 (FLOPS) で測定および表現されます。 これは、スーパーコンピューターが作成される数値モデリング タスクでは、ほとんどの場合、整数ではなく高精度の実数を含む計算が必要であるという事実によるものです。 したがって、スーパーコンピューターの場合、従来のコンピューター システムのパフォーマンスの尺度である XNUMX 秒あたりの操作数 (MIPS) は適用できません。 曖昧さと近似性にもかかわらず、フロップでの評価により、客観的な基準に基づいてスーパーコンピューター システムを相互に比較することが容易になります。 最初のスーパーコンピューターのパフォーマンスは約 1 kflops でした。 1000 秒あたり 6600 回の浮動小数点演算。 1 万フロップス (1 メガフロップス) のパフォーマンスを備えた CDC 1964 コンピューターは 1 年に開発されました。 1 億フロップス (2 ギガフロップス) の壁は、1983 年に NEC SX-1.3 スーパーコンピューターによって 1 ギガフロップスの結果で超えられました。 1 兆フロップス (1996 テラフロップス) の制限は、1 年に ASCI Red スーパーコンピューターによって達成されました。 1 京フロップス (2008 ペタフロップス) というマイルストーンは、IBM Roadrunner スーパーコンピューターによって 2016 年に達成されました。 1 年までに XNUMX 秒あたり XNUMX 京の浮動小数点演算を実行できるエクサスケール コンピューターを作成するための作業が現在進行中です。 著者：Musskiy S.A.
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