Прогноз развития супер ЭВМ
и разработки по суперсистемам
стимулируют целый комплекс фундаментальных и прикладных исследований,
результаты которых используются в дальнейшем в других областях. Прежде
всего, это касается архитектуры и схемотехники вычислительных машин,
высокочастотных интегральных схем и средств межсоединений, эффективных
систем отвода тепла. Не менее важны результаты по методам распараллеливания
при выполнении отдельных операций и участков программ на аппаратном уровне,
методам построения параллельных алгоритмов, языков и программных систем для
эффективного решения больших задач.
В развитии вычислительных средств можно выделить три основные
проблемы:
- повышение производительности;
- повышение надежности;
- покрытие семантического разрыва.
Этапы развития вычислительных средств принято различать по поколениям
машин. Характеристика поколения определяется конкретными показателями,
отражающими достигнутый уровень в решении трех перечисленных проблем.
Поскольку подавляющий вклад в развитие вычислительных средств всегда
принадлежал технологическим решениям, основополагающей характеристикой
поколения машин считалась элементная база. И действительно, переход на
новую элементную базу хорошо коррелируется с новым уровнем показателей
производительности, надежности и сокращения семантического разрыва.
В настоящее время актуальным является переход к новым поколениям
вычислительных средств. По сложившейся традиции решающая роль отводится
технологии производства элементной базы. В то же время становится
очевидным, что технологические решения утратили монопольное положение. Так,
например, в ближайшей перспективе заметно возрастает значение проблемы
покрытия семантического разрыва, что отражается в необходимости создания
высокосложных программных продуктов и требует кардинального снижения
трудоемкотси программирования. Эта проблема решается преимущественно
архитектурными средствами. Роль технологии здесь может быть только
косвенной: высокая степень интеграции создает условия для реализации
архитектурных решений.
В настоящее время одним из доминируюших направлений развития суперЭВМ
являются вычислительные системы c MIMD-параллелизмом на основе матрицы
микропроцессоров. Для создания подобных вычислительных систем, состоящих из
сотен и тысяч связанных процессоров, потребовалось преодолеть ряд сложных
проблем как в программном обеспечении (языки Parallel Pascal, Modula-2,
Ada), так и в аппаратных средствах (эффективная коммутационная среда,
высокоскоростные средства обмена, мощные микропроцессоры). Элементная база
современных выcокопроизводительных систем характеризуется выcокой степенью
интеграции (до 3,5 млн. транзисторов на кристалле) и высокими тактовыми
частотами (до 600 МГц).
В настоящее время все фирмы и все университеты США, Западной Европы и
Японии, разрабатывающие суперЭВМ, ведут интенсивные исследования в области
многопроцессорных суперЭВМ с массовым параллелизмом, создают множество их
типов, организуют их производство и ускоренными темпами осваивают мировой
рынок в этой области. Многопроцессорные ЭВМ с массовым параллелизмом уже
сейчас существенно опережают по производительности традиционные суперЭВМ с
векторно-конвейерной архитектурой. Системы с массовым параллелизмом
предъявляют меньшие требования к микропроцессорам и элементной базе и имеют
значительно меньшую стоимость при любом уровне производительности, чем
векторно-конвейерные суперЭВМ. Уже в текущем десятилетии производительность
суперЭВМ с массовым параллелизмом достигнет колоссальной величины (
десятков тысяч миллиардов операций в секунду с плавающей запятой над 64-
разрядными числами (десятков Тфлопс).
На ежегодной конференции в Чепел-Хилл(Сев.Каролина) представлен проект
фирмы IBM, целью которого является создание гиперкубического параллельного
процесора в одном корпусе. Конструкция, названная Execube, имеет 8 16-
разрядных микропроцесоров, встроенных в кристалл 4Мбит динамического
ЗУ(ДЗУ). При этом степень интеграци составляет 5 млн. транзисторов.
Микросхема изготовлена по КМОП-технологии с тремя уровнями металлизации на
заводе IBM Microelectronic (Ясу,Япония). Execube представляет собой попытку
повышения степени интеграции процессора с памятью путем более эффективного
доступа к информации ДЗУ. По существу, память превращается в расширенные
регистры процессоров. Производительность микросхемы составляет 50 млн оп/с.
Фирма CRAY Research обёявила о начале выпуска суперкопьютеров CRAY
T3/E. Основная характеристика, на которой акцентировали внимание
разработчики - масштабируемость. Минимальная конфигурация составляет 8
микропроцессоров, максимальная- 2048. По сравнению с предыдущей моделью
T3/D соотношение цена/производительность снижена в 4 раза и составляет 60
долл/Мфлопс, чему способствовало применение недорогих процессоров DEC Alpha
EVC, изготовленных по КМОП-технологии. Предполагаемая стоимость модели Т3/Е
на основе 16 процессоров с 1-Гбайт ЗУ составит 900 тыс. долларов, а цена
наиболее мощной конфигурации (1024 процессора, ЗУ 64 Гбайт) -39,7 млн.
долларов при пиковой производительности 600 Гфлопс.
Одним из способов дальнейшего повышения производительности
вычислительной системы является объединение суперкомпьютеров в кластеры при
помощи оптоволоконных соединений. С этой целью компьютеры CRAY T3/E
снабжены каналами ввода/вывода с пропускной способностью 128 Гбайт/с.
Потенциальные заказчики проявляют повышенный интерес к новой разработке
фирмы. Желание приобрести компьютер изъявили такие организации как
Pittsburgh Supercomputer Center, Mobile Oil, Департамент по океанографии и
атмосферным исследованиям США. При этом подписано несколько контрактов на
изготовление нескольких компьютеров 512-процессорной конфигурации.
Среди японских компаний следует выделить фирму Hitachi, которая
выпустила суперкомпьютер SR2201 с массовым параллелизмом, содержащий до
2048 процесоров. В основе системы переработанная компанией процессорная
архитектура RA-RISC от фирмы Hewlett-Paccard. Псевдовекторный процессор
функционирует под управлением ОС HP-UX/MPP Mash 3.0. В компьютере, кроме
того, использована система поддержки параллельного режима работы Express,
созданная корпорацией Parasoft и получившая название ParallelWare.
Производительность нового компьютера составляет 600 Гфлопс. К марту 1999 г.
фирма планирует продать 30 суперкомпьютеров.
Одним из наиболее масштабных проектов в области создания
вычислительных средств с массовым параллелизмом является проект фирмы Intel
по разработке самого быстродействующего компьютера на основе
микропроцессоров шестого поколения P6. Новая система , которую планируется
установить в Sandia National Laboratories будет состоять из 9000
процессоров Pentium P6 и иметь пиковую производительность 1000 ГФлопс.
Заказчиком системы является министерство энергетики США. При этом основной
областью применения будет являться моделирование подземных ядерных взрывов
, что позволит тратить 25 млн. долларов в год вместо 300 млн.
За последнее десятилетие имеет место следующая днинамика роста
производительности параллельных вычислительных систем в США:
1987 г. - 50 Мфлопс
1989 г. - 1 Гфлопс(суперкомпьютеры СМ)
1991 г. - 10 Гфлопс(векторные процессоры и процессоры серии 528)
1994г. - 100 Гфлопс (CRAY,PARAGON)
1996-1997гг. – 200-500 Гфлопс (комбинация векторного процессора и куба
поточной обработки).
1998-1999 гг. –1000-3000 Гфлопс (ASCI, T3E)
Особо выдающимися характеристиками отличаются суперкомпьютеры в середине 90-
х годов:
- Фирма IBM ALPS (1024 процессора RS6000, производительность 50 Гфлопс);
-Intel Paragon XPS (1872 процессора, производительность 72,9 Гфлопс);
- Thinking Mashines CM5 (512 процессоров Super Spark, производительность 83
Гфлопс);
- NCube 2SM80 (8192 процессора, производительность 84Гфлопс);
- Numerical Wind Tunnel (140 процессоров, производительность 124 Гфлопс на
тестах LINPACK);
- Intel Paragon XPS Supercomputer (4000 процессоров 1860XP,
производительность 300 Гфлопс)
- Сray Research MPP System (2048 процессоров Alpha, производительность -
300 Гфлопс)
- Thinking Mashines CM5 (16384 процессора Super Spark, производительность
1000 Гфлопс)
Краткие харатеристики наиболее распространенных современных
суперкомпьютеров приведены ниже
IBM RS/6000 SP2
Производитель -International Business Machines (IBM), отделение
RS/6000.
Класс архитектуры: Масштабируемая массивно-параллельная вычислительная
система (MPP).
Узлы имеют архитектуру рабочих станций RS/6000. Существуют несколько
типов "SP-узлов", которые комплектуются различными процессорами: PowerPC
604e/332MHz, P2SC/160MHz, POWER3/MHz (более ранние системы комплектовались
процессорами POWER2/66 и 77MHz). Возможна установка узлов с SMP-
архитекутурой - до 4 процесоров PowerPC. Объем памяти для POWER3-узлов - до
4GB, для PowerPC-узлов - до 3GB.
Доступны конфигурации SP от 2 до 128 узлов (и до 512 по специальному
заказу). Узлы устанавливаются в "стойки" (до 16 узлов в каждой). Одна SP-
система может содержать узлы различных типов.
Узлы связаны между собой высокопроизводительных коммутатором (IBM high-
performance switch), который имеет многостадийную структуру и работает с
коммутацией пакетов.
Cистемное ПО: OC AIX (устанавливается на ка
| | скачать работу |
Прогноз развития супер ЭВМ |