Обзор подготовлен	При поддержке

Основные тенденции в развитии суперкомпьютеров

Еще 10–15 лет назад суперкомпьютеры были чем-то вроде элитарного штучного инструмента, доступного в основном ученым из засекреченных ядерных центров и криптоаналитикам спецслужб. Однако развитие аппаратных и программных средств сверхвысокой производительности позволило освоить промышленный выпуск этих машин, а число их пользователей в настоящее время достигает десятков тысяч. Сегодня использование высокопроизводительных вычислительных систем (суперкомпьютеров) в научных и инженерных проектах является одним из приоритетных направлений технологического развития.

По данным последнего рейтинга Top500, итоги которого подведены в ноябре 2004  г., в первую десятку высокопроизводительных систем вошли следующие суперкомпьютеры.

Top10 суперкомпьютеров в мире

Источник: Top500 Supercomputer Site

Высшую строчку рейтинга занял недостроенный кластер BlueGene/L beta systems компании IBM. Свое название система получила в честь одной из основных задач, ради которой она строилась, а именно — моделирования процесса сворачивания протеина человека. Суперкомпьютер от IBM по производительности, достигающей на  сегодняшний день 70,72 Тфлоп, почти в два раза обогнал бывшего лидера списка Top500 (июня 2004 г.), японский кластер Earth Simulator от NEC (35,86 Тфлоп). Сейчас Earth Simulator находится на 3-м месте в мире. В следующем году, с  запуском полной версии BlueGene, в четыре раза быстрее, чем сейчас, его будет трудно обогнать.

Планируемый срок ввода BlueGene/L в эксплуатацию — май 2005 года. Он займет 64 стойки (около 30 м²) и объединит в себе 130 тыс. процессоров с  тактовой частотой 700 МГц, а его пиковая производительность достигнет около 360  терафлоп. Blue Gene/L будет использоваться для задач моделирования физических явлений, которым требуется вычислительная мощность, намного превышающая возможности современных компьютеров, также новый суперкомпьютер найдет применение в области космологии, исследований поведения двойных звезд, взаимодействия лазера с плазмой и процесса старения ядерного оружия. Стоимость Blue Gene составит около $100 млн.

Второе место в 24-м рейтинге Top500 занял другой американский кластер — созданный для NASA проект «Колумбия», симулятор исследований космоса, производительность которого достигает 51,87 терафлоп. Он состоит из двадцати 512-процессорных систем SGI Altix 512, в общей сложности содержащих 10240  процессоров Intel Itanium 2. Установлен кластер в Исследовательском центре NASA имени Эймса в г. Маунтин-Вью (Калифорния), а его стоимость составляет $50 млн.

Суперкомпьютеры — многопроцессорные высокопроизводительные вычислительные системы, по производительности в сотни и тысячи, а иногда и в десятки тысяч раз превосходящие персональные компьютеры.

Фактически, в наши дни весь мир переживает подлинный бум суперкомпьютерных проектов, результатами которых активно пользуются не только такие традиционные потребители высоких технологий, как аэрокосмическая, автомобильная, судостроительная и радиоэлектронная отрасли промышленности, но и важнейшие области современных научных знаний, вот лишь некоторые из них:

• предсказания погоды, климата и глобальных изменений в атмосфере;
• наука о материалах;
• построение полупроводниковых приборов;
• сверхпроводимость;
• структурная биология;
• разработка фармацевтических препаратов;
• генетика человека;
• квантовая хромодинамика;
• астрономия;
• транспортные задачи;
• гидро- и газодинамика;
• управляемый термоядерный синтез;
• эффективность систем сгорания топлива;
• разведка нефти и газа;
• вычислительные задачи наук о мировом океане;
• распознавание и синтез речи;
• распознавание изображений.

Сферы применения суперкомпьютеров

Источник: Top500 Supercomputer Site

Анализ динамики развития мирового рынка высокопроизводительных систем демонстрирует стремительный рост их мощности, а также повышение их доступности. Эти факторы обуславливают быстрое распространение суперкомпьютерных решений в  различные отрасли экономики, что существенно стимулирует их развитие.

Распределение суперкомпьютеров по странам

Источник: Top500 Supercomputer Site

США взяли курс на достижение абсолютного лидерства в использовании суперЭВМ: если в 1999 г. количество установленных за год компьютеров этого класса в США составляло 27 систем (70% от их общего количества в ведущих станах мира), в 2001  г. США опередили своих конкурентов по темпам роста на 27%, установив за год 134  компьютера против 110 в других странах. За 2004 год было установлено еще 39  суперкомпьютеров, что свидетельствует почти о 17-процентном росте в сравнении с  2003 годом (228 систем).

По общему количеству процессоров в вычислительных системах данного класса США также вышли на первое место, имея в своем арсенале 267653 единиц (65,5%) из  408629, установленных во всем мире. Еще один своеобразный рекорд США установили по суммарному значению пиковой производительности всех своих суперкомпьютеров, доведя ее до 1,12 Тфлоп из 1,78 Тфлоп всех стран мира. Однако главный рекорд состоит в том, что 87,4% всех суперЭВМ из 500 собрано американскими фирмами (IBM, Dell, Intel, SGI, Cray, Sun, Hewlett-Packard) и лишь 4,2% — японскими (NEC, Hitachi, Fujitsu), в то время как на долю всех остальных стран приходится 8,4%.

Рейтинг производителей суперкомпьютеров

Источник: Top500 Supercomputer Site

Еще одним важным моментов является то, что из 500 систем 320 построены на  основе процессоров Intel; для сравнения, полгода назад их было 287, а год назад — только 189. Второе место по использованию занимают процессоры IBM Power (54  системы), третье — процессоры PA Risc от Hewlett-Packard (48) и четвертое — AMD (31).

Типы используемых в суперкомпьютерах процессоров

Источник: Top500 Supercomputer Site

Наиболее распространенной архитектурой является кластерная. Эта архитектура системы состоит из однородных вычислительных узлов, включающих один или несколько центральных процессоров (обычно RISC), локальную память (прямой доступ к памяти других узлов невозможен), коммуникационный процессор или сетевой адаптер, иногда — жесткие диски и/или другие устройства. К системе могут быть добавлены специальные узлы ввода-вывода и управляющие узлы. Узлы связаны через некоторую коммуникационную среду (высокоскоростная сеть, коммутатор и т.п.). Общее число процессоров в реальных системах достигает нескольких десятков тысяч. Существуют два основных варианта операционных систем: полноценная ОС работает только на управляющей машине (front-end), и на каждом узле работает сильно урезанный вариант ОС, обеспечивающий только работу расположенной в нем ветви параллельного приложения.

Отечественные суперкомпьютеры: возрождение следует

В России в этом году также стартовала рейтинговая программа для суперкомпьютерной отрасли. Одним из свидетельств развития суперкомпьютинга в  России является проснувшийся к нему интерес со стороны коммерческих структур. Количество предприятий, в первую очередь, нефте- и газодобывающих, заинтересованных в эксплуатации мощных систем, из года в год возрастает. Тем не  менее, судя по распределению в отраслях, говорить о серьезном проникновении суперкомпьютинга в бизнес в странах СНГ пока рановато. Так, на научные учреждения приходится 24 проекта, вузы — 15, компании-разработчики — 4, другие — 7. На протяжении 2000–2002 гг. российские вузы приобрели более 20  суперкомпьютерных систем.

В 2002 году произошло весьма знаменательное событие: в мировом рейтинге Top500 впервые появился отечественный компьютер МВС1000М (на процессорах Alpha), который, ворвавшись на 64 место, продержался в списке 2 года.

В нынешнем рейтинге из 50 систем 46 является кластерными, что объясняется их  относительно невысокой по сравнению с SMP-решениями стоимостью. Как было отмечено, все представленные в рейтинге системы являются «честными»: они предназначены для решения практических задач. Подтверждением этому является использование в качестве коммуникационных сетей дорогих технологий: Myrinet (11  систем), SCI (9), InfiniBand (6). Недорогая, но и не очень эффективная технология Gigabit Ethernet особой популярностью не пользуется.

Top10 российских суперкомпьютеров

Источник: Top50 суперкомпьютеры

Возглавляют список Top50 две системы, вошедшие в последнюю редакцию мирового рейтинга Top500 самых мощных систем мира. На первом месте находится компьютер «СКИФ К-1000» производительностью 2.032 Тфлопс по тесту Linpack, созданный в  рамках суперкомпьютерной программы «СКИФ». Это кластерная система, сделанная на  базе 576 процессоров AMD Opteron 2.2GHz и высокоскоростной сети InfiniBand. Второе место в списке Top50 с показателем 1.401 Тфлопс занимает кластер Межведомственного суперкомпьютерного центра Российской академии наук, построенный на основе 336 процессоров PowerPC 970 1.6GHz и сети Myrinet. На  третьем — компьютер МВС-1000М, установленный также в МСЦ РАН. В 2002 году, показав на тесте Linpack 734,6 Гфлопс, он попал на 64 место мирового рейтинга Top500 и продержался в списке два года. Следом за ним, на четвертом месте, стоит кластер Научно-исследовательского вычислительного центра МГУ им. М. В. Ломоносова — 512 Гфлопс, 160 процессоров AMD Opteron 2.2GHz и сеть InfiniBand.

Рейтинг Top50 использует в качестве определяющего тест Linpack, который является общепризнанным тестом для суперкомпьютерных систем. В альтернативных же тестах «наши» суперкомпьютеры не только не уступают, но и порой превосходят разработки конкурентов.

Ольга Кузнецова/ CNews Analytics