Superkomputer

Supercomputer lub supercomputer jest komputer celu uzyskania możliwie najwyższej wydajności z technikami znanymi w czasie swojej konstrukcji, w szczególności w odniesieniu do szybkości obliczania .

Superkomputery naukowe nazywane są „wysokowydajnymi komputerami obliczeniowymi” (w języku angielskim  : obliczenia o wysokiej wydajności lub HPC). Dyscyplina ta jest podzielona na dwie części: na sprzętową część (projektowanie elektroniczne narzędzia obliczeniowego) oraz oprogramowania część (adaptacyjny oprogramowanie obliczeń do narzędzia). Te dwie części dotyczą różnych dziedzin wiedzy.

Historyczny

Pierwsze superkomputery (lub superkomputery) pojawiły się w latach 60 . W 1961 roku IBM opracował IBM Stretch lub IBM 7030, z których jedna jednostka działała we Francji w 1963 roku.

W tym czasie, aż do lat 70. XX wieku , największym na świecie producentem superkomputerów była firma Control Data Corporation (CDC) wraz z jej projektantem Seymourem Crayem . Następnie firma Cray Research , założona przez Seymoura Craya po jego odejściu z CDC, miała przewagę nad innymi konkurentami, aż do około 1990 roku. W latach 80. , podobnie jak to, co było produkowane na rynku mikrokomputerów w latach 70., weszło w to wiele małych firm. rynku, ale większość z nich zniknęła podczas „  krachu  ” rynku superkomputerów z połowy lat 1990-tych .

To, do czego odnosi się termin superkomputer, zmienia się w czasie, ponieważ najpotężniejsze komputery na świecie w pewnym momencie dorównują, a następnie przewyższają maszyny w powszechnym użyciu wiele lat później. Pierwsze superkomputery CDC były prostymi komputerami jednoprocesorowymi (ale czasami z nawet dziesięcioma procesorami peryferyjnymi do obsługi wejścia / wyjścia ) około dziesięć razy szybciej niż konkurencja. W latach siedemdziesiątych większość superkomputerów przyjęła procesor wektorowy , który raz dekoduje instrukcję i stosuje ją do całej serii operandów .

Dopiero pod koniec lat osiemdziesiątych przyjęto technikę systemów masowo równoległych , wykorzystując tysiące procesorów w jednym superkomputerze. Obecnie niektóre z tych równoległych superkomputerów wykorzystują mikroprocesory typu „  RISC  ”, przeznaczone do komputerów szeregowych, takich jak PowerPC czy PA-RISC . Inne superkomputery wykorzystują tańsze procesory typu „  CISC  ”, mikroprogramowane w RISC w chipie elektronicznym ( AMD lub Intel ): wydajność jest trochę niższa, ale kanał dostępu do pamięci - często wąskie gardło - jest znacznie mniej obciążony.

W XXI th  wieku , superkomputery są zwykle zaprojektowane jako unikalnych modeli przez producentów komputerów „tradycyjny” jak International Business Machines (IBM), Hewlett-Packard (HP), albo Bull , mają za sobą długą tradycję w tej dziedzinie (IBM) lub że kupili w latach 90-tych wyspecjalizowane firmy, które znajdowały się w trudnej sytuacji, aby zdobyć doświadczenie w tej dziedzinie.

posługiwać się

Superkomputery wykorzystywane są do wszystkich zadań, które wymagają bardzo dużej mocy obliczeniowej , takich jak prognozy pogody , badania klimatu (na ten temat można znaleźć programów finansowanych przez G8-HORCs ), modelowanie obiektów chemicznych ( obliczenie struktury i właściwości , modelowania molekularnego ,  etc . ), symulacje fizyczne (symulacje aerodynamiczne , obliczenia wytrzymałości materiałów pozorowanym wybuchu od broni jądrowej , badań syntezy jądrowej ,  itd. ), The cryptanalysis lub symulacje w finansach i ubezpieczeniach ( stochastyczny obliczeniowej ).

Cywilne i wojskowe instytucje badawcze należą do największych użytkowników superkomputerów.

We Francji maszyny te znajdują się w krajowych uniwersyteckich ośrodkach obliczeniowych, takich jak Institute for Development and Resources in Scientific Informatics (IDRIS), National Computer Center for Higher Education (CINES), ale także w Commissariat ds. Energii atomowej i alternatywnych źródeł energii. (CEA) lub w niektórych dużych firmach, takich jak Total , EDF lub Météo-France .

Projekt

Komponenty i architektura

Superkomputery wywodzą swoją przewagę nad konwencjonalnymi komputerami z obu:

Prawie zawsze są projektowane specjalnie do określonego rodzaju zadań (najczęściej naukowych obliczeń numerycznych : obliczenia macierzowe lub wektorowe ) i nie poszukują szczególnych wyników w innych obszarach.

Architektura pamięci superkomputerów ma na celu ciągłe dostarczanie danych do każdego procesora w celu maksymalnego wykorzystania jego mocy obliczeniowej . Doskonała wydajność pamięci (lepsze komponenty i lepsza architektura) w dużej mierze wyjaśnia przewagę superkomputerów nad konwencjonalnymi komputerami.

Ich wejścia / wyjścia ( magistrala systemowa) jest zaprojektowany, aby zapewnić wysoką przepustowość , mniej opóźnień ponieważ ten rodzaj komputera nie jest przeznaczony do przetwarzania transakcji .

Podobnie jak w przypadku każdego systemu równoległego, obowiązuje prawo Amdahla , a projektanci superkomputerów poświęcają część swoich wysiłków na wyeliminowanie nierównoległych części oprogramowania i opracowywanie ulepszeń sprzętowych w celu usunięcia pozostałych wąskich gardeł .

Główne przeszkody techniczne

Z jednej strony, superkomputery często wymagają kilku megawatów z energii elektrycznej . Ta żywność również musi być wysokiej jakości. W rezultacie wytwarzają dużą ilość ciepła i dlatego muszą być schłodzone, aby normalnie funkcjonować. Chłodzenie (np. Chłodzenie powietrzem ) tych komputerów często stanowi poważny problem z klimatyzacją .

Z drugiej strony dane nie mogą przepływać szybciej niż prędkość światła między dwiema częściami komputera . Gdy rozmiar superkomputera przekracza kilka metrów, czas opóźnienia między niektórymi komponentami jest liczony w dziesiątkach nanosekund . Dlatego elementy są tak rozmieszczone, aby ograniczały długość kabli łączących elementy. Na przykład na Cray-1 lub Cray- II były ułożone w okrąg .

Obecnie komputery te są w stanie przetwarzać i przesyłać bardzo duże ilości danych w bardzo krótkim czasie. Projekt musi zapewniać możliwość szybkiego odczytu, przesyłania i przechowywania tych danych. W przeciwnym razie moc obliczeniowa procesorów byłaby niedostatecznie wykorzystana ( wąskie gardło ).

Rekordowa historia

Przestarzały Superkomputer Budowniczy Rodzaj procesorów; częstotliwość Liczba procesorów Prawdziwa moc Lokalizacja
1938 Z1 Konrad Zuse FLOPS Niemcy
w Konrad Zuse
1939 Z2 Konrad Zuse 5  FLOPÓW Niemcy
w Konrad Zuse
1941 Z3 Konrad Zuse 5,33  Hz 20  FLOPSÓW Niemcy
Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt
1942 Heath Robinson  (w) TRE 200  FLOPS Wielka Brytania
Bletchley Park
1943 Colossus Mark I TRE kilogramów FLOPS Wielka Brytania
Bletchley Park
1944 Colossus Mark II TRE 5  kFLOPÓW Wielka Brytania
Bletchley Park
1946 ENIAC 100  kHz 50  kFLOPÓW Stany Zjednoczone
Aberdeen Proving Ground
1956 TX-0 MIT Lincoln Laboratory 18 bitów 3,600 83  kFLOPS Stany Zjednoczone
Massachusetts Institute of Technology
1958 TX-2 MIT Lincoln Laboratory 5  MHz , 36 bitów 22 000 83  kFLOPS Stany Zjednoczone
Massachusetts Institute of Technology
1958 SAGE  (en) IBM 400  kFLOPÓW Stany Zjednoczone
Stany Zjednoczone Air Force
1960 Univac LARC  (en) IBM 2 500  kFLOPÓW Stany Zjednoczone
Lawrence Livermore National Laboratory iDavid Taylor Model Basin
1961 IBM 7030 IBM 100  MHz , 16 tys. 64-bitowych słów 1,2  mega FLOPS Narodowe Laboratorium Los Alamos w Stanach Zjednoczonych
1964 CDC 6600 CDC 10  MHz 3  MFLOPSY Stany Zjednoczone
Lawrence Livermore National Laboratory
1969 CDC 7600  (en) CDC 36,4  MHz 36.4  MFLOPS Stany Zjednoczone
Lawrence Livermore National Laboratory
1974 Gwiazda-100 CDC 16 bitów 100  MFLOPS Stany Zjednoczone
Lawrence Livermore National Laboratory
1975 ILLIAC IV  (en) Burroughs 4 × 13  MHz , 64 bity 256 150  MFLOPS Amerykańskie
Centrum Badawcze Amesa (NASA)
1976 Cray-1 Ołówek 83  MHz , 64 bity 2 166  MFLOPS Narodowe Laboratorium Los Alamos w Stanach Zjednoczonych
Dziewiętnaście osiemdziesiąt jeden Internet 205  (w) CDC 32/64 bit 400  MFLOPS Kilka miejsc na świecie
1982 Cray X-MP Ołówek Cray Vector , 2 × 105  MHz 2 400  MFLOPS Kilka miejsc na świecie
1984 Cray X-MP / 48 Ołówek Cray Vector , 4 × 117  MHz 4 800  MFLOPS Kilka miejsc na świecie
1984 M-13 giga FLOPS Instytut Badań Naukowych Kompleksów Komputerowych Związku Radzieckiego
1985 Cray-2 Ołówek Cray Vector , 4 × 283  MHz 4 1,7  GFLOPS Stany Zjednoczone
Lawrence Livermore National Laboratory
1989 ETA10-G / 8  ( cal ) Systemy ETA  (en) 10.3  GFLOPS Uniwersytet Stanowy Florydy w Stanach Zjednoczonych
1993 CM-5  (cale) Thinking Machines Corporation SPARC 1,024 59,7  GFLOPS Narodowe Laboratorium Los Alamos w Stanach Zjednoczonych
1993 Numeryczny tunel aerodynamiczny  (en) Fujitsu Fujitsu VPP500 140 124,5  GFLOPS Japan
National Aerospace Lab
1994 XP / S140 Intel Intel Paragon 3,680 143,4  GFLOPS United States
Sandia National Labs
1994 Numeryczny tunel aerodynamiczny  (en) Fujitsu Fujitsu VPP500 140 170,4  GFLOPS Japan
National Aerospace Lab
1996 SR2201 Hitachi Hitachi SR2201 1,024 220,4  GFLOPS Japoński
Uniwersytet w Tokio
1996 CP-PACS Hitachi Hitachi SR2xxx CP-PACS 2,048 368,2  GFLOPS Japońskie
Centrum Fizyki Obliczeniowej
1997 ASCI Red Intel Intel Paragon ASCI-Red 7 264, 1.07  tera FLOPS United States
Sandia National Laboratories
1997 ASCI Red Intel Intel Paragon ASCI-Red 9,152 1,34  TFLOPS United States
Sandia National Laboratories
1999 ASCI Red Intel Intel Paragon ASCI-Red 9,472 2.12  TFLOPS United States
Sandia National Laboratories
1999 ASCI Red Intel Intel Paragon ASCI-Red 9,632 2,38  TFLOPS United States
Sandia National Laboratories
2000 ASCI White  (w) IBM IBM POWER 3 375  MHz 8 192, 4,94  TFLOPS Stany Zjednoczone
Lawrence Livermore National Laboratory
2001 ASCI White  (w) IBM IBM POWER 3 375  MHz 8 192, 7,23  TFLOPS Stany Zjednoczone
Lawrence Livermore National Laboratory
2002 Symulator Ziemi NEC NEC SX6 1000  MHz 5 120 35,86  TFLOPS Japoński
Instytut Nauk o Ziemi w Jokohamie
16 września 2004 Niebieski gen / L. IBM PowerPC 440  ( cale ) 700  MHz 16,384 36.01  TFLOPS Stany Zjednoczone
Lawrence Livermore National Laboratory
26 października 2004 Columbia SGI Intel Itanium 2 1500  MHz 8 192, 42,7  TFLOPS Amerykańskie
Centrum Badawcze Amesa (NASA)
listopad 2004 Columbia SGI Intel Itanium 2 1500  MHz 10,160 51,87  TFLOPS Amerykańskie
Centrum Badawcze Amesa (NASA)
listopad 2004 Niebieski gen / L. IBM PowerPC 440  ( cale ) 700  MHz 32 768, 70,7  TFLOPS Stany Zjednoczone
Lawrence Livermore National Laboratory
24 marca 2005 Niebieski gen / L. IBM PowerPC 440  ( cale ) 700  MHz 65,536 135,5  TFLOPSÓW Stany Zjednoczone
Lawrence Livermore National Laboratory
27 października 2005 Niebieski gen / L. IBM PowerPC 440  ( cale ) 700  MHz 131,072 280,6  TFLOPS Stany Zjednoczone
Lawrence Livermore National Laboratory
2007 Niebieski gen / L. IBM PowerPC 440 2C 700  MHz 36,864 478,2-596  TFLOPS Stany Zjednoczone
Lawrence Livermore National Laboratory
2008 Roadrunner IBM PowerXCell 8i 3200  MHz 129,600 1.042  peta FLOPS Stany Zjednoczone
DoE-Los Alamos National Laboratory ,Los Alamos,Nowy Meksyk
2009 Jaguar (ulepszony do Tytana ) Ołówek Sześciordzeniowe procesory AMD 224 162, 1759  PFLOPS Narodowe Laboratorium Oak Ridge w Stanach Zjednoczonych
2010 Tianhe-1A NUDT Hybrydowy:
Intel Xeon + Nvidia Tesla M2050 + FeiTeng-1000 GPU
14 366 + 7 166 2566  PFLOPÓW Chińskie
Narodowe Centrum Superkomputerowe , Tianjin
2011 Komputer K. Fujitsu SPARC64 VIIIfx 2,0  GHz , „  połączenie Tofu  ” 68,544 10,510  PFLOPS Japonia
RIKEN , Kobe
2012 Sekwoja IBM BlueGene / Q, Power BQC 16C 1,60  GHz , niestandardowe 16,324  PFLOPS Stany Zjednoczone
Lawrence Livermore National Laboratory
2012 Titan (ulepszony Jaguar ) Ołówek Hybrydowy:
AMD Opteron + Nvidia Tesla K20
560 640, 17.59  PFLOPS Narodowe Laboratorium Oak Ridge w Stanach Zjednoczonych
2013 Tianhe-2 Intel Hybrydowy:
Xeon E5-2692 + Xeon Phi
32 000 + 48 000 33,86  PFLOPS Chiny
Narodowy Uniwersytet Technologii Obronnej , Kanton
2016 TaihuLight NRCPC / Sunway Sunway SW26010 260C 40 960, 93.01  PFLOPS Chińskie
Narodowe Centrum Superkomputerowe, Wuxi
2018 Oto szczyt IBM / Nvidia Hybrydowy:
IBM POWER9 + Nvidia Tesla V100
9 216 + 27 648 200  PFLOPÓW Narodowe Laboratorium Oak Ridge w Stanach Zjednoczonych
2020 Fugaku Fujitsu / ARM 2,2 GHz ARM 7.300.000 418  PFLOPS Japonia
RIKEN , Kobe


Historia rekordów we Francji

W 1993The Ziemia Physics Institute of Paris (PGI) prowadzi komputerową CM-5/128 , które procesory użyje SuperSPARC , to jest w rankingu 25 th do TOP500 . Trzy lata później w1996The Institute of Scientific i rozwoju zasobów komputerowych (Idris) udaje się dotrzeć do 12 th  miejsce na świecie z T3E zbudowany przez Cray .

W środku-2002, Najpotężniejszy superkomputery francuski rangi w 4 th w TOP500 The TERA -na procesorów Alpha do 1  GHz ( AlphaServer SC45 ) i opracowany przez firmę Hewlett-Packard  ; należał do Komisji Energii Atomowej (CEA). Wstyczeń 2006TERA-10 od Bull powiedzie, to generuje mocy obliczeniowej 60  tera japonki i umieści 5 th  światowym rankingu TOP500.

W czerwiec 2008Idrys i Blue Gene / P rozwiązanie dla IBM wydaje, według testu LINPACK , o mocy 120 teraflopów i wygrał 10 th  miejscu.

W listopad 2009, pierwsza francuska maszyna została nazwana Jade . Należy do typu „  SGI Altix  (en)  ” i mieści się w National Computer Center for Higher Education (CINES) w Montpellier . Superkomputer jest w rankingu 28 th  na świecie z 128 teraflopów w teście LINPACK. Wkrótce potem konfiguracja maszyny Jade została zakończona, aby osiągnąć wydajność 237 teraflopów. Maszyna przełącza się naczerwiec 201018 th  wiersz TOP500. Jest to trzeci europejski system komputerowy i pierwszy francuski, przeznaczony do badań publicznych .

W listopad 2010Francuski rekord należy do TERA-100 firmy Bull . Położony w ETO w Bruyères-le-Châtel do potrzeb francuskiego jądrowej symulacji wojskowej , ze wydajność teraflopsach 1050, maszyna ta wzrośnie do 6 th  na świecie i zdobył 1 st  miejsce w Europie. Składa się z 17 296 procesorów Intel Xeon 7500 , każdy wyposażony w osiem rdzeni i połączonych siecią typu InfiniBand .

W marzec 2012, Curie , system zaprojektowany przez Bull za GENCI , zainstalowany na terenie Très Grand Center de CALCUL (TGCC) w Bruyères-le-Châtel, posiada moc 1.359 petaflopów. Staje się najpotężniejszym superkomputerem we Francji biorąc 9 th  w światowych rankingach. Jest przeznaczony do dostarczania 2 petaflopów.

W Styczeń 2013, systemy Ada i Turing zbudowane przez IBM są instalowane w IDRIS w Orsay . Suma ich mocy przekracza petaflopy. Te dwie maszyny są dostępne dla badaczy. W marcu 2013 roku nastąpiła inauguracja superkomputera Pangea należącego do firmy Total , który stał się najbardziej wydajnym systemem, jaki kiedykolwiek zainstalowano we Francji. Jego moc obliczeniowa wynosi 2,3 petaflopsa. Odpowiednik 27.000 komputerów razem uzyskał 11 th  miejsce na świecie.

W styczeń 2015, system Occigen , zaprojektowany przez Bull, Atos Technologies, dla GENCI jest zainstalowany na terenie CINES; ma moc 2,1 petaflopsa. W  światowym rankingu TOP500 uplasował się na 26. miejsculistopad 2014.

W marzec 2016, Total ogłasza, że ​​potroił moc obliczeniową swojego superkomputera Pangea , osiągając moc obliczeniową 6,7 petaflopów w szczytowej wydajności i 5,28 petaflopów w mocy użytkowej. Pozwala to na odzyskanie 11 th  miejsce w TOP500, a tym samym stawia go na czele światowego sektora przemysłowego.

Systemy operacyjne superkomputerów

Rozwój superkomputerów sprawił, że Linux stał się systemem operacyjnym zasilającym większość z 500 najpotężniejszych superkomputerów na świecie, a Unix stopniowo ustępował miejsca Linuksowi, ale przez pewien czas zajmował czołowe miejsce na rynku superkomputerów (5%).

Windows był obsługiwany tylko przez dwa z 500 najpotężniejszych superkomputerów na świecie, czyli 0,4%, podczas gdy BSD był obecny tylko na jednym komputerze z 500 największych , czyli 0,2%. Wreszcie pozostałe konfiguracje („  mieszane  ”, czyli zestaw kilku typów systemów operacyjnych) stanowiły 4,6%.

W listopad 2017, Linux zasila wszystkie z 500 najpotężniejszych superkomputerów na świecie.

Kalkulator kwantowy

Superkomputery i gry logiczne

Uwagi i odniesienia

  1. „  Ogłoszenie dotyczące genu IBM Blue  ” , na IBM.com ,26 czerwca 2007(dostęp 9 czerwca 2012 ) .
  2. Ranking Top 500, czerwiec 2013 r .
  3. (in) Krajowa baza danych składników odżywczych USDA dla wzorców odniesienia , na nal.usda.gov .
  4. Lista TOP500 - listopad 2011 (1-100) na top500.org .
  5. Lista TOP500 - czerwiec 2012 (1-100) na top500.org .
  6. „Najpotężniejszym superkomputerem na świecie jest chiński” , The Monde.fr , 18 czerwca 2013 r.
  7. „Chiny stają się pierwszą potęgą obliczeniową na świecie” , Jean-Marc De Jaeger, Le Figaro .fr , 21 czerwca 2016 r.
  8. (en-US) George Dvorsky, „  Najpotężniejszy superkomputer świata to absolutna bestia  ” , Gizmodo ,8 czerwca 2018 r( czytaj online )
  9. (en-US) Elijah Wolfson, „  Stany Zjednoczone właśnie odzyskały tytuł najszybszego superkomputera świata z Chin  ” , Quartz ,9 czerwca 2018 r( czytaj online )
  10. (en-US) „  IBM i Departament Energii popisują się najszybszym superkomputerem na świecie, Summit  ” , Digital Trends ,9 czerwca 2018 r( czytaj online , sprawdzono 10 czerwca 2018 r. )
  11. „  Fujitsu przedstawia 415-PFLOPS: najpotężniejszy komputer na świecie  ” , w Siècle Digital ,24 czerwca 2020 r.
  12. „  Japonia uruchamia najpotężniejszy superkomputer na świecie do walki z Covid-19  ” , na Les Echos ,23 czerwca 2020 r.
  13. "  CM-5/128 | TOP500 Supercomputer Sites  ” na www.top500.org (dostęp 31 maja 2016 ) .
  14. "  T3E | TOP500 Supercomputer Sites  ” na www.top500.org (dostęp 31 maja 2016 ) .
  15. „  AlphaServer SC45, 1 GHz  ” , na www.top500.org (dostęp 22 listopada 2015 ) .
  16. „  Tera-10 - NovaScale 5160, Itanium2 1,6 GHz, Quadrics  ” , na www.top500.org (dostęp 22 listopada 2015 ) .
  17. „  Blue Gene / P Solution | TOP500 Supercomputer Sites  ” , na www.top500.org (dostęp 2 czerwca 2016 r. )
  18. Jade | TOP500 Supercomputing Sites  ” , na top500.org ,listopad 2010(dostęp 11 czerwca 2010 ) .
  19. (w) Ranking Tera 100 Top 500 w listopadzie 2010 na top500.org .
  20. „  Cienkie węzły Curie - Bullx B510, Xeon E5-2680 8C 2,700 GHz, Infiniband QDR | TOP500 Supercomputer Sites  ” na www.top500.org (dostęp 31 maja 2016 ) .
  21. Lista TOP500 - czerwiec 2012 (1-100) na top500.org .
  22. „Pangea: Total superkomputer jest 14 th najpotężniejszych na świecie” , listopad 2013 na connaissancedesenergies.org .
  23. “  Pangea - SGI ICE X, Xeon E5-2670 8C 2.600 GHz, Infiniband FDR | TOP500 Supercomputer Sites  ” pod adresem www.top500.org (dostęp 31 maja 2016 r . ) .
  24. (w) „  Occigen - bullx DLC Xeon 2,6 GHz E5-2690v3 12C, Infiniband FDR  ” na TOP500.org (dostęp 4 kwietnia 2016 r.).
  25. „  Total potroi moc swojego superkomputera Pangea - Le Monde Informatique  ” , w LeMondeInformatique (dostęp: 25 kwietnia 2016 ) .
  26. Lista 500 z czerwca 2012 r. Na linuxfr.org .
  27. (w) Steven J. Vaughan-Nichols, „  Linux supercomputers total Dominates  ” na ZDNet .com ,14 listopada 2017 r

Załączniki

Bibliografia

Powiązane artykuły

Linki zewnętrzne