Суперкомпьютеры

Суперкомпьютеры

К суперкомпьютерам относятся мощные многопроцессорные вычисли- тельные машины с быстродействием сотни миллионов — десятки миллиардов операций в секунду.

Создать такие высокопроизводительные компьютеры на одном микропро- цессоре (МП) не представляется возможным ввиду ограничения, обусловленно- го конечным значением скорости распространения электромагнитных волн (300 000 км/с), поскольку время распространения сигнала на расстояние несколько миллиметров (линейный размер стороны МП) при быстродействии 100 милли- ардов операций в секунду становится соизмеримым со временем выполнения одной операции. Поэтому суперкомпьютеры создаются в виде высокопарал- лельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС).

Высокопараллельные МПВС имеют несколько разновидностей.

1.    Магистральные (конвейерные) МПВС, у которых процессор одновре- менно выполняет разные операции над последовательным потоком обрабаты- ваемых данных. По принятой классификации такие МПВС относятся к систе- мам с многократным потоком команд и однократным потоком данных (МКОД или MISD — Multiple Instruction Single Data).

2.       Векторные МПВС, у которых все процессоры одновременно выпол- няют одну команду над различными данными — однократный поток команд с

многократным потоком данных (ОКМД или SIMD – Single Instruction Multiple Data).

3.        Матричные МПВС, у которых микропроцессор одновременно выпол- няет разные операции над последовательными потоками обрабатываемых дан- ных – многократный поток команд с многократным потоком данных (МКМД или MIMD – Multiple Instruction Multiple Data).

Условные структуры однопроцессорной (SISD) и названных многопроцес- сорных ВС показаны на рис. 6.7.

В суперкомпьютере используются все три варианта архитектуры МПВС:

□    структура MIMD в классическом ее варианте (например, в суперкомпь- ютере BSP фирмы Burrought);

□    параллельно-конвейерная модификация, иначе MMISD, то есть много- процессорная (Multiple) MISD архитектура (например в суперкомпьютере

«Эльбрус 3»);

□    параллельно-векторная модификация, иначе MSIMD, то есть многопро- цессорная SIMD архитектура (например в суперкомпьютере Cray 2).

Наибольшую эффективность показала MSIMD архитектура, поэтому в со- временных суперкомпьютерах чаще всего находит применение именно она (су- перкомпьютеры фирм Cray, Fujitsu, NEC, Hitachi и т. д.)- Первый суперкомпью- тер был задуман в 1960 и создан в 1972 году (машина ILLIAC IV с производи- тельностью 20 MFLOPS), а начиная с 1975 года лидерство в разработке супер- компьютеров захватила фирма Cray Research, выпустившая Cray 1 с производи- тельностью 160 MFLOPS и объемом оперативной памяти 8 Мбайт, а в 1984 го- ду — Cray 2, в полной мере реализовавший архитектуру MSIMD и ознамено- вавший появление нового поколения суперкомпьютеров. Производительность Cray 2 — 2000 MFLOPS, объем оперативной памяти — 2 Гбайт (классическое соотношение, ибо критерий сбалансированности ресурсов компьютера — «ка- ждому MFLOPS производительности процессора должно соответствовать не менее 1 Мбайт оперативной памяти»).

В настоящее время в мире насчитывается несколько тысяч суперкомпью- теров, начиная от простых офисных Cray EL до мощных Cray 3, Cray 4, Cray Y- MP C90 фирмы Cray Research, Cyber 205 фирмы Control Data, SX-3 и SX-X компании NEC, VP 2000 компании Fujitsu (обе фирмы японскиеХ VPP 500 ком- пании Fujitsu Siemens (немецко-японская) и т. д., производительностью не- сколько десятков тысяч MFLOPS.

Среди лучших суперкомпьютеров можно отметить и отечественные супер- компьютеры. В сфере производства суперкомпьютеров Россия, пожалуй, впер- вые, представила собственные оригинальные модели компьютеров (все осталь- ные, включая и ПЭВМ, и малые ЭВМ, и универсальные компьютеры за редким исключением, например ЭВМ «Рута НО», копировали зарубежные решения, и, в первую очередь, разработки фирм США).

В СССР, а позднее в России была разработана и реализуется (сейчас, прав- да, почти заморожена) государственная программа разработки суперкомпьюте- ров. В рамках этой программы были спроектированы и выпущены такие супер- компьютеры, как повторяющая Cray-архитектуру модель «Электроника СС БИС», оригинальные разработки: ЕС 1191, ЕС 1195, ЕС 1191.01, ЕС 1191.10,

«Эльбрус».