Mavzu: Superkompyuterlar Reja: Kirish Super kompyuterlarni qo'llash sohalari

Superkompyuterlarni qo'llash sohalari

Bunday qimmatbaho texnika qaysi dasturlarga kerak? Ko'rinib turibdiki, ish stollari va ish stantsiyalari va serverlarning ishlashi oshgani sayin superkompyuterlarga ehtiyoj kamayadi. Bu unday emas.Bir tomondan, hozirda bir qator dasturlar ish stantsiyalarida muvaffaqiyatli ishlashi mumkin, ammo boshqa tomondan vaqt shuni ko'rsatdiki, barqaror tendentsiya yangi dasturlarning paydo bo'lishi bo'lib, ular uchun superkompyuterlardan foydalanish zarur.Avvalo, superkompyuterlarning ilgari umuman erishib bo'lmaydigan tijorat sohasiga kirib borish jarayonini ko'rsatish kerak. Biz nafaqat suzuvchi nuqta operatsiyalarida bir xil yuqori ko'rsatkichlar talab qilinadigan kino va televidenie uchun grafik dasturlar haqida, balki, avvalambor, o'ta katta ma'lumotlar bazalari uchun operatsiyani intensiv (shu jumladan operatsion) qayta ishlashni o'z ichiga olgan vazifalar haqida gaplashamiz. Ushbu sinf vazifalariga qarorlarni qo'llab-quvvatlash tizimlari va axborot omborlarini tashkil etish kiradi. Albatta, bunday dasturlar bilan ishlash uchun, birinchi navbatda, butun sonli operatsiyalarni bajarishda yuqori I / U ishlashi va tezligi talab qilinadi va bunday dasturlar uchun eng maqbul bo'lgan kompyuter tizimlari, masalan, Tandem, SGI SMP kompyuterlaridan Himoloy MPP tizimlari. CHAL ENGE, DEC AlphaServer 8400 to'liq superkompyuter emas. Shuni esda tutish kerakki, bunday talablar, xususan, yadro fizikasining bir qator dasturlaridan kelib chiqadi, masalan, zarralar tezlatgichlarida tajribalar natijalarini qayta ishlashda.Ammo yadro fizikasi paydo bo'lgan kundan boshlab superkompyuterlarni qo'llashning klassik sohasi bo'lib kelgan. Ehtimol, "asosiy kompyuter", "ko'p protsessorli server" va "superkompyuter" tushunchalarining yaqinlashishi tendentsiyasi aniq bo'lgan. Ta'kidlash joizki, bu ko'p sohalarda boshlangan qisqartirish va markazsizlashtirish jarayonidan farqli o'laroq, markazlashtirish va konsolidatsiyaga ommaviy o'tish fonida sodir bo'lmoqda. Superkompyuterlarning an'anaviy qo'llanilish sohasi har doim ilmiy tadqiqotlar bo'lib kelgan: plazma fizikasi va statistik mexanika, quyuqlashgan moddalar fizikasi, molekulyar va atom fizikasi, elementar zarralar nazariyasi, gaz dinamikasi va turbulentlik nazariyasi, astrofizika. Kimyoda hisoblash kimyosining turli sohalari mavjud: kvant kimyosi (shu qatorda katalizatorlar va supero'tkazgichlar kabi yangi materiallarni loyihalash uchun elektron strukturaning hisob-kitoblari), molekulyar dinamikasi, kimyoviy kinetika, sirt hodisalari nazariyasi va qattiq jismlar kimyosi va dori vositalari dizayni. Tabiiyki, bir qator dasturlar tegishli fanlarning, masalan, kimyo va biologiyaning kesishgan joyida bo'lib, texnik qo'llanmalar bilan bir-biriga to'g'ri keladi. Shunday qilib, meteorologiya muammolari, atmosfera hodisalarini o'rganish va birinchi navbatda zamonaviy superkompyuterlarning kuchi doimo etishmayotgan ob-havoni uzoq muddatli prognoz qilish muammosi yuqoridagi fizikaning bir qator muammolarini hal qilish bilan chambarchas bog'liqdir. Yechish uchun superkompyuterlar qo'llaniladigan texnik muammolar qatoriga aerokosmik va avtomobilsozlik, atom energetikasi, foydali qazilma konlarini bashorat qilish va rivojlantirish, neft va gaz sanoati (shu jumladan konlardan samarali foydalanish muammolari, xususan, ularni o'rganishdagi uch o'lchovli muammolar) kiradi. yangi mikroprotsessorlar va kompyuterlarning dizayni, birinchi navbatda superkompyuterlarning o'zi. Superkompyuterlar an'anaviy ravishda harbiy maqsadlarda foydalaniladi. Ommaviy qirg'in qurollarini yaratish va samolyotlar va raketalarni loyihalashtirishning aniq vazifalaridan tashqari, masalan, shovqinsiz suvosti kemalari dizayni va boshqalarni eslatib o'tishimiz mumkin. Eng mashhur misol - bu Amerikaning SDI dasturi.Yadro qurolini simulyatsiya qilish uchun AQSh Energetika vazirligining yuqorida aytib o'tilgan MPP-kompyuteridan foydalaniladi, bu esa ushbu mamlakatda yadro sinovlarini butunlay bekor qiladi. Bugungi superkompyuter dasturlarining potentsial ehtiyojlarini tahlil qilib, ularni shartli ravishda ikkita sinfga bo'lishimiz mumkin.Birinchisi, har bir aniq holatda, masalan, uzoq muddatli ob-havo prognozi darajasiga erishish kerak bo'lgan dasturlarni o'z ichiga oladi.Ikkinchisiga o'rganilayotgan ob'ekt hajmining ko'payishi bilan hisoblash xarajatlarining tez o'sishi bilan tavsiflangan vazifalar kiradi.Masalan, kvant kimyosida molekulalarning elektron tuzilishini empirik bo'lmagan hisob-kitoblari N ^ 4 yoki N ^ 5 ga mutanosib hisoblash manbalarini talab qiladi, bu erda N shartli ravishda molekula hajmini tavsiflaydi.Hozirgi kunda ko'plab molekulyar tizimlar soddalashtirilgan model ko'rinishida o'rganishga majbur. Hatto kattaroq molekulyar birikmalar (biologik tizimlar, klasterlar va boshqalar) zaxirada bo'lganida, kvant kimyosi superkompyuter resurslarining "potentsial cheksiz" foydalanuvchisi bo'lgan dasturga misol keltiradi. Superkompyuterlardan foydalanishning yana bir muammosi bor, buni aytib o'tish lozim - bu hisob-kitoblar natijasida olingan ma'lumotlarni vizualizatsiya qilish. Ko'pincha, masalan, differentsial tenglamalarni katakchalar usuli bilan hal qilishda odam shunchaki raqamli shaklda qayta ishlay olmaydigan ulkan natijalar bilan shug'ullanishi kerak.Bu erda ko'p hollarda ma'lumot taqdimotining grafik shakliga murojaat qilish kerak.Har qanday holatda ham, kompyuter tarmog'i orqali ma'lumotlarni tashishda muammo tug'iladi.So'nggi paytlarda ushbu muammolar majmuasini hal etishga ko'proq e'tibor qaratilmoqda.Xususan, AQShning mashhur superkompyuter dasturlari milliy markazi (NCSA) Silicon Graphics bilan birgalikda "kelajakning superkompyuter muhiti" dasturi ustida ishlamoqda.

Superkompyuterlarni ishlab chiqarish va ishlab chiqarish, shubhasiz, fan va texnika sohasida dunyoda etakchi bo'lgan davlatlarning davlat texnik siyosatining ustuvor yo'nalishlaridan biri bo'lishi kerak. Tegishli muammolarning butun kompleksini chuqur anglashning yorqin namunasi - fizika sohasidagi taniqli Nobel mukofoti sovrindori K. Uilsonning maqolasi.O'n yildan ko'proq vaqt oldin nashr etilgan, rus o'quvchisi uchun hali ham qiziq. Qo'shma Shtatlar va Yaponiya deyarli katta miqyosda superkompyuterlarni ishlab chiqaradigan va ishlab chiqaradigan yagona mamlakatlardir. Ularning superkompyuterlari Hindiston va Xitoyda yaratilgan. Ko'pgina rivojlangan davlatlar, shu jumladan bir qator Sharqiy Evropa mamlakatlari AQSh va Yaponiyada ishlab chiqarilgan superkompyuterlardan foydalanishni afzal ko'rishadi. Rossiyada superkompyuterlarning rivojlanishi bilan bog'liq vaziyat shubhasiz ko'p narsalarni kutmoqda.So'nggi yillarda mahalliy superkompyuterlar ustida ishlash bir nechta tashkilotlarda birdaniga amalga oshirilmoqda.Akademik V.A.Melnikov rahbarligida Sgau-1ni eslatuvchi arxitekturaga ega bo'lgan "Electronics CC-100" vektorli superkompyuteri ishlab chiqildi.ITMiHT RAS "Elbrus-3" superkompyuterlarini yaratish ustida ishlamoqda.Ushbu kompyuterda soatiga 10 ns tezlikka ega 16 tagacha protsessor bo'lishi mumkin. Ishlab chiquvchilarning fikriga ko'ra, LINPACK sinovlarida N = 100 da protsessor tezligi 200 MFL0PS, N = 1000 - 370 MFLOPSda bo'ladi. Ushbu institutda amalga oshirilgan yana bir ish - bu asl vektor arxitekturasidan foydalanadigan Modulli konveyer protsessori (MCP), ammo tezligi jihatidan u Elbrus-3 dan kam bo'lishi kerak. Mahalliy superkompyuterlarda ishlashning yana bir markazi bu ES kompyuterlarida ishlashi bilan mashhur bo'lgan NICEVT. U erda bir qator qiziqarli ishlanmalar amalga oshirildi - ECL texnologiyasiga asoslangan EC 1191 vektorli superkompyuterning turli xil modellari va CMOS texnologiyasidan foydalanadigan yangi AMUR superkompyuterida ish olib borilmoqda. Rossiya Fanlar akademiyasining Amaliy matematika instituti boshchiligidagi bir qator tashkilotlar protsessor elementlarida i860XP mikroprotsessorlari va aloqalarni tashkil qilish uchun T805 transduserlaridan foydalaniladigan MPS-100 kompyuterini yaratish ustida ishlamoqda. Garchi yuqorida aytib o'tilgan ba'zi mahalliy kompyuterlarning prototiplari mavjud bo'lsa-da, ularning hech biri sanoat ishlab chiqarilmaydi. Rossiya tashkilotlarini superkompyuterlar bilan jihozlash bilan bog'liq vaziyat, ehtimol, bundan ham yomonroqdir. Biz yuqorida aytib o'tilganidek, superkompyuterlarning asosiy potentsial foydalanuvchilaridan biri bo'lgan ilmiy-tadqiqot institutlari va universitetlardagi ishlar holati va kelajak istiqbollari to'g'risidagi ma'lumotlar bilan cheklanamiz. Aksariyat superkompyuterlar konveks mahsulotlarini ishlatishi mumkin. Bir nechta tashkilotlar Clxx va C2xx seriyali mini-superkompyuterlarning eski modellarini boshqaradilar, ular zamonaviy ish stantsiyalaridan ishlash ko'rsatkichidan ancha past. Sankt-Peterburgda Oliy ta'lim davlat qo'mitasi tizimida C3800 seriyali mini-superkompyuter konveksi o'rnatildi; Moskvada yaqinda IPM RASda SPP 1000 / CD superkompyuter tizimi o'rnatildi.Bir qator RAS institutlarida boshqa superkompyuterlarni (masalan, SGI POWER CHALLENGE) o'rnatish rejalashtirilgan. Ayni paytda superkompyuterlardan foydalanish imkoniyatlarining etishmasligi mahalliy ilm-fanning rivojlanishiga to'sqinlik qiladi va ilmiy tadqiqotlarning barcha yo'nalishlarini muvaffaqiyatli rivojlantirishni imkonsiz qiladi. Bir yoki ikkita, hatto juda kuchli superkompyuterlarni sotib olish bu muammoni hal qilishga yordam bermaydi.Va bu nafaqat ularni sotib olish va ularni saqlash xarajatlari (shu jumladan quvvat va sovutish). Superkompyuterlardan samarali foydalanishga xalaqit beradigan yana bir qancha sabablar mavjud (masalan, kompyuter tarmog'i orqali ma'lumotlarni etkazib berish). Rossiya fundamental tadqiqotlar jamg'armasi tomonidan taklif qilingan yondashuv yanada maqbulroq ko'rinadi.1995-1998 yillarda ishlab chiqilgan "Fundamental fan va ta'limning murakkab aloqa tarmoqlari va ma'lumotlar bazalarini yaratish dasturi".qator mintaqaviy va mavzuga yo'naltirilgan superkompyuter markazlarini tashkil etishni ta'minlaydi. Masalan, bunday markazlarda narxlari / ishlash darajasi yaxshiroq bo'lgan nisbatan arzon mini-superkompyuterlar o'rnatilishi mumkin. Aslida, TOP500 ro'yxatiga murojaat qilish kifoya, bu katta (va qimmat) superkompyuterlarni potentsial muammolarning sher ulushini hal qilishga qodir bo'lgan nisbatan arzon superkompyuterlarga almashtirishning aniq tendentsiyasini aniqlash. Mahalliy superkompyuterlarga kelsak, ularni rivojlantirish uchun zarur davlat yordamisiz, yaqin 1-2 yil ichida sanoat namunalarini yaratishga umid bog'lash mumkin emas va bunday kompyuterlar bugungi kunda yaratilayotgan mahalliy superkompyuter markazlarida superkompyuter parkining asosini tashkil etishi ehtimoldan yiroq emas.Haqiqatan ham, superkompyuterlar mavjud bo'lishga haqli ekan.Endi biz tilda aylanib yurgan asosiy savolga aniqlik kiritishimiz kerak - nima uchun ular bu qadar tez hisoblashadi? Bir nechta javoblar bo'lishi mumkin, ularning ikkitasi aniq afzalliklarga ega: elementlar bazasini rivojlantirish va kompyuterlar arxitekturasida yangi echimlardan foydalanish. Keling, bugungi ajoyib ishlash ko'rsatkichlariga erishishda qaysi omil hal qiluvchi ahamiyatga ega ekanligini aniqlashga harakat qilaylik.Ushbu muammoni hal qilish uchun keling, tarixiy faktlarga murojaat qilaylik. Ma'lumki, aylanish davri 2 mk bo'lgan EDSAC kompyuterida (1949) 18 * n ms da 2 * n arifmetik amallarni bajarish mumkin edi, ya'ni o'rtacha soniyada 100 arifmetik amal. Zamonaviy CRAY C90 superkompyuteri bilan taqqoslash mumkin: tsikl vaqti taxminan 4 soat, eng yuqori ko'rsatkichi esa soniyasiga 1 milliard arifmetik operatsiya. Xo'sh, nima bo'ladi?Ushbu davrda kompyuterning ishlashi taxminan o'n million barobar oshdi. Tsikl vaqtini qisqartirish - bu ishlashni oshirishning to'g'ridan-to'g'ri usuli, ammo bu komponent (2 m dan 4 n gacha) umumiy hajmga atigi 500 marta hissa qo'shadi. Qolganlari qayerdan kelgan?Javob aniq - kompyuter arxitekturasida yangi echimlardan foydalanish, ular orasida ma'lumotlarni parallel ishlash printsipi asosiy o'rin tutadi. Bir vaqtning o'zida bir nechta harakatlarni amalga oshirish g'oyasini o'zida mujassam etgan ushbu printsip ikkita turga ega: quvur liniyasi va aslida parallellik. Parallel ishlov berishning ikkala turi ham intuitivdir, shuning uchun bir oz tushuntirish beramiz. Parallel ishlov berish. Agar ma'lum bir qurilma vaqt birligida bitta operatsiyani bajaradigan bo'lsa, u holda ming birlikda mingta operatsiyani bajaradi. Agar bir vaqtning o'zida ishlashga qodir bo'lgan beshta bir xil mustaqil qurilmalar mavjud deb taxmin qilsak, unda beshta qurilmadan iborat tizim bir xil ming operatsiyani mingda emas, balki ikki yuz vaqt ichida bajarishi mumkin. Xuddi shunday, N qurilmalar tizimi xuddi shu ishni 1000 / N vaqt birligida bajaradi. Shunga o'xshash o'xshashliklarni hayotda ham uchratish mumkin: agar bitta askar sabzavot bog'ini 10 soat ichida qazib olsa, u holda bir vaqtning o'zida ishlaydigan bir xil qobiliyatga ega bo'lgan ellik askardan iborat kompaniya xuddi shu ishni 12 daqiqada engib chiqadi - amaldagi parallellik printsipi! Konveyerni qayta ishlash.Ikkita suzuvchi nuqta sonini qo'shish uchun nima kerak? Buyurtmalarni taqqoslash, buyurtmalarni tekislash, mantisalarni qo'shish, normallashtirish va hokazo kabi ko'plab kichik operatsiyalar. Birinchi kompyuterlarning protsessorlari ushbu "mikro operatsiyalarni" har bir juft argument uchun birma-bir, birin-ketin yakuniy natijaga erishguncha amalga oshirdilar va shundan keyingina keyingi juft atamalarni qayta ishlashga kirishdilar. Quvur liniyasi g'oyasi umumiy operatsiyaning alohida bosqichlarini ajratib ko'rsatishdir va har bir bosqich o'z ishini yakunlab, natijani keyingisiga o'tkazadi, shu bilan birga kirish ma'lumotlarining yangi qismini qabul qiladi. Oldindan ajratilgan operatsiyalar kombinatsiyasi tufayli ishlov berish tezligida aniq daromad olamiz.Aytaylik, operatsiyani beshta mikro operatsiyaga bo'lish mumkin, ularning har biri bir vaqtning o'zida amalga oshiriladi.Agar bitta bo'linmaydigan ketma-ket qurilma bo'lsa, u holda 100 birlik argumentlarni 500 birlikda qayta ishlaydi. Agar har bir mikro operatsiya konveyer qurilmasining alohida bosqichiga (yoki boshqacha aytganda - bosqich) ajratilgan bo'lsa, unda beshinchi vaqt birligida bunday qurilmani qayta ishlashning boshqa bosqichida dastlabki beshta juft argument topiladi va yuz juftlik to'plami 5 + 99 = 104 birlikda qayta ishlanadi vaqt - ketma-ket moslama bilan taqqoslaganda deyarli besh baravar tezlashtirish (konveyer bosqichlari sonida).

Ko'rinib turibdiki, truboprovodni an'anaviy parallellik bilan muvaffaqiyatli almashtirish mumkin, buning uchun asosiy qurilmani quvur bosqichlari soni qancha bo'lishi kerak bo'lsa, shuncha marta takrorlash mumkin. Darhaqiqat, avvalgi misolda keltirilgan beshta qurilma 100 birlikda 100 juft argumentni qayta ishlaydi, bu konveyer qurilmasining ishlash vaqtidan tezroq! Nima bo'ldi?Javob oddiy, asboblar sonini besh baravar oshirish orqali biz uskunalar hajmini ham, narxini ham sezilarli darajada oshiramiz.Tasavvur qiling, avtoulov zavodi avtomobil ishlab chiqarish tezligini saqlab, konveyerni olib tashlashga qaror qildi. Agar ilgari bir vaqtning o'zida konveyerda mingta mashina bo'lgan bo'lsa, unda oldingi misolga o'xshab, minglab brigadalarni jalb qilish kerak, ularning har biri (1) yuzlab turli xil operatsiyalarni bajarib, mashinani boshidan oxirigacha to'liq yig'ishga qodir va (2) mashina ilgari konveyerda bo'lganida. Bugungi kunda kam sonli odamlar kompyuter arxitekturasidagi parallellikdan hayratda.Pentium II yoki PA-8200, MIPS R10000 yoki Power2 SuperChip bo'lsin, barcha zamonaviy mikroprotsessorlar parallel qayta ishlashning biron bir shaklidan foydalanadilar. Yangi chiplarning taqdimotlarida va korporatsiyalarning press-relizlarida bu texnologiyadagi so'nggi so'z va ilm-fanning eng ilg'or tomoni sifatida taqdim etiladi va agar biz ushbu tamoyillarni bitta kristall doirasida amalga oshirishni ko'rib chiqsak, bu haqiqatan ham shundaydir.

Shu bilan birga, bu g'oyalarning o'zi ancha oldin paydo bo'lgan. Dastlab, ular o'z davrlarining eng ilg'or va shu sababli ajratilgan kompyuterlarida amalga oshirilgan. Keyinchalik, texnologiyani to'g'ri ishlab chiqib, ishlab chiqarish tannarxini pasaytirgandan so'ng, ular o'rta sinf kompyuterlariga tushishdi va nihoyat, bugungi kunda bularning barchasi ish stantsiyalari va shaxsiy kompyuterlarda to'liq namoyon bo'ldi.

Zamonaviy protsessorlarning arxitekturasidagi barcha asosiy yangiliklar mikroprotsessorlar ham, superkompyuterlar tushunchasi ham mavjud bo'lmagan davrdan beri amalda qo'llanilganligiga ishonch hosil qilish uchun, deyarli birinchi kompyuterlar paydo bo'lgan paytdan boshlab, tarixga kichik ekskursiya qilaylik.Dastlabki barcha kompyuterlar, masalan, EDSAC, EDVAC, UNIVAC, avval ma'lumotlarni xotiradan bitma-bit o'qiydilar, so'ngra ular xuddi shunday arifmetik birlikda qayta ishlanadi. 1953 Bit-parallel xotira (CRT-da) va bit-parallel arifmetikadan foydalangan holda birinchi sotuvga chiqariladigan kompyuter IBM 701 edi. Aytgancha, o'sha paytdagi eng ommabop IBM 704 (1955) edi. 150 nusxada (!), unda birinchi navbatda ferrit yadrolari va apparat suzuvchi nuqta arifmetik qurilmasida yuqorida ko'rsatilgan xususiyatlardan tashqari xotira ishlatilgan. 1958 yil Birinchi kompyuterlarning protsessorlari Kiritish-chiqarishni o'zlari boshqargan. Shu bilan birga, eng tezkor tashqi qurilmaning tezligi va o'sha paytda u magnit lenta bo'lib, protsessorning tezligidan 1000 baravar kam edi, shuning uchun protsessor aslida I / U operatsiyalari paytida bo'sh edi. 1958 yilda. IBM 704 kompyuteriga 6 ta mustaqil kiritish-chiqarish protsessori biriktirilgan bo'lib, ular buyruqlarni olgandan so'ng, asosiy protsessor bilan parallel ravishda ishlashi mumkin edi va kompyuterning o'zi IBM 709 deb o'zgartirildi. Ushbu model hayratlanarli darajada muvaffaqiyatli bo'lib chiqdi, chunki modifikatsiyalari bilan birga 400 ga yaqin nusxalari sotildi, ikkinchisi 1975 yilda yopilgan - 20 yillik hayot! 1961 yil IBM STRETCH kompyuteri yaratilgan bo'lib, u ikkita muhim muhim xususiyatga ega: xotirani olishning past tezligi va operatsiyalar tezligini muvofiqlashtirish uchun ko'rsatmalarni olish va xotirani ikki bankka tabaqalashtirish uchun oldindan qarash. 1963 yil Manchester universiteti ATLAS kompyuterini ishlab chiqdi, u orqali buyruqlarni bajarish printsipidan foydalaniladi. Buyruqning bajarilishi 4 bosqichga bo'linadi: buyruqni olish, operand manzilini hisoblash, operandni olish va operatsiyani bajarish, bu buyruqni bajarish vaqtini o'rtacha 6 msdan 1,6 msgacha kamaytirishga imkon berdi. Adolat uchun shuni ta'kidlash kerakki, ushbu kompyuter umuman hisoblash texnologiyasining rivojlanish tarixida sezilarli iz qoldirgan: aytilganlardan tashqari, birinchi bo'lib virtual xotira va uzilish tizimidan foydalangan holda ko'p dasturli operatsion tizimdan foydalangan.

1964 yil Control Data Corporation (CDC) o'zining asoschilaridan biri Seymour R.Kreyning bevosita ishtirokida CDC-6600 kompyuterini chiqaradi, bu bir nechta mustaqil funktsional qurilmalardan foydalangan birinchi kompyuter. Bugungi kun bilan taqqoslash uchun biz kompyuterning ba'zi parametrlarini keltiramiz: tsikl vaqti 100 ns, unumdorligi sekundiga 2-3 million operatsiya, RAM 4096 60 bitli so'zlardan iborat 32 ta bankka, xotira tsikli 1 miks, 10 ta mustaqil funktsional qurilmalarga bo'linadi. Mashina IBM mashinalarini faol ravishda almashtirib, ilmiy bozorda katta muvaffaqiyatga erishdi. 1969 yil CDC CDC-7600 kompyuterini sakkizta mustaqil truboprovodli funktsional birliklari bilan ishga tushiradi - bu parallel va quvurli ishlov berish kombinatsiyasi.

1967 yilda Slotnik guruhi Illinoys Universitetidagi Kengaytirilgan Hisoblash Markaziga birlashib, matritsa tuzilishiga ega bo'lgan ILLIAC IV vektorli superkompyuterini amaliy tatbiq etishni boshladi. Ushbu ish AQSh Mudofaa vazirligi tomonidan moliyalashtirildi va mashinani ishlab chiqarishni Burroughs Corp. Loyihaning texnik tomoni hanuzgacha o'z miqyosida diqqatga sazovordir: tizim to'rtta kvadrantdan iborat bo'lishi kerak edi, ularning har biri 64 ta ishlov berish elementlarini (PE) va 64 ta xotira modullarini o'z ichiga olgan bo'lib, ular giperkub tipidagi tarmoqqa asoslangan kalit bilan birlashtirilgan. Kvadrantning barcha PE-lari buyruq protsessori tomonidan ularga yuborilgan vektorli ko'rsatmalarni qayta ishlashadi, ularning har biri bitta elementar vektorli operatsiyani bajaradi, ular uchun ma'lumotlar bog'liq bo'lgan PE xotira modulida saqlanadi. Shunday qilib, bitta ILLIAC IV kvadrant bir vaqtning o'zida 64 vektorli elementni, to'rtta kvadrantning butun tizimi esa 256 elementni qayta ishlashi mumkin. 1972 yilda apparat va dasturiy ta'minot darajasida loyihani amaliy amalga oshirish bilan bog'liq muhim muammolarni bartaraf etgandan so'ng, Amesdagi NASA tadqiqot markazida birinchi ILLIAC IV tizimi o'rnatildi. Ushbu tashkilotdagi faoliyati natijalari har xil baholandi.Bir tomondan, superkompyuterdan foydalanish boshqa kompyuterlar uddalay olmagan bir qator eng murakkab aerodinamik muammolarni hal qilishga imkon berdi.Hatto o'sha davrdagi ilmiy tadqiqotlar uchun eng tezkor kompyuter - "superkompyuter patriarxi" Seymur Cray (S. Cray) tomonidan ishlab chiqilgan Control Data CDC 7600-ning o'zi ham soniyasiga 5 milliondan ortiq suzuvchi nuqta operatsiyasini (MFLOPS) ta'minlashi mumkin edi.), ILLIAC IV o'rtacha 20 MFLOPS ko'rsatkichni ko'rsatdi. Boshqa tomondan, ILLIAC IV hech qachon 256 PE bilan to'liq tuzilmagan; amalda ishlab chiquvchilar o'zlarini faqat bitta kvadrant bilan chekladilar.Buning sababi tizimning protsessor elementlari sonini ko'paytirishda juda ko'p texnik qiyinchiliklar emas edi, chunki xotira modullarini almashtirish orqali protsessor elementlari o'rtasida ma'lumotlar almashinuvini dasturlash bilan bog'liq muammolar.Ushbu muammoni tizim dasturiy ta'minotidan foydalanib hal qilishning barcha urinishlari muvaffaqiyatsiz tugadi, natijada har bir dastur kalit uzatmalarini qo'lda dasturlashni talab qiladi, bu esa foydalanuvchining qoniqarsiz sharhlarini keltirib chiqaradi. Agar ILLIAC IV ishlab chiquvchilari qayta ishlash elementlari matritsasini dasturlash muammolarini engishga muvaffaq bo'lsalar, unda, ehtimol, hisoblash texnologiyasining rivojlanishi butunlay boshqacha yo'l tutgan bo'lar edi va bugungi kunda matritsa arxitekturasiga ega kompyuterlar ustunlik qilar edi.

Biroq, na 60-yillarda, na keyinchalik, ikkita bir nechta yuzlab protsessorlarning parallel ishlashini dasturlash va shu bilan birga ular o'rtasida ma'lumotlar almashinuvi uchun hisoblash vaqtining minimal sarflanishini ta'minlash kabi ikkita asosiy muammoga qoniqarli va universal echim topilmadi. Ultra yuqori samarali kompyuterni yaratish bo'yicha kashshof vazifani ilgari surgan holda, ILLIAC IV ishlab chiquvchilari ushbu ikkita asosiy savolga birinchi bo'lib javob berolmadilar. Yakuniy tashxis qo'yish uchun matritsa me'morchiligiga ega bo'lgan superkompyuterlarni tatbiq etish uchun turli firmalar tomonidan yana 15 yil davom etgan sa'y-harakatlar talab qilindi: ushbu turdagi kompyuterlar foydalanuvchilarning keng doirasini qondira olmaydi va juda cheklangan dastur sohasiga ega, ko'pincha bir yoki bir nechta turdagi vazifalar (masalan, tizimlarda) Goodyear Aerospace-dan STARAN kompyuteri kabi tasvirni qayta ishlash). Matritsali superkompyuterlarning "oqqush qo'shig'i" Burrouz tomonidan ishlab chiqarilgan BSP kompyuteri bo'lib, u Cray Research tomonidan ishlab chiqarilgan vektorli quvurli superkompyuterga muqobil ravishda ishlab chiqilgan, ammo tizimning aniq raqobatbardoshligi tufayli hech qachon kun ko'rmagan. Albatta, matritsa me'morchiligiga ega bo'lgan superkompyuterlarning rivojlanishi hech qanday ijobiy natija bermagan deb ta'kidlash katta xato bo'ladi.Birinchidan, parallel ultra yuqori tezlikda ishlov berishni amaliy amalga oshirish imkoniyatini isbotlash mumkin edi.Ikkinchidan, matritsa tuzilmalariga qiziqish ortidan ko'plab protsessor elementlarini birlashtirgan kommutatsiya tarmoqlarini qurish uchun juda uyg'un nazariy asoslar ishlab chiqilgan.Uchinchidan, amaliy matematikada parallel hisoblashda mustaqil yo'nalish shakllandi.Ultra yuqori tezlikda ma'lumotlarni qayta ishlash vositalarining rivojlanishi bilan dasturlarni vektorlashtirish usullarini takomillashtirish o'rtasidagi farq, ya'ni. ketma-ket til konstruktsiyalarini vektor shakliga kompilyatsiya qilish jarayonida avtomatik konvertatsiya qilish va ishlov berish elementlari o'rtasida ma'lumotlarni almashtirish va taqsimlashni dasturlashning o'ta murakkabligi matritsali superkompyuterlarga nisbatan foydalanuvchining juda qattiq reaktsiyasiga olib keldi - keng ko'lamli dasturchilar foydalanish qobiliyatiga ega bo'lgan sodda va "shaffof" vektorli ishlov berish arxitekturasiga muhtoj edilar. FORTRAN kabi yuqori darajadagi standart tillar.Ushbu yechim 1960-yillarning oxirlarida, o'sha paytda Cray bilan hamkorlik qilgan Control Data firmasi ma'lumotlarni qayta ishlashning vektor-konveyer printsipiga asoslanib STAR-100 mashinasini taqdim etganida topildi.Vektorli-konveyer texnologiyasining matritsali kompyuterlar arxitekturasidan farqi shundaki, vektorning turli elementlarida bir xil buyruqni bajaradigan ko'plab ishlov berish elementlari o'rniga bitta operatsiya konveyeri ishlatiladi, uning printsipi Ford avtomobil zavodlarining klassik konveyeriga to'liq mos keladi. Agar matritsada kompyuter protsessori elementlari stantsiya vagonlari guruhi sifatida ifodalanishi mumkin bo'lsa, ularning har biri avtoulovni shassidan yo'lovchilar bo'linmasining qoplamasiga qadar yig'adigan bo'lsa, u holda vektorli konveyerni qayta ishlash tor mutaxassislar guruhi bilan bog'liq bo'lib, ulardan biri g'ildiraklarni burashni biladi, ikkinchisi dvigatelni o'rnatishi mumkin, uchinchisi ishni o'rnatish va hk. Ford avtomobil konveyeri singari, vektorli quvurlarni qayta ishlash ham tayyor mahsulotlarning yuqori tezligini ta'minlashga qodir - bajarilgan operatsiyalar natijalari, agar "ishchilar" ning har biri (ya'ni operatsion quvur liniyasining apparat birliklari) belgilangan buyruq fazasini maksimal tezlikda bajarsa. STAR-100 kabi zamonaviy arxeologik superkompyuter ham zamonaviy tushunchalar bo'yicha 50 MFLOPS darajasida maksimal ishlashni namoyish etdi, aksariyat zamonaviy meynfreymlarda mavjud emas.Shu bilan birga, vektor-konveyer superkompyuterlari "qarindoshlari" matritsasidan ancha arzon bo'lishi juda muhimdir. Masalan, ILLIAC IV ning ishlab chiqarilishi va ishlab chiqarilishi yiliga taxminan 2 million dollarni tashkil etadigan operatsion xarajatlari bilan 40 million dollarga tushdi, CRAY va Control Data kompaniyalaridan birinchi superkompyuterlarning bozor qiymati esa 10-15 million dollar oralig'ida edi. xotira miqdori, tashqi qurilmalar tarkibi va tizim konfiguratsiyasining boshqa xususiyatlariga qarab.

Vektorli quvur liniyasi arxitekturasining ikkinchi muhim xususiyati shundan iboratki, operatsion quvur liniyasi faqat bitta kirishga ega bo'lib, u orqali operandlar keladi va bitta natija chiqadi, matritsa tizimlarida protsessor elementlariga ko'plab ma'lumotlar kiritiladi va ulardan ko'plab chiqishlar mavjud. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, truboprovodli ishlov beriladigan kompyuterlarda barcha bir vaqtda bajarilgan operatsiyalar ma'lumotlari tanlanib, bitta xotiraga yoziladi va shu sababli matritsali superkompyuterlarni loyihalashda qoqintiruvchi blokga aylangan protsessor elementlarini almashtirishga ehtiyoj qolmaydi. 1972 yilda S. Krey CDC-dan chiqib ketadi va o'zining Cray Research kompaniyasini tashkil etadi, 1976 yilda. CRAY-1 birinchi vektorli truboprovod kompyuterini chiqaradi: tsikl vaqti 12,5 ns, 12 ta quvuri funktsional moslamasi, maksimal ishlash tezligi sekundiga 160 million operatsiya, 1Mwordgacha bo'lgan operativ xotira (so'z 64 bit), xotira tsikli 50ns. Asosiy yangilik - mustaqil ma'lumotlarning butun massivlari bilan ishlaydigan va truboprovodli funktsional qurilmalardan samarali foydalanishga imkon beradigan vektor ko'rsatmalarining kiritilishi. Aynan shu erda tarixga ekskursiyani xavfsiz bajarish mumkin, chunki parallellikning roli va uning kompyuter arxitekturasi rivojiga ta'siri allaqachon aniq.

Foydalanilgan kitoblar

1. 
   Вл. В. Воеводин “Суперкомпьютерная грань компьютерного мира”
   
2. 
   IEEE Computer ”Рынок аппаратных средств”
   
3. 
   М. Кузминьский, Д. Волков “Современные суперкомпьютеры: состояние и перспективы”
   
4. 
   Левин В. К. “Отечественные суперкомпьютеры”
   
5. 
   Б. В. Пальцев “PC против суперкомпьютеров”
   
6. 
   “Computerworld Россия”
   
7. 
   НИВЦ МГУ “Основные классы современных параллельных компьютеров”