Referati Mavzu: Turli sohalar uchun mo’ljallangan super kompyuterlar va kompyuter tizmlari. Reja: I. Kirish

Zamonaviy super kompyuterlar.
Nehalemda Intel muhandislari ilgari ishlatilgan keng tarqalgan FSB avtobusidan voz kechishdi va protsessorga o'rnatilgan RAM kontrolleri bilan yanada samaraliroq yechimga qo'shilishdi; shunga o'xshash yondashuv IBM va AMD protsessorlarida qo'llaniladi. Nehalem shuningdek, AMD Opteron-da qo'llab- quvvatlanadigan yechimga - HyperTransport avtobusiga kontseptual jihatdan o'xshash Quick Path Interconnect (QPI) seriyali avtobusini taqdim etdi. Natijada, AMD ga so'nggi besh-olti yil ichida bozor ulushini sezilarli darajada oshirish imkonini beruvchi ko'p protsessorli serverlarni qurishda Opteronning me'moriy afzalliklari tenglashtirildi.
Yaponiyaning Fujitsu kompaniyasi tomonidan ishlab chiqilgan «K Computer» nomli superkompyuter jahondagi eng kuchli elektron hisoblash mashinasi deb topilgan. Shunday qilib, jahondagi Top-500 superkompyuterlar reytingida birinchi o‘rin sohibi o‘zgardi. 2010-yil noyabr oyidan beri ushbu reytingni Xitoyning Milliy mudofaa texnologiyalari institutiga o‘rnatilgan «Tianhe-1A» superkompyuteri boshqarib kelayotgan edi. Bu haqda CNET internet-nashri xabar bergandi. O‘tkazilgan sinov natijalariga ko‘ra, «K Computer» superkompyuterining unumdorligi soniyasiga 8,16 petaflopni (1 petaflop = soniyasiga suzib yuruvchi nuqta bilan 1 000 000 000 000 000 operatsiya) tashkil etdi. Bu millionta oddiy shaxsiy kompyuter quvvatlarining yig‘indisiga teng. Xitoyning superkompyuteri esa bu borada 2,6 petaflop natijani ko‘rsatdi. Jahondagi eng kuchli superkompyuterlar beshligiga Amerikaning Jaguar kompyuter tizimi (1,75 petaflop), Xitoyning Nebulae (1,27 petaflop) va Yaponiyaning Tsubame 2.0 (1,19 petaflop) superkompyuterlari ham kirgan. Top-500 superkompyuterlar reytingida eng ko‘p AQSH’da o‘rnatilgan elektron hisoblash mashinalari joy olgan (256 ta). Ikkinchi o‘rinda — Xitoy (62 ta), uchinchi o‘rinda — Germaniya (30 ta), to‘rtinchi o‘rinda — Buyuk Britaniya (27 ta), beshinchida esa — Yaponiya (26 ta). Eslatib o‘tish kerakki, Top-500 8superkompyuterlar reytingi yilda ikki marta — noyabr va iyun oylarida yangilanadi. Ro‘yxatning eng yuqori pog‘onasini yaqinda egallagan «K Computer» Yaponiyaning Kobe shahridagi Fizika-kimyo tadqiqotlari instituti (RIKEN) binosiga o‘rnatilgan. Ushbu kompyuter tizimi har birida 8 tadan yadro bo‘lgan 80 ming dona protsessordan iborat. Uni Yaponiyaning Fujitsu kompaniyasi ishlab chiqargan.



Yangi ixtiro qilingan superkompyuterlar kelayotgan ob-havoni oldindan bashorat qilish imkoniyatini yaratishi tabiiy ofatlarning oldini olishda va boshqa masalalarda juda muhim hisoblanadi. Lekin bunday superkompyuterlarning ishlab chiqarish juda katta mablag, malaka va vaqt talab etgani uchun, ularni ishlab chiqarish va foydalanishga har qanday tashkilotning ham imkoniyati yetmaydi. Undan ezgu maqsadlarni amalga oshirishda samarali foydalanishi hayotimiz farovonligi yo‘lidagi dadil qadamlardan biri bo‘lib xizmat qilishi tayin. Chunki superkompyuterlarning ishlash tezligi va hajmi o‘ta yuqoridir. Ma'lum bo'lishicha, bir qator hayotiy muammolar mavjud bo'lib, ularni superkompyuter texnologiyalarisiz hal qilib bo'lmaydi. Misol uchun, yiliga ikki marta halokatli tornadolar bosib o'tadigan Qo'shma Shtatlarni olaylik. Ular yo'lda shaharlarni supurib tashlaydilar, avtomashinalar va avtobuslarni havoga ko'taradilar, daryolarni qirg'oqlari ustida olib boradilar va shu bilan ulkan hududlarni suv bosadi. Tornado nazorati AQSh byudjetining muhim qismidir. Ushbu tornadolar tug'ilgan joyga yaqin bo'lgan Floridaning o'zi so'nggi yillarda favqulodda qutqaruv ishlariga 50 milliard dollardan ko'proq mablag 'sarflagan. Hukumat tornado paydo bo'lishini bashorat qiladigan va uning qayerga borishini aniqlaydigan texnologiyalarga sarmoya kiritish uchun hech qanday mablag'ni ayamadi. Shunday qilib, biz bugungi kunda haqiqatan ham superkompyuterlarsiz ishlay olmasligimizni ko'ramiz. Aniqlash uchun yana bir savol bor: nega ular bunchalik tez hisoblashadi? Bu, birinchidan, elementlar bazasining rivojlanishi, ikkinchidan, kompyuterlar arxitekturasida yangi yechimlardan foydalanish bilan bog'liq bo'lishi mumkin. Keling, ushbu omillarning qaysi biri rekord ko'rsatkichga erishish uchun hal qiluvchi ekanligini aniqlashga harakat qilaylik. Keling, taniqli tarixiy faktlarga murojaat qilaylik. Dunyodagi birinchi kompyuterlardan biri, 1949-yilda Kembrijda paydo bo ʻ lgan va aylanish vaqti 2 mikrosekund (2 · soniya) bo ʻ lgan EDSAC kompyuterida 18n millisekundda 2n ta arifmetik amalni bajarish mumkin edi, ya ʼ ni soniyada o'rtacha 100 ta arifmetik amal. Zamonaviy Hewlett-Packard V2600 superkompyuterining yagona hisoblash tuguniga qiyoslash mumkin: sikl vaqti taxminan 1,8 nanosoniya (1,8 · soniya) va eng yuqori ko'rsatkich sekundiga 77 milliard arifmetik amalni tashkil qiladi. Xo'sh, nima bo'ladi? Yarim asr davomida kompyuterning ishlashi etti yuz million martadan ko'proq oshdi. Shu bilan birga, aylanish vaqtining 2 mikrosekunddan 1,8 nanosekundgacha kamayishi bilan bog'liq tezlikni oshirish atigi 1000 martani tashkil qiladi. Qolganlari qayerdan keldi? Javob aniq - kompyuter arxitekturasida yangi echimlardan foydalanish orqali. Taqsimlangan xotiraga ega massiv parallel kompyuterlar Ushbu toifadagi kompyuterlarni yaratish g'oyasi ahamiyatsiz: ketma- ket mikroprotsessorlar tarmoq uskunalari yordamida ulanadi - bu hammasi. Ushbu arxitektura juda ko'p afzalliklarga ega: agar sizga yuqori ishlash kerak bo'lsa, siz protsessorlarni qo'shishingiz mumkin va agar moliya cheklangan bo'lsa yoki kerakli hisoblash quvvati oldindan ma'lum bo'lsa, unda optimal konfiguratsiyani tanlash oson. Bu sinfga, shuningdek, bugungi kunda juda qimmat superkompyuterlarga arzon muqobil sifatida qaralayotgan oddiy kompyuter tarmoqlari ham kiradi. (To'g'ri, bunday tarmoqlar uchun samarali parallel dastur yozish juda qiyin va ba'zi hollarda bu shunchaki imkonsizdir). Massiv parallel kompyuterlar qatoriga Intel Paragon, ASCI RED, IBM SP1, Parsytec, ma'lum darajada IBM SP2 va CRAY T3D / T3E kiradi. Umumiy xotiraga ega parallel kompyuterlar Bunday kompyuterlardagi barcha operativ xotira umumiy disk xotirasiga kiradigan bir nechta bir xil protsessorlar tomonidan taqsimlanadi. Protsessorlar o'rtasida ma'lumotlar almashinuvi va ularning ishini sinxronlashtirishda deyarli hech qanday muammo yo'q. Biroq, ushbu arxitekturaning asosiy kamchiligi shundaki, faqat texnik sabablarga ko'ra umumiy xotiraga kirish huquqiga ega bo'lgan protsessorlar sonini ko'paytirish mumkin emas. Superkompyuterlarning ushbu yo'nalishi ko'plab zamonaviy SMP kompyuterlarini (Symmetric Multi Processing) o'z ichiga oladi, masalan, HP9000 N-sinf serveri yoki Sun Ultra Enterprise 5000. Sunway TaihuLight Besh yil oldin AQShda ishlab chiqarilgan superkompyuter quvvat jihatidan kaftni barqaror ushlab turgan yilda xitoylik olimlar yetakchilikni qolga olishdi va, aftidan, undan voz kechmoqchi emaslar. Ayni paytda dunyodagi eng kuchli kompyuter 93 petaflops (maksimal tezlik - 125,43 petaflops) hisoblash tezligiga ega bo'lgan Sunway TaihuLight ("Tayxu ko'li nurining ilohiy kuchi" deb tarjima qilingan) hisoblanadi. Bu avvalgi rekordchi – 2016 yilning iyunigacha eng kuchli deb topilgan Tianxe- 2 superkompyuteridan 2,5 barobar kuchliroqdir. Sunway Taihulite 10,5 million yadroga ega (har biri 256 ta hisoblash va 4 ta boshqaruvchi yadroga ega protsessor) yilning eng kuchli kompyuteri shunday ko'rinishga ega. Barcha jihozlar Xitoyda ishlab chiqilgan va ishlab chiqarilgan, o'tmishdagi eng kuchli kompyuterning protsessorlari esa Amerikaning Intel kompaniyasi tomonidan ishlab chiqarilgan. Sunway TaihuLight 270 million dollarga baholangan. Superkompyuter Vusi okrugi milliy superkompyuter markazida joylashgan. Eng kuchli kompyuterlar Yaqin vaqtgacha dunyo DirectX10 haqida bilmas edi va FarCry yoki NFS Underground 2 grafikasi kompyuter imkoniyatlarining cho'qqisi bo'lib tuyulardi. Bir paytlar 600 megabaytlik axborotni sigdira oladigan disk texnologiya mojizasidek tuyulgan bolsa, hozirda bir terabaytlik xotira kartalari ommaviy mulkda sotilmoqda. Superkompyuterlar sohasida ham xuddi shunday narsa sodir bo'ladi yilda Tennessi universiteti professori Jek Dongarra dunyodagi eng kuchli kompyuterlar reytingini yaratish g'oyasi bilan chiqdi. O'shandan beri TOP500 deb nomlangan ushbu ro'yxat yiliga ikki marta: iyun va noyabrda yangilanadi. Vaqt o'tadi va 90-yillarning boshlarida superkompyuter reytingining etakchilari, hatto oddiy shaxsiy kompyuter foydalanuvchilari standartlari bo'yicha ham uyatsiz eskirgan. Shunday qilib, 1993 yilda birinchi bo'lib Thinking Machines tomonidan yig'ilgan CM-5/1024 bo'ldi: soat chastotasi 32 MGts, hisoblash tezligi 59,7 gigaflop bo'lgan 1024 protsessor - stolingiz ostidagi oddiy 8 yadroli shaxsiy kompyuterdan biroz tezroq. Tianhe-2 quvvati soniyasiga 2507 trillion operatsiyani (sekundiga 33,86 petaflops), eng yuqori ko'rsatkich - 54,9 Petaflopsni ta'minlaydi. Xitoy rivojlanishi 2013-yilda ishga tushirilganidan beri ushbu reytingda birinchi o'rinni egallab turibdi - bu ajoyib ko'rsatkich! Superkompyuter Tianhe-2 Tianhe-2 ning xarakteristikalari quyidagicha: 16 ming tugun, 32 ming 12 yadroli Intel Xeon E protsessorlari va 48 ming 57 yadroli Intel Xeon Phi 31S1P tezlatkichlari, bu jami yadroni bildiradi; 256 ming 4 GB DDR3 operativ xotira va GB GDDR5 tasmasi – jami GB operativ xotira. Qattiq disk sig'imi 13 million GB dan ortiq. Biroq, u ishlamaydi - u faqat hisob-kitoblar uchun mo'ljallangan, Somon yo'li-2 da video karta o'rnatilmagan. Xususan, metro qurilishi va shaharsozlik uchun hisob-kitoblarga yordam beradi. Yaguar deb nomlangan superkompyuter ikkita bo'limga - XT4 va XT5 ga bo'lingan ko'p sonli mustaqil hujayralardan iborat. Oxirgi bo'limda aniq hisoblash katakchalari mavjud. Har bir hujayrada 2,3 gigagertsli chastotali ikkita olti yadroli AMD Opteron 2356 protsessorlari, 16 GB DDR2 operativ xotira, shuningdek SeaStar 2+ routeri mavjud. O'yinlar uchun eng kuchli kompyuterni yaratish uchun ushbu bo'limdan bitta hujayra ham etarli bo'ladi. Bo'limda atigi ta hisoblash yadrolari, katta hajmdagi operativ xotira TB dan ortiq, shuningdek, 1,38 Petaflops va 6 Petabaytdan ortiq disk maydoni mavjud. Yaguar Uzoq vaqt davomida AQShning Yaguar superkompyuteri reytingning eng yuqori pog'onasida edi. U boshqalardan qanday farq qiladi va uning texnik afzalliklari nimada? Yana bir kompyuter, IBM kompaniyasining miyasi - Roadrunner, Yaguar orqasiga nafas oladi. Eng kuchli hisoblash monsteri soniyada tagacha operatsiyani hisoblashga qodir. U Los-Alamosdagi Milliy Yadro xavfsizligi boshqarmasining energetika bo'limi (yoki Energetika Departamentining Yadro xavfsizligi milliy boshqarmasi) uchun maxsus ishlab chiqilgan. Ushbu superkompyuter yordamida AQShda joylashgan barcha yadroviy inshootlarning ishlashini kuzatish rejalashtirilgan edi. Rossiyadagi eng kuchli kompyuter Afsuski, Rossiyadagi eng kuchli kompyuter sifatida tan olingan "Lomonosov-2" rus ishlanmasi TOP500da atigi 41-o'rinda (2016 yil iyun holatiga ko'ra). U Moskva davlat universitetining tadqiqot va hisoblash markazida joylashga n. Mahalliy superkompyuterning quvvati 1849 petaflops, maksimal quvvati taxminan 2,5 petaflops.