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技术历史、技术、我们身边的事物
超级计算机。 发明和生产的历史
超级计算机是指其技术参数明显优于大多数现有计算机的计算机。 通常，现代超级计算机是通过本地高速骨干网相互连接的大量高性能服务器计算机，以在计算任务的并行化方法的框架内实现最大性能。 1996年，英国计算机博物馆馆长多伦·斯瓦德（Doron Swade）写了一篇标题耸人听闻的文章：“40多年前研制的俄罗斯BESM系列超级计算机，可能证明美国的谎言，它在冷战时期宣布了技术优势。” 事实上，1960 年代中期是苏联计算机技术史上的一个高峰。 当时，许多创意团队在苏联工作 - S.A.的研究所。 列别杰娃，I.S. 布鲁克，VM Glushkov 等。与此同时，为了最多样化的目的，生产了许多不同类型的机器，它们通常彼此不兼容。 BESM-1965 创建于 1967 年并于 6 年首次发布，是最初的俄罗斯计算机，其设计与西方同类计算机相当。 然后是著名的“厄尔布鲁士”，还有BESM（厄尔布鲁士-B）的发展。 V.M. Glushkov 创造了一个奇妙的工程计算机——“Mir-2”（个人计算机的原型），它仍然没有西方类似物。 最早开发超标量架构的是 Elbrus 团队，比西方早很多年就在此基础上建造了 Elbrus-1 机器。 在这个团队中，比“Cray”公司早几年 - 超级计算机生产的公认领导者，实施了多处理器计算机的想法。
Elbrus 小组的科学负责人、教授、俄罗斯科学院通讯院士 Boris Artashesovich Babayan 认为，该小组最重要的成就是 Elbrus-3 超级机器的架构。 “这台机器的逻辑速度远高于现有的所有机器，也就是说，在相同的硬件上，这种架构可以让我们将任务加速数倍。我们首次实现了安全编程的硬件支持，我们甚至没有在西方尝试过。“Elbrus-3”建于 1991 年。它已经在我们研究所准备好了，我们开始调试它。西方公司谈论了很多关于创建这样一个架构的可能性......这项技术令人作呕，但架构是如此完美，以至于这台机器比当时最快的美国超级跑车 Cray Y-MP 快两倍。” 安全编程的原则目前正在 Java 语言的概念中实现，类似于 Elbrus 的想法现在已经形成了英特尔与惠普共同开发的新一代处理器 Merced 的基础。 “如果你看看 Merced，它实际上与 Elbrus-3 中的架构相同。也许 Merced 的某些细节有所不同，而且不是更好。” 因此，尽管总体停滞不前，但仍然有可能建造计算机和超级计算机。 不幸的是，同样的事情也发生在我们的计算机上，这也发生在整个俄罗斯工业中。 但今天，一个乍看起来很奇特的新参数一直在努力进入传统宏观经济指标的数量（如 GDP、黄金和外汇储备）——该国计算机的总容量。 超级计算机将在该指标中占有最大份额。 十五年前，这些机器是独一无二的怪物，但现在它们已经投入生产。 “最初，计算机是为与核和火箭研究相关的复杂计算而创建的，”Arkady Volovik 在 Kompaniya 杂志上写道，“很少有人知道超级计算机有助于维持地球上的生态平衡：在冷战期间，计算机模拟了地球上的变化。核武器，而这些实验最终让超级大国放弃了真正的原子武器试验。因此，IBM强大的多处理器计算机Blue Pacific被精确地用于模拟核武器试验。事实上，计算机科学家并没有为原子武器的成功做出贡献。停止核试验的谈判 Compaq Computer Corp. 建造欧洲最大的基于 2500 个 Alpha 处理器的超级计算机 法国核能委员会将使用这台超级计算机来提高法国军火库的安全性，而无需进行更多的核试验。 在航空技术的设计中，同样需要进行大规模计算。 对飞机的参数进行建模需要巨大的功率——例如，要计算飞机的表面，就需要计算机翼和机身每个点每平方厘米的气流参数。 也就是说，每平方厘米需要解方程，飞机的表面积是几十平方米。 更改曲面的几何形状时，必须重新计算所有内容。 而且，这些计算必须快速进行，否则会延误设计过程。 至于航天，它不是从飞行开始，而是从计算开始。 超级计算机在这里有广阔的应用领域。” 波音公司部署了一个由 Linux NetworX 开发的超集群，用于模拟 Delta IV 火箭中燃料的行为，该火箭旨在发射用于各种目的的卫星。 在考虑的四种集群架构中，波音选择了 Linux NetworX 集群，因为它提供了可接受的运营成本，甚至在计算能力方面超过了 Delta IV 项目的要求。 该集群由 96 台基于 AMD Athlon 850 MHz 处理器的服务器组成，通过高速以太网连接相互连接。 2001 年，IBM 在夏威夷的超级计算中心为美国国防部安装了一个 512 处理器的 Linux 集群，处理能力为每秒 478 亿次操作。 除五角大楼外，该集群还将被其他联邦部门和科研机构使用：特别是用于预测森林火灾蔓延速度和方向的集群。 该系统将由 256 台 IBM eServerx330 瘦服务器组成，每台都包含两个 Pentium-III 处理器。 这些服务器将使用 Myricom 开发的集群机制进行链接。 然而，超级计算机的范围并不局限于军工联合体。 今天，生物技术公司是超级计算机的主要客户。
“作为人类基因组计划的一部分，IBM，”沃洛维克写道，“收到了制造具有数万个处理器的计算机的订单。然而，人类基因组的解码并不是在人类基因组中使用计算机的唯一例子。生物学：今天只有使用强大的计算机才能创造出新药因此，制药巨头被迫在计算机技术上投入巨资，形成了惠普、太阳、康柏的市场。一种新药需要 5 到 7 年的时间，并且需要大量的财务成本。然而，今天，药物以强大的计算机为模型，不仅可以“制造”药物，还可以评估它们对人类的影响。美国免疫学家创造了一种可以对抗 160病毒。这种药物在计算机上模拟了六个月。另一种制造它的方法需要几年的工作“。 而在洛斯阿拉莫斯国家实验室，世界范围内的艾滋病流行病已经“回滚”到了源头。 艾滋病病毒副本的数据被输入一台超级计算机，这使得确定第一个病毒出现的时间成为可能 - 1930年。 1990 年代中期，出现了另一个超级计算机的主要市场。 这个市场直接关系到互联网的发展。 Web 上的信息量已达到前所未有的比例，并且还在继续增长。 此外，互联网上的信息呈非线性增长。 随着数据量的增加，它们的呈现形式也在发生变化——文字和图画中加入了音乐、视频和动画。 结果，出现了两个问题——在哪里存储不断增加的数据量，以及如何减少查找正确信息所需的时间。 超级计算机还用于需要处理大量数据的所有领域。 例如，在银行、物流、旅游、运输方面。 康柏最近向美国能源部授予了一份价值 200 亿美元的超级计算机合同。 PC 游戏公司 Square 总裁 Hironobu Sakaguchi 说：“今天我们正在准备一部基于我们的游戏的电影。Square 在 5 小时内从电影中“计算”一帧。在 GCube 上，这个操作需要 1/30 秒。” 因此，媒体制作过程达到了一个新的水平：减少了产品的工作时间，显着降低了电影或游戏的成本。 高水平的竞争迫使玩家降低超级计算机的价格。 降低价格的一种方法是使用许多标准处理器。 这个解决方案是由大型计算机市场的几个“参与者”同时发明的。 结果，市场上出现了一系列相对便宜的服务器，令买家满意。 实际上，将繁琐的计算分成小部分并将每个这样的部分的执行委托给单独的廉价批量生产处理器更容易。 例如，“英特尔”的 ASCI Red 由 500 个传统的奔腾处理器组成，它直到最近才在世界上最快的计算机 TOP9632 表中占据第一行。 这种架构的另一个重要优势是它的可扩展性：通过简单地增加处理器的数量，您就可以提高系统的性能。 诚然，有一些保留：首先，随着单个计算节点数量的增加，性能不会成正比增长，但会更慢一些，部分时间不可避免地花在组织处理器之间的交互上，并且其次，软件复杂度显着增加。 但这些问题正在被成功解决，而“并行计算”的理念也已经发展了十多年。 “在九十年代初期，出现了一个新的想法，”尤里·雷维奇在《消息报》上写道，“这被称为元计算，或“分布式计算”。有了这样的过程组织，各个计算节点不再在结构上组合成一个最初，它旨在将不同级别的计算机组合成一个单一的计算复合体，例如，可以在用户工作站上执行初步数据处理，基本建模 - 在矢量管道超级计算机上，解决大型系统线性方程 - 在大规模并行系统上，以及结果的可视化 - 在特殊的图形站上。 通过高速通信通道连接的独立站可以处于同一级别，这正是IBM的ASCI White超级计算机，现在已经在TOP500中占据了第一线，由512台独立的RS / 6000服务器组成（计算机击败卡斯帕罗夫）。 但是随着互联网的普及，“分发”这个概念的真正范围。 虽然在这样的网络中各个节点之间的通信通道很难被称为高速，但另一方面，节点本身的数量几乎可以无限拨打：世界上任何地方的任何计算机都可以参与其中。执行在地球另一端设置的任务。 公众第一次开始谈论“分布式计算”与 SETI@Home 寻找外星文明的惊人成功有关。 1,5 万志愿者在夜间为寻找与外星人接触的崇高事业而花钱买电，提供了 8 Tflops 的计算能力，仅略落后于记录保持者——上面提到的 ASCI White 超级计算机开发了 12 Tflops 的“速度”。 根据项目总监大卫·安德森的说法，“一台与我们项目功率相等的超级计算机将耗资 100 亿美元，而我们几乎从零开始创造了它。” 来自美国的年轻数学学生 Colin Percival 有效地展示了分布式计算的可能性。 2,5年来，在来自全球五十个国家的1742名志愿者的帮助下，他在一次特定的比赛中一次创造了三项纪录，其目的是确定数字“pi”的新连续数字。 以前，他能够计算小数点后 XNUMX 和 XNUMX 万亿位，而最近他能够确定哪个数字处于万亿位。 超级计算机的性能通常以每秒浮点运算次数 (FLOPS) 来衡量和表示。 这是因为，超级计算机所针对的数值建模任务通常需要与高精度实数相关的计算，而不是整数。 因此，对于超级计算机来说，传统计算机系统速度的衡量标准——每秒百万次操作数（MIPS）是不适用的。 尽管存在模糊性和近似性，但以失败为单位的评估可以轻松地根据客观标准对超级计算机系统进行相互比较。 第一台超级计算机的性能约为 1 kflops，即每秒 1000 次浮点运算。 CDC 6600 计算机于 1 年问世，性能达到 1 万次浮点运算 (1964 Mflops)。 1 年，NEC SX-1 超级计算机以 2 Gflops 的成绩超越了 1983 亿次浮点运算（1.3 gigaflops）大关。 ASCI Red 超级计算机于 1 年达到了 1 万亿次浮点运算 (1996 Tflops) 的极限。 IBM Roadrunner 超级计算机于 1 年创下了 1 万亿次浮点运算 (2008 Petaflops) 的里程碑。 目前正在进行的工作是到 2016 年建造每秒能够进行 1 XNUMX 亿次浮点运算的百亿亿次计算机。 作者：Musskiy S.A.
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