Настоящие звезды компьютерного небосклона являются основными вычислительными средствами научных, промышленных и военных проектов.
Сверхмощные вычислительные машины и их разработчики всегда находятся в центре внимания, что неудивительно, ведь стоимость таких компьютерных систем измеряется миллионами, а их возможности по управлению огромными и сложнейшими массивами данных поражают воображение. Суперкомпьютеру под силу, например, просчитать модель изменения климата на грядущее десятилетие или смоделировать движение частиц автомобильного лака в воздушном потоке в течение нескольких дней, недель и даже месяцев. При этом стандартному ПК для выполнения таких задач не хватило бы и целой человеческой жизни. Суперкомпьютеры играют также видную роль в ядерных разработках — например, при расчете силы взрывной волны.
Младший брат умнее человека?
11 мая 1997 года состоялся «матч века» по шахматам, вошедший в историю как поединок между машиной и человеком. В заключительной шестой партии чемпион мира Гарри Каспаров потерпел поражение от созданного IBM компьютера Deep Blue, что определило исход матча — 2,5:3,5 в пользу искусственного разума. Для того чтобы разгромить соперника, машине понадобилось всего 19 ходов.
Deep Blue был специально разработан компанией IBM для игры в шахматы, много раз перепрограммировался и совершенствовался, но звание самой быстрой ЭВМ ему никогда не принадлежало. А по сравнению с конкурентами из TOP500 — официального рейтинга самых мощных компьютерных систем мира (top500.org) — он работал даже медленно. В июне 1997 года Deep Blue удалось занять лишь 259 место в этом списке, а сейчас, по прошествии 15 лет, его уже давно нет в заветном перечне.
Рождение сверхмощной машины
Считается, что первый суперкомпьютер появился на свет в 1964 году, а его создателем принято называть американца Сеймура Крея, который претворял в жизнь поистине революционные для своего времени идеи — большинство из них стало применяться в массовом производстве ПК лишь спустя несколько десятилетий. Один из примеров тому — конвейерная обработка инструкций, которая позволяет компьютеру разделять выполнение команд на несколько этапов, называемых ступенями, вместо того чтобы выполнять их последовательно, одну за другой. При этом на различных ступенях конвейера выполняется несколько команд. Применяя этот принцип, Крей сконструировал для компании CDC (Control Data Corporation) первый коммерчески выгодный суперкомпьютер CDC 6600 с производительностью 3 млн операций с плавающей запятой в секунду (флопс).
Флопс — сокращение от английского floating operations per second, в переводе на русский — «количество операций с плавающей запятой». Эта величина измеряется при помощи стандартного теста LINPACK. В 1964 году производительность CDC 6600 считалась рекордно высокой, по современным же меркам она ничтожно мала.
Гонка за рекордами
Deep Blue, созданный в 1997-м, мог похвастаться мощностью 11,38 млрд флопс, а ASCI Red, несколько лет возглавлявший список самых мощных компьютеров, уже одолел рубеж в один терафлопс — 1,068 триллиона операций в секунду. И хотя стандартный тест LINPACK измеряет производительность не процессора, а всей системы в целом, его результаты едва ли можно назвать бесспорными. Причина кроется в том, что вычислительные машины, построенные по определенному типу, получают преимущество в этом испытании, в то время как на некоторых компьютерах тест LINPACK выполнить и вовсе невозможно в силу особенностей их архитектуры. Тем не менее звание создателя самого быстрого в мире компьютера было и остается весьма престижным.
Раньше в TOP500 бесспорными лидерами были США, но в 80-е годы XX века серьезную конкуренцию им составила Япония, а теперь и Китай готов побороться за первые места в заветном списке. Предыдущий обладатель титула «Номер один» также родом из Азии. K-computer, сконструированный компанией Fujitsu, установлен в японском городе Кобе. Он работает на базе операционной системы Linux и по-настоящему впечатляет оснащением: 705 024 ядра обеспечивают скорость вычислений в 10,51 петафлопс, что в четыре раза превышает производительность суперкомпьютера Tianhe-1A, лидировавшего в списке TOP500 в 2010 году.
Впрочем, США удалось отвоевать лидерство: Sequoia 1A от фирмы IBM с рекордной производительностью 16,32 петафлопс по праву получил звание самого быстрого суперкомпьютера в мире. Эта сверхмощная ЭВМ установлена на территории Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса и используется для ядерных разработок.
Однако задачи, стоящие перед суперЭВМ, далеко не всегда столь серьезны. В качестве примера можно привести торговую марку Pringles, столкнувшуюся с неожиданными трудностями: при движении конвейера некоторые чипсы вылетали с ленты. Для решения этой проблемы применялись аэродинамические вычисления, которые проводились суперкомпьютером.
История развития
1837 г. Вычислительная машина
Предшественницей современных ПК принято считать механическую вычислительную машину под названием Analytical Engine, сконструированную англичанином Чарльзом Бэббиджем.
1941 г. Zuse Z3
Первый компьютер, получивший название Z3, был сконструирован инженером Конрадом Цузе и размерами напоминал шкаф. Он был уничтожен во время авианалета в 1943 году.
1964 г. CDC 6600
Сеймур Крей создал первый суперкомпьютер стоимостью около $8 млн. Сконструированные Креем машины долгое время оставались самыми быстрыми в мире.
1976 г. Cray 1
Основав собственную фирму, Крей выпустил суперкомпьютер Cray 1 с производительностью 250 млн флопс. Эта модель получила огромный успех.
1984 г. М13
Рубеж в один гигафлопс покорен: разработанный в СССР суперкомпьютер М13 работает со скоростью 2,4 млрд флопс
1993 г. TOP500
Ганс Мойер, профессор из немецкого города Мангейма, с 1986 года вел список самых мощных суперкомпьютеров мира. В 1993-м его сменил рейтинг TOP500.
1995 г. Ядерное оружие
В США стартовал проект Advanced Simulation and Computing (программа передовых вычислений и моделирования). Компьютерные симуляторы пришли на смену реальным испытаниям ядерного оружия.
1996 г. Шах и мат
Суперкомпьютеру под названием Deep Blue удалось обыграть чемпиона мира по шахматам Гарри Каспарова в одной партии из шести. А в 1997 году победа была одержана уже во всем матче.
1997 г. ASCI Red
Новый прорыв США: производительность разработанного американцами ASCI Red превышает отметку в один терафлопс.
2008 г. Петафлопс
Чтобы преодолеть границу в один петафлопс, потребовалось целых 11 лет. Суперкомпьютер Roadrunner от IBM оценивается в $133 млн.
2010 г. Tianhe-1A
США — признанная компьютерная супердержава, но китайская разработка Tianhe-1A ставит под вопрос гегемонию американцев.
2012 г. Sequoia
Сконструированный в США сверхмощный компьютер Sequoia работает в шесть раз быстрее, чем Tianhe, и устанавливает новый мировой рекорд — 16,3 петафлопс.
2019 г. Экзафлопс
Эксперты предсказывают, что к 2019 году компьютеры смогут обрабатывать квинтиллион (число с 18 нулями) операций в секунду.
