Современный этап, массово-параллельные вычисления на базе микропроцессоров

В.К. Левин, академик РАН

В 2000 г. корпорация IBM ввела в действие суперкомпьютер ASCI White с пиковой производительностью 12 Tflops (6 тыс. процессоров), в 2004 - 2005 гг. поэтапно ввела в действие систему Blue Gene / L с пиковой производительностью 360 Tflops (65 тыс. двухпроцессорных чипов), а в 2007 г. производительность этой системы за счёт наращивания объёма аппаратуры была повышена до 0,6 Petaflops . Установки названных типов выпущены также и с меньшим числом процессоров; таким образом, IBM закрепила свою доминирующую роль во всём спектре производительности компьютеров [16].

С 2000 г. стали строиться так называемые «кластеры», т. е. системы, в которых серийные процессорные модули объединялись вновь появившимися высокоскоростны ми коммутационно-связными средствами локальных сетей. На сегодня в кластерах преобладают сети Gig а bit Ethernet , Infiniband , Myrinet , подсоединяемые к процессорным модулям по интерфейсу PCI . Относительная дешевизна и простота изготовления кластеров позволили быстро развивать их выпуск и применения; в списке Top 500 доля кластеров возросла за период 2000 - 2007 гг. с 2% до 80%. [16] 1

Существенно, что микроэлектронная база, модули и вычислительные системы, в целом, строятся и развиваются с соблюдением определённых стандартов, (на интерфейсы, конструктивное оформление, программное обеспечение и др.). Единообразие архитектуры микропроцессоров и концепций построения систем на их основе позволило в более широком плане (по сравнению с машинами 3-го поколения) решать вопросы переносимости (портабельности) программного обеспечения и реализовать стандарты открытых систем. В области стандартизации также происходят видоизменения: здесь постоянно требуется рассмотрение альтернатив - сопоставление вновь появляющихся проектно-технологических возможностей и сложившихся традиций.

В России исследования по массово-параллельным структурам имеют 40-летнюю историю. Вместе с тем, проводившиеся на рубеже 1990 г. отечественные разработки 32-разрядных микропроцессоров не привели к их промышленному выпуску, поэтому в последующий период в нашей стране многопроцессорные вычислительные системы (МВС) стали строиться на зарубежной микропроцессорной базе. В кооперации организаций промышленности, институтов РАН и вузов были разработаны и введены в действие системы двух поколений производительностью 10 - 100 млрд. оп./с (МВС-100 и МВС-1000 с быстродействием микропроцессоров, соответственно, около 0,1- и 1 млрд. оп./с). Процессоры этих систем объединялись в двумерную решётку (с применением транспьютеров, а затем более скоростных связных микропроцессоров). [15, 20]

В порядке реализации целевых программ рассматриваемого направления, в Межведомственном суперкомпьютерном центре РАН (МСЦ) в середине 2001 г. была введена в эксплуатацию 768-процессорная система МВС-1000М с пиковой производительностью 1 трлн. оп./с (1 teraflops ). На том этапе это была наиболее мощная в мире система кластерного типа; она соответствовала ~ 30-й позиции списка суперкомпьютеров Top 500.

В 2004 г. создана в России и передана для эксплуатации в Минск 576-процессорная система К-1000 с пиковой производительностью 2,5 Tflops . В 2004 - 2006 гг. в МСЦ поэтапно введена 1148-процессорная система МВС-15000 с пиковой производительностью 10 Tflops . Крупным событием стал ввод в действие в начале 2007 г. в Томском университете системы Cyberia с пиковой производительностью 12 Tflops , содержащей 566 двухъядерных процессоров. Названные системы на момент их ввода в действие входили в первую сотню позиций списка Top 500. Они позволили решать новые сложные задачи с большим объёмом вычислений. В Москве и различных регионах страны эксплуатируются также кластеры с меньшим числом процессоров (в различных модификациях по типам процессоров, объемам памяти, межпроцессорным связям, конструктивному оформлению, составу программного обеспечения). Осуществляется поэтапно-прогрессирующее наращивание производительности и совершенствование технико-экономических показателей действующих и вновь создаваемых систем. В 2007 - 2008 гг. введены в действие мощные кластеры в МГУ и ряде других вузов России. [16-21]

Важным фактором в отечественной практике стало повсеместное использование удалённого множественного доступа пользователей к мощным вычислительным системам (по сети Internet или корпоративным сетям) с обеспечением необходимого разграничения доступа и защиты информации. В связи с этим становится реальным переход на новый этап осуществления вычислительных процессов с большим объёмом обработки данных - территориально-распределенные вычисления на основе повсеместно развиваемых Grid-технологий. [22]

Примечания

1. Современный суперкомпьютер и, тем более, кластер, как объединение множества процессоров, имеет много общего с компьютерной сетью, но предназначения и технико-экономические характеристики этих системных построений заметно различаются. Это отражается в функциях процессорных модулей и в таких характеристиках, как объём и организация памяти, интенсивность межпроцессорного взаимодействия, состав внешних устройств, общесистемное управление, организация доступа пользователей и др.

Вопросы дальнейшего развития суперкомпьютеров

Этапы развития суперкомпьютеров. Оглавление
Литература
Статья помещена в музей 10.11.2008 с разрешения автора