История суперкомпьютеров - History of supercomputing
Основная заслуга суперкомпьютеры переходит к изобретателю CDC -6600 Сеймуру Крей. В история суперкомпьютеров восходит к началу 1920-х годов в Соединенных Штатах с табуляторами IBM на Колумбийский университет и серия компьютеров на Корпорация Control Data (CDC), разработанный Сеймур Крей использовать новаторские разработки и параллелизм для достижения максимальной вычислительной производительности.[1] В CDC 6600, выпущенный в 1964 году, вообще считается первым суперкомпьютером.[2][3] Однако некоторые более ранние компьютеры считались суперкомпьютерами для своего времени, например, 1954 г. IBM NORC,[4] 1960 год UNIVAC LARC,[5] и IBM 7030 Stretch[6] и Атлас, оба в 1962 году.
В то время как суперкомпьютеры 1980-х годов использовали всего несколько процессоров, в 1990-х годах машины с тысячами процессоров начали появляться как в Соединенных Штатах, так и в Японии, устанавливая новые рекорды вычислительной производительности.
К концу 20-го века были построены суперкомпьютеры с массовым параллелизмом и тысячами готовых процессоров, подобных тем, что используются в персональных компьютерах. терафлоп вычислительный барьер.
Прогресс в первом десятилетии 21 века был значительным, и появились суперкомпьютеры с более чем 60 000 процессорами, достигнув петафлоп уровни производительности.
Начало: 1950-е и 1960-е годы.
Термин «суперкомпьютеры» впервые был использован в Нью-Йорк Уорлд в 1929 году для обозначения больших табуляторов, изготовленных на заказ, которые IBM сделал для Колумбийский университет.
В 1957 году группа инженеров покинула Sperry Corporation формировать Корпорация Control Data (CDC) в Миннеаполис, Миннесота. Сеймур Крей покинул Сперри год спустя, чтобы присоединиться к своим коллегам из CDC.[1] В 1960 году Крей завершил CDC 1604, один из первых твердое состояние компьютеры и самый быстрый компьютер в мире[сомнительный ] в то время, когда вакуумные трубки были обнаружены в большинстве больших компьютеров.[7]
Приблизительно в 1960 году Крей решил разработать компьютер, который с большим отрывом будет самым быстрым в мире. После четырех лет экспериментов вместе с Джимом Торнтоном, Дином Рушем и примерно 30 другими инженерами Крей завершил разработку CDC 6600 в 1964 году. Cray перешел с германиевых на кремниевые транзисторы, построенные Fairchild Semiconductor, который использовал планарный процесс. У них не было недостатков мезасремниевых транзисторов. Он запускал их очень быстро, и ограничение скорости света привело к очень компактной конструкции с серьезными проблемами перегрева, которые были решены путем внедрения охлаждения, разработанного Дином Роушем.[8] Учитывая, что 6600 опережал все компьютеры того времени примерно в 10 раз, его окрестили суперкомпьютер и определил рынок суперкомпьютеров, когда двести компьютеров были проданы по 9 миллионов долларов каждый.[7][9]
6600 набирает скорость за счет передачи работы периферийным вычислительным элементам, освобождая центральный процессор (CPU) для обработки фактических данных. Миннесота FORTRAN компилятор для машины был разработан Лиддиардом и Мундстоком в Университет Миннесоты и с ним 6600 может выдерживать 500 килофлопс на стандартных математических операциях.[10] В 1968 году Крей завершил CDC 7600, снова самый быстрый компьютер в мире.[7] В 36 летМГц, 7600 имел в 3,6 раза больше Тактовая частота 6600, но работал значительно быстрее за счет других технических новшеств. Они продали всего около 50 из 7600, что не совсем провал. Крей покинул CDC в 1972 году, чтобы основать собственную компанию.[7] Через два года после его отъезда CDC доставил ЗВЕЗДА-100 что на 100 мегафлопс было в три раза быстрее, чем у 7600. Наряду с Техасские инструменты ASC, STAR-100 была одной из первых машин, которые использовали векторная обработка - идея была вдохновлена примерно в 1964 г. Язык программирования APL.[11][12]
В 1956 г. Манчестерский университет в Соединенном Королевстве началась разработка MUSE - названия, производного от микросекунда двигатель - с целью в конечном итоге создать компьютер, который мог бы работать со скоростью обработки, приближающейся к одной микросекунде на инструкцию, около миллиона инструкций в секунду.[13] Му (или же µ) - это приставка в СИ и других системах единиц, обозначающая коэффициент 10.−6 (одна миллионная).
В конце 1958 года Ферранти согласился начать сотрудничество с Манчестерским университетом над проектом, и вскоре компьютер был переименован. Атлас, с совместным предприятием под контролем Том Килберн. Первый Atlas был официально введен в эксплуатацию 7 декабря 1962 года, почти за три года до того, как был представлен суперкомпьютер Cray CDC 6600, как один из первых в мире суперкомпьютеры - и считался самым мощным компьютером в Англии и в течение очень короткого времени считался одним из самых мощных компьютеров в мире, эквивалентным четырем IBM 7094s. Было сказано, что всякий раз, когда Atlas отключался, половина компьютерных мощностей Соединенного Королевства терялась.[14] Атлас первым начал использовать виртуальная память и пейджинг как способ расширить рабочую память Атласа, объединив 16 384 основных слова основная память с дополнительными 96 тыс. слов вторичного барабанная память.[15] Атлас также был пионером Атлас Супервайзер ", который многие считают первым узнаваемым современным Операционная система ".[14]
Эпоха Cray: середина 1970-х и 1980-е годы.
Через четыре года после ухода из CDC Cray поставил 80 МГц Крей-1 в 1976 году, и он стал самым успешным суперкомпьютером в истории.[12][16] В Cray-1 использовались интегральные схемы с двумя вентилями на кристалл, и он был векторный процессор который ввел ряд нововведений, таких как цепочка в котором скалярные и векторные регистры генерируют промежуточные результаты, которые можно использовать немедленно, без дополнительных ссылок на память, которые снижают скорость вычислений.[8][17] В Cray X-MP (разработано Стив Чен ) был выпущен в 1982 году как общая память 105 МГц. параллельно векторный процессор с улучшенной поддержкой цепочки и несколькими конвейерами памяти. Все три конвейера с плавающей запятой на X-MP могли работать одновременно.[17] К 1983 году Cray и Control Data были лидерами среди суперкомпьютеров; несмотря на свое лидерство на компьютерном рынке в целом, IBM не смогла создать прибыльного конкурента.[18]
В Крей-2 выпущен в 1985 г. был 4-х процессорным с жидкостным охлаждением компьютер полностью погружен в резервуар Флюоринерт, который пузырился во время работы.[8] Он мог работать до 1,9 гигафлопса и был вторым по скорости суперкомпьютером в мире после M-13 (2,4 гигафлопса).[19] до 1990 года, когда ETA-10G[нужна цитата ] от CDC обогнали обоих. Cray-2 был полностью новым дизайном, в нем не использовалась цепочка и была высокая задержка памяти, но использовалась большая конвейерная обработка, и он идеально подходил для задач, требующих большого количества памяти.[17] Стоимость программного обеспечения при разработке суперкомпьютера не следует недооценивать, о чем свидетельствует тот факт, что в 1980-х годах затраты на разработку программного обеспечения в Cray были равны затратам на оборудование.[20] Отчасти эта тенденция стала причиной ухода от внутреннего, Операционная система Cray к UNICOS на основе Unix.[20]
В Крей Y-MP, также разработанный Стивом Ченом, был выпущен в 1988 году как усовершенствование X-MP и мог иметь восемь векторные процессоры на частоте 167 МГц с максимальной производительностью 333 мегафлопса на процессор.[17] В конце 1980-х годов эксперимент Крея по использованию арсенид галлия полупроводники в Крей-3 не удалось. Сеймур Крей начал работать над массивно параллельный компьютер в начале 1990-х, но погиб в автокатастрофе в 1996 году, не успев завершить работу. Однако Cray Research производила такие компьютеры.[16][8]
Массовая переработка: 1990-е годы
В Крей-2 который устанавливал границы суперкомпьютеров в середине-конце 1980-х годов, имел всего 8 процессоров. В 1990-е годы начали появляться суперкомпьютеры с тысячами процессоров. Еще одним событием в конце 1980-х годов стало появление японских суперкомпьютеров, некоторые из которых были созданы по образцу Cray-1.
В SX-3 / 44R было объявлено Корпорация NEC в 1989 году, а год спустя получил звание самого быстрого в мире с моделью с 4 процессорами.[21] Однако Fujitsu Цифровая аэродинамическая труба Суперкомпьютер использовал 166 векторных процессоров, чтобы занять первое место в 1994 году. Его пиковая скорость составляла 1,7 гигафлопс на процессор.[22][23] В Hitachi SR2201 с другой стороны, в 1996 году была достигнута пиковая производительность 600 гигафлопс за счет использования 2048 процессоров, подключенных через быстрый трехмерный перекладина сеть.[24][25][26]
В тот же период Intel Paragon могло быть от 1000 до 4000 Intel i860 процессоров в различных конфигурациях и был признан самым быстрым в мире в 1993 году. Paragon был MIMD машина, которая соединяет процессоры через высокоскоростную двумерную сетку, позволяя процессам выполняться на отдельных узлах; общение через Интерфейс передачи сообщений.[27] К 1995 году Cray также поставляла массивно-параллельные системы, например то Cray T3E с более чем 2000 процессоров, используя трехмерный тороидальное соединение.[28][29]
Архитектура Paragon вскоре привела к появлению Intel ASCI Красный суперкомпьютер в Соединенных Штатах, который до конца 20 века занимал лидирующее место среди суперкомпьютеров как часть Advanced Simulation and Computing Initiative. Это также была массивно-параллельная система MIMD на основе сетки с более чем 9000 вычислительных узлов и более 12 терабайт дисковой памяти, но использовавшаяся в готовом виде. Pentium Pro процессоры, которые можно найти в повседневных персональных компьютерах. ASCI Red была первой системой, преодолевшей барьер в 1 терафлоп на MP-Linpack ориентир в 1996 г .; в итоге достигнув 2 терафлопс.[30]
Петафокальные вычисления в 21 веке
Значительный прогресс был достигнут в первом десятилетии 21 века. Эффективность суперкомпьютеров продолжала расти, но не так резко. В Cray C90 в 1991 году потребляли 500 киловатт электроэнергии, а к 2003 году ASCI Q потреблял 3000 кВт, будучи в 2000 раз быстрее, увеличивая производительность на ватт в 300 раз.[31]
В 2004 г. Симулятор Земли суперкомпьютер построен NEC в Японском агентстве морской науки и технологий (JAMSTEC) достигла 35,9 терафлопс при использовании 640 узлов, каждый с восемью собственными векторные процессоры.[32] Для сравнения, по состоянию на 2020 год сингл NVidia RTX 3090 видеокарта может обеспечить сопоставимую производительность при 35 терафлопс на карту.[33]
В IBM Синий ген суперкомпьютерная архитектура нашла широкое распространение в начале 21 века, и 27 компьютеров на TOP500 list использовал эту архитектуру. Подход Blue Gene несколько отличается тем, что в нем используется скорость процессора в обмен на низкое энергопотребление, поэтому при температурах воздушного охлаждения можно использовать большее количество процессоров. Он может использовать более 60 000 процессоров, по 2048 процессоров «на стойку», и соединяет их через трехмерное межсоединение типа тор.[34][35]
Прогресс в Китай был быстрым: Китай занял 51-е место в списке TOP500 в июне 2003 г., затем 14-е место в ноябре 2003 г., 10-е место в июне 2004 г. и затем 5-е место в течение 2005 г., а затем занял первое место в 2010 г. с показателем 2,5 петафлоп. Тяньхэ-I суперкомпьютер.[36][37]
В июле 2011 г. японская K компьютер стал самым быстрым в мире, использовав более 60 000 SPARC64 VIIIfx процессоры размещены в более чем 600 шкафах. Тот факт, что компьютер K более чем в 60 раз быстрее, чем Earth Simulator, и что Earth Simulator занимает 68-е место в мире через семь лет после того, как он занял первое место, демонстрирует как быстрое увеличение максимальной производительности, так и повсеместный рост суперкомпьютерных технологий. Мировой.[38][39][40] К 2014 году Earth Simulator выпал из списка, а к 2018 году компьютер K выпал из первой десятки. К 2018 году Саммит стал самым мощным суперкомпьютером в мире со скоростью 200 петафлопс.
Историческая таблица TOP500
Это список компьютеров, которые оказались вверху Топ500 список с 1993 года.[41] «Пиковая скорость» обозначается как рейтинг «Rmax».
Экспортный контроль
В CoCom и его более поздняя замена, Вассенаарская договоренность, регулируется законодательством - требуется лицензирование, согласование и учет; или полностью запрещены - экспорт высокопроизводительные компьютеры (HPC) в определенные страны. Такой контроль стало труднее оправдывать, что привело к ослаблению этих правил. Некоторые утверждали, что эти правила никогда не были оправданы.[42][43][44][45][46][47]
Смотрите также
- Linpack
- TOP500
- Зеленый 500
- ФЛОПЫ
- Инструкций в секунду
- Квазиоппортунистический суперкомпьютер
- Архитектура суперкомпьютера
- Суперкомпьютерные технологии в Китае
- Суперкомпьютерные технологии в Европе
- Суперкомпьютеры в Индии
- Суперкомпьютеры в Японии
- Суперкомпьютеры в Пакистане
Рекомендации
- ^ а б Чен, Сао-Цзе; Линь Гуан-Хуэй; Сюн, Пао-Анн; Ху, Ю-Хен (2009). Совместная разработка аппаратного и программного обеспечения мультимедийной платформы SOC. Springer Science + Business Media. С. 70–72. ISBN 9781402096235. Получено 20 февраля 2018.
- ^ Impagliazzo, Джон; Ли, Джон А. Н. (2004). История информатики в образовании. п. 172. ISBN 1-4020-8135-9. Получено 20 февраля 2018.
- ^ Сиссон, Ричард; Захер, Кристиан К. (2006). Средний Запад Америки: интерпретирующая энциклопедия. п. 1489. ISBN 0-253-34886-2.
- ^ Франк да Круз (25 октября 2013 г.) [2004 г.]. "IBM NORC". Получено 20 февраля 2018.
- ^ Лундстрем, Дэвид Э. (1984). Несколько хороших людей из UNIVAC. MIT Press. ISBN 9780735100107. Получено 20 февраля 2018.
- ^ Дэвид Лундстром, Несколько хороших людей из UNIVAC, стр. 90, LARC и STRETCH указаны как суперкомпьютеры.
- ^ а б c d Ханнан, Кэрин (2008). Биографический словарь штата Висконсин. С. 83–84. ISBN 978-1-878592-63-7. Получено 20 февраля 2018.
- ^ а б c d Мюррей, Чарльз Дж. (1997). Супермены. Wiley & Sons. ISBN 9780471048855.
- ^ Ceruzzi, Пол Э. (2003). История современных вычислений. MIT Press. п.161. ISBN 978-0-262-53203-7. Получено 20 февраля 2018.
- ^ Фриш, Майкл Дж. (Декабрь 1972 г.). «Замечания по алгоритму 352 [S22], алгоритму 385 [S13], алгоритму 392 [D3]». Коммуникации ACM. 15 (12): 1074. Дои:10.1145/361598.361914. S2CID 6571977.
- ^ Фосдик, Ллойд Дадли (1996). Введение в высокопроизводительные научные вычисления. MIT Press. п.418. ISBN 0-262-06181-3.
- ^ а б Хилл, Марк Дональд; Джуппи, Норман Пол; Сохи, Гуриндар (1999). Чтения по компьютерной архитектуре. С. 41–48. ISBN 978-1-55860-539-8.
- ^ "Атлас". Манчестерский университет. Архивировано из оригинал 28 июля 2012 г.. Получено 21 сентября 2010.
- ^ а б Лавингтон, Саймон Хью (1998). История компьютеров Manchester (2-е изд.). Суиндон: Британское компьютерное общество. С. 41–52. ISBN 978-1-902505-01-5.
- ^ Кризи, Р. Дж. (Сентябрь 1981 г.), "Происхождение системы разделения времени VM / 370" (PDF), Журнал исследований и разработок IBM, 25 (5), стр. 486
- ^ а б Рейли, Эдвин Д. (2003). Основные этапы развития информатики и информационных технологий. п.65. ISBN 1-57356-521-0.
- ^ а б c d Тохи, М. О .; Хоссейн, Мохаммад Аламгир (2003). Параллельные вычисления для обработки сигналов и управления в реальном времени. стр.201 -202. ISBN 978-1-85233-599-1.
- ^ Гринвальд, Джон (1983-07-11). "Колосс, который работает". Время. В архиве из оригинала от 14 мая 2008 г.. Получено 2019-05-18.
- ^ "Михаил Александрович Карцев - разработчик суперкомпьютеров для наблюдения за космосом". ICFCST. 2018 [1998]. Получено 20 февраля 2018.
- ^ а б Маккензи, Дональд (1998). Познавая машины: очерки технических изменений. С. 149–151. ISBN 0-262-63188-1.
- ^ Glowinski, R .; Личневский, А. (январь 1990 г.). Вычислительные методы в прикладных науках и технике. С. 353–360. ISBN 0-89871-264-5.
- ^ «Годовой отчет TOP500 за 1994 год». 1 октября 1996 г.
- ^ Hirose, N .; Фукуда, М. (1997). Численные исследования аэродинамической трубы (NWT) и CFD в Национальной аэрокосмической лаборатории. Материалы HPC-Asia '97. Компьютерное общество IEEE. Дои:10.1109 / HPC.1997.592130.
- ^ Fujii, H .; Yasuda, Y .; Акаши, H .; Inagami, Y .; Кога, М .; Ishihara, O .; Кашияма, М .; Wada, H .; Сумимото, Т. (апрель 1997 г.). Архитектура и производительность массивно-параллельной процессорной системы Hitachi SR2201. Материалы 11-го Международного симпозиума по параллельной обработке. С. 233–241. Дои:10.1109 / IPPS.1997.580901.
- ^ Ивасаки, Ю. (январь 1998 г.). Проект CP-PACS. Nuclear Physics B - Proceedings Supplements. 60 (1–2). С. 246–254. arXiv:геп-лат / 9709055. Дои:10.1016 / S0920-5632 (97) 00487-8.
- ^ А.Дж. ван дер Стин, Обзор новейших суперкомпьютеров, публикация NCF, Stichting Nationale Computer Faciliteiten, Нидерланды, январь 1997 г.
- ^ Рид, Дэниел А. (2003). Масштабируемый ввод / вывод: достижение системного баланса. п. 182. ISBN 978-0-262-68142-1.
- ^ «Cray продает первый суперкомпьютер T3E-1350 компании PhillipsPetroleum» (Пресс-релиз). Сиэтл: Гейл Групп. Деловой провод. 7 августа 2000 г.
- ^ Agida, N.R .; и другие. (и др.) (март – май 2005 г.). «Сеть межсоединений Blue Gene / L Torus» (PDF). Журнал исследований и разработок IBM. 45 (2–3): 265. Архивировано с оригинал (PDF) 15 августа 2011 г.. Получено 9 февраля 2012.
- ^ Гринберг, Дэвид С. (1998). Хит, Майкл Т. (ред.). «Включение суперкомпьютеров в масштабе отдела». Алгоритмы параллельной обработки. 105: 323. ISBN 0-387-98680-4. Получено 20 февраля 2018.
- ^ Фэн, У-чунь (1 октября 2003 г.). «Доказательство эффективности суперкомпьютеров» (PDF). Журнал ACM Queue. 1 (7): 54–64. Дои:10.1145/957717.957772. S2CID 11283177. Архивировано из оригинал (PDF) 30 марта 2012 г.. Получено 6 февраля 2016.
- ^ Сато, Тэцуя (2004). «Симулятор Земли: роли и последствия». Nuclear Physics B: Proceedings Supplements. 129: 102. Дои:10.1016 / S0920-5632 (03) 02511-8.
- ^ «Характеристики NVIDIA GeForce RTX 3090». techradar.com.
- ^ Алмаси, Джордж; и другие. (и др.) (2005). Кунья, Хосе Кардосо; Медейрос, Педро Д. (ред.). Ранний опыт использования научных приложений на суперкомпьютере Blue Gene / L. Параллельная обработка Euro-Par 2005: 11-я Международная конференция Euro-Par. С. 560–567. ISBN 9783540319252.
- ^ Морган, Тимоти Прикетт (22 ноября 2010 г.). "IBM раскрывает 20 петафлопс BlueGene / Q super". Реестр.
- ^ Graham, Susan L .; Снир, Марк; Паттерсон, Синтия А. (2005). Ускоряемся: будущее суперкомпьютеров. п.188. ISBN 0-309-09502-6.
- ^ Вэнс, Эшли (28 октября 2010 г.). "Китай вырывает титул суперкомпьютера у США" Нью-Йорк Таймс. Получено 20 февраля 2018.
- ^ «Японский суперкомпьютер« К »- самый быстрый в мире». Телеграф. 20 июня 2011 г.. Получено 20 июн 2011.
- ^ «Японский компьютер K - самый мощный». Нью-Йорк Таймс. 20 июня 2011 г.. Получено 20 июн 2011.
- ^ «Суперкомпьютер« К компьютер »занимает первое место в мире». Fujitsu. Получено 20 июн 2011.
- ^ «Генератор подсписок». Top500. 2017 г.. Получено 20 февраля 2018.
- ^ «Сложности установки порогов экспортного контроля: компьютеры». Экспортный контроль и политика нераспространения (PDF). Издательство ДИАНА. Май 1994 г. ISBN 9781428920521.
- ^ Уолкотт, Питер; Гудман, Сеймур; Гомер, Патрик (ноябрь 1998 г.). «Экспортный контроль высокопроизводительных вычислений: навигация по неспокойным водам». Коммуникации ACM. Нью-Йорк, США. 41 (11): 27–30. Дои:10.1145/287831.287836. S2CID 18519822.
- ^ McLoughlin, Glenn J .; Фергюссон, Ян Ф. (10 февраля 2003 г.). Высокопроизводительные компьютеры и политика экспортного контроля (PDF) (Отчет).
- ^ Брюггер, Сет (1 сентября 2000 г.). «США пересматривают правила экспортного контроля компьютеров». Ассоциация по контролю над вооружениями.
- ^ «Экспортный контроль для высокопроизводительных компьютеров». 24 июня 2011 г.
- ^ Благдон, Джефф (30 мая 2013 г.). «США снимают санкции с экспорта компьютеров в Иран».