История суперкомпьютеров

50-е и 60-е годы

Термин «суперкомпьютеры» впервые был использован в New York World в 1929 году для обозначения больших табуляторов, изготовленных по индивидуальному заказу, которые IBM изготовила для Колумбийского университета.

Примерно в 1960 году Крей решил спроектировать компьютер, который с большим отрывом будет самым быстрым в мире. После четырех лет экспериментов вместе с Джимом Торнтоном, Дином Роушом и примерно 30 другими инженерами Крей завершил разработку CDC 6600 в 1964 году. Cray перешел с германиевых на кремниевые транзисторы, созданные 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. Учитывая, что 6600 превзошел все компьютеры того времени примерно в 10 раз, его окрестили суперкомпьютером и определили рынок суперкомпьютеров, когда двести компьютеров были проданы по 9 миллионов долларов каждый.

70-е и 80-е

Через четыре года после ухода из CDC, Cray в 1976 году поставил 80 MHz Cray-1, и он стал самым успешным суперкомпьютером в истории. Cray-1 использовал интегральные схемы с два логических элемента на чип и представлял собой векторный процессор, который представил ряд нововведений, таких как сцепление, в котором скалярные и векторные регистры генерируют промежуточные результаты, которые можно использовать немедленно, без дополнительных ссылок на память, которые снизить скорость вычислений. Cray X-MP (разработанный Стивом Ченом) был выпущен в 1982 году как параллельный векторный процессор с общей памятью с улучшенной поддержкой цепочки и несколькими конвейерами памяти. Все три конвейера с плавающей запятой на X-MP могли работать одновременно. К 1983 году Cray и Control Data w лидеры суперкомпьютеров; несмотря на свое лидерство на компьютерном рынке в целом, IBM не смогла создать прибыльного конкурента.

Cray-2, выпущенный в 1985 году, был четырехпроцессорным компьютером с жидкостным охлаждение, полностью погружен в резервуар с Fluorinert, который пузырился во время работы. Он мог работать до 1.9 гигафлопса и был вторым по скорости суперкомпьютером в мире после M-13 (2.4 гигафлопса) до 1990 года, когда ETA-10G от CDC обогнал оба. 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. 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. Эта тенденция отчасти стала причиной перехода от собственной операционной системы Cray к UNICOS на основе Unix.

Массовая обработка данных: 90-е

SX-3 / 44R была анонсирована NEC Corporation в 1989 году и год спустя получил звание самого быстрого в мире с моделью с 4 процессорами. Однако суперкомпьютер Fujitsu Numerical Wind Tunnel использовал 166 векторных процессоров, чтобы занять первое место в 1994 году. Его пиковая скорость составляла 1.7 гигафлопс на процессор. Hitachi SR2201, с другой стороны, получил пиковую производительность 600 гигафлопс в 1996 году при использовании 2048 процессоров, подключенных через быструю трехмерную кроссбарсеть.

В тот же период Intel Paragon мог иметь от 1000 до 4000 процессоров Intel i860 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; связь через интерфейс передачи сообщений. К 1995 году Cray также поставляла массивно-параллельные системы, например Cray T3E с более чем 2000 процессорами, использующий трехмерное соединение torus .

Архитектура Paragon вскоре привела к появлению суперкомпьютера Intel ASCI Red в США, который до конца 20-го века занимала лидирующее место в области суперкомпьютеров в рамках 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 дискового хранилища, но использовала стандартные процессоры Pentium Pro, которые можно было найти в повседневных персональных компьютерах. ASCI Red была первой системой, преодолевшей барьер в 1 терафлоп в тесте MP-Linpack в 1996 году; в конечном итоге достигнув 2 терафлопс.

Петафлопсные вычисления в 21 веке

В первое десятилетие 21 века был достигнут значительный прогресс. Эффективность суперкомпьютеров продолжала расти, но не так резко. Cray C90 в 1991 году потреблял 500 киловатт мощности, в то время как к 2003 году ASCI Q использовал 3000 кВт, будучи в 2000 раз быстрее, увеличивая производительность на ватт в 300 раз.

В 2004 году суперкомпьютер Earth Simulator, построенный NEC в Японском агентстве морской науки и технологий (JAMSTEC), достиг скорости 35.9 терафлопс при использовании 640 узлов, каждый с восемью собственными векторные процессоры. Для сравнения, по состоянию на 2020 год одна видеокарта NVidia RTX 3090 может обеспечивать сопоставимую производительность при 35 терафлопс на карту.

IBMBlue Gene архитектура суперкомпьютеров нашла широкое распространение в начале 21 века, и 27 компьютеров из списка TOP500 использовали 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 посредством трехмерного межсоединения тора.

В настоящее же время лидирующую позицию в топе суперкомпьютеров занимает Frontier, созданный и запущенный в Ок-Риджской национальной лаборатории. Его производительность составляет 1.5 эксафлопс.