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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Supercalculateur. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Un supercalculateur est un ordinateur dont les paramètres techniques sont nettement supérieurs à la plupart des ordinateurs existants. En règle générale, les supercalculateurs modernes sont un grand nombre d'ordinateurs serveurs hautes performances connectés les uns aux autres par une dorsale locale à haut débit pour atteindre des performances maximales dans le cadre de l'approche de parallélisation de la tâche de calcul. En 1996, le conservateur du Museum of Computing au Royaume-Uni, Doron Swade, écrivait un article au titre sensationnel : « La série russe de supercalculateurs BESM, développée il y a plus de 40 ans, peut témoigner des mensonges des États-Unis, qui a déclaré la supériorité technologique pendant les années de la guerre froide." En effet, le milieu des années 1960 a été un point culminant dans l'histoire de la technologie informatique soviétique. A cette époque, de nombreuses équipes créatives travaillaient en URSS - les instituts de S.A. Lebedeva, I.S. Brook, VM Glushkov, etc. Dans le même temps, de nombreux types de machines différents ont été produits, le plus souvent incompatibles les uns avec les autres, aux fins les plus diverses. Créé en 1965 et sorti pour la première fois en 1967, le BESM-6 était l'ordinateur russe d'origine, conçu à égalité avec son homologue occidental. Puis il y a eu le fameux "Elbrus", il y a eu le développement de BESM (Elbrus-B). V.M. Glushkov a créé une merveilleuse machine de calcul d'ingénierie - "Mir-2" (un prototype d'ordinateur personnel), qui n'a toujours pas d'analogues occidentaux. C'est l'équipe d'Elbrus qui a été la première à développer une architecture superscalaire, après avoir construit la machine Elbrus-1 basée sur celle-ci plusieurs années plus tôt que l'Occident. Dans cette équipe, quelques années plus tôt que dans la société "Cray" - un leader reconnu dans la production de supercalculateurs, les idées d'un ordinateur multiprocesseur ont été mises en œuvre.
Chef scientifique du groupe Elbrus, professeur, membre correspondant de l'Académie russe des sciences Boris Artashesovich Babayan estime que la réalisation la plus importante du groupe est l'architecture de la supermachine Elbrus-3. "La vitesse logique de cette machine est bien supérieure à celle de toutes celles existantes, c'est-à-dire que sur le même matériel, cette architecture permet plusieurs fois d'accélérer l'exécution de la tâche. Nous avons mis en place un support matériel pour une programmation sécurisée pour la première temps, nous ne l'avons même pas essayé en Occident. "Elbrus-3" a été construit en 1991. Il était déjà prêt dans notre institut, nous avons commencé à le déboguer. Les entreprises occidentales ont tellement parlé de la possibilité de créer une telle architecture .. La technologie était dégueulasse, mais l'architecture était si parfaite que cette machine était en deux fois plus rapide que la supercar américaine la plus rapide de l'époque, la Cray Y-MP." Les principes de la programmation sécurisée sont actuellement mis en œuvre dans le concept du langage Java, et des idées similaires à celles d'Elbrus ont maintenant formé la base du processeur de nouvelle génération, Merced, développé par Intel en collaboration avec HP. "Si vous regardez Merced, c'est pratiquement la même architecture que dans Elbrus-3. Peut-être que certains détails de Merced sont différents, et pas pour le mieux." Ainsi, malgré la stagnation générale, il était encore possible de construire des ordinateurs et des supercalculateurs. Malheureusement, la même chose est arrivée à nos ordinateurs qui est arrivée à l'industrie russe en général. Mais aujourd'hui, un nouveau paramètre, exotique à première vue, s'efforce constamment d'entrer dans le nombre d'indicateurs macroéconomiques traditionnels (tels que le PIB et les réserves d'or et de devises) - la capacité totale des ordinateurs dont dispose le pays. Les supercalculateurs auront la plus grande part dans cet indicateur. Il y a quinze ans, ces machines étaient des monstres uniques, mais maintenant leur production a été lancée. "Initialement, l'ordinateur a été créé pour des calculs complexes liés à la recherche sur le nucléaire et les fusées", écrit Arkady Volovik dans le magazine Kompaniya. "Peu de gens savent que les superordinateurs ont aidé à maintenir l'équilibre écologique de la planète : pendant la guerre froide, les ordinateurs ont simulé des changements dans armes nucléaires, et ces expériences ont finalement permis aux superpuissances d'abandonner les essais réels d'armes atomiques. Ainsi, le puissant ordinateur multiprocesseur Blue Pacific d'IBM est utilisé pour simuler des essais d'armes nucléaires. En fait, ce ne sont pas des diplomates, mais des informaticiens qui ont contribué au succès des négociations pour arrêter les essais nucléaires Compaq Computer Corp. Pas moins de calculs à grande échelle sont nécessaires dans la conception de la technologie aéronautique. Modéliser les paramètres d'un avion demande une puissance énorme - par exemple, pour calculer la surface d'un avion, il faut calculer les paramètres du flux d'air en chaque point de l'aile et du fuselage, par centimètre carré. En d'autres termes, il est nécessaire de résoudre l'équation pour chaque centimètre carré, et la surface de l'avion est de plusieurs dizaines de mètres carrés. Lors du changement de la géométrie de la surface, tout doit être recalculé. De plus, ces calculs doivent être effectués rapidement, sinon le processus de conception sera retardé. Quant à l'astronautique, elle n'a pas commencé par des vols, mais par des calculs. Les supercalculateurs ont un immense champ d'application ici." La Boeing Corporation a déployé un supercluster développé par Linux NetworX et utilisé pour simuler le comportement du carburant dans la fusée Delta IV, qui est conçue pour lancer des satellites à des fins diverses. Parmi les quatre architectures de cluster envisagées, Boeing a choisi le cluster Linux NetworX car il offre un coût de fonctionnement acceptable et dépasse même les exigences du projet Delta IV en termes de puissance de traitement. Le cluster est composé de 96 serveurs basés sur des processeurs AMD Athlon 850 MHz, interconnectés via des connexions Ethernet haut débit. En 2001, IBM a installé un cluster Linux de 512 processeurs avec une capacité de traitement de 478 milliards d'opérations par seconde pour le département américain de la Défense au Supercomputing Center à Hawaï. Outre le Pentagone, le cluster sera également utilisé par d'autres ministères fédéraux et institutions scientifiques : en particulier, un cluster pour prédire la vitesse et la direction de la propagation des incendies de forêt. Le système sera composé de 256 serveurs légers IBM eServerx330, contenant chacun deux processeurs Pentium-III. Les serveurs seront reliés à l'aide d'un mécanisme de clustering développé par Myricom. Cependant, la portée des supercalculateurs ne se limite pas au complexe militaro-industriel. Aujourd'hui, les entreprises de biotechnologie sont les principaux clients des supercalculateurs.
"Dans le cadre du programme Human Genome, IBM", écrit Volovik, "a reçu une commande pour créer un ordinateur avec plusieurs dizaines de milliers de processeurs. Cependant, le décodage du génome humain n'est pas le seul exemple de l'utilisation des ordinateurs dans biologie : la création de nouveaux médicaments n'est aujourd'hui possible qu'avec l'utilisation d'ordinateurs puissants Les géants pharmaceutiques sont donc contraints d'investir massivement dans l'informatique, constituant un marché pour Hewlett-Packard, Sun, Compaq... Il n'y a pas si longtemps, la création de un nouveau médicament a pris 5 à 7 ans et nécessitait des coûts financiers importants. Aujourd'hui, cependant, les médicaments sont modélisés sur de puissants ordinateurs qui non seulement "construisent" des médicaments, mais évaluent également leurs effets sur l'homme. Des immunologistes américains ont créé un médicament capable de combattre 160 virus. Ce médicament a été modélisé sur ordinateur pendant six mois. Une autre façon de le créer nécessiterait plusieurs années de travail ». Et au Laboratoire national de Los Alamos, l'épidémie mondiale de sida a été "ramenée" à sa source. Les données sur les copies du virus du SIDA ont été placées dans un superordinateur, ce qui a permis de déterminer le moment de l'apparition du tout premier virus - 1930. Au milieu des années 1990, un autre grand marché pour les supercalculateurs a émergé. Ce marché est directement lié au développement d'Internet. La quantité d'informations sur le Web a atteint des proportions sans précédent et ne cesse de croître. De plus, l'information sur Internet connaît une croissance non linéaire. Parallèlement à l'augmentation du volume de données, la forme de leur présentation change également - de la musique, de la vidéo et de l'animation ont été ajoutées au texte et aux dessins. En conséquence, deux problèmes se sont posés : où stocker la quantité toujours croissante de données et comment réduire le temps nécessaire pour trouver les bonnes informations. Les supercalculateurs sont également utilisés dans tous les domaines où il est nécessaire de traiter de grandes quantités de données. Par exemple, dans la banque, la logistique, le tourisme, les transports. Compaq a récemment attribué un contrat de supercalculateur de 200 millions de dollars au département américain de l'Énergie. Hironobu Sakaguchi, président de la société de jeux PC Square, déclare : "Aujourd'hui, nous préparons un film basé sur nos jeux. Square "calcule" une image du film en 5 heures. Sur GCube, cette opération prend 1/30 de seconde. " Ainsi, le processus de production de médias atteint un nouveau niveau : le temps de travail sur le produit est réduit, le coût d'un film ou d'un jeu est considérablement réduit. Le niveau élevé de concurrence oblige les acteurs à réduire les prix des supercalculateurs. Une façon de maintenir le prix bas consiste à utiliser de nombreux processeurs standard. Cette solution a été inventée par plusieurs "acteurs" du grand marché informatique à la fois. En conséquence, des serveurs série relativement peu coûteux sont apparus sur le marché à la satisfaction des acheteurs. En effet, il est plus facile de diviser les calculs fastidieux en petites parties et de confier l'exécution de chacune de ces parties à un processeur de série peu coûteux séparé. Par exemple, ASCI Red de "Intel", qui occupait jusqu'à récemment la première ligne du tableau TOP500 des ordinateurs les plus rapides au monde, se compose de 9632 processeurs Pentium conventionnels. Un autre avantage important de cette architecture est son évolutivité : en augmentant simplement le nombre de processeurs, vous pouvez augmenter les performances du système. Certes, avec quelques réserves: premièrement, avec une augmentation du nombre de nœuds de calcul individuels, les performances n'augmentent pas en proportion directe, mais un peu plus lentement, une partie du temps est inévitablement consacrée à l'organisation de l'interaction des processeurs entre eux, et deuxièmement, la complexité du logiciel augmente considérablement. Mais ces problèmes sont résolus avec succès et l'idée même de "l'informatique parallèle" se développe depuis plus d'une décennie. "Au début des années XNUMX, une nouvelle idée est apparue", écrit Yuri Revich dans Izvestia, "qui s'appelait méta-informatique, ou "informatique distribuée". Avec une telle organisation du processus, les nœuds informatiques individuels ne sont plus structurellement combinés. en un seul corps commun, mais représentent Initialement, il était prévu de combiner des ordinateurs de différents niveaux en un seul complexe informatique, par exemple, le traitement préliminaire des données pourrait être effectué sur un poste de travail utilisateur, la modélisation de base - sur un supercalculateur à pipeline vectoriel, la résolution grands systèmes d'équations linéaires - sur un système massivement parallèle, et visualisation des résultats - sur une station graphique spéciale. Des stations séparées connectées par des canaux de communication à haut débit peuvent être du même rang, c'est ainsi que le supercalculateur ASCI White d'IBM, qui a maintenant pris la première ligne du TOP500, est agencé, qui se compose de 512 serveurs RS / 6000 séparés ( l'ordinateur qui a vaincu Kasparov). Mais la portée réelle de l'idée de "distribution" s'est acquise avec la diffusion d'Internet. Bien que les canaux de communication entre les nœuds individuels d'un tel réseau puissent difficilement être qualifiés de haut débit, d'un autre côté, le nombre de nœuds eux-mêmes peut être composé dans un nombre presque illimité: n'importe quel ordinateur dans n'importe quelle partie du monde peut être impliqué dans effectuer une tâche définie à l'autre bout du globe. Pour la première fois, le grand public a commencé à parler d'"informatique distribuée" en lien avec le succès phénoménal de la recherche SETI@Home de civilisations extraterrestres. 1,5 million de volontaires qui dépensent leur argent la nuit en électricité pour la noble cause de trouver des contacts avec des extraterrestres fournissent une puissance de calcul de 8 Tflops, ce qui n'est que légèrement derrière le détenteur du record - le supercalculateur ASCI White mentionné développe une "vitesse" de 12 Tflops. Selon le directeur du projet David Anderson, "un seul supercalculateur d'une puissance égale à notre projet coûterait 100 millions de dollars, et nous l'avons créé à partir de presque rien". Colin Percival, un jeune étudiant américain en mathématiques, a démontré avec efficacité les possibilités de l'informatique distribuée. Pendant 2,5 ans, avec l'aide de 1742 volontaires de cinquante pays du monde, il a établi trois records à la fois dans une compétition spécifique, dont le but est de déterminer de nouveaux chiffres consécutifs du nombre "pi". Auparavant, il était capable de calculer les décimales de cinq et quarante billions, et plus récemment, il a pu déterminer quel chiffre se trouve dans la position du quadrillion. Les performances des supercalculateurs sont le plus souvent mesurées et exprimées en opérations à virgule flottante par seconde (FLOPS). Cela est dû au fait que les tâches de modélisation numérique, pour lesquelles des supercalculateurs sont créés, nécessitent le plus souvent des calculs liés à des nombres réels avec un haut degré de précision, et non à des nombres entiers. Par conséquent, pour les supercalculateurs, une mesure de la vitesse des systèmes informatiques conventionnels n'est pas applicable - le nombre de millions d'opérations par seconde (MIPS). Malgré toute son ambiguïté et son approximation, l'évaluation en flops permet de comparer facilement les systèmes de supercalculateurs entre eux, sur la base d'un critère objectif. Les premiers supercalculateurs avaient une performance de l'ordre de 1 kflops, c'est-à-dire 1000 opérations en virgule flottante par seconde. L'ordinateur CDC 6600, qui avait une performance de 1 million de flops (1 Mflops), a été créé en 1964. La barre du milliard de flops (1 gigaflops) a été dépassée par le supercalculateur NEC SX-1 en 2 avec un score de 1983 Gflops. La limite de 1.3 billion de flops (1 Tflops) a été atteinte en 1 par le supercalculateur ASCI Red. Le cap du quadrillion de flops (1996 pétaflops) a été franchi en 1 par le supercalculateur IBM Roadrunner. Des travaux sont en cours pour construire des ordinateurs exascale capables d'effectuer 1 quintillion d'opérations en virgule flottante par seconde d'ici 2008. Auteur : Musskiy S.A.
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