A A A

Tajemnice superkomputerów

PC Format Extra 1/2019
Superkomputery pozwalają analizować wiele problemów jednocześnie, rozwiązywać zadania o niespotykanej dotąd złożoności i gwarantują krótki czas oczekiwania na wyniki. Te supermaszyny używane są do prognozowania pogody, przewidywania zmian klimatycznych, analizy struktury białek czy modelowania zjawisk zachodzących w elektrowniach jądrowych. Jak działają? Robert Szyszka


Mianem superkomputera określa się komputer, który zapewnia nieosiągalne wcześniej i niedostępne na innych maszynach możliwości obliczeniowe. W praktyce to oczywiście nie jeden system, ale grupa najwydajniejszych komputerów na świecie, rozmieszczonych w różnych ośrodkach naukowych, w wielu krajach.

Na liście najszybszych komputerów przez cały czas pojawiają się nowe, coraz doskonalsze konstrukcje, niektóre z nich są unowocześnianie, a znikają z listy stare. Sprzęt, który dziś jest szczytem osiągnięć technologicznych, jutro może nie być lepszy od zwykłego peceta. Superkomputer Cray2 z roku 1985 miał moc obliczeniową wielokrotnie mniejszą niż współczesne pecety, smartfony, a nawet inteligentne zegarki. Wykonywał obliczenia z prędkością 1,9 miliarda operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę (GFLOPS), tymczasem Samsung Galaxy S9 ma teoretyczną wydajność obliczeniową na poziomie 700 GFLOPS, a grafika Sony PlayStation 4 Pro ponad 4 TFLOPS (biliony operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę).

TOP500 i inne rankingi

Trzeba jednak pamiętać, że nie można bezpośrednio porównywać szybkości superkomputera i biurkowego peceta. Superkomputer to nie tyko większy, szybszy i bardziej wydajny komputer. Superkomputery mają inną konstrukcję, architekturę i sposób działania. W przypadku zwykłego komputera należy mówić raczej o liczbie instrukcji wykonywanych na sekundę (MIPS), a nie liczbie zmiennoprzecinkowych operacji obliczeniowych (FLOPS). W superkomputerach stosowane jest przetwarzanie równoległe i potrafią one wykonywać wiele różnych obliczeń w tym samym czasie. Swoją potęgę pokazują w zadaniach, które można podzielić na niewielkie fragmenty i rozwiązywać jednocześnie.

Warszawskie Centrum Modelowania Komputerowego używa swojego superkomputera na przykład do prognozowania pogody, badania nanomateriałów i modelowania procesów zachodzących w mózgu. Na świecie superkomputery pomagają między innymi w projektowaniu elektrowni jądrowych i przewidują zmiany klimatu. Na jednym z systemów przeprowadzana była nawet symulacja dynamiki naszej Galaktyki z uwzględnieniem zachowania 250 miliardów znajdujących się w niej gwiazd. Superkomputer wspomaga również analizę zjawisk zachodzących w Wielkim Zderzaczu Hadronów – największym na świecie akceleratorze cząstek znajdującym się w Europejskim Ośrodku Badań Jądrowych CERN.

Moc obliczeniową superkomputerów mierzy się za pomocą testu LINPACK – biblioteki oprogramowania napisanej w latach 70. w Fortranie – języku programowania używanym dawniej i nadal przez matematyków oraz inżynierów. Ranking komputerów tworzony w oparciu o ten test to lista TOP500 określana też mianem benchmarku HPL (High Performance LINPACK). Aktualizowana jest ona co pół roku.


Najwydajniejszy system w zestawieniu TOP500 ma aktualnie moc obliczeniową rzędu 143 000 TFLOPS. Jest to stworzony przez IBM, działający w Oak Ridge National Laboratory w USA superkomputer o nazwie Summit. W czołówce listy jest również amerykański system Sierra o mocy prawie 95 000 TFLOPS. Do niedawna jednak palmę pierwszeństwa wśród najszybszych komputerów dzierżyły dość długo projekty chińskie. Sunway TaihuLight i Tianhe-2A – pierwszy o mocy 93 000 TFLOPS, drugi 61 000 TFLOPS.

Sunway wyróżnia się też liczbą rdzeni procesorów zaangażowanych do obliczeń. Konstruktorzy systemu zastosowali ich tu ponad 10 milionów. To efekt użycia ponad 40 tysięcy procesorów! Na liście 500 najszybszych superkomputerów na świecie systemy chińskie zajmują aktualnie 229 miejsc, amerykańskie 108. Najszybsza europejska konstrukcja to pracujący w Szwajcarii Piz Daint o mocy 21 000 TFLOPS, w ostatnim zestawieniu na piątym miejscu listy.

Najbardziej skomputeryzowanym krajem z jest Irlandia. Na jeden superkomputer przypada tu niewiele ponad 400 000 mieszkańców. Średnia dla całego świata to ponad 28 milionów, a dla Europy prawie 8 milionów mieszkańców. W tej klasyfikacji Polska zajmuje 18. miejsce ze średnią poniżej europejskiej – prawie 10 milionów mieszkańców na jeden superkomputer.


Mimo to liczba polskich superkomputerów i tak jest większa niż w wielu bardziej uprzemysłowionych krajach. Najszybszy z nich to Prometeusz zainstalowany w Akademickim Centrum Komputerowym Cyfronet w krakowskiej Akademii Górniczo-Hutniczej. Aktualnie zajmuje 131. lokatę na liście TOP500 W tej samej klasyfikacji, na 416. miejscu uwzględniony został też superkomputer EAGLE z Poznania, a na miejscu 421. Tryton z Gdańska. Ostatni polski superkomputer, który mieści się na liście TOP500 to OKEANOS działający w Centrum Modelowania Komputerowego Uniwersytetu Warszawskiego. Zajmuje on 480. pozycję.

Inną stosowaną klasyfikacją jest benchmark HPCG. W przeciwieństwie do testów LINPACK, które oceniają moc obliczeniową systemu, HPCG sprawdza, jak superkomputer zachowuje się w działaniach bliższych rzeczywistości. Weryfikuje wpływ ograniczeń używanej pamięci systemowej i wewnętrznych magistral danych. Liderami w tym teście są także amerykańskie Summit i Sierra, ale osiągają wydajność na poziomie 2900 i 1800 TFLOPS. Chiński Sunway uzyskuje wynik 480 TFLOPS i siódme miejsce na liście HPCG. Nieźle wypadają nasze rodzime maszyny. Prometeusz jest na 46. miejscu z wynikiem 40 TFLOPS, a EAGLE zajmuje 61. miejsce z 8,5 teraflopa.


Tagi: sprzęt
Ocena:
Oceń:
Komentarze (0)

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za treść komentarzy. Komentarze wyświetlane są od najnowszych.
Najnowsze aktualności




Co planują twórcy Snapchata?
18 września 2019
Komunikator stracił wielu użytkowników po tym, jak Facebook skopiował funkcje Snapchata do swojej aplikacji. Twórcy narzędzia nie poddali...
Artykuły z wydań

  • 2019
  • 2018
  • 2017
  • 2016
  • 2015
  • 2014
  • 2013
  • 2012
  • 2011
  • 2010
  • 2009
  • 2008
  • 2007
Zawartość aktualnego numeru

aktualny numer powiększ okładkę Wybrane artykuły z PC Format 5/2019
Przejdź do innych artykułów
płyta powiększ płytę
Załóż konto
Co daje konto w serwisie pcformat.pl?

Po założeniu konta otrzymujesz możliwość oceniania materiałów, uczestnictwa w życiu forum oraz komentowania artykułów i aktualności przy użyciu indywidualnego identyfikatora.

Załóż konto