Реферат: Суперкомпьютеры
Сверхсложные вычислительные задачи, решаемые на суперкомпьютерах.
Grand challenges - это фундаментальные научные или инженерные задачи с широкой областью применения, эффективное решение которых возможно только с использованием мощных (суперкомпьютерных) вычислительных ресурсов.
Вот лишь некоторые области, где возникают задачи подобного рода:
· Предсказания погоды, климата и глобальных изменений в атмосфере
· Науки о материалах
· Построение полупроводниковых приборов
· Сверхпроводимость
· Структурная биология
· Разработка фармацевтических препаратов
· Генетика человека
· Квантовая хромодинамика
· Астрономия
· Транспортные задачи
· Гидро- и газодинамика
· Управляемый термоядерный синтез
· Эффективность систем сгорания топлива
· Разведка нефти и газа
· Вычислительные задачи наук о мировом океане
· Распознавание и синтез речи
· Распознавание изображений
Классификация архитектур вычислительных систем (Классификация Флинна)
Классификация базируется на понятии потока, под которым понимается последовательность элементов, команд или данных, обрабатываемая процессором. На основе числа потоков команд и потоков данных Флинн выделяет четыре класса архитектур: SISD,MISD,SIMD,MIMD.
SISD (single instruction stream / single data stream) - одиночный поток команд и одиночный поток данных. К этому классу относятся, прежде всего, классические последовательные машины, или иначе, машины фон-неймановского типа, например, PDP-11 или VAX 11/780. В таких машинах есть только один поток команд, все команды обрабатываются последовательно друг за другом и каждая команда инициирует одну операцию с одним потоком данных. Не имеет значения тот факт, что для увеличения скорости обработки команд и скорости выполнения арифметических операций может применяться конвейерная обработка - как машина CDC 6600 со скалярными функциональными устройствами, так и CDC 7600 с конвейерными попадают в этот класс.
SIMD (single instruction stream / multiple data stream) - одиночный поток команд и множественный поток данных. В архитектурах подобного рода сохраняется один поток команд, включающий, в отличие от предыдущего класса, векторные команды. Это позволяет выполнять одну арифметическую операцию сразу над многими данными - элементами вектора. Способ выполнения векторных операций не оговаривается, поэтому обработка элементов вектора может производится либо процессорной матрицей, как в ILLIAC IV, либо с помощью конвейера, как, например, в машине CRAY-1.
MISD (multiple instruction stream / single data stream) - множественный поток команд и одиночный поток данных. Определение подразумевает наличие в архитектуре многих процессоров, обрабатывающих один и тот же поток данных. Однако ни Флинн, ни другие специалисты в области архитектуры компьютеров до сих пор не смогли представить убедительный пример реально существующей вычислительной системы, построенной на данном принципе. Ряд исследователей относят конвейерные машины к данному классу, однако это не нашло окончательного признания в научном сообществе. Будем считать, что пока данный класс пуст.
MIMD (multiple instruction stream / multiple data stream) - множественный поток команд и множественный поток данных. Этот класс предполагает, что в вычислительной системе есть несколько устройств обработки команд, объединенных в единый комплекс и работающих каждое со своим потоком команд и данных.
Дополнения Ванга и Бриггса к классификации Флинна:
Класс SISD разбивается на два подкласса:
архитектуры с единственным функциональным устройством, например, PDP-11;
архитектуры, имеющие в своем составе несколько функциональных устройств - CDC 6600, CRAY-1, FPS AP-120B, CDC Cyber 205, FACOM VP-200.
В класс SIMD также вводится два подкласса:
архитектуры с пословно-последовательной обработкой информации - ILLIAC IV, PEPE, BSP;
архитектуры с разрядно-последовательной обработкой - STARAN, ICL DAP.
В классе MIMD авторы различают
вычислительные системы со слабой связью между процессорами, к которым они относят все системы с распределенной памятью, например, Cosmic Cube,
и вычислительные системы с сильной связью (системы с общей памятью), куда попадают такие компьютеры, как C.mmp, BBN Butterfly, CRAY Y-MP, Denelcor HEP.
Наиболее распространенные сегодня суперкомпьютеры:
Cray T90
| Производитель | Cray Inc., Cray Research. |
| Класс архитектуры | Многопроцессорная векторная система (несколько векторных процессоров работают на общей памяти). |
| Предшественники | CRAY Y-MP C90, CRAY X-MP. |
| Модели | Серия T90 включает модели T94, T916 и T932. |
| Процессор | Системы серии T90 базируются на векторно-конвейерном процессоре Cray Research с пиковой производительностью 2GFlop/s. |
| Число процессоров | Система T932 может включать до 32 векторных процессоров (до 4-х в модели T94, до 16 модели T916), обеспечивая пиковую производительность более 60GFlop/s. |
| Масштабируемость | Возможно объединение нескольких T90 в MPP-системы. |
| Память | Система T932 содержит от 1GB до 8GB (до 1 GB в модели T94 и до 4GB в модели T916) оперативной памяти и обеспечивает скорость обменов с памятью до 800MB/sec. |
| Системное ПО | Используется операционная система UNICOS. |
IBM RS/6000 SP
| Производитель | International Business Machines (IBM), подразделение RS/6000. |
| Класс архитектуры | Масштабируемая массивно-параллельная вычислительная система (MPP). |
| Узлы | Узлы имеют архитектуру рабочих станций RS/6000. Существуют несколько типов SP-узлов, которые комплектуются различными процессорами: PowerPC 604e/332MHz, POWER3/200 и 222 MHz (более ранние системы комплектовались процессорами POWER2). High-узлы на базе POWER3 включают до 8 процессоров и до 16 GB памяти. |
| Масштабируемость | До 512 узлов. Возможно совмещение узлов различых типов. Узлы устанавливаются в стойки (до 16 узлов в каждой). |
| Коммутатор | Узлы связаны между собой высокопроизводительных коммутатором (IBM high-performance switch), который имеет многостадийную структуру и работает с коммутацией пакетов. |
| Cистемное ПО | OC AIX (устанавливается на каждом узле), система пакетной обработки LoadLeveler, параллельная файловая система GPFS, параллельная СУБД INFORMIX-OnLine XPS. Параллельные приложения исполняются под управлением Parallel Operating Environment (POE). |
|
Средства |
Оптимизированная реализация интерфейса MPI, библиотеки параллельных математических подпрограмм - ESSL, OSL. |
Cray T3E
| Производитель | Cray Inc. |
| Класс архитектуры | Масштабируемая массивно-параллельная система, состоит из процессорных элементов (PE). |
| Предшественники | Cray T3D |
| Модификации | T3E-900, T3E-1200, T3E-1350 |
| Процессорный элемент | PE состоит из процессора, блока памяти и устройства сопряжения с сетью. Используются процессоры Alpha 21164 (EV5) с тактовой частотой 450 MHz (T3E-900), 600 MHz (T3E-1200), 675 MHz (T3E-1350) пиковая производительность которых составляет 900, 1200, 1350 MFLOP/sec соответственно. Процессорный элемент располагает своей локальной памятью (DRAM) объемом от 256MB до 2GB. |
| Число процессоров | Системы T3E масштабируются до 2048 PE. |
| Коммутатор | Процессорные элементы связаны высокопроизводительной сетью GigaRing с топологией трехмерного тора и двунаправленными каналами. Скорость обменов по сети достигает 500MB/sec в каждом направлении. |
| Системное ПО | Используется операционная система UNICOS/mk. |
| Средства программирования | Поддерживается явное параллельное программирование c помощью пакета Message Passing Toolkit (MPT) - реализации интерфейсов передачи сообщений MPI, MPI-2 и PVM, библиотека Shmem. Для Фортран-программ возможно также неявное распараллеливание в моделях CRAFT и HPF. Среда разработки включает также набор визуальных средств для анализа и отладки параллельных программ. |
Список использованной литературы:
1. Материалы сайта http://www.parallel.ru
2. Материалы сайта http://www.top500.org
3. Материалы сайта http://www.osp.ru/archive/56.htm
4. Материалы сайта http://www.netlib.org/linpack/
