Суперкомп’ютери та їх застосування
Суперкомп'ютери та їх застосування.doc
Мета роботи:
Суперкомп'ютери та їх застосування
- Що таке суперкомп'ютери
- Для чого потрібні суперкомп'ютери
- Програми для суперкомп'ютерів
- Обчислювальні кластери
- Багатопроцесорні системи
- Перші суперкомп'ютери
- Будова суперкомп'ютерів
- Висновок
- література
-http://ua.wikipedia.org/wiki/ %D0%A1%D1%83%D0%BF%D0%B5%D1% 80%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BF% D1% 8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%80
-http://www.depo.ru/category_ c1853121.aspx?utm_source= Direct&utm_medium=cpc&utm_ campaign=PC_Business
-http://www.i-mash.ru/news/ nov_otrasl/12227- superkompjutery-v- promyshlennosti.html
З моменту появи перших суперкомп'ютерів однією з основних проблем, що стоять перед розробниками, була продуктивність обчислювальної системи. За час розвитку комп'ютерної індустрії продуктивність процесора стрімко зросла, проте поява все більш витонченого програмного забезпечення, зростання числа користувачів і розширення сфери застосування обчислювальних систем висувають нові вимоги до потужності використовуваної техніки, що призвело до появи суперкомп'ютерів.
1) Поняття „суперкомп'ютер” виникло в середині 1960-х років, коли комп'ютерів стало досить багато і вони почали відрізнятися потужністю та призначенням, звідси виникла потреба їх класифікації.
Це спеціальні високопродуктивні ЕОМ, які відносяться до класу найшвидших у світі комп'ютерів. Їхня потужність, як і продуктивність звичайних настільних ПК, зростає надзвичайно швидко. До типових рис сучасних суперкомп'ютерів можна віднести безліч процесорів і гігантський обсяг оперативної пам'яті. За обчислювальноюпотужності їх можна порівняти із кількома тисячами настільних ПК. Розміри суперкомп'ютерів настільки великі, що вони встановлюються у спеціальних залах – тільки там ці апарати можна охолодити та з'єднати їх модулі тисячами дротів.
2) Простий ретроспективний аналіз – де й навіщо використовувалися такі машини – однозначно свідчить, що йдеться про вирішення складних математичних обчислювальних завдань у межах фундаментальних досліджень та реалізації проектів національного чи міжнародного масштабу.
Розшифрування секретних кодів та балістичні розрахунки – ось основне застосування обчислювачів під час Другої світової війни. Перші прообрази сучасних комп'ютерів створювалися межах ядерних проектів. Наприклад, найвідоміші радянські суперкомп'ютери „Ельбрус” були розроблені для реалізації протиракетної оборони країни у 1970-80-ті роки.
Можна згадати про геофізичні дослідження, прогнозування погоди, розшифрування геному людини, створення нових ліків тощо.
Що стосується великих світових бізнес-корпорацій, то вони вже давно зрозуміли переваги та необхідність суперкомп'ютерів та створили власні потужності.
У рейтингу Топ500 найпотужніших комп'ютерних систем світу вже понад 60% інсталяцій належить корпораціям, а не дослідницьким центрам. Насправді, ця пропорція ще більше зрушена у бік бізнесу, оскільки не кожна компанія прагне афішувати свої IT-ресурси. Найяскравіший приклад бізнесу, який використовує суперкомп'ютерні масштаби IT – пошукова система Google.
У Google не раз хвалилися, що їхня компанія по суті величезний суперкомп'ютер. Її серверні кластери у різних країнах складаються із сотень тисяч вузлів, всього близько мільйона машин. Якби Google захотівдовести свою продуктивність тестами Linpack, то потіснив би в рейтингу чимало відомих комп'ютерних систем.
3) Для роботи суперкомп'ютерам необхідні спеціальні програми. ПЗ також важливо для швидкої та надійної роботи, як і апаратура. Звичайна Windows на такому комп'ютері працювала б не швидше, ніж на простому ПК, оскільки вона змогла б використовувати лише кілька процесорів із багатьох тисяч. Тому суперкомп'ютери зазвичай використовують специфічні операційні системи, наприклад Scientific Linux.
4) Що таке кластер?
Обчислювальний кластер - це група обчислювальних вузлів, об'єднаних
високошвидкісними каналами зв'язку, що представляє з погляду користувача єдину
обчислювальну систему. Основне призначення обчислювального кластера
виконання великої кількості розрахунків. Основна характеристика обчислювального
кластера - продуктивність обчислень, яка вимірюється числом арифметичних
операцій на секунду. На відміну від персональних комп'ютерів, кластер здатний виконувати.
Що таке обчислювальний кластер?
У випадку, обчислювальний кластер - це набір комп'ютерів (обчислювальних вузлів), об'єднаних деякою комунікаційною мережею. Кожен обчислювальний вузол має оперативну пам'ять і працює під керівництвом своєї операційної системи. Найбільш поширеним є використання однорідних кластерів, тобто таких, де всі вузли абсолютно однакові за своєю архітектурою та продуктивністю.
Як запускаються програми на кластері?
Для кожного кластера є виділений комп'ютер – головна машина (front-end). На цій машині встановлено програмне забезпечення, яке керує запуском програм на кластері. Власнеобчислювальні процеси користувачів запускаються на обчислювальних вузлах, причому вони розподіляються так, що на кожен процесор доводиться не більше одного обчислювального процесу. Запускати обчислювальні процеси на машині кластера не можна.
Користувачі мають термінальний доступ на головну машину кластера, а входити на вузли кластера для них не потрібно. Запуск програм на кластері здійснюється у т.зв. "пакетному" режимі - це означає, що користувач не має безпосередньої, "інтерактивної" взаємодії з програмою, програма не може очікувати на введення даних з клавіатури і виводити безпосередньо на екран. Більше того, програма користувача може працювати, коли користувач не підключений до кластера.
Яка встановлена операційна система?
Обчислювальний кластер, як правило, працює під управлінням одного з різновидів ОС Unix - розрахованої на багато користувачів багатозадачної мережевої операційної системи. Зокрема, в НДВЦ МДУ кластери працюють під управлінням ОС Linux - варіанта Unix, що вільно розповсюджується. Unix має ряд відмінностей від Windows, яка зазвичай працює на персональних комп'ютерах, зокрема ці відмінності стосуються інтерфейсу з користувачем, роботи з процесами та файлової системи
Як використати можливості кластера?
Існує кілька способів задіяти обчислювальні потужності кластеру.
1. Запускати безліч однопроцесорних завдань. Це може бути розумним варіантом, якщо потрібно провести безліч незалежних обчислювальних експериментів з різними вхідними даними, причому термін проведення кожного окремого розрахунку не має значення, а всі дані розміщуються в об'ємі пам'яті, доступному одному процесу.
2. Запускати готові паралельні програми. Для деяких завданьдоступні безкоштовні або комерційні паралельні програми, які за потреби Ви можете використовувати на кластері. Як правило, для цього достатньо, щоб програма була доступна у вихідних текстах, реалізована з використанням інтерфейсу MPI мовами C/C++ або Fortran. Приклади паралельних програм, що вільно розповсюджуються, реалізованих за допомогою MPI: GAMESS-US (квантова хімія), POVRay-MPI (трасування променів).
4. Створювати власні паралельні програми. Це найбільш трудомісткий, але найбільш універсальний спосіб. Існує два основні варіанти. 1) Вставляти паралельні конструкції у наявні паралельні програми. 2) Створювати "з нуля" паралельну програму.
5) Багатопроцесорні системи
Потреба розв'язання складних прикладних завдань з великим обсягом обчислень та принципова обмеженість максимальної швидкодії «класичних» – за схемою фон Неймана – ЕОМ призвели до появи багатопроцесорних обчислювальних систем (МВС). Використання таких засобів обчислювальної техніки дозволяє суттєво збільшувати продуктивність ЕОМ за будь-якого рівня розвитку комп'ютерного устаткування. При цьому, однак, необхідне «паралельне» узагальнення традиційної – послідовної – технології вирішення завдань на ЕОМ. Так, чисельні методи у разі МВС повинні проектуватися як системи паралельних та взаємодіючих між собою процесів, що допускають виконання на незалежних процесорах. Застосовувані алгоритмічні мови та системне програмне забезпечення повинні забезпечувати створення паралельних програм, організовувати синхронізацію та взаємовиключення асинхронних процесів тощо.