Τι είναι ένας υπερυπολογιστής; Οι 10 κορυφαίοι υπερυπολογιστές στον κόσμο

Διαφήμιση

Ο ορισμός λεξικού ενός υπερυπολογιστή είναι "ένας ιδιαίτερα ισχυρός υπολογιστής mainframe".

Η "ισχύς" ενός υπερυπολογιστή ορίζεται από το πόσες λειτουργίες το σύστημα μπορεί να επεξεργαστεί κάθε δευτερόλεπτο .

Αυτός είναι ένας ευρύς ορισμός με ένα στόμιο που αλλάζει κάθε φορά που η τεχνολογία των υπολογιστών εξελίσσεται. Οι ταχύτεροι προσωπικοί υπολογιστές σήμερα επεξεργάζονται λειτουργίες με την ταχύτητα που οι υπερυπολογιστές επιτελούσαν πριν από αρκετές δεκαετίες. Έτσι γρήγορα αλλάζει αυτή η τεχνολογία.

Τι είναι λοιπόν ένας υπερυπολογιστής;

Ας ρίξουμε μια βαθύτερη ματιά σε τι υπερυπολογιστά μοιάζουν σήμερα για να μάθετε.

Ο πιο ισχυρός υπερυπολογιστής στον κόσμο

Για πολλά χρόνια, οι ΗΠΑ, η Κίνα και η Ιαπωνία αγωνίστηκαν να είναι η χώρα που κατείχε τον ταχύτερο υπερυπολογιστή στον κόσμο. "Ταχεία" ορίζεται από τον αριθμό των petaflops που μπορεί να εκτελέσει το σύστημα υπολογιστή. Ένα petaflop είναι χίλια teraflops ή ένα τετράκι δισεκατομμύριο πράξεις κινητής υποδιαστολής ανά δευτερόλεπτο. Δοκιμές Benchmark PC: Τι είναι αυτοί και πραγματικά επηρεάζουν; Δοκιμές Benchmark για PC: Ποια είναι αυτά και πραγματικά επηρεάζουν; Υπάρχουν πολλά τεχνικά sites στο Διαδίκτυο που ασχολούνται με σημεία αναφοράς - μια ολόκληρη σειρά χαρτών και αριθμών για σχεδόν οποιοδήποτε κομμάτι υλικού στην αγορά. Τι εννοούν; Διαβάστε περισσότερα .

Μέχρι το 2013, οι δύο ισχυρότεροι υπερυπολογιστές που υπήρχαν ήταν:

• Το Cray Titan στο Oak Ridge, με δυνατότητα επεξεργασίας 17, 59 petaflops.
• Το IBM Sequoia στο Livermore Labs, πιέζοντας 17.17 petaflops.

Ωστόσο, εκείνο το έτος η Κίνα ανέλαβε τη λειτουργία με το NUDT Tianhe-2 στο Guangzhou, με ένα επιβλητικό 33, 86 petaflops. Αυτό το σύστημα ήταν βασιλιά, μέχρι το 2016, όταν το Sunway TaihuLight στο Wuxi, η Κίνα έλαβε τελικά το βραβείο με εντυπωσιακά petaflops 93.01.

Σύμφωνα με το Top500, ο επόμενος βασιλιάς των υπερυπολογιστών θα πρέπει να είναι η Σύνοδος Κορυφής . Αυτός είναι ένας υπερυπολογιστής στο Oak Ridge National Lab, που αναμένεται να κυκλοφορήσει ζωντανά το καλοκαίρι του 2018.

Κοιτάζοντας βαθύτερα σε έναν υπερυπολογιστή

Τώρα που γνωρίζετε την κατάσταση του τρέχοντος αγώνα υπερυπολογιστών, ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στην εσωτερική λειτουργία αυτών των εντυπωσιακών θαυμάτων της τεχνολογίας. Ας εξετάσουμε το Sunway Taihulight .

Το Taihulight είναι ένας εξαιρετικά αποδοτικός υπολογιστής με την ακόλουθη αρχιτεκτονική επεξεργαστή:

• 1, 45 GHz επεξεργαστές SW26010, ο καθένας με τέσσερις ομάδες πυρήνων Τι είναι μια CPU και τι κάνει; Τι είναι μια CPU και τι κάνει; Τα αρκτικόλεξα υπολογιστών είναι συγκεχυμένα. Τι είναι οπωσδήποτε μια CPU; Και χρειάζομαι επεξεργαστή τετραπλού ή διπλού πυρήνα; Τι συμβαίνει με την AMD ή την Intel; Είμαστε εδώ για να εξηγήσουμε τη διαφορά! Διαβάστε περισσότερα .
• Κάθε ομάδα πυρήνα περιέχει 65 πυρήνες για συνολικά 260 πυρήνες ανά κόμβο.
• Κάθε ντουλάπι συστήματος περιέχει 1.024 κόμβους.
• Το σύνολο του συστήματος περιλαμβάνει 40 ντουλάπια.

Για να συνδεθούν όλα αυτά τα γραφεία, οι οικοδόμοι αυτού του εντυπωσιακού συστήματος έκαναν το δικό τους δίκτυο από συνδέσεις PCIe 3.0 που έχουν αποκαλύψει το "Sunway Network".

Το δίκτυο συνδέει τους διακόπτες, το υλικό κοινής χρήσης πόρων και όλα τα υπερκείμενα μέσω καλωδίων 7 ιντσών που μεταδίδουν δεδομένα σε 70 terabytes ανά δευτερόλεπτο.

Ακολουθεί η τρέχουσα λίστα των 10 ταχύτερων υπερυπολογιστών στον κόσμο, σύμφωνα με το Top 500.

1. Sunway TaihuLight (Κίνα): 10.649.600 πυρήνες, 93.014 TFlops / s
2. Tianhe-2 MilkyWay-2 (Κίνα): 3.120.000 πυρήνες, 33.962 TFlops / s
3. Piz Daint (Ελβετία): 361.760 πυρήνες, 19.590 TFlops / s
4. Γκιούκου (Ιαπωνία): 19.860.000 πυρήνες, 19.136 TFlops / s
5. Titan (Ηνωμένες Πολιτείες): 560.640 πυρήνες, 17.590 TFlops / s
6. Sequoia (Ηνωμένες Πολιτείες): 1.572.864 πυρήνες, 17.173 TFlops / s
7. Trinity (Ηνωμένες Πολιτείες): 979.968 πυρήνες, 14.137 TFlops / s
8. Cori (Ηνωμένες Πολιτείες): 622.336 πυρήνες, 14.015 TFlops / s
9. Oakforest-PACS (Ιαπωνία): 556.104 πυρήνες, 13.555 TFlops / s
10. K Υπολογιστής - Sparc64 (Ιαπωνία): 705.024 πυρήνες, 10.510 TFlops / s

Είναι ένας τεράστιος χώρος όπου συμμετέχουν προηγμένα εργαστήρια και κυβερνητικές εγκαταστάσεις σε όλο τον κόσμο. Οι ηγέτες όχι μόνο κερδίζουν τον σεβασμό των εμπειρογνωμόνων υπολογιστών παγκοσμίως, αλλά ο αγώνας για την κορυφή είναι και πολιτικά φορτισμένος. Και με το κόστος των υπερυπολογιστών να τρέχει στα χιλιάδες δολάρια την ώρα, οι εταιρείες αυτές πιθανότατα κάνουν πολλά χρήματα επίσης.

Γιατί χρησιμοποιούνται υπερυπολογιστές;

Γιατί θα χρειαζόταν κάποιος ένα σύστημα ηλεκτρονικών υπολογιστών που να μπορεί να επεξεργάζεται τετραπλάσια πράξεων κινητής υποδιαστολής ανά δευτερόλεπτο;

Η πραγματικότητα είναι ότι σε πολλές διαφορετικές βιομηχανίες, υπάρχουν ανάγκες που απαιτούν τεράστια υπολογιστική ισχύ. Εδώ είναι μερικές μόνο χρήσεις του υπερυπολογιστή στη βιομηχανία, στις κυβερνήσεις και στον στρατό.

Μια έκθεση που γράφτηκε από την International Data Corporation το 2014 έφερε σε δεκάδες σενάρια πραγματικού κόσμου όπου χρησιμοποιήθηκαν υπερυπολογιστές. Σχεδιάσαμε τα ακόλουθα παραδείγματα από τη μελέτη αυτή.

Βιομηχανία

• Η General Electric, ένας σημαντικός παράγοντας στην αεροναυπηγική βιομηχανία, συνεργάστηκε με ειδικούς σε υπολογιστές στο Εθνικό Εργαστήριο του Oak Ridge για την παραγωγή προσομοιώσεων προηγμένων αεριωθούμενων κινητήρων . Οι προσομοιώσεις βοήθησαν την GE να εντοπίσει ένα φαινόμενο κινητήρα που βοήθησε την εταιρεία να βελτιώσει τη συνολική απόδοση καυσίμου.
• Οι επιστήμονες του Lawrence Livermore National Labs χρησιμοποίησαν τους υπερυπολογιστές εκεί για να αναπτύξουν μια νέα τεχνική για τη συλλογή υπογείων δεδομένων . Αυτό επέτρεψε στην αμερικανική βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου να εντοπίσει ευκολότερα τα αποθέματα πετρελαίου στον Κόλπο του Μεξικού και να μειώσει την εξάρτηση της Αμερικής από ξένο πετρέλαιο.
• Οι μηχανικοί της Boeing χρησιμοποίησαν τους υπερυπολογιστές για να δημιουργήσουν προσομοιώσεις αεροσκαφών που οδήγησαν σε καλύτερα αεροδυναμικά σχέδια, ώστε να παράγουν πιο αποδοτικά και ασφαλέστερα αεροσκάφη.

Κυβέρνηση

• Τα Κέντρα Ελέγχου Νόσων και το Πανεπιστήμιο Cornell συνεργάστηκαν για τη δημιουργία ενός πολύ λεπτομερούς μοντέλου του ιού της ηπατίτιδας C. Χρησιμοποιώντας έναν υπερυπολογιστή στο Πανεπιστήμιο Cornell, οι ερευνητές ήταν σε θέση να αναπτύξουν νέες θεραπείες που βοηθούσαν τελικά την ιατρική κοινότητα 8 Ιατρικές τεχνολογικές καινοτομίες που μπορεί να χρειαστείτε μια μέρα 8 Ιατρικές τεχνολογικές καινοτομίες που μπορεί να χρειαστείτε μία ημέρα Πιστεύετε ή όχι, η ταχύτητα των τεχνολογικών εξελίξεων εξακολουθεί να αυξάνεται - και συμβαίνουν πολλές ανακαλύψεις στον ιατρικό τομέα. Ελέγξτε αυτά τα καταπληκτικά νέα πράγματα! Διαβάστε περισσότερα σχετικά με τη μείωση ή τη θεραπεία της ηπατικής νόσου σε ασθενείς.
• Το αμερικανικό Υπουργείο Άμυνας χρησιμοποίησε έναν υπερυπολογιστή για την ανάπτυξη νέων καιρικών μοντέλων που θα βοηθούσαν τους μετεωρολόγους να προβλέψουν πιθανώς επικίνδυνους τυφώνες και κυκλώνες. Τα πιο προηγμένα μοντέλα υπολογιστών αυτών των καταιγίδων έδωσαν τη δυνατότητα να προβλέψουν τους κινδύνους μέχρι πέντε ημέρες πριν από την πρόσκρουση.

ΣΤΡΑΤΟΣ

• Ο στρατός των Η.Π.Α. χρησιμοποιεί υπερυπολογιστές στο Ερευνητικό Εργαστήριο Στρατού για να εκτελεί προηγμένες προσομοιώσεις που βοηθούν τους ερευνητές να διεξάγουν «καταστροφικά πειράματα ζωντανής και πρωτότυπης επίδειξης». Σε αντίθετη περίπτωση θα ήταν απαγορευτικό το κόστος για τη διεξαγωγή πραγματικού εξοπλισμού.
• Ένας από τους πιο ασυνήθιστους υπερυπολογιστές που χρησιμοποίησε ο αμερικανικός στρατός ονομάστηκε "Συγκρότημα Condor", το οποίο δημιουργήθηκε από την Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ το 2010. Οι μηχανικοί συνεργάστηκαν μαζί για να συναρμολογήσουν 1.760 κονσόλες Sony PlayStation 3 για να δημιουργήσουν τον πυρήνα του υπερυπολογιστή. Ήταν ικανή για 500 TFlops, και χρησιμοποιείται για εργασίες όπως αναγνώριση προτύπων, επεξεργασία δορυφορικών εικόνων και διεξαγωγή έρευνας τεχνητής νοημοσύνης .

Όπως μπορείτε να δείτε, υπάρχουν πολλές απαιτήσεις από όλες τις βιομηχανίες, τις κυβερνητικές υπηρεσίες και το στρατό για προηγμένη υπολογιστική ισχύ.

Είναι Quantum Computers Next;

Κάθε πρόοδος στην ταχύτητα του υπερυπολογιστή είναι άμεσο αποτέλεσμα ενός μεγαλύτερου αριθμού τρανζίστορ που συσκευάζεται σε μικροεπεξεργαστές σε μικρότερη και μικρότερη κλίμακα. Καθώς αυτά τα μικροκυκλώματα συνεχίζουν να συρρικνώνονται προς μια ατομική κλίμακα, πολλοί φουτουριστές προβλέπουν ότι το επόμενο στάδιο στους υπερυπολογιστές θα είναι στη σφαίρα των κβαντικών υπολογιστών.

Τι είναι ένας κβαντικός υπολογιστής;

Η κβαντική υπολογιστική είναι μια μοναδική τεχνολογία υπολογιστών. Αντί για τον παραδοσιακό μικροεπεξεργαστή με βάση τρανζίστορ, οι επιστήμονες ελπίζουν να εκμεταλλευτούν την κατάσταση των υποατομικών σωματιδίων.

Τα υποατομικά σωματίδια τηρούν τους πολύ περίεργους νόμους της φυσικής - πολλά από τα οποία οι ερευνητές έχουν ανακαλύψει μόνο στο πρόσφατο παρελθόν. Με τον πειραματισμό με διάφορες τεχνικές για τον έλεγχο των υποατομικών καταστάσεων αυτών των σωματιδίων, οι επιστήμονες ελπίζουν να αντικαταστήσουν τα 1s και 0s ενός κλασικού τρανζίστορ με ισοδύναμη κατάσταση 1 ή 0 αυτών των κβαντικών σωματιδίων.

Μια άλλη λέξη για αυτά τα δύο σωματίδια είναι τα κβαντικά κομμάτια (ή τα "qubits").

Η πτυχή κάμψης μυαλού του κβαντικού υπολογισμού είναι το γεγονός ότι οι πολλές διαθέσιμες καταστάσεις αυτών των σωματιδίων μπορούν να επιτρέψουν σε αυτούς τους υπολογιστές να αποθηκεύσουν περισσότερο από 1 ή 0.

Υπάρχουν τυχόν κβαντικοί υπερυπολογιστές;

Ο λόγος που δεν έχετε ακούσει για έναν ανώτερο κβαντικό υπερυπολογιστή που κάνει τη λίστα Top500 είναι ακόμα επειδή δεν υπάρχει ακόμη πραγματικός σταθερός κβαντικός υπερυπολογιστής.

Η IBM προσφέρει online πρόσβαση σε ένα σύστημα 20 qubit για χρήση από τους ερευνητές. Οι ερευνητές χρησιμοποιούν συνήθως κβαντικούς υπολογιστές για συγκεκριμένους υπολογισμούς και ανάλυση που είναι κατάλληλοι για, όπως χημικές προσομοιώσεις.

Οι δημιουργοί κβαντικών υπολογιστών χρησιμοποιούν όρους που πριν από πολύ καιρό ήταν κυρίως θεωρητικοί. Αλλά τώρα, οι επιστήμονες που κατασκευάζουν αυτά τα συστήματα περιγράφουν πολύ πραγματικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των "qubits" ως "εμπλοκής". Περιγράφουν συγκεκριμένες καταστάσεις qubits ως "συνεκτικότητα." Έτσι είναι σχεδόν αδύνατο να συγκρίνουμε αυτά τα συστήματα με τους παραδοσιακούς υπολογιστές.

Τα μεγάλα συστήματα που ενδέχεται να έχουν κάποια ελπίδα ανταγωνισμού με τους σημερινούς παραδοσιακούς υπερυπολογιστές εξακολουθούν να είναι πολύ ασταθή. Για παράδειγμα, τον Νοέμβριο του 2017, η IBM ανακοίνωσε ότι είχε κατασκευάσει έναν κβαντικό υπολογιστή 50-qubit. Ωστόσο, θα μπορούσε να κρατήσει μόνο κβαντική "microstate" για 90 μικροδευτερόλεπτα.

Οι κβαντικοί υπολογιστές έχουν μεγάλη υπόσχεση για το μέλλον, αλλά τώρα προσφέρουν ελάχιστο ανταγωνισμό για τους παραδοσιακούς υπερυπολογιστές με σιλικόνη.

Τι νομίζετε ότι κρατά το μέλλον;

Πού πιστεύετε ότι το μέλλον της τεχνολογίας υπερυπολογιστών είναι επικεφαλής; Πιστεύετε ότι οι κβαντικοί υπολογιστές είναι πιο κοντά στον ορίζοντα από ό, τι αντιλαμβάνονται οι άνθρωποι; Ποια χώρα πιστεύετε ότι θα κορυφωθεί στη λίστα το 2018 και πέρα;