Меню
Главная
УСЛУГИ
Авторизация/Регистрация
Реклама на сайте
Классификация телекоммуникационных вычислительных сетейРаспределенные информационные технологииОценка параметров моделей с распределенными лагами
ОБЩИЙ СОСТАВ И СТРУКТУРА ПЕРСОНАЛЬНЫХ ЭВМ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ....Многоядерные и многопроцессорные вычислительные системыМодели анализа безопасности ПО и взаимодействия объектов...
ОБЩИЙ СОСТАВ И СТРУКТУРА ПЕРСОНАЛЬНЫХ ЭВМ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ....Кластерный анализМногоядерные и многопроцессорные вычислительные системы
 
Главная arrow Информатика arrow Информационные технологии в экономике и управлении
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >

Лекция 5. РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ

Высокопроизводительные вычислительные системы

Проблема высокопроизводительных вычислительных систем (High Performance Computing) относится к числу наиболее сложных научно-технических задач. Решение этой проблемы развивалось в нескольких направлениях – повышении мощности и быстродействия обычных компьютерных систем, создании специализированных суперкомпьютеров, формировании многокомпьютерных (кластерных) систем, применении GRI D-технологий, разработке методов параллельного программирования. Следует отметить, что успехи в развитии кластерных систем во многом обязаны интернет-технологиям [1].

Суперкомпьютеры и кластерные вычислительные системы

Что означает термин "суперкомпьютер"? Он появился благодаря широкому внедрению мощных компьютерных систем американца Сеймура Крея (Seymour Cray) – Control Data 6600, Control Data 7600, Cray-1, Cray-2, Cray-3 и Cray-4 (рис. 5.1), которые предназначались для громоздких и сложных вычислений и превосходили по вычислительной мощности обычные компьютеры, используемые для инженерных расчетов. Сегодня суперкомпьютеры являются уникальными системами, создаваемыми как компанией Cray Inc., так и "традиционными" лидерами компьютерного рынка: IBM, Hewlett-Packard, NEC и др. [ru.wikipedia.org].

Сrау-2 – самый быстрый компьютер 90-х гг. XX в.

Рис. 5.1. Сrау-2 – самый быстрый компьютер 90-х гг. XX в.

Типичный суперкомпьютер включает скалярный процессор целочисленной арифметики, функциональные блоки сложения и умножения чисел с плавающей точкой, векторный процессор и общую память. Это компьютеры, построенные по технологии "разделяемая память – один поток управления – много потоков данных" ("Shared Memory – Single Instruction – Multi Data").

Конец 1980-х и начало 1990-х гг. охарактеризовались сменой магистрального направления развития суперкомпьютеров – от векторно-конвейерной обработки данных к большому и сверхбольшому числу параллельно соединенных скалярных процессоров. Использование серийных микропроцессоров позволило не только гибко менять мощность установки в зависимости от потребностей и возможностей, но и значительно удешевить производство. Примерами суперкомпьютеров этого класса могут служить Intel Paragon, IBM SP, Cray T3D/T3E и ряд других.

В ноябре 2002 г. фирма Cray Inc. анонсировала Cray X1 с характеристиками 52,4 Тфлопс и 65,5 Тб оперативно

запоминающего устройства ("тера" – один триллион, "флопс" – акроним от англ. Floating Point, означающий "вычисления с плавающей точкой"). В это же время был опубликован список Тор 500 [top500.org], в который входили вычислительные системы, официально показавшие максимальную производительность. Его возглавила "Компьютерная модель Земли" (Earth Simulator) с результатом 35,86 Тфлопс (5120 процессоров), созданная одноименным японским центром и NEC. На втором – четвертом расположились решения ASCI (7,7; 7,7 и 7,2 Тфлопс). Они эксплуатируются Лос-Аламосской лабораторией ядерных исследований и созданы Hewlett-Packard (первые два насчитывают но 4096 процессоров) и IBM (8192 процессора).

Петафлопсный рубеж (тысяча триллионов операций с плавающей запятой в секунду) компания Cray Inc. обещает преодолеть к концу десятилетия. Схожие сроки сулят и японцы. В Токио в рамках соответствующего проекта GRAPE [grape.astron.s.u-tokyo.ac.jp/grape/] готовится модель GRAPE-6. Она объединяет 12 кластеров и 2048 процессоров и показывает производительность 2889 Тфлопс (с потенциальными возможностями 64 Тфлопс). В перспективе в GRAPE-решение будет включено 20 тыс. процессоров, а обойдется оно всего в 10 млн долл.

Один из самых известных в России суперкомпьютеров – Многопроцессорная вычислительная система МВС-15 000 (рис. 5.2.). Система включает 276 узлов (552 процессора), имеет пиковую производительность 4857,6 Гфлопса и максимальную производительность 3052 Гфлопса. Вычислительный узел имеет 2 процессора IBM PowerPC 970 с тактовой частотой 2,2 ГГц и 4 Гб оперативной памяти, 40 Гб HDD, два встроенных адаптера Gigabit Ethernet и адаптер Myrinet (supercomputers.ru). В ноябре 2009 г. в Московском государственном университете введен в действие суперкомпьютер "Ломоносов" с производительностью 420 Тфлопс, поставленный компанией "Т-Платформы". По состоянию на май 2010 г. он занял 13-е место в мировом рейтинге ТОР500.

Однако следует отметить, что эти уникальные решения с рекордными характеристиками обычно недешевы, поэтому их нельзя пустить в массовое производство и широко использовать в бизнесе. Прогресс в области сетевых технологий сделал свое дело – появились недорогие, но эффективные решения, основанные на коммуникационных технологиях. Это и предопределило появление кластерных вычислительных систем, фактически являющихся одним из направлений развития компьютеров с массовым параллелизмом вычислительного процесса (Massively Parallel Processing – МРР).

Структурная схема суперкомпьютера МВС-15 000

Рис. 5.2. Структурная схема суперкомпьютера МВС-15 000

Вычислительный кластер – это совокупность компьютеров, объединенных в рамках некоторой сети для решения крупной вычислительной задачи. В качестве узлов обычно используются доступные однопроцессорные компьютеры, двух- или четырехпроцессорные SMP-серверы (Symmetric Multi Processor). Каждый узел работает под управлением своей копии операционной системы, в качестве которой чаще всего используются стандартные операционные системы: Linux, NT, Solaris и т.п. С учетом полярных точек зрения кластером можно считать как пару персональных компьютеров, связанных локальной 10-мегабитной сетью Ethernet, так и обширную вычислительную систему, создаваемую в рамках крупного проекта. Такой проект объединяет тысячи рабочих станций на базе процессоров Alpha, связанных высокоскоростной сетью Myrinet, которая используется для поддержки параллельных приложений, а также сетями Gigabit Ethernet и Fast Ethernet для управляющих и служебных целей [6].

Состав и вычислительная мощность узлов может меняться даже в рамках одного кластера, давая возможность создавать обширные гетерогенные (неоднородные) системы с задаваемой вычислительной мощностью. Выбор конкретной коммуникационной среды определяется многими факторами: особенностями класса решаемых задач, финансированием, необходимостью последующего расширения кластера и т.п. Возможно включение в конфигурацию специализированных компьютеров, например файл-сервера, и, как правило, предоставлена возможность удаленного доступа к кластеру через Интернет. Среди наиболее известных поставщиков готовых кластерных решений стоит отметить компании SGI, VALinux и Seal i Computer. Ведущими компаниями, обеспечивающими вычислительную инфраструктуру кластеров, стали крупные производители компьютерного оборудования и программного обеспечения – Dell, Intel и Microsoft.

Из интересных российских проектов следует отметить решение, реализованное в Санкт-Петербургском университете на базе технологии Fast Ethernet [ ptc.spbu. ru]: собранные кластеры могут использоваться как полноценные независимые учебные классы, так и в качестве единой вычислительной установки, решающей крупные исследовательские проблемы. В Самарском научном центре пошли по пути создания неоднородного вычислительного кластера, в составе которого работают компьютеры на базе процессоров Alpha и Pentium III. В Уфимском государственном авиационном техническом университете проектируется кластер на базе двенадцати Alpha-станций, сети Fast Ethernet и ОС Linux [osp.ru/os/2000/05-06/178019/].

Технологии суперкомпьютеров и кластеров первоначально "выросли" в основном из научных потребностей – для решения фундаментальных и прикладных задач физики, механики, астрономии, метеорологии, сопротивления материалов и т.д., где требовались огромные вычислительные мощности. А в каких рыночных нишах будет востребована подобная производительность? Прежде всего при проектировании сложных управляемых систем (подводных лодок, самолетов, ракет, космических станций), создании синтетических лекарств с заданными свойствами, в генной инженерии, при моделировании погодных явлений и природных катаклизмов, для повышения эффективности и надежности атомных электростанций, прогнозирования макроэкономических эффектов и т.д.

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика