Развитие систем высокопроизводительных вычислений

К таким системам в первую очередь причисляют экзафлопсные суперкомпьютеры, способные выполнять порядка 10 операций с плавающей точкой в секунду. Появление таких суперкомпьютеров ожидается в предстоящие 5-10 лет. Создание экзафлопсных суперкомпьютеров идет по двум направлениям: эволюционному и инновационному.

Первое предполагает постепенное улучшение существующих суперкомпьютеров на легких и тяжелых суперскалярных процессорных ядрах. Подход с тяжелыми ядрами более доступен и популярен в сочетании с применением графических сопроцессоров (GPU), сопроцессоров типа Xeon Phi и ускорителей на программируемых логических матрицах (FPGA) [15].

Инновационное направление предполагает поиск новых решений и технологий для создания эффективных и отказоустойчивых суперкомпьютеров. В середине 2010 г. запущена программа DARPA UHPC по созданию принципиально новых суперкомпьютеров экзафлопсно- го уровня. Она определит направления инновационных работ на предстоящее десятилетие. Достижением проекта стала разработка коммерческих образцов перспективных суперкомпьютеров IBM Power 775 и Cray ХС30, позволяющих реализовать миллиард операций модификаций памяти в секунду [101]. Характерная черта таких суперкомпьютеров — их иерархическая архитектура и иерархическая коммуникационная сеть, главным элементом которой является одночиповый маршрутизатор с множеством связей (линков). Другой особенностью является гибридность процессорных ядер: использование ядер различной архитектуры и функционального назначения. Это тоже повышает скорость выполнения операций [96].

Сегодня является распространенной практикой использование графических ускорителей (GPU) наряду с классическими микропроцессорами (CPU) в сфере параллельных вычислений на гетерогенных платформах, сочетающих в себе вычислительные элементы различного типа. Для развития архитектуры гетерогенных систем и упрощения моделей программирования в 2012 г. был образован фонд HSA Foundation, занимающийся разработкой спецификаций Heterogeneous System Architecture (HSA). HSA объединяет процессоры CPU, GPU, DSP и другие ускорители в единую систему с общим принципом организации вычислений, что существенно облегчает разработчикам процесс решения разнообразных вычислительных задач. От новой технологии могут значительно выиграть программы, связанные с процессами вывода графики или рендеринга.

Эксперты выделяют такие направления системных исследований и разработок, как иерархические сети, гибридные массово-мульти- трендовые многоядерные микропроцессоры, гетерогенность (включая специализированные фрагменты, в том числе фрагменты аналогового типа). Важнейшие направления по элементно-конструкторской базе: нанофотоника, сверхпроводниковая электроника, квантовая электроника (спиновая, клеточные автоматы, реверсивная логика), TSV- соединения, оптоволоконные соединения через матрицы линз и лазеров [13].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >