Super Computer

"Komputasi kinerja tinggi" beralih ke halaman ini. Untuk definisi sempit HPC, lihat tinggi-throughput komputasi dan banyak-tugas komputasi . Untuk kegunaan lain, lihat Supercomputer (disambiguasi) .

The Blue Gene superkomputer / P di Argonne National Labberjalan lebih dari 250.000 prosesor menggunakan normal data center AC, dikelompokkan dalam 72 rak / lemari yang terhubung dengan jaringan berkecepatan tinggi optic..

Sebuah superkomputer adalah komputer di garis depan kapasitas pengolahan saat ini, terutama kecepatan perhitungan. Superkomputer diperkenalkan pada tahun 1960 dan dirancang terutama oleh Seymour Cray di Control Data Corporation (CDC), dan kemudian di Cray Research . Sementara superkomputer dari tahun 1970-an yang digunakan hanya beberapa prosesor , pada 1990-an, mesin dengan ribuanprosesor mulai muncul dan pada akhir abad ke-20, superkomputer massal paralel dengan puluhan ribu "off-the-shelf" prosesor yang norma. 

Sistem dengan jumlah besar prosesor umumnya mengambil salah satu dari dua jalur: dalam satu pendekatan, misalnya dalam jaringan komputasi . kekuatan pemrosesan dari sejumlah besar komputer di terdistribusi, domain administrasi yang beragam, yang oportunis digunakan setiap kali komputer tersedia  Dalam pendekatan lain, sejumlah besar prosesor yang digunakan dalam jarak dekat satu sama lain, misalnya dalam cluster komputer . Penggunaan prosesor multi-core yang dikombinasikan dengan sentralisasi merupakan arah muncul. Pada Juni 2012 , IBM Sequoia adalah tercepat di dunia .

Superkomputer digunakan untuk tugas-tugas yang sangat penghitungan-intensif seperti masalah termasuk fisika kuantum , peramalan cuaca , penelitian iklim , eksplorasi minyak dan gas , pemodelan molekul (komputasi struktur dan sifat senyawa kimia, biologimakromolekul , polimer, dan kristal), dan fisik simulasi (seperti simulasi pesawat terbang dalam terowongan angin , simulasi peledakansenjata nuklir , dan riset fusi nuklir ).

Sejarah

The sejarah superkomputer kembali ke tahun 1960-an ketika serangkaian komputer di Control Data Corporation (CDC) yang dirancang oleh Seymour Crayuntuk menggunakan desain inovatif dan paralelisme untuk mencapai kinerja puncak superior komputasi. The CDC 6600 , dirilis pada tahun 1964, umumnya dianggap superkomputer pertama. 

Cray meninggalkan CDC pada tahun 1972 untuk membentuk perusahaannya sendiri.  Empat tahun setelah meninggalkan CDC, Cray menyampaikan 80 MHz Cray 1 pada tahun 1976, dan itu menjadi salah satu superkomputer paling sukses dalam sejarah.  The Cray -2 dirilis pada tahun 1985 adalah 8 prosesor liquid cooled komputer dan Fluorinert dipompa melalui itu karena dioperasikan. Ini dilakukan pada 1,9 gigaflops dan tercepat di dunia sampai tahun 1990.

Sementara superkomputer dari tahun 1980-an yang digunakan hanya beberapa prosessor, pada 1990-an, mesin dengan ribuan prosesor mulai muncul baik di Amerika Serikat dan di Jepang, menetapkan rekor baru kinerja komputasi. Fujitsu Numerical Wind Tunnel superkomputer menggunakan 166 prosesor vektor untuk mendapatkan posisi teratas pada tahun 1994 dengan kecepatan puncak 1,7 giga jepit per prosesor.  The SR2201 Hitachi memperoleh kinerja puncak 600 gigaflops pada tahun 1996 dengan menggunakan 2.048 prosesor terhubung melalui tiga dimensi cepat mistar gawang jaringan. TheParagon Intel bisa memiliki 1000 menjadi 4000 Intel i860 prosesor dalam berbagai konfigurasi, dan peringkat tercepat di dunia pada tahun 1993. The Paragon adalah MIMD mesin yang terhubung melalui dua prosesor kecepatan tinggi jala dimensi , yang memungkinkan proses untuk mengeksekusi pada node terpisah, berkomunikasi melalui Passing Interface Pesan . 

Hardware dan arsitektur

Pendekatan untuk arsitektur superkomputer telah mengambil berubah dramatis sejak awal sistem diperkenalkan pada tahun 1960. Arsitektur superkomputer Awal dipelopori oleh Seymour Cray mengandalkan desain yang inovatif kompak dan lokal paralelisme untuk mencapai kinerja puncak superior komputasi. Namun, dalam waktu permintaan daya komputasi meningkat diantar dalam usia massal paralel sistem.

Sementara superkomputer dari tahun 1970-an yang digunakan hanya beberapa prosesor , pada 1990-an, mesin dengan ribuan prosesor mulai muncul dan pada akhir abad ke-20, superkomputer massal paralel dengan puluhan ribu "off-the-shelf" prosesor yang norma. Superkomputer dari abad ke-21 dapat menggunakan lebih dari 100.000 prosesor (beberapa menjadi unit grafis ) dihubungkan dengan koneksi cepat. 

Sepanjang dekade, pengelolaan kerapatan panas tetap menjadi isu kunci untuk superkomputer paling terpusat. Jumlah besar panas yang dihasilkan oleh sistem juga mungkin memiliki efek lain, misalnya mengurangi masa hidup sistem lainnya komponen. Ada berbagai pendekatan untuk manajemen panas, dari memompa Fluorinert melalui sistem, ke sistem cair-udara pendingin hybrid atau pendingin udara dengan normal AC suhu. 

Sistem dengan jumlah besar prosesor umumnya mengambil salah satu dari dua jalur: dalam satu pendekatan, yang dikenal sebagai komputasi grid ., kekuatan pemrosesan dari sejumlah besar komputer di terdistribusi, domain administrasi yang beragam, yang oportunis digunakan setiap kali komputer tersedia Dalam pendekatan lain, sejumlah besar prosesor yang digunakan dalam jarak dekat satu sama lain, misalnya dalam cluster komputer . Dalam sebuah terpusatmassal paralel sistem kecepatan dan fleksibilitas dari interkoneksi menjadi sangat penting dan superkomputer modern telah menggunakan berbagai pendekatan mulai dari peningkatan Infiniband sistem untuk tiga-dimensi torus interkoneksi . Penggunaan multi-core prosesor dikombinasikan dengan sentralisasi merupakan arah muncul, misalnya seperti dalam Cyclops64 sistem. 

Sebagai harga / kinerja prosesor tujuan umum grafis (GPGPUs) telah meningkat, sejumlah petaflop superkomputer seperti Tianhe-I dan nebula sudah mulai mengandalkan mereka.  Namun, sistem lain seperti komputer K terus menggunakan prosesor konvensional seperti SPARC berbasis desain dan penerapan keseluruhan GPGPUs pada umumnya aplikasi komputasi kinerja tinggi tujuan telah menjadi subyek perdebatan, dalam sementara GPGPU mungkin disetel untuk skor baik pada benchmark tertentu penerapan keseluruhan untuk algoritma sehari-hari mungkin terbatas kecuali upaya yang signifikan dihabiskan untuk menyempurnakan aplikasi ke arah itu. Namun, GPU yang mendapatkan tanah dan pada tahun 2012 dengan superkomputer Jaguar yang diubah menjadi Titan dengan mengganti CPU dengan GPU. 

Sejumlah "tujuan khusus" sistem telah dirancang, didedikasikan untuk masalah tunggal. Hal ini memungkinkan penggunaan khusus diprogram FPGA chip atau bahkan kustom VLSI chip, yang memungkinkan baik harga / kinerja rasio dengan mengorbankan umum. Contoh tujuan khusus superkomputer meliputi Belle ,  Deep Blue ,  dan Hydra ,  untuk bermain catur , Gravity Pipa untuk astrofisika, MDGRAPE-3 untuk perhitungan struktur protein dinamika molekul  dan Jauh Crack  untuk melanggar DES cipher .

Energi penggunaan dan manajemen panas

Sebuah superkomputer khas mengkonsumsi sejumlah besar tenaga listrik, hampir semua yang diubah menjadi panas, yang membutuhkan pendinginan. Misalnya, Tianhe-1A mengkonsumsi 4,04 Megawatt listrik.  Biaya untuk kekuasaan dan sejuk sistem dapat menjadi signifikan, misalnya pada 4MW $ 0.10/KWh adalah $ 400 per jam atau sekitar $ 3,5 juta per tahun.

Manajemen panas merupakan isu utama dalam perangkat elektronik yang kompleks, dan mempengaruhi sistem komputer yang kuat dalam berbagai cara.  Thedaya desain thermal dan power CPU disipasi masalah dalam superkomputer melampaui tradisional pendinginan komputer teknologi. Penghargaan superkomputer untuk komputasi hijau mencerminkan masalah ini. 

The kemasan ribu prosesor bersama-sama pasti menghasilkan sejumlah besar kepadatan panas yang perlu ditangani. The Cray 2 adalah liquid cooled , dan menggunakan Fluorinert "terjun pendinginan" yang dipaksa melalui modul di bawah tekanan.  Namun, pendekatan pendingin cair terendam tidak praktis untuk multi-kabinet sistem berbasis pada rak-the- prosesor, dan sistem X sistem pendingin khusus yang AC dikombinasikan dengan pendingin cair dikembangkan bersama dengan perusahaan Liebert .

Dalam Blue Gene sistem IBM sengaja menggunakan prosesor daya rendah untuk menangani dengan kepadatan panas.  Di sisi lain, IBM Daya 775 , dirilis pada 2011, telah erat dikemas elemen yang memerlukan pendingin air.  The IBM Aquasar Sistem , di sisi lain menggunakan pendingin air panas untuk mencapai efisiensi energi, air yang digunakan untuk memanaskan bangunan juga. 

Efisiensi energi sistem komputer umumnya diukur dari segi "FLOPS per Watt". Pada tahun 2008 Roadrunner IBM dioperasikan pada 376 M FLOPS / Watt.  Pada bulan November 2010,Blue Gene / Q mencapai 1.684 M FLOPS / Watt.  Pada Juni 2011 atas 2 tempat di Hijau 500 Daftar diduduki oleh Blue Gene mesin di New York (satu mencapai 2097 Mflops / W) dengan klaster DEGIMA di ketiga Nagasaki menempatkan dengan 1375 Mflops / W. 

Software dan sistem manajemen

Sistem operasi

Sejak akhir abad ke-20, superkomputer sistem operasi telah mengalami transformasi besar, seperti perubahan laut telah terjadi di arsitektur superkomputer .  Sementara sistem operasi awal yang kustom disesuaikan dengan superkomputer setiap mendapatkan kecepatan, tren telah pindah dari in-house sistem operasi untuk adaptasi perangkat lunak generik seperti Linux .

Mengingat bahwa modern yang massal paralel superkomputer biasanya perhitungan terpisah dari layanan lain dengan menggunakan beberapa jenis node , mereka biasanya menjalankan sistem operasi yang berbeda pada node yang berbeda, misalnya menggunakan kecil dan efisien kernel ringan seperti CNK atau CNL pada node menghitung, namun sistem yang lebih besar seperti Linux-derivatif pada server dan I / O node. 

Sementara dalam multi-user sistem komputer tradisional penjadwalan pekerjaan adalah berlaku tasking masalah bagi sumber daya pengolahan dan perifer, dalam sistem paralel besar-besaran, sistem manajemen pekerjaan perlu untuk mengelola alokasi sumber daya baik komputasi dan komunikasi, serta anggun berurusan dengan kegagalan hardware tak terelakkan ketika puluhan ribu prosesor yang hadir. 

Meskipun superkomputer paling modern menggunakan Linux sistem operasi, masing-masing produsen telah membuat perubahan sendiri khusus untuk Linux-derivatif yang mereka gunakan, dan tidak ada standar industri yang ada, sebagian karena fakta bahwa perbedaan dalam arsitektur hardware memerlukan perubahan untuk mengoptimalkan sistem operasi untuk setiap desain hardware. 

Software alat dan pesan lewat

Arsitektur paralel superkomputer sering mendikte penggunaan teknik pemrograman khusus untuk memanfaatkan kecepatan mereka. Software alat untuk pemrosesan terdistribusi termasuk standar API seperti MPI dan PVM , VTL , dan open source software berbasis solusi seperti Beowulf .

Dalam skenario yang paling umum, lingkungan seperti PVM dan MPI untuk cluster longgar terhubung dan OpenMP untuk erat dikoordinasikan mesin memori bersama yang digunakan. Upaya signifikan diperlukan untuk mengoptimalkan algoritma untuk karakteristik interkoneksi dari mesin itu akan dijalankan pada, tujuannya adalah untuk mencegah CPU dari membuang-buang waktu menunggu data dari node lain. GPGPUs memiliki ratusan core prosesor dan diprogram menggunakan pemrograman model seperti CUDA .

superkomputer Terdistribusi

Supercomputing oportunistik adalah bentuk jaringan komputasi grid dimana "komputer virtual super" dari banyak longgar ditambah mesin komputasi relawan melakukan tugas-tugas komputasi yang sangat besar. Komputasi Grid telah diterapkan ke sejumlah skala besar memalukan paralel masalah yang memerlukan skala superkomputer kinerja. Namun, jaringan dasar dan komputasi awan pendekatan yang mengandalkan komputasi relawan tidak bisa menangani tugas-tugas superkomputer tradisional seperti simulasi fluida dinamis.

Sistem komputasi grid tercepat adalah proyek komputasi terdistribusi Folding @ home . F @ h melaporkan 8,1 petaflops kekuatan pemrosesan x86 pada Maret 2012 . Dari jumlah ini, 5,8 petaflops yang disumbangkan oleh klien yang berjalan pada GPU berbagai 1,7 petaflops berasal dari PlayStation 3 sistem, dan sisanya dari sistem CPU yang berbeda. 

The BOINC Platform host sejumlah proyek komputasi terdistribusi. Seperti bulan Mei 2011 , BOINC mencatat kekuatan pemrosesan lebih dari 5,5 petaflops melalui lebih dari 480.000 komputer aktif pada jaringan Proyek paling aktif (diukur dengan daya komputasi), MilkyWay @ home , melaporkan kekuatan pemrosesan lebih dari 700 teraflops melalui lebih dari 33.000 aktif komputer.

Pada Mei 2011 , GIMPS yang didistribusikan Mersenne Perdana pencari saat ini mencapai sekitar 60 teraflops melalui lebih dari 25.000 komputer terdaftar. The Server Internet PrimeNet mendukung komputasi grid GIMPS Pendekatan, salah satu proyek jaringan paling awal dan paling sukses komputasi, sejak tahun 1997.

Quasi-oportunistik pendekatan

Kuasi-oportunistik Supercomputing adalah bentuk komputasi terdistribusi dimana "super komputer virtual" dari sejumlah besar jaringan komputer secara geografis melakukan kekuatan pemrosesan yang besar menuntut tugas komputasi.  Quasi-oportunistik superkomputer bertujuan untuk memberikan kualitas pelayanan yang lebih tinggi daripada jaringan oportunistik komputasi dengan mencapai kontrol lebih besar atas tugas tugas ke sumber daya didistribusikan dan penggunaan intelijen tentang ketersediaan dan keandalan sistem individu dalam jaringan superkomputer. Namun, kuasi-oportunistik eksekusi didistribusikan menuntut software komputasi paralel di grid harus dicapai melalui pelaksanaan grid-bijaksana perjanjian alokasi, co-alokasi subsistem, topologi-sadar komunikasi mekanisme alokasi, perpustakaan fault tolerant lewat pesan dan data pra-kondisi. 

Pengukuran Kinerja

 Kemampuan vs kapasitas

Superkomputer umumnya bertujuan untuk maksimal dalam kemampuan komputasi daripada kapasitas komputasi . Kemampuan komputasi biasanya dianggap sebagai menggunakan daya komputasi maksimum untuk memecahkan masalah besar tunggal dalam jumlah waktu terpendek. Seringkali sebuah sistem kemampuan mampu memecahkan masalah ukuran atau kompleksitas bahwa tidak ada komputer lain bisa, misalnya sangat kompleks cuaca simulasi aplikasi. 

Kapasitas komputasi dalam kontras biasanya dianggap sebagai menggunakan efisien dan hemat biaya daya komputasi untuk memecahkan sejumlah kecil masalah yang agak besar atau sejumlah besar masalah kecil, misalnya permintaan akses banyak pengguna ke database atau situs web Arsitektur yang meminjamkan diri untuk mendukung banyak pengguna untuk tugas-tugas sehari-hari secara rutin mungkin memiliki banyak kapasitas tetapi tidak superkomputer biasanya dipertimbangkan, mengingat bahwa mereka tidak memecahkan masalah yang sangat kompleks tunggal.

metrik Kinerja

Secara umum, kecepatan superkomputer diukur dan mengacu pada " FLOPS "( Operasi floating point per detik ), dan tidak dalam hal MIPS , yaitu sebagai "instruksi per detik", seperti halnya dengan komputer tujuan umum.  Pengukuran ini biasanya digunakan dengan awalan SI seperti tera- , digabungkan ke dalam "TFLOPS" singkatan (10 ¹² FLOPS, diucapkan teraflops ), atau PETA- , dikombinasikan ke dalam "PFLOPS" singkatan (10 ¹⁵FLOPS, diucapkan petaflops .) " Petascale "superkomputer dapat memproses satu quadrillion (10 ¹⁵ ) (1000 triliun) FLOPS. exascale adalah komputasi kinerja dalam kisaran exaflops. Exaflop, menjadi satu triliun (10 ¹⁸ ) FLOPS (satu juta teraflops).

Tidak ada nomor tunggal dapat mencerminkan kinerja keseluruhan sistem komputer, namun tujuan dari patokan Linpack adalah perkiraan seberapa cepat komputer memecahkan masalah numerik dan secara luas digunakan dalam industri. The FLOPS pengukuran baik dikutip berdasarkan titik kinerja teoritis mengambang prosesor (berasal dari spesifikasi prosesor produsen dan ditampilkan sebagai "Rpeak" di TOP500 daftar) yang umumnya tidak bisa diraih ketika menjalankan beban kerja nyata, atau throughput dicapai, berasal dari benchmark LINPACK dan ditampilkan sebagai "Rmax" dalam daftar TOP500. Patokan LINPACK biasanya melakukan dekomposisi LU dari matriks besar. Kinerja LINPACK memberikan beberapa indikasi kinerja untuk beberapa masalah di dunia nyata, tetapi tidak selalu sesuai dengan kebutuhan pengolahan banyak beban kerja superkomputer lainnya, yang misalnya dapat membutuhkan bandwidth memori lebih, atau mungkin memerlukan kinerja komputasi yang lebih baik integer, atau mungkin perlu kinerja sistem I / O yang tinggi untuk mencapai tingkat kinerja yang tinggi.

Daftar TOP500

Sejak tahun 1993, superkomputer tercepat telah peringkat di TOP500 list menurut mereka LINPACK patokan hasil. Daftar ini tidak mengklaim untuk menjadi objektif atau definitif, tetapi merupakan definisi saat banyak dikutip dari superkomputer "tercepat" yang tersedia pada waktu tertentu.

Ini adalah daftar terbaru dari komputer yang muncul di bagian atas TOP500 list,  dan "kecepatan Peak" diberikan sebagai rating "Rmax". Untuk data historis lebih lanjut lihat Sejarah superkomputer .

Tahun	Supercomputer	Puncak kecepatan  (Rmax)	Tempat
2.008	IBM Roadrunner	1,026 PFLOPS	New Mexico , USA
		1.105 PFLOPS
2.009	Cray Jaguar	1.759 PFLOPS	Oak Ridge , Amerika Serikat
2.010	Tianhe-I A	2,566 PFLOPS	Tianjin , Cina
2011	Fujitsu K komputer	10.51 PFLOPS	Kobe , Jepang
2.012	IBM Sequoia	16.32 PFLOPS	Livermore , USA

Sequoia adalah superkomputer tercepat di dunia pada 16.32 petaflops , mengkonsumsi 7890,0 kW Hingga 2011, komputer K adalah superkomputer tercepat dunia di 10.51 petaflops . Ini terdiri dari 88.000 SPARC64 VIIIfx CPU, dan mencakup 864 rak server. Pada November 2011, konsumsi daya dilaporkan menjadi 12.659,89 kW  Biaya operasional untuk sistem ini adalah sekitar $ 10M per tahun. 

Aplikasi superkomputer

Tahapan aplikasi superkomputer dapat diringkas dalam tabel berikut:

Dasawarsa	Penggunaan dan komputer yang terlibat
1970	Prakiraan cuaca, penelitian aerodinamis ( Cray-1 ).
1980	Analisis probabilistik,  perisai radiasi pemodelan ( CDC Cyber ​​).
1990	Brute force kode pemecah ( FPD DES cracker ),  Simulasi tes nuklir 3D sebagai pengganti tindakan hukum Nuklir Proliferation Treaty ( ASCI Q ).
2010-an	Molecular Dynamics Simulasi ( Tianhe-1A )

IBM Blue Gene / P komputer telah digunakan untuk mensimulasikan jumlah neuron buatan setara dengan sekitar satu persen dari korteks serebral manusia, yang mengandung 1,6 miliar neuron dengan sekitar 9 triliun koneksi. Kelompok riset yang sama juga berhasil dalam menggunakan superkomputer untuk mensimulasikan sejumlah neuron buatan setara dengan keseluruhan otak tikus. 

Modern-hari prakiraan cuaca juga bergantung pada superkomputer. The National Oceanic and Atmospheric Administration menggunakan superkomputer untuk crunch ratusan juta pengamatan untuk membantu membuat prakiraan cuaca yang lebih akurat. 

Pada tahun 2011, tantangan dan kesulitan dalam mendorong amplop di superkomputer yang ditegaskan oleh IBM ditinggalkan 's dari Blue Waters petascale proyek.

Penelitian dan pengembangan tren

Pada 11 Oktober 2011, Oak Ridge National Laboratory mengumumkan mereka sedang membangun sebuah superkomputer 20 petaflop, bernama Titan , yang akan menjadi operasional pada tahun 2012, sistem hybrid Titan akan menggabungkan AMD Opteron prosesor dengan Nvidia GeForce 600 "Kepler" unit pengolahan grafis ( GPU) teknologi.  Pada saat yang sama Fujitsu mengumumkan bahwa flop 20 PETA menindaklanjuti sistem untuk komputer K, yang disebut FX10 PRIMEHPC akan menggunakan interkoneksi 6 torus yang sama dimensi, tapi masih hanya satu prosesor SPARC per node.  Selain itu, IBM sedang mengembangkan Cyclops64 arsitektur, dimaksudkan untuk menciptakan sebuah "superkomputer pada sebuah chip".

Mengingat kecepatan saat ini kemajuan, superkomputer diperkirakan mencapai 1 exaflops (10 ¹⁸ ) (satu triliun FLOPS) tahun 2019.  MenggunakanIntel MIC multi-core arsitektur prosesor, yang merupakan respon Intel untuk sistem GPU, SGI berencana untuk mencapai peningkatan 500 kali dalam kinerja tahun 2018 untuk mencapai suatu exaflop.  Contoh chip MIC dengan 32 core yang menggabungkan unit vektor pengolahan dengan CPU standar telah tersedia.

Erik P. DeBenedictis dari Sandia National Laboratories berteori bahwa zettaflops (10 ²¹ ) (satu sextillion FLOPS) komputer diperlukan untuk mencapai penuh pemodelan cuaca , yang bisa mencakup rentang waktu dua minggu akurat.  Sistem tersebut dapat dibangun sekitar 2030 . 

Pemerintah India telah menyatakan bahwa hal itu dilakukan sekitar $ 940.000.000 untuk mengembangkan apa yang bisa menjadi superkomputer tercepat di dunia pada 2017, jika rencana sukses. Menurut Komisi Perencanaan India , ISRO dan Indian Institute of Science (IISc), Bangalore telah merencanakan untuk mengembangkan superkomputer dengan performa 132,8 exaflops , sekitar 1.000 kali lebih cepat dari komputer tercepat tahun 2012. 

Ganti teks ini dengan informasi mengenai permalink atau apapun di sini.
<a href="http://baim-blogs.blogspot.com/2012/09/super-computer.html">Super Computer</a>