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 που μπορεί να επεξεργαστεί κάθε δευτερόλεπτο.

Αυτός είναι ένας ευρύς ορισμός με ένα στόμιο που αλλάζει κάθε φορά που η τεχνολογία των υπολογιστών προχωρεί. ο ταχύτερους προσωπικούς υπολογιστές σήμερα είναι εργασίες επεξεργασίας με την ταχύτητα που οι υπερυπολογιστές είχαν εκτελεί πριν από αρκετές δεκαετίες. Έτσι γρήγορα αλλάζει αυτή η τεχνολογία.

Τι είναι λοιπόν ένας υπερυπολογιστής;

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

Ο πιο ισχυρός υπερυπολογιστής στον κόσμο

Για πολλά χρόνια, οι ΗΠΑ, η Κίνα και η Ιαπωνία πολέμησαν να είναι η χώρα που κατείχε τον ταχύτερο υπερυπολογιστή στον κόσμο. Το "γρήγορο" ορίζεται από τον αριθμό των petaflops που μπορεί να εκτελέσει το σύστημα υπολογιστή. ΕΝΑ petaflop είναι χίλια τεραφλοπές, ή ένα τετρακύλινδρο πράξεις κυμαινόμενου σημείου ανά δευτερόλεπτο Οι δοκιμές δοκιμών του υπολογιστή: Τι είναι αυτοί 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. Αλλά τι εννοούν; Διαβάστε περισσότερα .

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

• ο Cray Titan στο Oak Ridge, με δυνατότητα επεξεργασίας 17,59 petaflops.
• ο 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 βασιλιάς, μέχρι το 2016 όταν το Sunway TaihuLight στο Wuxi, η Κίνα έλαβε τελικά το βραβείο με εντυπωσιακά petaflops 93.01.

Σύμφωνα με Top500, ο επόμενος βασιλιάς των υπερυπολογιστών θα πρέπει να είναι ο Κορυφή. 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 επεξεργαστών:

• 1,45 GHz επεξεργαστές SW26010, ο καθένας με τέσσερις ομάδες πυρήνων Τι είναι μια CPU και τι κάνει;Τα αρκτικόλεξα υπολογιστών είναι συγκεχυμένα. Τι είναι 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 ντουλάπα 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 με τους 10 ταχύτερους υπερυπολογιστές 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. Τιτάν (Ηνωμένες Πολιτείες): 560.640 πυρήνες, 17.590 TFlops / s
6. Sequoia (Ηνωμένες Πολιτείες): 1.572.864 πυρήνες, 17.173 TFlops / s
7. Τριάδα (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 παιχνιδιών που περιλαμβάνει προηγμένα εργαστήρια και κυβερνητικές εγκαταστάσεις σε όλο τον κόσμο. Οι ηγέτες όχι μόνο κερδίζουν το 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 πράξεις 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 συντάχθηκε από την Διεθνής Εταιρεία Δεδομένων το 2014 έτρεξε σε δεκάδες σενάρια πραγματικού κόσμου όπου χρησιμοποιήθηκαν υπερυπολογιστές. Σχεδιάσαμε τα ακόλουθα παραδείγματα από τη μελέτη αυτή.

Βιομηχανία

• Η General Electric, ένας σημαντικός παράγοντας στην αεροδιαστημική βιομηχανία, συνεργάστηκε με ειδικούς σε υπολογιστές στο Oak Ridge National Laboratory για παραγωγή προηγμένες προσομοιώσεις κινητήρα με τζετ. Οι προσομοιώσεις βοήθησαν την GE να αναγνωρίσει 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 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 μπορούν να παράγουν πιο αποδοτικά και ασφαλέστερα αεροσκάφη.

Κυβέρνηση

• Τα Κέντρα Ελέγχου Ασθενειών 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 το κάνουν ανάπτυξη νέων θεραπειών που τελικά βοήθησε την ιατρική κοινότητα 8 Ιατρικές τεχνολογικές καινοτομίες που μπορεί να χρειαστείτε μια μέραΠιστέψτε το ή όχι, η ταχύτητα των τεχνολογικών εξελίξεων εξακολουθεί να αυξάνεται - και πολλές ανακαλύψεις συμβαίνουν στον ιατρικό τομέα. Ελέγξτε αυτά τα καταπληκτικά νέα πράγματα! Διαβάστε περισσότερα στη μείωση ή τη θεραπεία της ηπατικής νόσου σε ασθενείς.
• Το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ χρησιμοποίησε έναν υπερυπολογιστή για να αναπτύξουν νέα μοντέλα καιρού που θα βοηθήσουν 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 κρούση.

Στρατός

• Ο αμερικανικός στρατός χρησιμοποιεί υπερυπολογιστές στο Ερευνητικό Εργαστήριο Στρατού για να τρέξει προηγμένες προσομοιώσεις που βοηθούν τους ερευνητές να διεξάγουν "καταστροφικά ζωντανά πειράματα και πρωτότυπες διαδηλώσεις". Αυτά διαφορετικά θα ήταν απαγορευτικά για τη διεξαγωγή του με πραγματικό εξοπλισμό.
• Ένας από τους πιο ασυνήθιστους υπερυπολογιστές που χρησιμοποίησε ο αμερικανικός στρατός ονομάστηκε "σύμπλεγμα Condor", που δημιουργήθηκε από την Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ το 2010. Οι μηχανικοί συνένωσαν 1.760 κονσόλες Sony PlayStation 3 για να δημιουργήσουν τον πυρήνα του υπερυπολογιστή. Ήταν ικανή για 500 TFlops, και χρησιμοποιείται για εργασίες όπως αναγνώριση μοτίβου, 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 την ατομική κλίμακα, πολλοί φουτουριστές προβλέπουν ότι το επόμενο στάδιο των υπερυπολογιστών θα είναι στη σφαίρα των κβαντικών υπολογιστών.

Τι είναι ένας κβαντικός υπολογιστής;

Η κβαντική υπολογιστική είναι μια μοναδική τεχνολογία υπολογιστών. Αντί του παραδοσιακού μικροεπεξεργαστή που βασίζεται σε τρανζίστορ, οι επιστήμονες ελπίζουν να επωφεληθούν από τον χειρισμό της κατάστασης 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, των επιστημόνων ελπίζουμε να αντικαταστήσουμε τα 1s και 0s ενός κλασικού τρανζίστορ με ισοδύναμη κατάσταση 1 ή 0 αυτών των κβαντικών σωματίδια.

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

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

Υπάρχει κάποιος Quantum Supercomputers;

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

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

Οι δημιουργοί των 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". Αυτοί περιγράφουν συγκεκριμένες καταστάσεις qubits ως "συνοχή". Έτσι είναι σχεδόν αδύνατο να συγκρίνουμε αυτά τα συστήματα με τα παραδοσιακά 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;