Anslut till Senaste Tekniska Nyheter, Bloggar, Recensioner

Superdatorer, de bästa i historien och deras komponenter

Superdatorer är vad vi i dagligt tal känner till som “NASA-datorer”, vilket syftar på en extremt kraftfull dator som alltid är unik i världen. Dess enorma datorkraft används för att lösa tekniska och vetenskapliga problem som annars inte skulle vara möjliga.

Superdatorer, historiens bästa

Det faktum att de är unika konstruktioner gör att de många gånger inte är begränsade till att vara klustret av serverhårdvara, utan det har funnits fall i historien där hårdvarukomponenter som nya processorarkitekturer har skapats. Vidare har en stor del av de tekniska framstegen som vi sett dyka upp för PC:er haft som ursprung utvecklingen av en superdator och sedan implementerats i stor skala.

Kort sagt, när vi hänvisar till superdatorer hänvisar vi till den mest kraftfulla hårdvaran för varje ögonblick i datorns historia.

CDC 6600, den första av superdatorerna i historien

CDC-6600

Vi är skyldiga begreppet superdatorer till datavetaren Seymour Cray som var den första som föreslog den allmänna arkitekturen för en sådan. Cray arbetade i den amerikanska arméns datakontrollcenter och när CDC inte lät honom inse sin uppfinning hotade han att lämna, till slut gav de efter och detta gjorde att han kunde skapa historiens första superdator, CDC 6600.

CDC 6600 var den mest kraftfulla superdatorn från 1964 till 1969, det var ett komplext stycke för den tiden som bestod av totalt 400 000 transistorer, en klockhastighet på 40 MHz och en flyttalsenhet på 3 MFLOPS. Låt oss inte glömma att de första hemdatorerna som kom ut ett decennium senare körde i hastigheter mellan 1 MHz och 4 MHz, bestod av några tusen transistorer och saknade en flyttalsenhet.

Den mest kraftfulla datorn som fanns på den tiden var IBM 7030 och CDC 6600 överträffade den i alla avseenden, vilket gjorde Seymour Cray och hans konstruktioner till ett riktmärke inom högpresterande datoranvändning, men bara CDC 6600 var början på historien.

Cray-1, superdatorerna som såg SIMD-enhetens födelse

superordenador Cray-1

Idag finns SIMD-enheter i alla CPU:er för enheter av alla slag, men vi har att tacka deras existens till historiens andra superdator. Som också designades av Seymour Cray, men denna gång redan under företaget som heter med hans efternamn, Cray Research och den första av hans superdatorer.

Cray-1 lanserades 1975 och använde en 80 MHz CPU och hade en inbyggd 64-bitars SIMD-enhet med precision med flyttal, vilket var ett stort steg som möjliggjorde ett hopp av CDC:s 3 MFLOPS kraft. 6600 vid 160 MFLOPS i Cray-1. För att ge dig en uppfattning om vad detta potentiellt innebar måste vi säga att det inte var förrän i mitten av 90-talet som vi inte såg en CPU i PC med samma kraft som Cray-1 i flyttal och det var inte förrän utseendet på Intels SSE-teknik och AMD:s 3Dnow såg vi inte en 64-bitars flyttals SIMD i en PC CPU.

1982 lanserade Cray Research en förbättrad version av sin superdator i form av sin Cray X-MP, där initialerna “MP” kommer från multiprocessor och hade inte en utan fyra av dem, som nådde 105 MHz vardera och med 820 MFLOPS hästkrafter , men din svanesång kom i form av Cray 2 släpptes 1985 som ökade hästkrafterna till 1,9 GFLOPS. Det var Cray-2

Cray-2, NASA:s superdator

Superordenador Cray-2

Vi är skyldiga “NASA superdator” meme till Cray-2, skapad för den berömda specialbyrån och distribuerades 1985, var både en svanesång för Cray Research och den sista av dess superdatorer. Cray Research ökade CPU-antalet för denna första superdator med 8 CPU-kärnor. Som även lade till en rad ytterligare processorer, som ansvarade för att hantera åtkomst till minne, lagring och I/O-gränssnitt. Dess datorkraft? 1,9 GFLOPS datorkraft, så det var inte ett så imponerande steg, men dess största särdrag är det faktum att den var vätskekyld.

Slutet av det kalla kriget närmade sig dock och för designen av dess superdatorer var Cray Research beroende av det enorma kapitalet i försvaret av USA:s armé, förutom att dess CPU:er var av enorm storlek och var omöjliga att överföra till andra marknader. Med andra ord, när järnridån föll och intresset för att ha en försvarssuperdator tappade, förlorade Cray sina största kunder som gjorde att den inte bara kunde överleva, utan att utveckla sina nya processorer.

ASCI Red, superdatorer kommer till teraFLOP

Superordenador ASCI Röd

Det stod snart klart att designen av inte så komplexa processorer var nödvändig för att skapa en superdator, eftersom ingen var villig att spendera de enorma mängderna kapital längre efter det kalla kriget var över. Så ett paradigmskifte var nödvändigt och detta kom under konceptet att använda mycket enklare processorer, som de som används i PC och servrar för att skapa superdatorer.

Om vi ​​pratar om CPU för PC, var en av de viktigaste Intels Pentium Pro, eftersom den introducerade koncept som användningen av en andra nivås cache, möjligheten att använda mer än en processor och utförande i oordning. Tja, företaget grundat av Gordon Moore började designen av ASIC Red, som var ett odjur för den tiden som bestod av varken mer eller mindre än 76 Intel Pentium Pro-processorer tillsammans med 1212 GB RAM och 9298 processorer för datoruppgifter. Stöd.

Den första superdatorn med förmågan att nå 1 TFLOPS kraft i datorhistorien, men till skillnad från Seymour Crays design, är Pentium Pro inte en CPU som kommer att sticka ut för att ha en SIMD-enhet, i själva verket saknade den en sådan enhet, men den sticker ut för att vara den första superdatorn i historien att använda en PC-processor för sin konstruktion.

IBM Blue Gene och NEC Earth Simulator, mytiska superdatorer

Superordenador IBM Blue Gene

När väl kraften i maktens teraflop nåddes, var nästa utmaning att ta sig till PetaFLOP med en dator, det vill säga 1000 gånger beräkningskraften från ASCI Red designad av Intel och det fanns utrymme att uppnå det. Eftersom det var ett av företagen som stod inför denna utmaning, bestämde sig IBM för att använda sina PowerPC-processorer för att skapa sin Blue Gene, ett projekt som började 1999 och avslutades först i november 2004.

Den första BlueGene, känd som BlueGene / L, bestod av varken mer eller mindre än 131072 processorer, en astronomisk siffra som gjorde att den kunde nå 70,72 TFLOPS kraft, något som en NVIDIA RTX 3090 inte når av sig själv. Figur med vilken den lyckades överträffa Earth Simulator från NEC, som var den kraftfullaste superdatorn vid den tiden.

Earth Simulator var en gemensam utveckling mellan NEC och Japans regering med en kapacitet på nästan 40 TFLOPS kraft som designades med tanke på väderprognoser. Den skilde sig från Blue Gene genom att den var baserad som Cray i processorer med breda SIMD-enheter medan IBM-designen använde PowerPC-processorer som bas utan denna typ av enheter inuti. Så IBM-designen var mer lik ASCI Red medan Earth Simulator var den tidiga Cray.

IBM Roadrunner, äntligen är kraften PetaFLOP nådd

superordenador IBM Roadrunner

2001 började IBM utvecklingen av en processor känd som Cell Broadband Engine, som blev känd för att vara huvudprocessorn i PlayStation 3-konsolen, men som också användes för skapandet av IBM Roadrunner, en superdator som kombinerade en CPU. AMD Opteron med en variant av CBEA som används i PlayStation 3, som använde sig av vektorprocessorer eller SIMD som kallas SPE inuti.

IBM Roadrunner bestod av 6 912 AMD Opteron dual-core processorer och 12 960 Cell Broadband Engine-processorer, en mycket lägre siffra än Blue Gene, men som inte hindrade den från att bryta 1 PetaFLOP-strömbarriären. Även om CBEA är en CPU i sig själv, användes den i Roadrunner som en stödprocessor för att snabba upp de parallella delarna av koden och var en föregångare till användningen av GPU:er för dessa uppgifter i en superdator.

Den första superdatorn som använder GPU:er

Cray Titan

Numera är de flesta superdatorer designade med en CPU och GPU inuti, men som du kanske vet var det inte alltid så och det var inte förrän 2008 som den första superdatorn dök upp som använde sig av en GPU för att utföra sina beräkningar, även om den gjorde. på ett ganska blygsamt system jämfört med IBM Roadrunner.

TSUBAME skapades av Tokyo Institute of Technology och använde den första generationen av NVIDIA Tesla för att nå 170 TFLOPS, vilket slog Blue Gene och Earth Simulator. Grafikprocessorer hade börjat ha förmågan att köra allt mer komplexa algoritmer sedan implementeringen av shader-enheter, och med NVIDIA G80-arkitekturen användes de för att accelerera vetenskapliga beräkningsalgoritmer.

En GPU-baserad superdator fick dock inte topplaceringen förrän 2013, då en återuppstånden Cray lanserade sin Titan, som består av kombinationen av AMD Opteron-processorer och NVIDIA Tesla GPU:er som fanns på den tiden. Den erhållna beräkningskraften? 10 PetaFLOPS. Så vi talar om ett hopp på mer än 50 gånger i kraft på bara 5 år, vilket visar den enorma effektiviteten hos GPU:er i datorkraft.

Eran av ExaFLOP, den nya barriären på väg att övervinnas

Super Ordenador Aurora

Idag befinner vi oss i ExaFLOP:s era och målet är att uppnå 1 miljon TeraFLOPS kraft med superdatorer. Något som har fört med sig en besatthet som är att minska förbrukningen inom kommunikation, detta har lett till utvecklingen av avancerade förpackningar och interkommunikationssystem för att kunna nå den siffran utan att skjuta energiförbrukningen i taket.

Vi kommer att se de första superdatorerna under detta nya paradigm från 2022, med superdatorn El Capitan byggd med teknik enbart från AMD och å andra sidan Aurora med CPU- och GPU-teknik från Intel. Båda representerar ett slags kallt krig mellan båda företagen och deras utveckling har påverkat och kommer att påverka framtida arkitekturer och design som vi kommer att ha i framtiden i våra PC.