Эволюция суперкомпьютеров

Суперкомпьютеры, о которых уже говорилось на страницах нашего сайта, выполняют поистине титаническую работу - делают сверхточные прогнозы погоды, моделируют сложные физические процессы, помогают в разработке новых удобрений и лекарств. И, конечно же, как и у всего в природе, у эры суперкомпьютеров есть своё начало и свой путь развития. Так как же появились и как развивались эти колоссы компьютерного мира? Чтобы ответить на этот вопрос, нам придётся заглянуть на полстолетия в прошлое, во времена, когда компьютеры уже переставали быть единичным товаром, но до массового их распространения было ещё очень и очень далеко.

Начало развития

Как и в любой истории, в истории суперкомпьютеров не обошлось без своей выдающийся личности. В 1964 году свет увидел первый суперкомпьютер в истории - CDC 6600 производства Control Data Corporation. Руководил работами по созданию этого технического чуда 60-х годов Сеймур Крей, талантливый инженер и негласный "отец суперкомпьютеров". Его CDC 6600 с невиданной по меркам того времени производительностью в 1 МФЛОПС (один миллион операций с плавающей точкой в секунду) вплоть до 1969 года оставался самым мощным и самым совершенным компьютером. В 1969-ом же лавры главного суперкомпьютера планеты перешли к модели CDC 7600 производства всё того же Сеймура Крея. Новая машина была в десять раз производительнее своего предка, что делало её незаменимой для выполнения сложных и трудоёмких расчётов.

Однако Крею было некомфортно в стенах Control Data Corporation. В 1972 году он уходит из CDC, чтобы основать собственную компанию по производству суперкомпьютеров - Cray Research. Уже через четыре года выходит компьютер, который прославил как самого Сеймура Крея, так и его компанию - Cray-1. Это почти шеститонное чудовище с производительностью в 160 МФЛОПС взорвало компьютерный мир того времени и вошло в школьные учебники по информатике. До сих пор именно "Крей-1" приходит нам на ум, когда мы говорим о суперкомпьютерах.

На этом Cray Research не остановилась. Через пять лет был выпущен первый мультипроцессорный суперкомпьютер - Cray X-MP, ну а в 1985 году компьютер Cray-2 преодолел планку в один ГФЛОПС, причём сделал это с ну очень серьёзным запасом - почти два миллиарда операций в секунду помогли Cray-2 удержать преимущество на рынке суперкомпьютеров.

Однако не стоит думать, что на этом рынке присутствовала лишь компания Крея. Наоборот, удешевление компьютерной техники в 80-х годах прошлого столетия открыло дорогу в мир суперкомпьютерной индустрии большому числу небольших независимых компаний; как следствие, возросла конкуренция, а, следовательно, скорость прогресса увеличилась. Однако в 1990-х на данном рынке произошёл серьёзный кризис, связанный с изменением геополитической обстановки в мире. Распад СССР и окончание "холодной войны" привели к резкому сокращению заказов от военных инстанций США и стран НАТО. А ведь именно военные были основными покупателями суперкомпьютеров: моделирование ядерных взрывов, расшифровка секретных сообщений вероятного противника и прочие не слишком мирные задачи требовали солидных вычислительных мощностей. Впрочем, вскоре мечи были перекованы на орала, и суперкомпьютеры стали в массовом порядке закупаться различными "мирными" исследовательскими центрами, НИИ и лабораториями.

Суперкомпьютеры в Стране Советов

Перед тем, как приступить к описанию событий, произошедших в мире сверхпроизводительных компьютеров, вернёмся обратно в 60-е, только теперь по нашу сторону "железного занавеса", то есть в СССР. Надо сказать, что тут у нас есть поводы для гордости: по заверениям как отечественных, так и зарубежных исследователей, советская компьютерная промышленность в начале своего развития не отставала от западной, а во многом даже и превосходила её. Однако в рамках данной статьи нас интересует не вся компьютерная индустрия СССР, а только её, так сказать, "суперкомпьютерная" часть.

Итак, первым отечественным суперкомпьютером является БЭСМ-6, выпущенный в 1967 году под руководством, безусловно, гениального инженера Сергея Алексеевича Лебедева. Данная машина, по формальной производительности сопоставимая с CDC 6600, реально намного превосходила своего иностранного конкурента. В данном компьютере было заложено так много инновационных решений, что её производство продолжалось на протяжении двадцати лет! Попытка американских инженеров создать что-либо совершеннее БЭСМ-6, носившая имя ILLIAC-IV, окончилась неудачей: данный суперкомпьютер оказалась дороже, сложнее и медленнее "русской машины". БЭСМ-6 не была единственным советским суперкомпьютером. В последние годы своей жизни Лебедев руководил работами по созданию многопроцессорного комплекса "Эльбрус", однако в 1974 году смерть помешала ему увидеть результаты своих трудов. Работы над первым компьютером серии "Эльбрус" завершились в 1979 году, и, хотя по производительности он, равно как и другие компьютеры серии, отставали от зарубежных аналогов, в его процессоре впервые была применена технология суперскалярности. Суперскалярная архитектура, то есть технология параллельного выполнения нескольких команд, независимых друг от друга, вскоре была реализована в большинстве процессоров для персональных компьютеров; таким образом, в процессорах Intel и AMD есть частичка нашего, русского, инженерного знания.

Увы, перестройка, раскол Советского Союза и последовавшие за ним события крайне негативно - если не сказать "губительно", - отразились на отечественной суперкомпьютерной промышленности. Прощальным приветом отечественных инженеров-электронщиков можно считать появившийся в 1990-х процессор Elbrus 2000 (E2K) , который так и не смог выйти на рынок: сначала помешал кризис, ну а затем, когда казалось, что "вот уже чуть-чуть", команду "Эльбруса" на корню купила Intel. На данный момент все существующие в России суперкомпьютеры либо зарубежного производства, либо основаны на зарубежных комплектующих и технологиях.

Мощнее и быстрее: суперкомпьютеры наших дней

Вот на такой, увы, пессимистичной ноте мы возвращаемся на Запад, чтобы продвинуться далее по временной шкале. Оправившись от кризиса, индустрия производства суперкомпьютеров принялась за штурм новых высот. В 1997 году был создан суперкомпьютер ASCI RED, обладавший неслыханной тогда производительностью в 1,34 ТФЛОПС. Однако самое интересное, что данный компьютер был построен на базе почти что десяти тысяч процессоров Pentium II - да-да, тех самых, которых можно было спокойно найти в любом топовом ПК тех лет. Подобная система объединения вычислительных мощностей относительно недорогих процессоров получила название Massively Parallel Processing, или просто MPP. Преимущество MPP-систем - в их гибкости: незагруженные процессорные блоки можно легко отключить, а по возможности - включить заново, а вдобавок подключить дополнительные. На данный момент большинство суперкомпьютеров было построено именно на базе данной технологии.

Однако вернёмся к теме. Шло время, и производители выпускали всё более и более новые суперкомпьютеры, которые задавали новые стандарты производительности. Символический барьер в один ПФЛОПС (читается "пентафлопс"; 1 ПФЛОПС = 1000 ТФЛОПС) был преодолён в 2008 году компьютером Roadrunner от IBM. Характеристики данной машины, мягко говоря, шокируют: почти 100 Тб оперативной памяти, около 20 000 процессоров... Удивляет и то, что всё это работает под управлением Linux-систем Red Hat и Fedora, причём тех же самых версий, что устанавливаются на домашние компьютеры.

Однако Roadrunner не является самым быстрым суперкомпьютером на сегодняшний день. Согласно рейтингу самых мощных компьютеров Top-500, наиболее производительным является японский суперкомпьютер K производства Fujitsu, запущенный в эксплуатацию незадолго до написания этих строк. Этот 70 000-процессорный гигант (причём процессоры, стоит заметить, все до одного восьмиядерные) на момент написания статьи обладал безумной производительностью в 8,162 ПФЛОПС. Даже не хватает воображения, что бы представить, чем же можно нагрузить подобную махину. Впрочем, на это есть учёные - перед ними стоят ещё очень много неразрешённых вопросов.

Вывод

Смотря на звёзды на ночном небе, мы заглядываем в прошлое, ну а смотря на современные суперкомпьютеры, мы смотрим в будущее. Так, дорогой, но, в принципе, общедоступный ПК сегодняшнего дня может решить все те же задачи, что решал стоящий безумных денег суперкомпьютер в 1990-х. Многоядерность и многопроцессорность, 64-битная архитектура, системы водяного охлаждения - всё это было сначала установлено и опробовано на суперкомпьютерах, а только потом уже перебралось на компьютеры персональные. Кто знает, может быть, в году этак в 2030-м или 2040-м под столом у секретарши в офисе будут работать двадцать тысяч процессоров?