Mnogi od nas so seznanjeni računalniki. Verjetno ga boste zdaj uporabljali za branje te objave na spletnem dnevniku, saj so naprave, kot so prenosni računalniki, pametni telefoni in tablični računalniki, v bistvu enaka osnovni računalniški tehnologiji. Superračunalniki pa so po drugi strani nekoliko ezoterični, saj se jim pogosto zdi, da so taki, dragi, Na splošno so se razvili stroji za sesanje energije za vladne institucije, raziskovalne centre in velike podjetja.
Vzemimo za primer kitajski Sunway TaihuLight, trenutno najhitrejši superračunalnik na svetu, glede na lestvico superračunalnikov Top500. Vsebuje 41.000 čipov (procesorji tehtajo več kot 150 ton), stanejo približno 270 milijonov dolarjev in imajo moč 15.371 kW. S pozitivne strani pa je sposoben izvajati kvadratne izračune na sekundo in lahko shrani do 100 milijonov knjig. Tako kot drugi superračunalniki se bo tudi z njim spopadal z nekaterimi najzahtevnejšimi nalogami na področju znanosti, kot so napovedovanje vremena in raziskovanje drog.
Ko so bili izumljeni superračunalniki
Pojem superračunalnika se je prvič pojavil v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, ko je inženir elektrotehnike po imenu Seymour Cray začel ustvarjati najhitrejši računalnik na svetu. Cray, ki velja za "očeta superračunalništva", je zapustil službo v velikanu poslovnih računalnikov Sperry-Rand, da se pridruži novo ustanovljeni korporaciji Control Data Control, tako da se bo lahko osredotočil na razvoj znanstveni računalniki. Naslov najhitrejšega računalnika na svetu je takrat IBM 7030 "Stretch", ki je eden prvih uporabljal tranzistorje namesto vakuumskih cevi.
Leta 1964 je Cray predstavil CDC 6600, ki je predstavljal novosti, kot so izklapljanje germanijskih tranzistorjev v korist silicija in freon-ov hladilni sistem. Še pomembneje je, da je tekel s hitrostjo 40 MHz in izvajal približno tri milijone operacij s plavajočo vejico na sekundo, zaradi česar je bil najhitrejši računalnik na svetu. CDC 6600 je pogosto veljal za prvi superračunalnik na svetu 10-krat hitreje kot večina računalnikov in trikrat hitrejši od IBM 7030 Stretch. Naziv se je na koncu odpovedal leta 1969 nasledniku CDC 7600.
Seymour Cray gre sam
Leta 1972 je Cray zapustil Control Data Corporation, da je ustanovil svoje podjetje Cray Research. Po nekaj časa zbiranju osnovnega kapitala in financiranju vlagateljev je Cray debitiral Cray 1, ki je spet dvignil vrstico za računalniško zmogljivost z veliko mejo. Novi sistem je deloval s taktom 80 MHz in izvajal 136 milijonov operacij s plavajočo vejico na sekundo (136 megaflopov). Druge edinstvene lastnosti vključujejo novejšo vrsto procesorja (vektorska obdelava) in zasnovo v obliki podkve, optimizirano za hitrost, ki je zmanjšala dolžino vezij. Cray 1 so namestili v Nacionalnem laboratoriju v Los Alamosu leta 1976.
Cray se je v osemdesetih letih uveljavil kot prevladujoče ime v superračunalništvu in pričakovano je bilo, da bo nova izdaja presegla njegova prejšnja prizadevanja. Medtem ko je Cray zaseden z delom na nasledniku Cray 1, je ločena ekipa v podjetju predstavila Cray X-MP, model, ki je bil obračunan kot bolj "očiščena" različica Cray 1. Skupna je bila enaka oblika podkve, a se ponaša z več procesorji, si je delila spomin in je včasih opisana kot dva Cray 1, povezana skupaj kot eno. Cray X-MP (800 megaflops) je bil eden prvih "multiprocesorskih" modelov in je pomagal odpreti vrata za vzporedna obdelava, pri čemer se računalniške naloge razdelijo na dele in jih hkrati izvajajo drugačen procesorji.
Cray X-MP, ki se je nenehno posodabljal, je služil kot standardni nosilec do dolgo pričakovane predstavitve Cray 2 leta 1985. Tako kot njegovi predhodniki je tudi najnovejši Cray prevzel enako zasnovo v obliki podkve in osnovno postavitev z integriranimi vezji, zloženimi na logičnih ploščah. Tokrat pa so bili sestavni deli natrpani tako močno, da je bilo treba računalnik potopiti v sistem za tekoče hlajenje, da je sevanje toplote izgubilo. Cray 2 je bil opremljen z osmimi procesorji, s »procesorjem v ospredju«, ki je zadolžen za ravnanje s pomnilnikom, pomnilnika in dajanje navodil »procesorjem v ozadju«, ki so bili naloženi s dejanskim računanjem. Skupna hitrost obdelave je bila 1,9 milijarde operacije s plavajočo vejico na sekundo (1,9 gigaflops), dvakrat hitreje kot Cray X-MP.
Pojavi se več računalniških oblikovalcev
Ni treba posebej poudarjati, da so Cray in njegovi načrti vladali zgodnji dobi superračunalnika. Vendar ni bil edini, ki je napredoval na igrišču. V zgodnjih 80-ih letih so se pojavili tudi množični vzporedni računalniki, ki jih poganja na tisoče procesorjev, ki delajo v tandemu, da bi premagali zmogljivosti. Nekatere prve večprocesorske sisteme je ustvaril W. Daniel Hillis, ki se je zamislil kot diplomant na tehnološkem inštitutu Massachusetts. Takratni cilj je bil premagati hitrostne omejitve neposrednih izračunov CPU-ja med drugimi procesorjev, tako da so razvili decentralizirano mrežo procesorjev, ki so delovali podobno kot nevronski možgani omrežje. Njegova izvedena rešitev, predstavljena leta 1985 kot povezovalni stroj ali CM-1, je imela 65.536 medsebojno povezanih procesorjev.
Zgodnje 90-te so za Cray's stranglehold v superračunalništvu začele konec. Do takrat se je superračunalniški pionir odcepil od Cray Research, da je postal Cray Computer Corporation. Za podjetje se je začelo dogajati na jugu, ko je projekt Cray 3, predviden naslednik Cray 2, naletel na številne težave. Ena največjih napak Craya se je odločila za polprevodnike galijev arsenid - novejšo tehnologijo - kot način za dosego zastavljenega cilja dvanajstkratnega izboljšanja hitrosti obdelave. Težave pri njihovi proizvodnji, skupaj z drugimi tehničnimi zapleti, so se končno odložile Projekt je bil dolga leta, zaradi česar so mnogi potencialni kupci podjetja na koncu izgubili obresti. Pred časom je podjetju zmanjkalo denarja in se prijavilo bankrot leta 1995.
Crayjevi boji bi ustoličili takšno vrsto varovanja, saj bodo konkurenčni japonski računalniški sistemi večji del desetletja prevladovali na terenu. Tokijska korporacija NEC je na sceno prvič prišla leta 1989 s SX-3 in leto kasneje predstavil različico s štirimi procesorji, ki je prevzela mesto najhitrejšega računalnika na svetu, le da bi ga zatemnili leta 1993. Tistega leta je Fujitsujev Numerični vetrovnik s polno silo 166 vektorskih procesorjev postal prvi superračunalnik, ki je presegel 100 gigaflopov (stranska opomba: da vam ideja o tem, kako hitro napreduje tehnologija, najhitrejši potrošniški procesorji v letu 2016 z lahkoto opravijo več kot 100 gigaflopov, a je bil takrat še posebej impresiven). Leta 1996 je Hitachi SR2201 nadgradil ante z 2048 procesorji in dosegel največjo zmogljivost 600 gigaflopov.
Intel se je pridružil dirki
Zdaj, kje je bilo Intel? Podjetje, ki se je uveljavilo kot vodilni proizvajalec čipov na potrošniškem trgu, do konca stoletja v resnici ni naredilo kančka superračunalništva. To je bilo zato, ker so bile tehnologije zelo različne živali. Superračunalniki so bili na primer zasnovani tako, da zagovarjajo čim večjo procesno moč, medtem ko so osebni Računalniki so bili namenjeni zmanjšanju učinkovitosti zaradi minimalnih zmogljivosti hlajenja in omejene oskrbe z energijo. Tako so leta 1993 inženirski inženirji končno padli s pogumnim pristopom, da gredo množično vzporedno z modelom 3.680 procesorja Intel XP / S 140 Paragon, ki se je do junija 1994 povzpel na vrh superračunalnika uvrstit. Bil je prvi množično vzporeden procesor superračunalnik, ki je bil nesporno najhitrejši sistem na svetu.
Do zdaj je bilo superračunalništvo pretežno domena tistih, ki imajo globoke žepe za financiranje tako ambicioznih projektov. Vse to se je spremenilo leta 1994, ko so izvajalci v Nasinem vesoljskem letališkem centru Goddard, ki niso imeli takšnega razkošja, pripravili pameten način izkoriščanja moči vzporednega računalništva s povezovanjem in konfiguriranjem niza osebnih računalnikov z ethernetom omrežje. Sistem "Beowulf cluster", ki so ga razvili, je vseboval 16 procesorjev 486DX, ki so sposobni delovati v območju gigaflops in so zgradili manj kot 50.000 USD. Prav tako je imel razliko med delovanjem Linuxa in ne Unixa, preden je Linux postal izbrani operacijski sistem za superračunalnike. Kmalu so povsod sledili podobni načrti, da so ustanovili svoje grozde Beowulf.
Po tem, ko je leta 1996 odstopil od naslova Hitachi SR2201, se je Intel tisto leto vrnil z zasnovo na osnovi paragona z imenom ASCI Red, ki je obsegal več kot 6.000 200MHz Pentium Pro procesorji. Kljub temu, da se je oddaljil od vektorskih procesorjev v korist komponent, ki niso na policah, je ASCI rdeči pridobil odlikovanje, da je prvi računalnik, ki je prebil oviro na trilijone flopov (1 teraflops). Do leta 1999 so mu nadgradnje omogočile več kot tri bilijone flopov (3 teraflops). Rdeči ASCI je bil nameščen v Nacionalnih laboratorijih Sandia in se je uporabljal predvsem za simulacijo jedrskih eksplozij in pomoč pri vzdrževanju države jedrski arzenal.
Potem ko je Japonska za obdobje s 35,9 teraflops NEC Earth Simulatorjem za nekaj časa znova prišla do superračunalniškega vodenja, je IBM leta 2004 z Blue Gene / L pripeljal superračunalnike do neslutenih višin. Istega leta je IBM predstavil prototip, ki je komajda obrezal simulator Zemlje (36 teraflopov). In do leta 2007 bi inženirji povečali strojno opremo, da bi njeno zmogljivost obdelave spodbudili do skoraj 600 teraflopov. Zanimivo je, da je ekipi uspelo doseči takšne hitrosti s tem, da je uporabil več čipov, ki so bili sorazmerno majhne moči, vendar bolj energetsko učinkoviti. Leta 2008 se je IBM znova zrušil, ko je vklopil Roadrunner, prvi superračunalnik, ki je presegel en kvadratni operacijo s plavajočo vejico na sekundo (1 petaflops).