PARALLEL.RU - Информационно-аналитический центр по параллельным вычислениям. Суперкомпьютеров применение
Реферат - Суперкомпьютеры - Информатика, программирование
Введение
С момента появления первыхкомпьютеров одной из основных проблем, стоящих перед разработчиками, былапроизводительность вычислительной системы. За время развития компьютернойиндустрии производительность процессора стремительно возрастала, однако появлениевсе более изощренного программного обеспечения, рост числа пользователей ирасширение сферы приложения вычислительных систем предъявляют новые требованияк мощности используемой техники, что и привело к появлению суперкомпьютеров.Что же такое суперкомпьютеры, и зачем они нужны?
В принципе, суперкомпьютер этообычная вычислительная система, позволяющая производить сложные расчеты заболее короткие промежутки времени. О чем собственно и говорит приставка «Супер»(Super в переводе с английского означает: сверх, над). Любая компьютернаясистема состоит из трех основных компонентов — центрального процессора, то естьсчетного устройства, блока памяти и вторичной системы хранения информации (кпримеру, в виде дисков или лент). Ключевое значение имеют не только техническиепараметры каждого из этих элементов, но и пропускная способность каналов,связывающих их друг с другом и с терминалами потребителей. Одна из заповедей«Крей рисерч» гласит: «Быстродействие всей системы не превышает скорости самоймедленнодействующей ее части». Важным показателем производительности компьютераявляется степень его быстродействия. Она измеряется так называемыми флопсами — от английского сокращения, обозначающего количество операций с числами,представленными в форме с плавающей запятой, в секунду. То есть за основуберется подсчет — сколько наиболее сложных расчетов машина может выполнить заодин миг.
А зачем вообще нужнысуперкомпьютеры? Раздвижение границ человеческого знания всегда опиралось надва краеугольных камня, которые не могут, существовать друг без друга, — теориюи опыт. Однако теперь ученые сталкиваются с тем, что многие испытания сталипрактически невозможными — в некоторых случаях из-за своих масштабов, в других- дороговизны или опасности для здоровья и жизни людей. Тут-то и приходят напомощь мощные компьютеры. Позволяя экспериментировать с электронными моделямиреальной действительности, они становятся «третьей опорой» современной науки ипроизводства.
Прошло время, когда создателисуперкомпьютеров стремились обеспечить максимальную производительность любойценой. Специальные процессоры, дорогостоящая сверхбыстрая память, нестандартноепериферийное оборудование — все это обходилось заказчикам в круглую сумму.Приобретали суперкомпьютеры либо предприятия ВПК, либо крупные университеты. Ите, и другие делали это, как правило, за государственный счет. Окончание«холодной войны» и последовавшее за ним сокращение ассигнований навоенные и околовоенные нужды нанесли серьезный удар по производителям суперкомпьютеров.Большинство из них были поглощены изготовителями менее производительной, ноболее доступной и ходовой вычислительной техники. Впрочем, у этих слияний былии технологические предпосылки — быстродействие серийно выпускаемыхмикропроцессоров постоянно росло, и производители суперкомпьютеров быстропереориентировались на них, что позволило существенно сократить общую стоимостьразработки. Основной упор стал делаться на увеличение числа процессоров иповышение степени параллелизма программ.
Первые суперкомпьютеры
Началом эры суперкомпьютеровможно, пожалуй, назвать 1976 год, когда появилась первая векторная система Cray1. Работая с ограниченным в то время набором приложений, Cray 1 показаланастолько впечатляющие по сравнению с обычными системами результаты, чтозаслуженно получила название “суперкомпьютер” и определяла развитие всейиндустрии высокопроизводительных вычислений еще долгие годы. Но более чем задва десятилетия совместной эволюции архитектур и программного обеспечения нарынке появлялись системы с кардинально различающимися характеристиками, поэтомусамо понятие “суперкомпьютер” стало многозначным и пересматривать его пришлосьнеоднократно.
Попытки дать определениесуперкомпьютеру опираясь только на производительность привели к необходимостипостоянно поднимать планку, отделяющую его от рабочей станции или даже обычногонастольного компьютера. Только за последние 15 лет нормы менялись несколькораз. По определению Оксфордского словаря вычислительной техники 1986 года, длятого, чтобы получить это гордое название, нужно было иметь производительность в10 мегафлоп (миллионов операций с плавающей запятой в секунду). В начале 90-хбыла преодолена отметка 200 мегафлоп, затем 1 гигафлоп.
Применение суперкомпьютеров
Для каких применений нужнастоль дорогостоящая техника? Может показаться, что с ростом производительностинастольных ПК и рабочих станций, а также серверов, сама потребность в суперЭВМбудет снижаться. Это не так. С одной стороны, целый ряд приложений может теперьуспешно выполняться на рабочих станциях, но с другой стороны, время показало,что устойчивой тенденцией является появление все новых приложений, для которыхнеобходимо использовать суперЭВМ.
Традиционной сферой применениясуперкомпьютеров всегда были научные исследования: физика плазмы истатистическая механика, физика конденсированных сред, молекулярная и атомнаяфизика, теория элементарных частиц, газовая динамика и теория турбулентности,астрофизика. В химии — различные области вычислительной химии: квантовая химия(включая расчеты электронной структуры для целей конструирования новыхматериалов, например, катализаторов и сверхпроводников), молекулярная динамика,химическая кинетика, теория поверхностных явлений и химия твердоготела, конструирование лекарств. Естественно, что ряд областей применениянаходится на стыках соответствующих наук, например, химии и биологии, иперекрывается с техническими приложениями. Так, задачи метеорологии, изучениеатмосферных явлений и, в первую очередь, задача долгосрочного прогноза погоды,для решения которой постоянно не хватает мощностей современных суперЭВМ, тесносвязаны с решением ряда перечисленных выше проблем физики. Среди техническихпроблем, для решения которых используются суперкомпьютеры, укажем на задачиаэрокосмической и автомобильной промышленности, ядерной энергетики,предсказания и разработки месторождений полезных ископаемых, нефтедобывающей игазовой промышленности (в том числе проблемы эффективной эксплуатацииместорождений, особенно трехмерные задачи их исследования), и, наконец, конструированиеновых микропроцессоров и компьютеров, в первую очередь самих суперЭВМ.
Суперкомпьютеры традиционноприменяются для военных целей. Кроме очевидных задач разработки оружиямассового уничтожения и конструирования самолетов и ракет, можно упомянуть,например, конструирование бесшумных подводных лодок и др. Самый знаменитыйпример — это американская программа СОИ. Уже упоминавшийся MPP-компьютерМинистерства энергетики США будет применяться для моделирования ядерногооружия, что позволит вообще отменить ядерные испытания в этой стране.
Суперкомпьютеры в России
Во всемирный процессактивизации рынка высокопроизводительных вычислений (HPC) все активнеевключается и Россия. В 2003 году компании Arbyte и Kraftway при поддержкекорпорации Intel объявили о создании своих Центров компетенции на базеплатформы Intel, деятельность которых, в том числе, будет направлена и напостроение НРС-систем. Кроме того, компании Intel и IBM сообщили о том, чтокомпания Paradigm, ведущий поставщик технологий для обработкигеолого-геофизических данных и проектирования бурения для нефтегазовой отрасли,модернизировала свой расположенный в Москве центр обработки сейсмическихданных, установив серверный кластер IBM из 34 двухпроцессорных серверов на базепроцессоров Intel Xeon. Новая система ускорила работу ресурсоемкихвычислительных приложений Paradigm за счет применения кластерных технологий набазе ОС Linux. Новые возможности проведения более точных расчетов, несомненно,увеличат конкурентоспособность российских нефтяных компаний на мировом рынке.
В июне 2004 г. представителикомпании «Т-Платформы», Института программных систем (ИПС) РАН и корпорацииIntel объявили о создании четырехузлового кластера T-Bridge8i на базепроцессоров Intel Itanium 2 и технологии InfiniBand, а также рассказали оперспективах использования данного решения в рамках программы «СКИФ». КластерT-Bridge8i стал первой в России системой на основе процессоров Intel Itanium 2,двухпроцессорные узлы которой выполнены в конструктиве высотой 1U. Объединив вT-Bridge8i передовые достижения в области 64-разрядной процессорной архитектурыи кластерных коммуникаций, инженеры «Т-Платформы» построили уникальное поконцентрации вычислительной мощности решение, обладающее широкими возможностямидля масштабирования. Этот кластер предназначен для решения задач, требующихмаксимальной производительности вычислений с плавающей точкой, и можетэффективно использоваться в различных отраслях промышленности и для научныхрасчетов. В рамках программы «СКИФ» T-Bridge8i будет применяться с цельюадаптации для архитектуры Intel Itanium программного обеспечения,разработанного в рамках программы, а также для исследований в областиGRID-технологий.
2005 год оказался довольнобогатым на события в области суперкомпьютерных технологий. В России былизавершены два крупных проекта, на очереди — еще один.
Двумя важнейшими из них сталаустановка суперкомпьютера МВС-15000BM отечественной разработки вМежведомственном Суперкомпьютерном Центре РАН (МСЦ) и установка на НПО<Сатурн> кластера IBM eServer Cluster 1350, включающего 64двухпроцессорных сервера IBM eServer xSeries 336. Последний является крупнейшейв России супер-ЭВМ используемой в промышленности и четвертым в совокупномрейтинге суперкомпьютеров на территории СНГ. НПО <Сатурн> собираетсяиспользовать его в проектировании авиационных газотурбинных двигателей длясамолетов гражданской авиации. На очереди — еще один крупный проектсуперкомпьютера для Росгидромета, тендер на строительство которого выигралсистемный интегратор i-Teco.
В частном секторесуперкомпьютеры используются для моделирования нефтяных скважин, краш-тестов,сложных аэродинамических и гидродинамических расчетов. Основными заказчикамивыступают автомобильная, судостроительная, авиационная и нефтегазоваяпромышленность. По мнению экспертов, совокупный объем рынка большихвычислительных систем в России составляет $100-150 млн., причем видное местопринадлежит отечественным разработчикам. В год устанавливается 3-4суперкомпьютера с производительностью, близкой к 1 Терафлоп.
На сегодняшний денькрупнейшими отечественными проектами в области суперкомпьютеров являютсяроссийский проект МВС и российско-белорусский СКИФ. Разработка СуперЭВМ проектаМВС финансировалась за счет средств Минпромнауки России, РАН, Минобразования России,РФФИ, Российского фонда технологического развития. В настоящее время машиныэтой серии установлены в МСЦ РАН и ряде региональных научных центров РАН(Казань, Екатеринбург, Новосибирск) и используются преимущественно для научныхрасчетов.
В настоящее время одним изразработчиков ПО для МВС является фирма InterProgma, работающая в Черноголовкев рамках уже существующего ИТ-парка. Компания в тесном сотрудничестве с ИПХФРАН ведет разработку как базового программного обеспечения длякрупномасштабного моделирования на суперкомпьютерных системах, т.е.программного обеспечения, позволяющего упростить и автоматизировать процессраспараллеливания, так и специального инженерного программного обеспечения длямоделирования различных высокоэнергетических процессов в химической, атомной иаэрокосмической промышленности. Так, пакет IP-3D предназначен для численногомоделирования газодинамических процессов в условиях экстремально высокихтемператур и давлений, невоспроизводимых в лабораторных условиях. Опыт работы наMBC1000M показали очень хорошую масштабируемость и высокую скорость вычисленияданного пакета
Проект СКИФ финансировался засчет бюджетов России и Белоруссии в рамках союзной программы на паритетныхначалах. В настоящее время российско-белорусская программа СКИФ, объемом $10млн., уже завершена, и в ходе ее реализации были созданы суперкомпьютеры СКИФК-500 и СКИФ К-1000. Cтоимость СКИФ К-1000 составила $1,7 млн., что на порядокниже стоимости иностранного аналога ($4 млн.). На сегодняшний день, основным пользователемданной разработки является белорусская сторона. СКИФ К-1000, установлен вОбъединенном институте проблем информатики НАН Белоруссии, и уже сейчасиспользуется не только учеными, но и крупнейшими предприятиями-экспортерами:МАЗом, БелАЗом, Белорусским тракторным заводом, Заводом карданных валов. Стольуспешное внедрение суперкомпьютерных технологий в реальный сектор во многомобъясняется тем, что доступ белорусских предприятий к СКИФу координируетсягосударством и оплачивается из бюджета, поскольку сами предприятия находятся вгосударсвенной собственности.
Продвижению отечественныхсуперкомпьютерных технологий в промышленной сектор России и за ее пределы будетспособствовать рост отечественных компаний, способных конкурировать в даннойсфере с транснациональными корпорациями. Такой компанией уже является<Т-Платформы>, которая выступала в роли главного исполнителя СКИФ. Нарядус государственными и академическими структурами, клиентами компании являются<Комстар Объединенные Телесистемы>, Rambler, рекрутинговая компанияHeadHunter.ru, <Саровские Лаборатории>. <Т-Платформы> были призанылучшей компанией VI Венчурной Ярмарки в октябре 2005 года в Санкт-Петербурге.
Заключение
Еще 10–15 лет назадсуперкомпьютеры были чем-то вроде элитарного штучного инструмента, доступного восновном ученым из засекреченных ядерных центров и криптоаналитикам спецслужб.Однако развитие аппаратных и программных средств сверхвысокойпроизводительности позволило освоить промышленный выпуск этих машин, а число ихпользователей в настоящее время достигает десятков тысяч. Фактически, в наши дни весь мир переживает подлинныйбум суперкомпьютерных проектов, результатами которых активно пользуются нетолько такие традиционные потребители высоких технологий, как аэрокосмическая,автомобильная, судостроительная и радиоэлектронная отрасли промышленности, но иважнейшие области современных научных знаний.
www.ronl.ru
Суперкомпьютеры и их применение Суперкомпьютеры хх в
Суперкомпьютеры и их применение
Суперкомпьютеры хх в Суперкомпьютер – это мощная ЭВМ с производительностью свыше 10 MFLOPS(миллионов операций с плавающей запятой в секунду). То есть супер. ЭВМ – это вычислительная система, которая позволяет производить сложные расчеты за более короткие промежутки времени. Каждая компьютерная система состоит из 3 -х основных частей: центрального процессора, то есть счетного устройства, блока памяти и вторичной системы хранения информации (к примеру, в виде дисков или лент). Но главную роль играют не только технические параметры каждого из этих элементов, но и пропускная способность каналов, связывающих их друг с другом и с терминалами потребителей.
Для чего ЭВМ А для чего вообще нужны супер. ЭВМ? Повышение уровня человеческих знаний всегда опиралось на опыт и теорию. Однако теперь ученые сталкиваются с тем, что многие испытания стали практически невозможными − в некоторых случаях из-за своих масштабов, в других − дороговизны или опасности для здоровья и жизни людей. Именно тут нашли применение суперкомпьютерам. Они позволяют экспериментировать с электронными моделями реальной действительности и становятся опорой современной науки и производства.
Параллельно-векторная модификация
Иерархия памяти прямого отношения к параллелизму не имеет, но, тем не менее, относится к тем особенностям архитектуры компьютеров, которые имеют огромное значение для повышения их производительности (сглаживание разницы между временем выборки из памяти и скоростью работы процессора). Основные уровни: регистры, кэш-память, оперативная память, дисковая память. Время выборки по уровням памяти от дисковой памяти к регистрам уменьшается, стоимость в пересчете на 1 слово (байт) растет. В настоящее время, подобная иерархия поддерживается даже на персональных компьютерах. В настоящее время используются: Векторно-конвейерные компьютеры. Функциональные конвейерные устройства и набор векторных команд Массивно-параллельные компьютеры с распределенной памятью. Параллельные компьютеры с общей памятью. Вся оперативная память таких компьютеров разделяется несколькими одинаковыми процессорами Использование параллельных вычислительных систем
Сферы применения суперкомпьютеров Сначала супер- ЭВМ применялись только для оборонных задач: расчёты по ядерному и термоядерному оружию, ядерным реакторам. Позже, по ходу совершенствования математического аппарата численного моделирования и развития знаний в других сферах науки, супер -ЭВМ стали применяться и в обычных расчётах, основывая и создавая новые научные дисциплины, например, численный прогноз погоды, вычислительная биология и медицина, вычислительная химия, вычислительная гидродинамика, вычислительная лингвистика и т. п.
Применение компьютеров Исследование ядерных процессов, моделирование цепной реакции и ядерного взрыва дают ученым богатый материал для исследования этих удивительных, но опасных явлений. Изучение молекулярной структуры белка помогает сделать немало важных и ценных для человечества открытий, определить причины и механизмы генетически обусловленных заболеваний Виртуальные модели кровеносной системы человека исследуются врачами и биологами для того, чтобы получить эффективные способы борьбы с заболеваниями сердца и сосудов
ТОР-500 TOP-500 – это проект по составлению рейтинга и описаний пятиста самых мощных общественно известных компьютерных систем мира. Проект был запущен в 1993 г. и публикует актуальный список суперкомпьютеров дважды в год (в июне и ноябре). Этот проект направлен на обеспечение надежной основы для выявления и отслеживания тенденций в области высокопроизводительных вычислений. Основой для рейтинга являются результаты исполнения теста LINPACK (HPL), решающего большие СЛАУ (системы линейных алгебраических уравнений).
Связь нашей жизни с компьютерами Благодаря суперкомпьютерам наша жизнь становится более комфортабельной и безопасной, так как именно эти машины помогают разрабатывать новые модели автомобилей и самолетов. Исследование аэродинамических свойств, устойчивости, маневренности, способы сочетать эти качества в оптимальной пропорции могут только суперкомпьютеры. Супер-ЭВМ имеют большое влияние на жизнь современного человека, но мало, кто об этом задумывается. Сидя в новом автомобиле и слушая по радио прогнозы погоды, отправляясь в поездку с GPRS навигатором, покупая билет на самолет к теплому морю, просматривая по телевизору 500 цифровых каналов, включая чайник, электроэнергия для которого была получена в недрах атомного реактора, люди почти не замечают, что пользуются результатами работы сложнейших суперкомпьютеров. Суперкомпьютеры в России
Погода -компьютеры Применение суперкомпьютеров в прогнозировании погоды. С помощью суперкомпьютеров стало возможно очень точно предсказывать погоду. Цифровая обработка данных, полученных на метеорологических станциях, производится в кратчайшие сроки, что дает шанс заглянуть в будущее и предупредить людей о возможных погодных неприятностях. Эта работа суперкомпьютеров тесно связана с прогнозами стихийных бедствий, которые способны спасти жизнь многих людей. Супер-ЭВМ в промышленности.
Космос-компьютеры Применение суперкомпьютеров в космическом пространстве. Помощь суперкомпьютеров нужна не только для фиксирования данных на борту космических станций и обеспечения эффективности работы этих грандиозных сооружений. Эта мощнейшая техника позволяет проектировать новые орбитальные и межпланетные станции, выстраивать данные оптимальной траектории движения станций, изучать процессы, которые влияют на геомагнитный фон Земли, отслеживать и предугадывать всплески солнечной активности и выявлять их закономерности. При разработке новых моделей космических станций и искусственных спутников, суперкомпьютеры проводят серьезную работу по моделированию и прогнозированию всех возможных ситуаций, обеспечивая, таким образом, безопасность полета.
Компьютеры в медицине Суперкомпьютеры позволяют моделировать процессы, происходящие в жизненно важных органах для того, чтобы понять основной принцип их работы и эффективно бороться с патологиями. В биологии суперкомпьютеры, микрочипы и электронные микроскопы используются для изучения процессов, которые происходят на клеточном уровне. Это дает большие возможности для серьезнейших научных открытий, способных изменить современную науку. В медицине и биологии суперкомпьютеры больше нужны именно для исследовательской работы, хотя, некоторые крупные клиники могут позволить себе использовать такие машины и для решения прикладных задач: диагностики и лечения.
Векторно-конвейерные компьютеры Векторно-конвейерные компьютеры. Функциональные конвейерные устройства и набор векторных команд Массивно-параллельные компьютеры с распределенной памятью. Параллельные компьютеры с общей памятью. Вся оперативная память таких компьютеров разделяется несколькими одинаковыми процессорами Использование параллельных вычислительных систем
Конвейерная обработка Конвейерная обработка. Целое множество мелких операций (таких как сравнение порядков, выравнивание порядков, сложение мантисс, нормализация и т. п. ) процессоры первых компьютеров выполняли для каждой пары аргументов последовательно одна за одной до тех пор, пока не приходили к окончательному результату, и лишь после этого переходили к обработке следующей пары слагаемых.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ В наше время в суперкомпьютерном мире наблюдается новая волна, которая вызвана как успехами в области микропроцессорных технологий, так и появлением нового круга задач, выходящих за рамки традиционных научно-исследовательских лабораторий. Налицо мгновенное развитие в производительности микропроцессоров RISC-архитектуры, растущее заметно быстрее, чем производительность векторных процессоров. Тем не менее, вероятно, будет продолжаться развитие векторных супер-ЭВМ, по крайней мере от Cray Research. Вероятно, оно начинает сдерживаться из-за требований совместимости со старыми моделями. Успешно развиваются системы на базе Mpp-архитектур, в том числе с распределенной памятью. Возникновение новых высокопроизводительных микропроцессоров, использующих недорогую КМОПтехнологию, что значительно увеличивает конкурентоспособность данных систем. Ведь ранее супер компьютеры были вроде элитарного штучного инструмента, который был доступен в основном ученым из засекреченных ядерных центров и криптоаналитикам спецслужб. Но развитие аппаратных и программных средств сверхвысокой производительности позволило освоить промышленный выпуск этих машин, а число их пользователей в настоящее время достигает десятков тысяч. Фактически, в наше время все общество переживает подлинный бум суперкомпьютерных проектов, результатами которых активно пользуются не только такие традиционные потребители высоких технологий, как автомобильная, аэрокосмическая, радиоэлектронная и судостроительная отрасли промышленности, но и важнейшие области современных научных знаний.
present5.com
определение, области применения, обобщенные характеристики современных супер-эвм. Top500 и top50.
Суперкомпью́тер(англ.supercomputer,СуперЭВМ) — вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам большинство существующих компьютеров. Как правило, современные суперкомпьютеры представляют собой большое число высокопроизводительныхсерверных компьютеров, соединённых друг с другом локальной высокоскоростной магистралью для достижения максимальной производительности в рамках подходараспараллеливания вычислительной задачи.
Традиционной сферой применения суперкомпьютеров всегда были научные исследования: физика плазмы и статистическая механика, физика конденсированных сред, молекулярная и атомная физика, теория элементарных частиц, газовая динамика и теория турбулентности, астрофизика. В химии - различные области вычислительной химии: квантовая химия (включая расчеты электронной структуры для целей конструирования новых материалов, например, катализаторов и сверхпроводников), молекулярная динамика, химическая кинетика, теория поверхностных явлений и химия твердого тела, конструирование лекарств. Естественно, что ряд областей применения находится на стыках соответствующих наук, например, химии и биологии, и перекрывается с техническими приложениями. Так, задачи метеорологии, изучение атмосферных явлений и, в первую очередь, задача долгосрочного прогноза погоды, для решения которой постоянно не хватает мощностей современных суперЭВМ, тесно связаны с решением ряда перечисленных выше проблем физики. Среди технических проблем, для решения которых используются суперкомпьютеры, укажем на задачи аэрокосмической и автомобильной промышленности, ядерной энергетики, предсказания и разработки месторождений полезных ископаемых, нефтедобывающей и газовой промышленности (в том числе проблемы эффективной эксплуатации месторождений, особенно трехмерные задачи их исследования), и, наконец, конструирование новых микропроцессоров и компьютеров, в первую очередь самих суперЭВМ.
Суперкомпьютеры традиционно применяются для военных целей. Кроме очевидных задач разработки оружия массового уничтожения и конструирования самолетов и ракет, можно упомянуть, например, конструирование бесшумных подводных лодок и др. Самый знаменитый пример - это американская программа СОИ. Уже упоминавшийся MPP-компьютер Министерства энергетики США будет применяться для моделирования ядерного оружия, что позволит вообще отменить ядерные испытания в этой стране.
Начиная с 1993, самые быстрые компьютеры ранжируют в списке Top500 исходя из результатов прохождения теста LINPACK. Этот тест измеряет, насколько быстро компьютер решает N на N системы линейных уравнений Ax = b, являющейся общей задачей для машиностроения. Top50 – список 50 наиболее мощных компьютеров СНГ.Компьютеры в списке сортируются по значению производительности на тесте Linpack (http://www.top500.org/lists/linpack.php), при равенстве значений используется сортировка по пиковой производительности, затем по объему оперативной памяти и, наконец, по алфавиту.
studfiles.net
Суперкомпьютерные технологии в науке, образовании и промышленности
Сначала приведу график с сайта top500.org, который показывает, какие задачи в мире решаются с помощью супер-компьютеров.
Рисунок 1 – Задачи, решаемые на суперкомпьютерах
Что ж, довольно разнообразные задачи. А что из этого списка находит применение в России? Пройдемся по главам книги.
Суперкомпьютерные технологии в медицине
Рисунок 2 – Применение суперкомпьютеров для разработки синтетических вакцинПоиск молекул-ингибиторов для белков-мишеней составляет начальный этап разработки нового лекарства. Существенно сократить затраты времени и средств на этапе поиска ингибиторов можно с помощью суперкомпьютерных технологий и методов компьютерного молекулярного моделирования. Это позволяет предсказывать новые органические молекулы, которые будут наиболее эффективно и избирательно связываться с активными центрами исследуемых белков. Разработке нового патентночистого синтетического ингибитора тромбина была посвящена совместная работа МГУ и Гематологического научного центра РАМН, а сам подход получил развитие в процессе поиска путей создания ряда других лекарственных препаратов.
Использование суперкомпьютеров в машиностроении
ОАО НПО «Сатурн» — ведущая двигателестроительная компания России, специализирующаяся на разработке и производстве газотурбинных двигателей для военной и гражданской авиации, судов военно-морского флота, энергогенерирующих и газоперекачивающих установок. В компании активно применяют суперкомпьютеры при проектировании авиационных двигателей.Рисунок 3 – Авиационный двигатель, разработанный в среде виртуального проектирования
Другим интересным примером может служить тема «Оптимизация профиля железного колеса». В первый момент название может показаться не серьезным, но за ним скрыт серьезный практический смысл. Компании ОАО «РЖД» принадлежит порядка 20 тыс. локомотивов и более 600 тыс. грузовых и пассажирских вагонов. Уменьшение износа железнодорожных колес и рельсового полотна на проценты может дать огромный экономический эффект, а повышение устойчивости вагона в процессе движения позволит повысить безопасность и увеличить среднюю скорость движения. Смысл оптимизации очевиден, но причем тут высокопроизводительные вычисления?
Если оптимум искать, используя полный перебор на сетке необходимой точности, получим следующее. Взяв десять вариантов значения каждого из параметров, получим 10^11 вычислений, что дает порядка 10^12 секунд, то есть 3 года непрерывного счета на суперкомпьютере с 10 000 процессоров. Таким образом, сложность задачи такова, что высокопроизводительные вычисления не только являются необходимыми, но и должны в обязательном порядке дополняться эффективными численными методами решения для получения результата в обозримых временных рамках.
Рисунок 4 — Траектория движения колесной пары
Нефть, газ и суперкомпьютеры
Эффективность работ в нефтегазовой отрасли непосредственно связана с применением мощных суперкомпьютеров для решения масштабных расчетных задач, обеспечивающих качество поиска и разведки нефтегазовых месторождений, повышение продуктивности действующих скважин и снижение экологического ущерба при их разработке. Рисунок 5 – Пример модели месторожденияДругие разделы в книге
Помимо перечисленного, в книге рассмотрены примеры применения суперкомпьютеров во многих других отраслях: • климат, изучение атмосферы; • система защиты города от наводнений; • детонация газа, распределение давления; • и многое-многое другое.Не обошлось впрочем и без «оторванных от жизни» применений высоких технологий :). Например, в России должны разработать «суперкомпьютер стратегического назначения» «Ангара». Он должен стать «лучше всех» других вычислительных систем. Однако пока выполняется только моделирование суперкомпьютера «Ангара» на другом компьютере. То есть сделали эмулятор. Это как если бы АвтоВАЗ вместо новой модели автомобиля разработал и описывал бы дополнение к Need For Speed. :)
Где же почитать?
Целью моей записи не было пересказать всю книгу, я лишь хочу заинтересовать людей, чтобы все желающие могли познакомиться с ней и узнать о различных вариантах применения суперкомпьютеров в России. Книга доступна в электронном виде здесь! Ну и вопрос к читателям – кто-то из вас работает над подобными суперкомпьютерными системами?habr.com
Задачи для суперкомпьютеров, суперкомпьютерные приложения | PARALLEL.RU
Информация о суперкомпьютерных приложениях в некоторых областях, установка суперкомпьютеров для использования в научных исследованиях.
Проектирование инженерных сооружений, автомобилей, судов и летательных аппаратов
Проектирование электронных и полупроводниковых устройств
Вычислительная гидродинамика (CFD)
Моделирование атмосферы и мирового океана, предсказание погоды
Различные задачи математической физики
- Проект ИВМ РАН/Параллельная мат.физика. Разработка библиотеки подпрограмм, облегчающей перенос задач математической физики, основанных на уравнениях в частных производных, на массивно-параллельные компьютеры с распределенной памятью.
- Проект ИВВБД/TLP. Алгоритмы двухуровневой параллелизации прямого моделирования Монте-Карло для решения нестационарных задач молекулярной физической газовой динамики.
- Проект ИВВБД/Задачи переноса. Параллельные алгоритмы для решения неравновесных задач переноса на мультипроцессорных суперкомпьютерах.
- Проект ИВВиБД/IEED. Пакеты прикладных программ решения интегральных уравнений электродинамики применительно к проволочным структурам и металлическим поверхностям.
- Проект ИТПМ СО РАН/Поток-3 Создание новых современных вычислительных технологий и методов параллельного программирования, направленных на повышение эффективности решения фундаментальных научных и прикладных проблем в области численного моделирования задач аэродинамики и физической газовой динамики, теоретических вопросов проектирования летательных аппаратов, связанных с большим объемом вычислений.
- Проект ИММ УрО РАН/Моделирование. Разработка методов моделирования для больших задач геофизики.
- Проект: ИПМ УрО РАН/Parsytec CC. Создание информационно-вычислительного комплекса на базе многопроцессорной вычислительной системы Parcytec CC для решения прикладных задач математической физики.
Астрофизика и космические исследования
Молекулярные науки, генетика, медицина и разработка лекарственных препаратов
Параллельные СУБД, электронная коммерция и информационные системы
Виртуальная реальность и визуализация, обработка изображений
Атомная энергетика и военные задачи
Бортовые, встроенные, real-time системы
ВНИМАНИЕ! Если Вы знаете о других интересных применениях суперкомпьютеров - присылайте нам информацию и ссылки!
© Лаборатория Параллельных Информационных Технологий, НИВЦ МГУ
parallel.ru
Суперкомпьютеры и их применение — реферат
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………3
- Что такое суперкомпьютеры?………………………..….………………...4
1.1 Первые суперкомпьютеры………………………………………………..5
2. Применение суперкомпьютеров…………………………………………..6
2.1 Суперкомпьютеры в России……………………………………………...7
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………...10
Список используемой литературы………………………………………….11
ВВЕДЕНИЕ
С момента появления первых компьютеров одной из основных проблем, стоящих перед разработчиками, была производительность вычислительной системы. За время развития компьютерной индустрии производительность процессора стремительно возрастала, однако появление все более изощренного программного обеспечения, рост числа пользователей и расширение сферы приложения вычислительных систем предъявляют новые требования к мощности используемой техники, что и привело к появлению суперкомпьютеров.
- Что такое суперкомпьютеры?
Cуперкомпьютер - это обычная вычислительная система, позволяющая производить сложные расчеты за более короткие промежутки времени. О чем собственно и говорит приставка «Супер» (Super в переводе с английского означает: сверх, над). Любая компьютерная система состоит из трех основных компонентов - центрального процессора, то есть счетного устройства, блока памяти и вторичной системы хранения информации (к примеру, в виде дисков или лент). Ключевое значение имеют не только технические параметры каждого из этих элементов, но и пропускная способность каналов, связывающих их друг с другом и с терминалами потребителей. Одна из заповедей «Крей рисерч» гласит: «Быстродействие всей системы не превышает скорости самой медленнодействующей ее части». Важным показателем производительности компьютера является степень его быстродействия. Она измеряется так называемыми флопсами - от английского сокращения, обозначающего количество операций с числами, представленными в форме с плавающей запятой, в секунду. То есть за основу берется подсчет - сколько наиболее сложных расчетов машина может выполнить за один миг.
А зачем вообще нужны суперкомпьютеры? Раздвижение границ человеческого знания всегда опиралось на два краеугольных камня, которые не могут, существовать друг без друга, - теорию и опыт. Однако теперь ученые сталкиваются с тем, что многие испытания стали практически невозможными - в некоторых случаях из-за своих масштабов, в других - дороговизны или опасности для здоровья и жизни людей. Тут-то и приходят на помощь мощные компьютеры. Позволяя экспериментировать с электронными моделями реальной действительности, они становятся «третьей опорой» современной науки и производства.
Прошло время, когда создатели суперкомпьютеров стремились обеспечить максимальную производительность любой ценой. Специальные процессоры, дорогостоящая сверхбыстрая память, нестандартное периферийное оборудование - все это обходилось заказчикам в круглую сумму. Приобретали суперкомпьютеры либо предприятия ВПК, либо крупные университеты. И те, и другие делали это, как правило, за государственный счет. Окончание "холодной войны" и последовавшее за ним сокращение ассигнований на военные и околовоенные нужды нанесли серьезный удар по производителям суперкомпьютеров. Большинство из них были поглощены изготовителями менее производительной, но более доступной и ходовой вычислительной техники. Впрочем, у этих слияний были и технологические предпосылки - быстродействие серийно выпускаемых микропроцессоров постоянно росло, и производители суперкомпьютеров быстро переориентировались на них, что позволило существенно сократить общую стоимость разработки. Основной упор стал делаться на увеличение числа процессоров и повышение степени параллелизма программ.
1.1 Первые суперкомпьютеры
Началом эры суперкомпьютеров можно, пожалуй, назвать 1976 год, когда появилась первая векторная система Cray 1. Работая с ограниченным в то время набором приложений, Cray 1 показала настолько впечатляющие по сравнению с обычными системами результаты, что заслуженно получила название “суперкомпьютер” и определяла развитие всей индустрии высокопроизводительных вычислений еще долгие годы. Но более чем за два десятилетия совместной эволюции архитектур и программного обеспечения на рынке появлялись системы с кардинально различающимися характеристиками, поэтому само понятие “суперкомпьютер” стало многозначным и пересматривать его пришлось неоднократно.
Попытки дать определение суперкомпьютеру опираясь только на производительность привели к необходимости постоянно поднимать планку, отделяющую его от рабочей станции или даже обычного настольного компьютера. Только за последние 15 лет нормы менялись несколько раз. По определению Оксфордского словаря вычислительной техники 1986 года, для того, чтобы получить это гордое название, нужно было иметь производительность в 10 мегафлоп (миллионов операций с плавающей запятой в секунду). В начале 90-х была преодолена отметка 200 мегафлоп, затем 1 гигафлоп.
- Применение суперкомпьютеров
Может показаться, что с ростом производительности настольных ПК и рабочих станций, а также серверов, сама потребность в суперЭВМ будет снижаться. Это не так. С одной стороны, целый ряд приложений может теперь успешно выполняться на рабочих станциях, но с другой стороны, время показало, что устойчивой тенденцией является появление все новых приложений, для которых необходимо использовать суперЭВМ.
Традиционной сферой применения суперкомпьютеров всегда были научные исследования: физика плазмы и статистическая механика, физика конденсированных сред, молекулярная и атомная физика, теория элементарных частиц, газовая динамика и теория турбулентности, астрофизика. В химии - различные области вычислительной химии: квантовая химия (включая расчеты электронной структуры для целей конструирования новых материалов, например, катализаторов и сверхпроводников), молекулярная динамика, химическая кинетика, теория поверхностных явлений и химия твердого тела, конструирование лекарств. Естественно, что ряд областей применения находится на стыках соответствующих наук, например, химии и биологии, и перекрывается с техническими приложениями. Так, задачи метеорологии, изучение атмосферных явлений и, в первую очередь, задача долгосрочного прогноза погоды, для решения которой постоянно не хватает мощностей современных суперЭВМ, тесно связаны с решением ряда перечисленных выше проблем физики. Среди технических проблем, для решения которых используются суперкомпьютеры, укажем на задачи аэрокосмической и автомобильной промышленности, ядерной энергетики, предсказания и разработки месторождений полезных ископаемых, нефтедобывающей и газовой промышленности (в том числе проблемы эффективной эксплуатации месторождений, особенно трехмерные задачи их исследования), и, наконец, конструирование новых микропроцессоров и компьютеров, в первую очередь самих суперЭВМ.
Суперкомпьютеры традиционно применяются для военных целей. Кроме очевидных задач разработки оружия массового уничтожения и конструирования самолетов и ракет, можно упомянуть, например, конструирование бесшумных подводных лодок и др. Самый знаменитый пример - это американская программа СОИ. Уже упоминавшийся MPP-компьютер Министерства энергетики США будет применяться для моделирования ядерного оружия, что позволит вообще отменить ядерные испытания в этой стране.
Федеральными органами исполнительной власти, уполномоченными в области обеспечения безопасности информации в информационных системах, созданных с использованием суперкомпьютерных и грид-технологий, являются Федеральная служба безопасности Российской Федерации и Федеральная служба по техническому и экспортному контролю1.
2.1 Суперкомпьютеры в России
Идеи построения собственных суперкомпьютерных систем существовали в России всегда. Еще в 1966 году М.А.Карцев выдвинул идею создания многомашинного вычислительного комплекса М-9 производительностью около миллиарда операций в секунду. В то время ни одна из машин мира не работала с такой скоростью. Однако, несмотря на положительную оценку министерства, комплекс М-9 промышленного освоения не получил.
В мировой рейтинг (так называемый топ-500) суперкомпьютеров сегодня входят уже 11 российских систем. В следующем году производительность отечественного суперкомпьютера "Ломоносов" возрастет более чем в 2,5 раза, и он станет одной из самых мощных вычислительных машин мира. До конца года будет полностью сформирована спутниковая группировка ГЛОНАСС, а в ближайшие два года завершится создание основных цифровых навигационных карт и начнется применение спутниковых навигаторов системы. Возможности ГЛОНАСС теперь будут служить массовому пользователю2.
Наиболее известна линия отечественных суперкомпьютеров М8С-1000, создаваемая в кооперации научно-исследовательских институтов Российской академии наук и промышленности. Супер-ЭВМ линии МВС- 1000 - это мультипроцессорный массив, объединенный с внешней дисковой памятью, устройствами ввода/вывода информации и управляющим компьютером. Компьютеры МВС-КЮ0 используют микропроцессоры Alpha 21I64 (разработка фирмы DEC-Compaq) с производительностью до 1-2 миллиардов операций в секунду и оперативной памятью объемом 0,1-2 Кбайт.
Спектр научных и практических задач, решаемых на таком компьютере, может быть очень велик: насчет трехмерных нестационарных течение вязкосжимаемого газа, расчеты течений с жальными тепловыми неоднородностями в потоке, моделирование структурообразования и динамики молекулярных и биомолекулярных систем, решение задач линейных дифференциальных игр, расчет деформаций твердых тел с учетом процессов разрушения и многие другие. Одна из самых мощных систем линии КIBC-1000, установленная в Межведомственно и суперкомпьютерном центре, содержит 96 процессоров.
В России должен быть в полном объеме задействован потенциал суперкомпьютеров, суперкомпьютерных систем, которые объединены высокоскоростными каналами передачи данных. С их помощью уже в пятилетней перспективе станет возможным проектирование новейших самолетов и космических аппаратов, автомобилей и ядерных реакторов. Ведь сложная техника, не прошедшая суперкомпьютерного моделирования, что называется, не положенная в цифру, через несколько лет просто не будет востребована рынком. И для завоевания здесь конкурентных позиций мы обязаны настойчиво работать3.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Еще 10-15 лет назад суперкомпьютеры были чем-то вроде элитарного штучного инструмента, доступного в основном ученым из засекреченных ядерных центров и криптоаналитикам спецслужб. Однако развитие аппаратных и программных средств сверхвысокой производительности позволило освоить промышленный выпуск этих машин, а число их пользователей в настоящее время достигает десятков тысяч. Фактически, в наши дни весь мир переживает подлинный бум суперкомпьютерных проектов, результатами которых активно пользуются не только такие традиционные потребители высоких технологий, как аэрокосмическая, автомобильная, судостроительная и радиоэлектронная отрасли промышленности, но и важнейшие области современных научных знаний.
Список используемой литературы:
1. Вл. В. Воеводин “Суперкомпьютерная грань компьютерного мира”.
2. М. Кузминьский, Д. Волков “Современные суперкомпьютеры: состояние и перспективы”.
3. Левин В. К. “Отечественные суперкомпьютеры”.
4. Б. В. Пальцев “PC против суперкомпьютеров”.
5. Материал с сайта http://www.supercomputers.ru/
6. Материал с сайта http://www.bytemag.ru/articles/detail.php?ID=8504
7. Материал с сайта http://www.kodeks.ru/
8. «Консультант плюс»
ОПРОС
- Комплекс программ, необходимых для управления работой ПК и его взаимодействия с пользователем - это…
Операционная система.
- Где хранится информация, если компьютер выключен?
Жесткий диск (винчестер) – накопитель, отвечающий за долгосрочное хранение информации, даже если компьютер отключен от сети, информация никуда не исчезает.
- Для чего используется оперативная память в компьютере?
Оперативная память - это рабочая область для процессора компьютера. В ней во время работы хранятся программы и данные. Оперативная память часто рассматривается как временное хранилище, потому что данные и программы в ней сохраняются только при включенном компьютере или до нажатия кнопки сброса (reset). Перед выключением или нажатием кнопки сброса все данные, подвергнутые изменениям во время работы, необходимо сохранить на запоминающем устройстве, которое может хранить информацию постоянно (обычно это жесткий диск). При новом включении питания сохраненная информация вновь может быть загружена в память.
- Для чего предназначены антивирусные средства?
Антивирусные средства - предназначены для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения вирусами.
- Файлы, удаленные с флешки попадают в Корзину?
Зависит от операционной системы и ее настроек, например в windows файлы с флешки удаляются безвозвратно, а в debian помещаются в корзину. Если же рассматривать удаление в файловой системе (пример ntfs, fat и другие), то файл не удаляется, а место занимаемое файлом помечается как свободное и при последующей записи на это место может быть записан другой файл.
myunivercity.ru
