Supertietokone tai supertietokone on tietokone on tarkoitus saavuttaa mahdollisimman korkea kanssa tunnettuja tekniikoita aikaan sen suunnittelu, erityisesti mitä tulee nopeutta laskettaessa .
Tiede-supertietokoneita kutsutaan "korkean suorituskyvyn tietojenkäsittelyksi" ( englanniksi : high-performance computing tai HPC). Tämä tieteenala on jaettu kahteen: laitteisto- osa (laskentatyökalun elektroninen suunnittelu) ja ohjelmisto- osa (laskelman ohjelmistosovitus työkaluun). Nämä kaksi osaa kutsuvat eri osaamisalueita.
Ensimmäiset supertietokoneet (tai supertietokoneet) ilmestyivät 1960-luvulla . Vuonna 1961 IBM kehitti IBM Stretchin tai IBM 7030: n, joista yhtä yksikköä käytettiin Ranskassa vuonna 1963.
Tuolloin ja 1970-luvulle asti maailman suurin supertietokoneiden valmistaja oli Control Data Corporation (CDC), suunnittelija Seymour Crayn kanssa . Sen jälkeen Cray Research , jonka perusti Seymour Cray hänen poistuessaan CDC: stä, hyödynsi muita kilpailijoitaan noin vuoteen 1990 asti. 1980-luvulla , kuten mitä s tuotettiin 1970-luvun mikrotietokoneiden markkinoilla , monet pienet yritykset tulivat tähän markkinoilla, mutta useimmat heistä katosi supertietokone markkinoilla ” crash ” puolivälin -1990s .
Se, mihin termi supertietokone viittaa, vaihtelee ajan myötä, koska yleisesti käytössä olevat koneet monta vuotta myöhemmin yleensä tasaavat ja ylittävät sitten maailman tehokkaimmat tietokoneet kerrallaan. Ensimmäiset CDC-supertietokoneet olivat yksinkertaisia yhden prosessorin tietokoneita (mutta joskus jopa kymmenen I / O- oheislaitetta ) noin kymmenen kertaa nopeammin kuin kilpailijat. 1970-luvulla useimmat supertietokoneet omaksuivat vektoriprosessorin , joka dekoodaa käskyn kerran ja soveltaa sitä kokonaisiin operandisarjoihin .
Vasta 1980-luvun lopulla otettiin käyttöön massiivisesti rinnakkainen järjestelmätekniikka , jossa tuhansia prosessoreita käytettiin yhdessä supertietokoneessa. Nykyään jotkut näistä rinnakkaisista supertietokoneista käyttävät " RISC " -tyyppisiä mikroprosessoreita , jotka on suunniteltu sarjatietokoneille, kuten PowerPC tai PA-RISC . Muut supertietokoneet käyttävät edullisempia " CISC " -tyyppisiä prosessoreita, jotka on mikroprogrammittu RISC: ssä elektroniseen siruun ( AMD tai Intel ): hyötysuhde on hieman alhaisempi, mutta muistipääsy kanava - usein pullonkaula - on paljon vähemmän stressaantunut.
Vuonna XXI nnen vuosisadan , supertietokoneet ovat yleensä suunniteltu ainutlaatuinen mallien tietokonevalmistajat 'perinteinen' International Business Machines (IBM), Hewlett-Packard (HP), tai tiedote , heillä takanaan pitkät perinteet alalla (IBM) tai että he ostivat 1990-luvulla erikoistuneita, sitten vaikeuksissa olevia yrityksiä saadakseen kokemusta tällä alalla.
Supertietokoneet käytetään kaikissa tehtävissä, jotka vaativat erittäin korkea laskentatehoa , kuten sääennusteet , tutkia ilmastoa (tästä aiheesta, katso rahoittamiin G8-HORCs ), mallintaminen kemiallisten kohteiden ( laskeminen rakenteiden ja ominaisuuksien , molekyylimallinnus , jne . ), fyysinen simulaatiot (simulaatiot aerodynaaminen , laskelmat vahvuus materiaalien , simuloitu räjähdys on ydinaseiden , tutkimus ydinfuusion , jne. ), The salausanalyysin tai simulaatioiden rahoitus ja vakuutuksen ( stokastinen laskelma ).
Siviili- ja sotilaallisen tutkimus- laitokset ovat raskaimmat käyttäjien supertietokoneiden.
Vuonna Ranskassa , nämä koneet löytyy National University laskentakeskukset, kuten instituutin kehitys ja resurssit Scientific Informatics (IDRIS), The National Computer Center for Higher Education (Cines), vaan myös Commissariat à atomienergian ja vaihtoehtoisten energiamuotojen (CEA) tai tietyissä suurissa yrityksissä, kuten Total , EDF tai Météo-France .
Supertietokoneet saavat paremmuuden perinteisiin tietokoneisiin nähden molemmista:
Ne on melkein aina suunniteltu erityisesti tietyntyyppisiin tehtäviin (useimmiten tieteelliset numeeriset laskelmat : matriisi tai vektorilaskenta ), eivätkä ne tavoita erityistä suorituskykyä muilla alueilla.
Muistin arkkitehtuuri supertietokoneiden on suunniteltu jatkuvasti toimittavat tiedot kullekin prosessorille, jotta suurin osa sen laskentatehoa . Erinomainen muistin suorituskyky (paremmat komponentit ja parempi arkkitehtuuri) selittää suurelta osin supertietokoneiden edut perinteisiin tietokoneisiin nähden.
Niiden syöttö / lähtö ( väylä ) -järjestelmä on suunniteltu tarjoamaan suuri kaistanleveys , pienemmällä viiveellä, koska tämän tyyppistä tietokonetta ei ole suunniteltu käsittelemään tapahtumia .
Kuten minkä tahansa rinnakkaisjärjestelmän kohdalla, sovelletaan Amdahlin lakia , jossa supertietokoneiden suunnittelijat omistavat osan pyrkimyksistään poistaa rinnakkaistamattomat ohjelmisto -osat ja kehittää laitteistoparannuksia jäljellä olevien pullonkaulojen poistamiseksi .
Toisaalta, supertietokoneet vaativat usein useita megawattia ja sähköteho . Tämän ruoan on myös oltava korkealaatuista. Seurauksena on, että ne tuottavat suuren määrän lämpöä, ja siksi ne on jäähdytettävä toimiakseen normaalisti. Jäähdytys (esim ilman jäähdytys ) näistä tietokoneista muodostaa usein merkittävä ilmastointi ongelma .
Toisaalta tiedot eivät voi kulkea valon nopeutta nopeammin tietokoneen kahden osan välillä . Kun supertietokoneen koko ylittää useita metrejä, tiettyjen komponenttien välinen latenssiaika lasketaan kymmeninä nanosekunteina . Elementit on siten järjestetty rajoittamaan komponentteja yhdistävien kaapeleiden pituutta . Esimerkiksi Cray-1: llä tai Cray- II : lla ne oli järjestetty ympyrään .
Nykyään nämä tietokoneet pystyvät käsittelemään ja välittämään erittäin suuria määriä dataa hyvin lyhyessä ajassa. Suunnittelun on varmistettava, että nämä tiedot voidaan lukea, siirtää ja tallentaa nopeasti. Muuten prosessorien laskentatehoa käytettäisiin liian vähän ( pullonkaula ).
Top 20 supertietokonetta maailmassa Kesäkuu 2013.
Taulukko huipputietokoneiden laskentanopeudesta ( Rmax ); 60 vuoden logaritminen asteikko .
Jakelu maittain top 500 supertietokoneiden vuonnamarraskuu 2015.
Sisään 1993The Maan Physics Institute of Paris (SMM) toimii tietokoneen CM-5/128 joka käyttää prosessorit SuperSPARC , se on sijoitettu 25 : nnen ja TOP500 . Kolme vuotta myöhemmin, vuonna1996The Institute of Development and Scientific Computing resursseja (IDRIS) onnistuu saavuttamaan 12 : nnen paikassa maailmanlaajuisesti T3E rakentama Cray .
Keskellä2002The tehokkaimpia supertietokoneita Ranskan riveissä 4 th vuonna TOP500 The TERA -pohjainen prosessorit Alpha on 1 GHz ( AlphaServer SC45 ) ja kehitetty Hewlett-Packard ; hän kuului Atomic Energy Commissioniin (CEA). Sisääntammikuu 2006TERA-10 päässä Bull onnistuu, se tuottaa laskentatehoa 60 tera flopit ja sijoittaa 5 : nnen Maailman TOP500 ranking.
Sisään kesäkuu 2008, IDRIS ja Blue Gene / P ratkaisu varten IBM näyttää, mukaan testi Linpack , teho 120 teraflopsia ja voitti 10 th paikka.
Sisään marraskuu 2009, ensimmäinen ranskalainen kone on nimeltään Jade . Ja ” SGI Altix (en) ” -tyyppiä, se on sijoitettu National tietokonekeskuksen korkeakoulu- (Cines) in Montpellier . Supertietokone on sijoittunut 28 th maailmassa 128 teraflopsia vuonna Linpack testissä. Pian sen jälkeen Jade- koneen kokoonpano saatiin valmiiksi 237 teraflopin suorituskyvyn saavuttamiseksi. Kone siirtyy tilaankesäkuu 201018 : nnen rivin TOP500. Sitten se on kolmas eurooppalainen tietokonejärjestelmä ja ensimmäinen ranskalainen, se on tarkoitettu julkiseen tutkimukseen .
Sisään marraskuu 2010Ranskan ennätys hallussa TERA-100 ja Bull . Asetettu ECA vuonna Bruyeres-le-Chatel tarpeisiin ja Ranskan ydinaseiden sotilaallista simulointi , jossa suorituskyky teraflopsia 1050, tämä kone nousee 6 : nnen maailman ja voitti 1 s paikka Euroopassa. Se koostuu 17 296 Intel Xeon 7500 -prosessorista, joista jokaisessa on kahdeksan ydintä ja jotka on kytketty InfiniBand- tyyppiseen verkkoon .
Sisään maaliskuu 2012, Curie , Bullin GENCI: lle suunnittelema järjestelmä , joka on asennettu Brèyères-le-Châtelin Très Grand Centre de Calcul (TGCC) -paikalle, on 1.359 petaflopsia. Siitä tulee tehokkain supertietokone Ranskassa ottamalla 9 : nnen maailman rankingissa. Se on suunniteltu toimittamaan 2 petaflopia.
Sisään Tammikuu 2013, IBM: n rakentamat Ada- ja Turing- järjestelmät asennetaan IDRIS: ään Orsayssa . Heidän voimansa summa ylittää petaflopit. Nämä kaksi konetta ovat tutkijoiden käytettävissä. Vuonna maaliskuu 2013 , The Pangea supertietokone omistama yhtiö Total vihittiin, siitä tuli tehokkain järjestelmä koskaan asennettu Ranskassa. Sen laskentateho on 2,3 petafloppia. Vastaa 27000 pöytätietokoneiden yhdessä, hän sai 11 : nnen paikassa maailmanlaajuisesti.
Sisään tammikuu 2015, Bull, Atos -tekniikoiden GENCI: lle suunnittelema Occigen- järjestelmä on asennettu CINES-sivustolle; sen teho on 2,1 petaflopia. Hän seisoi 26 th asema maailmassa sijoitusta TOP500marraskuu 2014.
Sisään maaliskuu 2016, Total ilmoittaa, että se on kolminkertaistanut Pangea- supertietokoneensa laskentakapasiteetin ja laskenut 6,7 petaflopin huipputehokkuuden ja 5,28 petaflopin käyttötehon laskentatehon. Näin hän voi löytää 11 : nnen listalla TOP500 ja paikkoja ja johtaa globaalia teollisuudelle.
Supertietokoneiden nousun myötä Linuxista on tullut käyttöjärjestelmä, joka käyttää valtaosaa planeetan 500 tehokkaimmasta supertietokoneesta , ja Unix on vähitellen menettänyt asemansa Linuxille, mutta jonkin aikaa sillä on merkittävä paikka supertietokoneiden markkinoilla. (5%).
Windowsia käytti vain kaksi planeetan 500 tehokkaimmasta supertietokoneesta eli 0,4%, kun taas BSD oli läsnä vain yhdessä koneessa 500 parhaan joukossa eli 0,2%. Lopuksi muut kokoonpanot (" Mixed ", eli joukko erityyppisiä käyttöjärjestelmiä) edustivat 4,6%.
Sisään marraskuu 2017, Linux käyttää kaikkia maailman 500 tehokkainta supertietokonetta.