От этого можно сойти с ума! Мы видим на экранах кучу фильмов про то, как власть над людьми захвачена суперкомпьютерами и не задумываемся о том, что все спецэффекты нарисованы при помощи тех же супермашин! Как же выйти из этого замкнутого круга?
Идея власти компьютеров над человечеством не раз закладывалась в сюжеты фильмов. Герой Уилла Смита в «Я, робот» сражался с искусственным разумом в пределах одного города, а в «Матрице» и «Терминаторе» компьютеры захватили уже весь мир. Последний пример вышедших из-под людского контроля машин можно наблюдать в фильме «На крючке» — там «подлянки» главным героям строил «мозг» из Пентагона. Однако в кинематографе суперкомпьютеры, масштабы баталий и причины, по которым «взбеленился» искусственный разум, являют собой лишь фантазии режиссеров. А что же мы имеем в реальном мире? Супермощные компьютеры действительно существуют, они работают уже не одно десятилетие и при их помощи решаются многие глобальные задачи.
Суперкомпьютер как явление
Определение «суперкомпьютер» вошло в лексикон с момента разработки в середине 1960-х годов немыслимых по производительности вычислительных машин. Исследования проводились под патронажем Сеймура Крея, выполнявшего заказы правительственных и академических научно-технических структур США. Пятитонный суперкомпьютер Cray-1 на интегральных микросхемах, выпущенный в 1974 году, ознаменовал собой начало эры суперкомпьютерной техники. Модели Cray-1 и Cray X-MP произвели революцию не только в сфере закрытых государственных разработок, но и во всеми любимом кинематографе. С помощью них создавались компьютерные спецэффекты к фильму «Звездные войны». В 1984 году благодаря Cray X-MP на свет появился первый в мире 3D-мультфильм. Знаменитейшие спецэффекты для «Парка юрского периода» и «Терминатора 2» также создавались с использованием Cray.
Под крылом Пентагона
Стоят такие компьютеры многие миллионы долларов, занимают огромные площади, обслуживает их штат из нескольких десятков человек, а для их функционирования требуется громадное количество электроэнергии и тысячи кубометров жидкого азота для охлаждения. Задачи, выполняемые суперкомпьютерами, не менее впечатляющие. Это прогнозирование погодно-климатических условий, анализ военной обстановки во всем мире, проектирование космических кораблей, вскрытие самых засекреченных шифров террористов, исследования в генной инженерии, моделирование ядерных испытаний. Не удивительно, что о таких машинах мало кто слышал — ведь их разработки, если не секретны, то, по крайней мере, не афишируются и редко освещаются в прессе.
Сила суперкомпьютеров в флопах!
За единицу производительности суперкомпьютера принято считать «флоп», означающий выполнение одной операции над числами с плавающей запятой в секунду.
Для сравнения, производительность процессора Intel Pentium 4 составляет чуть больше 4 гигафлоп (4 миллиарда операций с плавающей запятой в секунду), домашний суперкомпьютер Cray CX1 имеет производительность от 768 гигафлоп. А самый мощный в мире компьютер IBM Roadrunner достигает быстродействия 1375 терафлоп (1,4 квадриллиона операций в секунду). То есть производительность процессора Intel, повсеместно применяемого в обыкновенных РС, почти в 200 раз меньше, чем у домашнего Cray, и в миллионы раз уступает суперкомпьютеру средней мощности.
Среди компаний-лидеров по производству суперкомпьютеров пальма первенства принадлежит IBM. В «TOP-500 самых мощных суперкомпьютеров» (www.top500.org) модели этой корпорации занимают примерно половину списка и составляют 45% суммарной мощности всех систем. На данный момент самый производительный компьютер компании — Roadrunner — его мощность равна 1,4 петафлоп (1,4 квадриллиона операций в секунду), в нем используется 98 терабайт оперативной памяти и более 12 тысяч обычных процессоров PowerXCell 8i частотой 3,2 ГГц. Такие, кстати, применяются в Sony Playstation3!
Roadrunner используется в департаменте энергетики по ядерной безопасности США. Его габариты поражают — он занимает площадь 1100 квадратных метров, весит 226 тонн, а стоимость IBM Roadrunner составляет без малого 133 миллиона долларов. Немногим уступает Roadrunner другой суперкомпьютер IBM — модель BlueGene.
В данный момент в корпорации IBM идет работа над суперкомпьютером Sequoia, мощность которого составит 20 петафлоп (квадриллион операций в секунду). В недрах этого компьютера будет находиться 1,6 миллиона процессоров, а объем оперативной памяти составит 1,6 терабайта. Sequoia займет площадь в 318 квадратных метров. Ввод устройства в строй планируется в 2012 году. Суперкомпьютер предполагается использовать для ядерных исследований. Однако это не единственно возможная сфера его применения: к примеру, моделирование погодных изменений на Sequoia будет идти в 40 раз быстрее, чем в используемых сейчас системах.
Помимо IBM, суперкомпьютеры выпускают многие другие авторитетные компании. Это, естественно, родоначальник жанра — Cray. Компьютер Cray XT5, известный также под именем Jaguar, занимает второе место в рейтинге 500 лучших суперкомпьютеров мира.
Бесспорных лидеров догоняет и разработанный компанией SGI суперкомпьютер с быстродействием 126,9 терафлоп, который используется в Центре прикладных вычислений штата Нью-Мексико в Рио-Ранчо.
Кроме того, высоко ценится продукция HP и Sun Microsystems. А вот токийские ученые, например, работают над созданием суперкомпьютера с производительностью в 2 петафлоп. Его особенностью является использование сверхмногоядерных процессоров.
Лучшей разработкой суперкомпьютера Союзного государства России и Беларуси является кластер НИВЦ Государственного университета им. В.М. Ломоносова (МГУ), созданный в рамках программы СКИФ-ГРИД. Наш соотечественник попал, кстати, в третий десяток мирового рейтинга по быстродействию. Правда, преодолеть производительность в 100 терафлоп разработкам СКИФ-ГРИД пока не по силам — его показатель достигает лишь 75 терафлоп.
В 2011 году запустить суперкомпьютер с быстродействием 1 петафлоп намерены в Китае — зная энтузиазм китайцев, можно ожидать, что разрыв в производительности будет скоро наверстан.
А вообще, согласно прогнозам, через несколько лет уже никого не будет удивлять показатель производительности в 1000 петафлоп.
Среднюю мощность современного суперкомпьютера меряют по планке, заданной IBM Roadrunner, — 1 петафлоп.
• Производительность суперкомпьютера Cray-1, выпущенного 35 лет назад и стоившего тогда 10 миллионов долларов, была в 30 раз меньше, чем у современного процессора Intel или AMD — всего 133 миллионов операций в секунду.
• Самый известный советский суперкомпьютер БЭСМ-6, разработанный в 1960-х годах, имел производительность порядка 1 мегафлоп.
• Выпущенные в 1979 году советские суперкомпьютеры серии «Эльбрус» не смогли составить конкуренцию Cray-1. Даже к середине 1980-х после долгих доработок их производительность не превышала 100 мегафлоп.
Суперкомп дома?!
Как бы ни поражали воображение суперкомпьютеры, все-таки это слишком узкоспециализированная ниша. Говорить о кризисе в развитии классических монстроподобных «тяжелых» суперкомпьютеров пока не приходится, но снижение числа заказов уже началось. В то же время у коммерческих структур появился интерес к недорогим и портативным устройствам с масштабируемым быстродействием, которые способны выполнять трудоемкие вычислительные задачи, не прибегая к запредельной производительности.
Поэтому усилия компаний сейчас направлены на использование микропроцессорной техники для построения доступных суперкомпьютерных систем, разворачиваемых на базе всем полюбившихся «персоналок». За базовую модель домашнего суперкомпьютера Cray CX1 просят $ 10 000 — а эта сумма намного меньше стоимости аренды академических суперкомпьютеров.
Cray CX1 рассчитан на работу от обычной электросети, при этом его производительность достигает 700 гигафлоп. Высота компьютера чуть больше метра, а вес — всего 28,6 кг. Предназначено такое устройство в первую очередь для студий дизайна, телевидения, лабораторий энергетиков — то есть тех сфер, где мощности обыкновенных компьютеров недостаточно, а суперкомпьютеры не подходят из-за своей стоимости и размеров.
Похожие сферы применения имеет и персональный суперкомпьютер Tyan PSC T-650 QX. Среди его характеристик — десять четырехъядерных процессоров Intel Xeon, до 60 Гб оперативной памяти, невысокое энергопотребление (1,4 кВт) и рекордно низкий уровень шума — 52 дБ. Стоимость — от $18 000.
Конечно, выбор компактных суперкомпьютеров пока еще невелик, да и мало кто готов платить огромные деньги за системный блок. Но ведь список ресурсоемких задач растет с каждым днем, а значит, все больше пользователей будут отдавать предпочтение мощности и скорости.
