Файл: Реферат Тема Суперкомпьютеры и их применение. Студент гр пр21 Павлов Иван Проверил Андреев. Д. В якутск2023.docx
Добавлен: 26.10.2023
Просмотров: 23
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
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.
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.
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
Супер-ЭВМ - это национальное достояние, и их разработка и производство несомненно должны быть одним из приоритетов государственной технической политики стран, которые являются мировыми лидерами в области техники и науки.
США и Япония являются практически единственными странами, разрабатывающими и производящими суперкомпьютеры в больших масштабах. Свои супер-ЭВМ были созданы в Индии и Китае. Но все-таки большинство развитых стран, в том числе и ряд государств Восточной Европы, предпочитают использовать суперкомпьютеры, произведенные в США и Японии.
Положение с разработками суперкомпьютеров в России, очевидно, оставляет желать лучшего. Работы над отечественными супер-ЭВМ в последние годы велись сразу в нескольких организациях. Под управлением академика В.А. Мельникова была разработана векторная супер-ЭВМ "Электроника CC-100" с архитектурой, напоминающей Сгау-1. В Институте точной механики и вычислительной техники проводятся работы по созданию суперкомпьютеров "Эльбрус-3". Этот компьютер может иметь до 16 процессоров с тактовой частотой 10 нс. По оценкам разработчиков, на тестах LINPACK при N = 100 быстродействие процессора составит 200 MFL0PS, при N = 1000 - 370 MFLOPS. Другая разработка, выполненная в этом институте, - Модульный Конвейерный Процессор (МКП), в котором используется оригинальная векторная архитектура, но по быстродействию он, вероятно, должен уступать "Эльбрус-3".
Другим центром работ над отечественными суперкомпьютерами является известный своими работами по созданию единой системы ЭВМ Научно-исследовательский Центр Электронной Вычислительной Техники. Там был выполнен ряд интересных разработок: различные модели векторных супер-ЭВМ ЕС 1191 на ECL-технологии и идут работы над новым суперкомпьютером "АМУР", в котором используется КМОП-технология. Ряд организаций во главе с ИПМ РАН ведут работы по созданию MPP-компьютера МВС-100, в процессорных элементах которого используются микропроцессоры i860XP, а для организации коммуникаций применяются транспьютеры Т805. Хотя в наличии имеются опытные образцы некоторых из вышеупомянутых отечественных компьютеров, но ни один из них промышленно не производится.
В большинстве инсталляций суперкомпьютеров используется, вероятно, продукция фирмы Convex. В нескольких организациях эксплуатируются старые модели минисуперкомпьютеров серий Clxx, С2хх, которые по производительности уже уступают современным рабочим станциям. В Санкт-Петербурге в системе Госкомвуза инсталлирована минисупер-ЭВМ Convex серии С3800, в Москве в ИПМ РАН недавно установлена суперкомпьютерная система SPP 1000/CD. Имеются планы инсталляции и других суперкомпьютеров (например, SGI POWER CHALLENGE) в ряде институтов РАН.
Между тем отсутствие возможностей применения супер-ЭВМ сдерживает развитие отечественной науки и делает принципиально невозможным успешное развитие целых направлений научных исследований. Приобретение одного-двух, даже очень мощных, суперкомпьютеров не поможет решить данную проблему. И дело не только в стоимости их приобретения и затрат на поддержание работоспособности. Существует еще целый ряд причин (например, доставка информации по компьютерной сети), препятствующих эффективному использованию супер-ЭВМ.
Более целесообразным представляется подход, предложенный российским Фондом фундаментальных исследований. Разработанная "Программа создания комплексных сетей связи и баз данных фундаментальной науки и образования" на 1995-1998 гг. предусматривает организацию целого ряда региональных и предметно-ориентированных суперкомпьютерных центров. В таких центрах могут быть инсталлированы, например, относительно дешевые минисуперкомпьютеры, имеющие лучшее отношение стоимость/производительность. Собственно говоря, достаточно только обратиться к списку ТОР500, чтобы обнаружить явную тенденцию к вытеснению больших (и дорогих) супер-ЭВМ относительно недорогими суперкомпьютерами, которым уже сейчас под силу решение львиной доли потенциальных задач.
Что касается отечественных супер-ЭВМ, то без необходимой государственной поддержки проектов по их разработке не приходится рассчитывать на создание промышленных образцов в ближайшие 1-2 года, и вряд ли такие компьютеры смогут составить основу парка супер-ЭВМ в создающихся сегодня отечественных суперкомпьютерных центрах.
4. ТОР-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).
Самые мощные суперкомпьютеры мира 2014 представлены в списке TOP500, который публикуется дважды в год. Четвертый раз подряд его возглавляет китайский гигант "Тяньхэ-2". Национальный университет оборонных технологий КНР располагает вычислительными мощностями в 33,86 петафлопса в секунду, количество ядер процессора составляет 3,120 млн. (Десятка самых мощнейших суперкомпьютеров мира за 2014 год показаны в табл. 1).
Табл. 1 - Самые мощные супер-ЭВМ мира
| | Владелец | Страна | Год | Название | Количество ядер | Максимальная производительность (терафлопс/сек.) | Мощность (кВт) |
| 1 | Национальный суперкомпьютерный центр в Гуанчжоу | Китай | 2013 | Tianhe-2 | 3120000 | 33863 | 17808 |
| 2 | Национальная лаборатория Оук-Ридж (ORNL) Теннесси | США | 2012 | Titan | 560640 | 17590 | 8209 |
| 3 | Ливерморская национальная лаборатория | США | 2013 | Sequoia | 1572864 | 17173 | 7890 |
| 4 | RIKEN | Япония | 2011 | K comruter | 705024 | 10510 | 12660 |
| 5 | Аргоннская национальная лаборатория | США | 2013 | Mira | 768432 | 8586 | 3945 |
| 6 | Швейцарский национальный центр суперкомпьютинга (CSCS) | Швейцария | 2013 | Piz Daint | 115984 | 6271 | 2325 |
| 7 | Техасский центр передоых компьютерных систем | США | 2013 | Stampede | 462462 | 5168 | 4510 |
| 8 | Исследовательский центр Юлих | Германия | 2013 | JUQUEEN | 458752 | 5008 | 2301 |
| 9 | Ливерморская национальная лаборатория | США | 2013 | Vulcan | 393216 | 4293 | 1972 |
| 10 | Правительство США | США | 2014 | Cray | 72800 | 3577 | 1499 |
Россия по данным на ноябрь 2014 года занимает 9 место по количеству эксплуатируемых компьютерных систем (9 суперкомпьютеров в списке). Лидирует по этому показателю США - 231 систем.
США постепенно сдают позиции в рейтинге. Количество суперкомпьютеров в Штатах уменьшается: в ноябре 2013 г. их было 265, в июне 2014 г. - 233, а теперь - 231. В Европе число суперкомпьютеров увеличилось до 130 против 116 в прошлом июне. В Азии при этом суперсистем стало меньше: 120 вместо 132. Китай остается одним из лидеров в регионе, хотя среди участников списка китайских компьютеров теперь 61 против 76 в июне этого года. Япония нарастила количество суперкомпьютеров с 30 до 32.
По прогнозам аналитиков, первый суперкомпьютер с производительностью 1 эксафлопс появится ориентировочно в 2018-2019 гг. В книге "Теневая фабрика" Джеймса Бэмфорда утверждается, что Пентагон попытается создать компьютер мощностью 1 эксафлопс к 2018 г., а убедила власти США в этой необходимости АНБ.
К 2018-2020 гг. планируется увеличить мощность компьютера Саровского ядерного центра до 1 эксафлопса.
Индия пытается обогнать всех и сразу. Индийский научный институт и Индийская организация космических исследований попробуют собрать кластер мощностью 132,8 эксафлопс к 2017 г. Если стране это удастся, ее суперкомпьютер будет в 100 раз мощнее всех других проектируемых сегодня. Проект оценили в $2 млрд, и государство уже выделило эти деньги.
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 КМОП-технологию, 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.
Бурное развитие супер-ЭВМ стало откликом на потребность человечества в машинах, моделирующих процессы в реальном времени и выполняющих ряд других сложных задач. Суперкомпьютеры всегда являлись воплощением новейших научно-технических достижений и задавали темп и тенденции развития других видов машин. Пока рост производительности суперкомпьютеров отвечает увеличению сложности проблем, предстающих перед человеком. Но можно заметить, что современная концепция развития вычислительных средств направлена на количественное улучшение характеристик. Процесс разработки в некоторой степени можно назвать «выживанием» максимума из уже созданного. Это предполагает то, что современный этап развития вычислительной техники уже вошел в состояние относительной стабильности и каких-либо качественных изменений в пределах современной концепции едва ли придется ожидать. Очевидно, что за этапом стабильности, который может продлиться определенное время, проследует «смутный период», когда уровень возможностей суперкомпьютеров уже не сможет идти в ногу с потребностями человечества. Эта проблема породит необходимость в переходе на качественный новый уровень вычислительной техники.
В современном мире суперкомпьютерные технологии стали стратегической областью. И без нее неосуществимо дальнейшее развитие экономики. Мощность национальных супер-ЭВМ сейчас так же важна, как мощность электростанций или количество боеголовок. Суперкомпьютер стал показателем технического уровня государства.
Список литературы
1. Жирков, А. Суперкомпьютеры: развитие, тенденции, применение/А. Жирков//CTA.−2014.−№2.−С.16-20.
. Информатика: учебник/ под ред. Н.В. Макаровой.−3-е перераб. изд.−М.: Финансы и статистика,2007.−768с.
. Кузьминский, М., Волков, Д. Современные суперкомпьютеры: состояние и перспективы [Электронный ресурс]/М. Кузьминский, Д. Волков.−Режим доступа:www.osp.ru/data/www2/os/1995/06/33.htm
. Супер-ЭВМ [Электронный ресурс].−Режим доступа //wiki.mvtom.ru/index.php/Супер_эвм
. Суперкомпьютеры и их применение [Электронный ресурс].−Режим доступа //www.webkursovik.ru/kartgotrab.asp?id=-108771
. Суперкомпьютер[Электронный ресурс].−Режим доступа//https:// ru.wikipedia.org/wiki/…
. Самые мощные суперкомпьютеры мира 2014[Электронный ресурс].−Режим доступа //http://economtermin.ru/it-biznes/243-samye-moshhnye-superkompjutery-mira-2014.html