Superpočítače: vše o těchto neznámých strojích

Myslím, že dnes nemůžete mluvit o superpočítači, aniž byste to spojili s Linuxem„A je to, a to navzdory skutečnosti, že Linux byl na počátku koncipován jako sektor osobních počítačů, lze říci, že ovládl všechny sektory kromě toho, jak uvidíme později se zajímavými statistikami. Navíc jde o odvětví, ve kterém není zveřejněno mnoho informací ve španělštině, které jsou přístupné všem.

Na druhou stranu se mi to podařilo ověřit svět superpočítačů nebo superpočítačové zájmy, ale obecně je to pro mnoho uživatelů zcela neznámé. Proto jsem si našel čas na vytvoření a zveřejnění tohoto mega příspěvku o superpočítačích, který vás, jak doufám, hodně naučí všem tajemstvím tohoto „tajemného“, a že když dočtete celý tento text, už nebude mít tajemství pro vy ...

Více než článek nebo mega příspěvek, bude to něco jako Teoreticko-praktická wiki o superpočítačích, které můžete kdykoli konzultovat. To je cíl, aby tento článek o LxA byl bodem obratu, před a po. Mám to? Pojďme to zkontrolovat ...

Úvod do superpočítače

Aby bylo jasné hned od začátku, počítače, které máme ve svých domovech, patří mezi nejsilnější, jaké existují. Tím mám na mysli to, že neexistuje žádný mikroprocesor, který by byl mnohem výkonnější než ty, které používáme denně. Klíč k superpočítačům není v ultra výkonných mikroprocesorech nebo velmi exotických součástkách a liší se od těch, které používáme každý den v našich domovech, klíčem k superpočítači je paralelismus.

Vysvětlím to, paměťové banky RAM, pevné disky, mikroprocesory, základní desky atd. superpočítače jsou pravděpodobně více podobné, než si představujete, těm, které právě používáte nebo máte doma. Pouze v případě superpočítačů jsou seskupeny do stovek nebo tisíců, aby se přidal výkon každého z těchto nezávislých „počítačů“, a tak se skládají skvělý stroj, který funguje jako jeden systém.

Mluvím o paralelní výpočty, Ano. Paradigma, které umožňuje vytvářet superpočítače nebo to, co známe jako HPC (High-Performance Computing) nebo vysoce výkonné počítače. Myslím tím to, že pokud máte doma AMD Ryzen 7 se 16 GB RAM, síťovou kartou a 8 TB pevným diskem, ... představte si, co by se stalo, kdybyste to vynásobili 1000 a nechali to fungovat jako kdyby to byl jen PC. Bylo by to 1000 Ryzen běžících paralelně, 16 TB RAM a 8 PB úložiště. Páni !! Už to začíná vypadat spíš jako superpočítač, že?

Omlouvám se, pokud si myslíte velmi jednoduchý úvod a poněkud nevkusná definice, ale bylo to záměrně. Protože chci, aby se tohoto paradigmatu dostalo i těm nejméně znalým a zkušeným uživatelům, jinak nebudou rozumět zbytku této příručky. Chci, abyste u této myšlenky zůstali, protože pokud se toho chytíte, uvidíte, jak ty velké a podivné stroje, které zabírají velké plochy, nebudou vypadat tak divně ...

Co jsou superpočítače?

V předchozí části jsme představili pojmy paralelismus a HPC, dobré. K vytvoření superpočítače, tedy počítače s těmito schopnostmi HPC, je nezbytný paralelismus, jak jsme objasnili. Podle definice, superpočítače jsou stroje, jejichž schopnosti nějakého druhu jsou mnohem lepší jako u běžného počítače, který můžeme mít doma.

Obecně jsou téměř všechny schopnosti superpočítače mnohem lepší než PC, ale zejména mohou přitahovat pozornost výpočetní výkon což je způsobeno jádry nebo procesními jednotkami, RAM k dispozici těmto zpracovatelským jednotkám a v menší míře skladovací kapacita, protože obecně jsou první dva důležitější pro běžné aplikace, které jsou tomuto typu stroje poskytovány. I když je pravda, že mohou existovat některé velké stroje, které vyžadují mnohem více úložného prostoru a šířku pásma než výpočetní výkon nebo paměť RAM, je to případ úložných serverů ...

Historie superpočítačů:

Snad jedním z prvních superpočítačů, nebo jak to tak historici klasifikují, byl stroj postavený v 60. letech XNUMX. století Sperry rand pro námořnictvo Spojených států. Pak přijde čas, kdy bude IBM velkým králem se stroji jako IBM 7030 a mnoha dalšími. Také Atlas univerzity v Manchesteru a Ferranti na počátku 60. let jako evropská konkurence americkým strojům. Stroje, které již začaly používat germaniové tranzistory jako náhradu za staré elektronky (ne integrované obvody) a magnetické paměti pro jejich složení, ale stále byly velmi primitivní.

Pak by přišla další éra, ve které vstoupila další skvělá, CDC, s CDC 6600 navrženým starým známým, který by později jmenoval významnou společnost, která je dnes lídrem v tomto sektoru. Mluvím o Seymour cray. Stroj, který navrhl, byl dokončen v roce 1964 a jako jeden z prvních používal křemíkové tranzistory. Rychlost, kterou přinesla nová křemíková technologie a architektura navržená společností Cray, způsobila, že stroj byl až 10krát rychlejší než konkurence, přičemž 100 z nich se prodalo za 8.000.000 XNUMX XNUMX $.

Cray dejaría CDC (Control Data Corporation) en 1972 para formar la compañía líder que os he comentado, se trata de la Cray Research, creando el Cary-1 de 80 Mhz y uno de los primeros CPUs de 64-bit en 1976, convirtiendose en la supercomputadora más exitosa de la época y que podéis ver en la imagen principal de este apartado en la fotografía en blanco y negro. La Cray-2 (1985) seguiría el exitoso camino de la primera, con 8 CPUs, refrigeración líquida y marcando el camino de las modernas supercomputadoras en muchos sentidos. Aunque el rendimiento era de 1,9 GFLOPS.

Částka, která se nyní může zdát téměř směšná, vzhledem k tomu, že smartphone, který nyní máte v kapse, překračuje tyto superpočítače této doby. Například a SoC Snapdragon 835 nebo Exynox 8895 od společnosti Qualcomm nebo Samsung má výkon přibližně 13,4 GFLOPS, tedy téměř 10krát více než Cray-2 a přibližně 100krát více než Cray-1. Tyto gigantické stroje nedosahují podešve vašich bot k tak malému a lehkému předmětu, jaký máte nyní ve svých rukou. Chtěl bych si myslet, že během několika desetiletí můžeme mít zařízení tak výkonná nebo více jako současné superpočítače, ale zmenšená na malé velikosti skříněk.

Pokračování příběhu, po této době přišel éra masivně paralelních návrhů, to znamená, že levnější náklady na výrobu čipů a zlepšení propojení umožnily, že místo sofistikovaných strojů mohly být superpočítače postaveny spojením stovek nebo tisíců čipů, které jsou docela podobné těm, které máme v našem domácím vybavení, jako mám já komentoval dříve. Ve skutečnosti v sedmdesátých letech existoval stroj, který používal tento nový masivní design a který daleko přesahoval Cray-1970 (1 MFLOPS), tedy ILLIAC IV, s 250 mikroprocesory dosahujícími 256 GFLOPS, ačkoli měl určité konstrukční problémy a nebyl dokončen, byl implementován pouze design se 1 mikroprocesory.

Dalším z těchto masivně paralelních strojů by byl grafický superpočítač LINKS-1 z Osaka University 257 mikroprocesorů Zilog Z8001 a 257 procesorů Intel iAPX 86/20 FPU, které v dané době dosahují dobrého výkonu a jsou schopny vykreslit realistickou 3D grafiku s 1.7 GFLOPS. A postupně přicházely další a výkonnější stroje, které se pohybovaly od stovek mikroprocesorů po tisíce podobných těm současným ...

Ve Španělsku máme jeden z nejvýkonnějších superpočítačů v Evropě a také jeden z nejvýkonnějších na světě, vytvořený společností IBM a nazvaný Závrať, který se nachází v Baceloně a patří do španělské superpočítačové sítě složené z několika z nich, například Picassa na univerzitě v Malaze, který se živí materiálem vyřazeným z aktualizací, které MareNostrum pravidelně přijímá. MareNostrum je ve skutečnosti stroj, který fascinuje autora Dana Browna a který byl vybrán jako nejkrásnější datové centrum (mísí architekturu starého kláštera s nejvyšší technologií), jak vidíte na hlavním obrázku tohoto článku.

Vlastnosti superpočítače:

Ačkoli se mnoho autorů odděluje (podle mého názoru chybně) superpočítačové servery A dokonce i sálové počítače, podle definice, kterou jsem vytvořil jako superpočítač, by mohly být servery dokonale zahrnuty jako superpočítače, protože nejsou ničím jiným než počítači se schopnostmi mnohem lepšími než běžné počítače, pouze se věnují nabízení nějaké služby v rámci síť ... Jedinou věcí, kterou je třeba odlišit, je to, že v závislosti na tom, k čemu je stroj určen, budeme mít schopnosti, které chceme nad ostatními.

Například pro server určený pro data, jako je služba Cloud Storage, nás zajímá, že má brutální úložnou kapacitu. Zatímco pro mainfram určený ke zpracování transakcí a bankovních operací bude důležitá jeho výpočetní síla. Ale trvám na tom, že oba jsou superpočítače. S tím bylo řečeno, podívejme se na některé z hlavní charakteristiky, které nás zajímají ze superpočítače / sálového počítače / serveru:

• zabezpečení: Pokud se jedná o superpočítač, který je izolovaný, to znamená, že je odpojen od internetu, možná je třeba implementovat opatření perimetrového zabezpečení, ale bezpečnost jako taková v rámci samotného systému není tak důležitá jako server, který je připojen a ke kterému jsou připojeno k mnoha klientům nebo může být terčem útoků při připojení k internetu. Ale ať už je to tak či onak, vždy budou existovat bezpečnostní opatření.
• Vysoká dostupnost: server nebo superpočítač musí správně fungovat a minimalizovat možné problémy s hardwarem nebo softwarem, protože jeho zastavení může být pro účely, pro které byl postaven, fatální a ve 100% případů bude nefunkční počítač znamenat ztrátu velkého množství peněz. Proto jsou v operačních systémech přijímána opatření ke snížení nutných a robustních restartů (UNIX / Linux), alternativních zdrojů napájení (UPS) v případě výpadku proudu, redundance systémů v případě selhání, že existuje replika, která to příliš neovlivní hodně k obecnému výkonu, techniky oplocení k izolaci uzlu tak, aby neovlivňoval ostatní a mohl být vyměněn za provozu, aniž by to ovlivnilo fungování ostatních, odolnost proti chybám u systémů, jako je RAID na pevných discích, paměť ECC, vyhněte se Split-brain, mít DRP (Disaster Recovery Plan), který bude reagovat v případě problémů atd. A také chceme, aby spolehlivost byla maximální, stejně jako životnost, a následující parametry jsou vždy nejnižší nebo nejvyšší v závislosti na tom, o kterou jde:
  • MTTF (Střední doba do selhání): je to střední doba do selhání, to znamená, že měří průměrnou dobu, po kterou je systém schopen pracovat bez přerušení, dokud nedojde k chybě. Čím vyšší, tím lepší.
  • MTBF (Střední doba mezi poruchami): je to střední doba mezi poruchami, to znamená, že je také důležité, aby byla vyšší, protože nechceme, aby poruchy byly velmi po sobě jdoucí, jinak bude spolehlivost zařízení špatná.
  • MTTR (Střední doba na opravu): střední doba na opravu, tj. Je to udržovatelnost. Chceme, aby byla nižší, aby systém nebyl dlouho nefunkční.
• Vysoký výkon a vyvažování zátěže: To je zvláště důležité, pokud jde o cloudovou službu, která potřebuje spouštět aplikace pro své klienty, na superpočítačích nebo sálových počítačích pro matematické výpočty nebo vědecké simulace atd. Toho je dosaženo zvýšením množství paměti RAM a množství a / nebo výkonu mikroprocesorů. Kromě toho musíme mít dobré vyvažování zátěže, které závisí na řízení procesů, které děláme, takže nepřetěžujeme některé uzly více než ostatní, ale budeme vyvažovat pracovní zátěž celého superpočítače stejně nebo v nejhomogennějším možný.
• Škálovatelnost: schopnost softwaru a hardwaru přizpůsobit se bez omezení změnám konfigurace nebo velikosti. Tento typ stroje musí být flexibilní, pokud jde o rozšiřování výpočetní kapacity nebo kapacity paměti atd., Pokud by selhal bez nutnosti získání nového superpočítače.
• Costa: To závisí nejen na nákladech na samotný stroj a na údržbě, která se může snadno vyšplhat na miliony, ale také na spotřebě stroje, která se obvykle měří v MW (Megawattů) a nákladech na chladicí systémy, což je také vysoké množství tepla, které vytvářejí. Například, vezmeme-li jako příklad datové centrum Facebooku, kde má server, na kterém je hostována jeho služba, máme miliardy výdajů, pracuje na něm asi 1600 techniků, což nepočítá vyhrazené techniky a administrátory, nějaké účty za elektřinu, které jsou stratosférická (všimněte si, že datová centra dnes spotřebovávají 2% celosvětově vyrobené elektrické energie, tj. miliardy wattů a miliardy eur. Ve skutečnosti pouze Google spotřebovává 0,01% světové energie, takže obvykle instaluje svá datová centra do oblasti světa, kde je elektřina levnější, protože to ušetří mnoho milionů) atd. Dokážete si představit, že není tak levné udržovat takový tým ... a to není o nic méně, protože monstrózní server, který má Facebook v Oregonu, je ve skladu o rozloze přibližně 28.000 2 m6 v hodnotě stovek milionů eur, což je obrovský farma serverů s tisíci procesory, pevné disky pro přidání několika úložišť PB, mnoho bank paměti RAM, síťové karty ve volné přírodě (počítá se, že je propojeno 30 km optických kabelů) a všechny spotřebovávají XNUMX MW generátory elektřiny a nafty jako režim UPS pro výpadky proudu, generující veškeré teplo, které vyžaduje komplexní systém rozptylu s klimatizací ve velkém měřítku.

A to je pro nejdůležitější funkce, i když tam mohou být konkrétní aplikace které potřebují konkrétnější věci.

Aktuální trendy:

Z téměř na zakázku vyrobené systémy Stejně jako první z IBM, CDC nebo Cray se vše velmi rychle změnilo s příchodem čipů nebo integrovaných obvodů a jejich nízkými náklady, což umožnilo zahájení nového masivně paralelního superpočítače s tisíci prvky. Nemyslete si však, že současné superpočítače jsou jednoduché systémy, které potřebují pouze sestavit tisíce zařízení, a to je vše, jsou to složité stroje, které vyžadují pečlivý design a výrobu, která rozmazluje každý detail, aby z toho dokázala vytěžit maximum a že vše funguje hladce. vhodná forma podle schopností nebo charakteristik, kterých chceme dosáhnout.

Po těch prvních strojích složených z vlastní obvody nebo vlastní čipy navržené téměř speciálně pro tento stroj, začali jsme používat mnohem standardnější systémy, jako jsou mikroprocesory, jak uvidíme v následující části.

Specifické mikroprocesory:

Zpočátku byly téměř stejné procesní čipy používány jako domácí počítače, ale dnes velké společnosti jako IBM, AMD a Intel navrhují konkrétní modely svých mikroprocesorů pro stolní počítače nebo pro jiné účely. Například všichni dobře známe mikroprocesory PowerPC od IBM, které byly instalovány v Apple až před několika lety, kdy přijaly čipy Intel. Stejné čipy, které byly použity v Apple, poháněly také superpočítače. IBM však má několik specifických návrhů pro velké stroje, které dosahují lepšího výkonu při spolupráci, jako např energie, i když sdílejí ISA s PowerPC.

Totéž se děje s SPARC, který, i když v současné době nemá konkrétní modely pro desktop, protože jde o sektor, kterému nedominují nebo se velmi zajímají, ano, v minulosti existovaly pracovní stanice se stejnými mikroprocesory, ačkoli současné jsou speciálně navrženy pro práci na těchto skvělých strojích. Totéž lze říci o žetonech Intel a AMDnež specifické mikroprocesory, jako je Intel Xeon, které sdílejí mikroarchitekturu se současným procesorem Core i3 / i5 / i7 / i9 a mnoha jeho charakteristikami (ne u Intel Itanium), pouze jsou optimalizovány pro práci v režimu MP. Totéž platí pro AMD, která navrhla speciální implementaci pro své superpočítače K8 nebo Athlon64 s názvem Opteron a v současné době EPYC (na základě Zen).

Zde se opět zastavím a chtěl bych to definovat typy mikroprocesorů podle určitých parametrů:

• Podle jeho architektury: v závislosti na architektuře CPU nebo samotného mikroprocesoru můžeme najít:
  • Mikroprocesor: Je to normální CPU nebo mikroprocesor, bez ohledu na mikroarchitekturu nebo technologie, které implementuje.
  • Mikrokontrolér: je to normální (obvykle málo výkonný) procesor poháněný na stejném čipu spolu s RAM, I / O systémem a sběrnicí, tj. mikropočítačem na čipu. Obecně se nepoužívají v superpočítačích, ale jsou velmi přítomné v mnoha domácích a průmyslových zařízeních, deskách, jako je Arduino atd. Ale pokud jde o otázku superpočítačů, zapomeňte na ně ...
  • DSP (procesor digitálního signálu): Můžete si také myslet, že tyto procesory digitálních signálů nesouhlasí s otázkou superpočítače, ale uvidíte, jak dávají smysl, když uvidíme více o heterogenních výpočtech. Ale teď musíte vědět, že se jedná o konkrétní procesory, které vám umožní dosáhnout dobrého výkonu při zpracování digitálních signálů, což z nich dělá dobré zvukové karty, video atd. Jak však uvidíme, mohlo by to mít v určitých výpočtech určité výhody.
  • SoC (systém na čipu): Jedná se o systém na čipu, jak napovídá jeho název, tj. Čip, ve kterém bylo zahrnuto něco víc než to, co je součástí mikrokontroléru. Kromě CPU (obvykle ARM) obsahuje také flash, RAM, I / O a některé řadiče. Ale v případě SoC je integrovaný CPU obvykle vysoce výkonný a je určen pro smartphony, tablety atd., I když nyní existují mikroslužby, které používají tento typ čipu jako procesní jednotky, jak uvidíme.
  • Vektorový procesor: je typ mikroprocesoru SIMD, to znamená, že provádí instrukci s více daty. Dá se říci, že mnoho moderních mikroprocesorů má funkce SIMD díky multimediálním rozšířením jako MMX, SSE atd., O kterých jsme mluvili. Ale když řeknu vektorový procesor, mám na mysli ty čisté, které byly navrženy na základě zpracování vektoru nebo pole dat pro každou instrukci. Příkladem tohoto typu procesoru je Fujitsu FR-V používaný v některých japonských superpočítačích a za takové lze považovat také GPU.
  • ASICs: Jsou to aplikačně specifické integrované obvody pro jeho zkratku v angličtině, to znamená přizpůsobené čipy na základě jejich použití. Něco, co může poskytnout vysoký výkon pro určité konkrétní aplikace, i když jeho design znamená vyšší cenu než použití obecných procesorových jednotek. Pokud se k jejich implementaci použijí FPGA, nebude to elektronicky nejúčinnější. Například v dnešní době se široce používají k výrobě strojů na těžbu kryptoměny.
  • ostatní: Existují další, které nás právě teď k tomuto tématu příliš nezajímají, jako jsou APU (CPU + GPU), NPU, hodinový mikroprocesor, C-RAM, hlavní procesor atd.
• Podle jejich jader nebo jader: přešli jsme od jednojádrových nebo jednojádrových procesorů k několika, ale v mikroprocesorech, které mají několik, můžeme rozlišovat mezi:
  • Vícebarevná: toto jsou tradiční vícejádra, která často používáme, například dualcore, quadcore, octacore atd. Obvykle mají 2, 4, 8, 12, 16, 32, ... jádra nebo jádra, na stejném čipu nebo ve stejném balení, ale různé čipy.
  • mnoho jádra: podobné jako výše, ale obvykle se jedná o stovky nebo tisíce jader, a aby to bylo možné, musí být integrovaná jádra jednodušší a menší než designy Intel a AMD a musí být také energeticky účinnější. Proto jsou obvykle založeny na jádrech ARM, umístěných ve formě dlaždic. Spojením mnoha z nich lze dosáhnout velmi vysokých výpočetních kapacit. Intel také flirtoval s tímto člověkem, s jejich Xeon Phi, které jsou manycore x86 využívající mnohem jednodušší jádra, ale dodávané ve velkém počtu (57 až 72) k napájení některých současných superpočítačů.
• Podle jeho použití: V tomto případě nás zajímá pouze jeden typ, kterým je MP nebo víceprocesorové systémy. Ve vašem stolním nebo přenosném počítači uvidíte, že vaše základní deska má pouze jednu zásuvku, kam lze vložit mikroprocesor, na druhé straně, základní desky serveru mají 2, 4, ... zásuvky na každé z nich, to je to, co myslím MP .

Ale mikroprocesory jsou postupně přemisťovány ve prospěch dalších konkrétnějších procesorových jednotek, s nimiž jsou dosaženy lepší výpočetní schopnosti, tedy lepší účinnost mezi FLOPS na W dosaženo, jak uvidíme v další části.

Další způsoby zpracování:

Jak jsem řekl, mikroprocesory se pohybovaly kousek po kousku, i když stále mají velký podíl na trhu, ale existují i ​​další procesní jednotky, které v poslední době silně vstupují, jako například GPGPU nebo GPU pro všeobecné použití. A je to tak, že čipy grafických karet jsou obvykle SIMD nebo vektorového typu, které mohou aplikovat stejnou instrukci na velké množství dat současně, se zvýšením výkonu, které to s sebou přináší.

A nejlepší na tom je, že úpravou ovladače a programověBez úpravy hardwaru lze tyto GPU použít ke zpracování dat, jako by šlo o CPU, to znamená k obecnému zpracování, a to nejen pro grafiku, jak to dělají vyhrazené GPU, což umožňuje využít jejich enormní výpočetní potenciál, protože množství FLOPS dosažené grafickou kartou je mnohem vyšší než u CPU.

Důvodem, proč dosahují tak ohromného výpočetního výkonu, je to, že jsou nuceni pracovat s grafy, a to vyžaduje mnoho matematických výpočtů, aby se s nimi pohybovalo. Kromě toho, že jsou SIMD, jak jsem řekl, obvykle sledují typ paradigmatu paralelního programování SIMT (Single-Instruction - Multiple-Threads), dosahující dobrých propustností, i když je latence paměti vysoká.

Mějte na paměti, že generovat 3D graf, je zapotřebí modelování, které začíná kombinací řady trojúhelníků se souřadnicemi W, X, Y a Z v rovině, aby bylo možné aplikovat barvu (R, G, B, A) a vytvořit povrchy, vytvořit osvětlení, povrchy textury , smíšené atd. Tyto údaje a barevné souřadnice znamenají, že obsahují konfigurovatelné procesory pro jejich zpracování, a rozumí se, že tyto souřadnice přesně tvoří vektory, se kterými jednotky pro zpracování GPU pracují, a jsou to ty, které se používají k provádění účelových výpočtů. Příklad, zatímco CPU musí provést 4 instrukce přidání, aby přidal X1X2X3X4 + Y1Y2Y3Y4, tj. X1 + Y1, pak X2 + Y2 atd., GPU by to dokázalo najednou.

Díky tomu máme GPU, které pracují na velmi nízkých taktovacích frekvencích, až 5 nebo 6krát nižších než CPU a dosahují mnohem vyšší rychlosti FLOPS, což znamená vyšší poměr FLOPS / W. Například Intel Core i7 3960X dosahuje výpočetního výkonu 141 GFLOPS, zatímco AMD Radeon R9 290X může dosáhnout 5.632 0,08 GFLOPS, což má přibližnou cenu každého GFLOP přibližně 2004 EUR, zatímco v roce 41.000 byl japonský superpočítač s názvem NEC Earth Byl spuštěn simulátor s vektorovými procesory a celkovým výkonem 10.000 8 TFLOPS, jejichž cena za GFLOPS byla kolem XNUMX XNUMX EUR, protože se skládal z tisíců procesorů, každý s XNUMX GFLOPS.

Jak vidíte, právě zde spočívá zájem o vytváření současné superpočítače založené na GPU namísto použití CPU od NVIDIA nebo AMD. A také se stává důležitým heterogenní výpočetní technika, tj. Kombinace různých typů procesorových jednotek a svěřování každé operace jednotce, která ji zpracovává za kratší dobu nebo efektivněji. To je v rozporu s homogenním výpočetním paradigmatem, kdy CPU zpracovává logiku, GPU zpracovává grafiku, DSP pro digitální signály atd.

Místo toho je nevyužijte všechny tak, jak je navrženo heterogenní výpočetní technika optimalizovat výkon. Každý z těchto čipů je v něčem dobrý, má své výhody i nevýhody, takže nechme každého, aby dělal to, co umí nejlépe ...

Rovnoběžnost:

A i když bych nechtěl být ziskový, alespoň ne tolik jednotky superpočítačeAno, rád bych se vrátil na konec paralelismu a vysvětlil ještě něco. A je to tak, že téměř od začátku práce na počítači se paralelismus v jednom či druhém smyslu zlepšoval:

• Paralelnost na bitové úrovni: Všichni jsme viděli, jak se mikroprocesory vyvinuly ze 4bitových, 8bitových, 16bitových, 32bitových a současných 64bitových (i když s některými multimediálními rozšířeními, která dosahují 128, 256, 512 atd.). To znamená, že jediná instrukce může obsluhovat více dat nebo mnohem delší data.
• Rovnoběžnost na úrovni dat: když místo skalárních dat použijeme vektory nebo datové matice, na nichž instrukce fungují. Například skalár by byl X + Y, zatímco DLP by odpovídalo X3X3X1X0 + Y3Y2Y1Y0. To je přesně to, co tato rozšíření dělají v instrukčních sadách, které jsem zmínil v paralelitě bitové úrovně.
• Rovnoběžnost na úrovni výuky: techniky, které mají v úmyslu zpracovat více než jednu instrukci za hodinový cyklus. To znamená dosáhnout CPI <1. A zde můžeme jako hlavní metody k jeho dosažení uvést potrubí, superskalární architektury a další technologie.
• Paralelismus na úrovni úkolů: Mám na mysli multithreading nebo multithreading, to znamená současné provádění několika vláken nebo úkolů navržených plánovačem jader operačního systému. Software v tomto případě tedy umožní, aby každý proces byl rozdělen na jednodušší úkoly, které lze provádět paralelně. Pokud v Linuxu použijete příkaz ps s volbou -L, objeví se sloupec s ID LWP (Lightweight Proccess), tj. Lehký proces nebo vlákno. Způsobů, jak dospět k tomuto paralelismu, je několik:
  • CMP (MultiProcessor Chip): to znamená použít několik jader a každé zpracovat vlákno.
  • Vícevláknové zpracování: že každý procesor nebo jádro může zpracovávat více než jedno vlákno současně. A v rámci multithreadingu také můžeme rozlišovat mezi několika metodikami:
    • Dočasné multithreading nebo superthreading: to je to, co používají některé mikroprocesory, jako je UltraSPARC T2, což se děje tak, že se střídá zpracování jednoho a druhého vlákna, ale ve skutečnosti to nejsou paralelní zpracování současně.
    • Simultánní multithreading nebo SMT (Simultánní vícevláknový proces): v tomto případě jsou zpracovávány paralelně, což umožňuje, aby zdroje CPU plánovaly dynamicky a umožňovaly více vysílání. To používá AMD nebo Intel, i když Intel zaregistroval ochrannou známku, která je HyperThreading, není nic jiného než SMT. Před přijetím SMT v AMD Zen však AMD použilo ve svém Fusion CMT (Clustered MultiThreading), tedy multithreading založený na fyzických jádrech a ne na logických jádrech. Jinými slovy, v SMT se každé jádro nebo CPU chová, jako by to bylo několik logických jader, aby mohly tyto úkoly provádět paralelně, na druhou stranu v CMT se k provádění tohoto multithreadingu používá několik fyzických jader ...
• Paralelismus na úrovni paměti: neodkazuje na množství paměti nainstalované v systému, je tedy matoucí. Odkazuje na počet nevyřízených přístupů, které lze provést současně. Většina superskalárů má tento typ paralelismu, kterého je dosaženo díky implementaci několika jednotek předběžného načtení, které uspokojí různé požadavky na selhání mezipaměti, TLB atd.

Bez ohledu na tyto úrovně paralelismu je lze kombinovat s jinými typy architektur získat více paralelismu, například:

• Superskalární a VLIW: Jednoduše řečeno, jsou to ty procesorové jednotky (CPU nebo GPU), které mají několik replikovaných funkčních jednotek, například několik FPU, několik ALU, několik pobočkových jednotek atd. To znamená, že operace prováděné těmito typy jednotek lze provádět dva po dvou nebo tři po třech atd., V závislosti na počtu dostupných jednotek. Například pokud chcete provést proces nebo program, musíte zpracovat instrukce Y = X +1, Z = 3 + 2 a W = T + Q, ve skaláru byste měli počkat na dokončení první operace, než vstoupíte do druhé jeden, pokud máte 3 ALU, lze je provést současně ... * VLIW: v případě VLIW obvykle existuje replika některých jednotek a překladač upraví pokyny tak, aby je přizpůsobil na celou šířku CPU a že v každém cyklu jsou všechny nebo většina jednotek obsazené. To znamená, že VLIW je dlouhá instrukce, která se skládá z několika jednodušších instrukcí zabalených konkrétním způsobem, aby vyhovovaly hardwarové architektuře. Jak pochopíte, že to má své výhody a nevýhody, které zde nebudu vysvětlovat ...
• Potrubí: směrování nebo segmentace je dosaženo zavedením registrů, které rozdělují obvody a oddělují každou funkční jednotku do fází. Představte si například, že máte potrubí o 3 hloubkách, v takovém případě jsou funkční jednotky rozděleny do tří nezávislých částí, jako by se jednalo o proces výroby řetězce. Jakmile tedy první zadaná instrukce uvolní první fázi, může již do této první fáze vstupovat další, což urychluje provádění. Na druhou stranu v nepropipovaném systému nebylo možné zadat další instrukci, dokud první úplně nedokončí.
• Provedení mimo provoz: v uspořádané architektuře jsou pokyny prováděny postupně, jak je generátor kompiloval, aby vytvořily běžící program. Na druhou stranu to není nejefektivnější, protože některým může trvat déle nebo musí zavádět bubliny nebo mrtvé časy v CPU, zatímco čekají na událost, která blokuje výsledek instrukce. Na druhou stranu, mimo provoz, bude neustále napájet CPU instrukcemi, bez ohledu na pořadí, což zvyšuje produktivní čas. Toho je dosaženo pomocí algoritmů, do kterých nebudu chodit.

Obecně platí, že většina současných procesorů, Intel, AMD, IBM POWER, SPARC, ARM atd., Používá směs všech úrovní paralelismu, pipeline, superskalární, mimo pořadí, přejmenování registrů atd., Aby získala mnohem více výkon. Pokud se chcete dozvědět více, můžete se poradit Flynnova taxonomie, který odlišuje systémy:

• SISD: procesorová jednotka, která dokáže zpracovat pouze jednu instrukci s jedinými daty. To znamená, že provádí pokyny a data postupně, jeden po druhém.
• SIMD: jedna instrukce a více dat, v tomto případě je paralelismus pouze v datové cestě a ne v kontrolní cestě. Současné procesorové jednotky budou schopny provádět stejnou instrukci na několika datech současně. To je případ vektorových procesorů, GPU a některých multimediálních rozšíření, které toho dosáhly v rámci mikroprocesorů (např. SSE, XOP, AVX, MMX,…).
• ISD: v tomto případě je paralelismus na úrovni instrukcí, což umožňuje provádění více instrukcí v jednom datovém proudu. Představte si, že máte X a Y a můžete ovládat X + Y, XY, X · Y a X / Y současně.
• MIDM: Je to nejvíce paralelní ze všech, protože může provádět několik instrukcí na několika datech současně ...

A myslím si, že díky tomu jsou principy paralelismu zcela jasné. Pokud chcete jít hlouběji, můžete přistupovat ke zdrojům, které jsem nechal v závěrečné oblasti tohoto článku a ve kterých jsem pracoval během posledních 17 let svého života.

Paměťové systémy:

Bez ohledu na použitou metodu zpracování nebo jednotku zpracování je potřeba paměť. Ale tady se dostáváme k poněkud drsnějším problémům, protože s paralelismem paměťové systémy musí být konzistentní a mají řadu charakteristik, aby nevytvářely chybná data. Nebojte se, vysvětlím vám to na příkladu velmi jednoduchým způsobem.

Představte si, že máte jeden CPU Provádíme-li instrukci sčítání, představme si, že se jedná o Z = Y + X, v takovém případě by to nebyl žádný problém, protože CPU přinese instrukci sčítání a řekne své aritmetické jednotce, aby přidala paměťové místo Y a X, kde jsou data a nakonec uloží výsledek do polohy Z paměti. Žádný problém! Ale co když existuje více procesorů? Představte si stejný příklad toho CPU A, který dělá Z = Y + X, ale spolu s dalším CPU B dělá X = Y - 2.

Dobře, dejme tomu hodnoty ke každému z písmen: Y = 5, X = 7. Pokud by tomu tak bylo, kdyby CPU A jednal jako první, měli bychom Z = 5 + 7, tedy Z = 12. Pokud by ale CPU B jednal jako první, X = 5 - 2 = 3, měl by tedy přístup k paměti a uložit 3 na adresu, kde je uloženo X, takže pokud CPU A přistupuje na tuto pozici, udělá to stejnou instrukci, ale výsledek bude Z = 3 + 7, takže Z = 10. Ooops! Již máme vážné selhání, které jsme si nemohli dovolit, nebo by nic nefungovalo správně ...

Z tohoto důvodu vyvinuli paměťové systémy řadu metody k udržení této konzistence a vědět, která operace by měla jít před nebo po, aby byl výsledek správný. To se děje i na vašem domácím počítači, protože nyní máte několik jader, která přistupují ke stejné paměti, a nejen to, používají se také mikroarchitektury, které využívají výhody multithreadingu, superskalárních systémů a provádění mimo pořadí, což je něco, co kompromituje hodně takové konzistence, pokud nebudou přijata nápravná opatření. Představte si superpočítač s tisíci těchto ...

Ale samozřejmě snížené výrobní náklady hmotnost čipu a zrání technologie Sítě vedly k rychlé změně směrem k strojům s mnoha vzájemně propojenými procesory a to také vynutilo změnu paměťového systému (viz propojení), protože ty problémy, které existují v domácím počítači, by se znásobily tisíci tím, že by tolik procesorů pracovalo současně.

To je spojování které jsem zmínil, se postupem času vyvíjelo, počínaje těsně spřaženými systémy s hlavní pamětí sdílenou všemi zpracovatelskými jednotkami; a volně spojené se systémy, ve kterých má každý procesor svou vlastní nezávislou (distribuovanou) paměť. Na druhou stranu, v poslední době byly dva systémy, které jsem zmínil, postupně ředěny a bylo dosaženo pokroku hybridizace, se schématy UMA (Uniform Memory Access) a NUMA (Non-Uniform Memory Access), i když je to další téma, o kterém bych mohl zdlouhavě mluvit a dal by nám další mega příspěvek.

Pokud chcete nějaké informace, řekněte vám krátce, že v a Architektura UMA doby přístupu do paměti na kteroukoli z jednotných pozic hlavní paměti jsou stejné, bez ohledu na procesor, který provádí přístup (přístup chápu jako operaci čtení nebo zápisu). Je to proto, že je centralizovaná.

Zatímco v V, není jednotný a doba přístupu bude záviset na procesoru, který o to požádá. To znamená, že existuje lokální a nelokální paměť, jinými slovy sdílená a fyzicky distribuovaná paměť. Jak pochopíte, aby to bylo efektivní, musí být průměrná latence snížena na maximum a vždy, když je možné uložit data a pokyny, které procesor provede lokálně.

Budoucnost: kvantové výpočty

La byl postsilikon a všechny náhradní technologie současné mikroelektroniky jsou stále docela nezralé a ve vývojových fázích. Předpokládám, že nedojde k radikálnímu přechodu, ale že možnosti současného křemíku se začnou vyčerpávat, dokud nedosáhne svého fyzického stropu, a pak přijde éra hybridních technologií, jejichž základem bude i nadále křemík, v poněkud vzdálenější budoucnost dát skok kvantovým výpočtům ...

V tomto přechodu si myslím ARM budou hrát zásadní roli a mnoho jader za jejich energetickou účinnost (výkon / spotřeba) a toto je již velmi osobní názor, možná ve 2020. letech 2030. století bude dosaženo limitu křemíku a ve XNUMX. letech XNUMX. století se bude i nadále vyrábět na křemíkových technologiích s využitím investic o slévárnách a trochu je rozšířit, říkáte, protože větší razidlo nyní znamená vyšší výrobní náklady, ale když nemusíte investovat ty obrovské investice do modernizace slévárny, předpokládám, že stabilita bude hrát ve prospěch ceny. Na straně designéra to však bude znamenat větší úsilí o vývoj, protože pro toto zvětšení plochy, aniž by se zmenšila velikost výroby, což znamená užitečné zvýšení výkonu, bude možná nutné budoucí mikroarchitektury hodně hýčkat a jít směrem k mikroarchitekturám více efektivní jako ty zbraně, které jsem pojmenoval ...

Vraťme se zpět k tématu kvantové práce na počítači, některé již byly skutečně vytvořeny kvantové počítačeale upřímně řečeno, když vidím, co jsem viděl, jsou stále poměrně omezené a potřebují mnohem více vývoje, aby se pro společnosti staly něčím praktickým, a ještě mnohem více, než budou dostatečně zralé, aby se staly něčím dostupným pro domácnosti. Jak můžete vidět na obrázcích, které otevírají tuto část, stále se jeví jako docela složité objekty science fiction, které potřebují chlazení, aby se udržovaly na absolutní nule ºK (-273 ° C).

Tato teplota omezuje její praktické a masivní použití, jako je tomu u supravodiče. V oblasti supravodičů byly učiněny důležité kroky, ale provozní teplota je stále hluboko pod 0 ° C, i když by bylo velmi zajímavé, kdyby fungovaly při pokojové teplotě nebo v poněkud běžnějších mezích. Kromě teplotní bariéry je třeba se vypořádat s dalšími problematickými faktory, jako je skutečnost, že základy a základy současného binárního výpočtu nepracují pro kvantové výpočty ...

Chtěl jsem zmínit supravodiče, protože je to jedna z technologií, na nichž jsou založeny některé kvantové počítače, aby dokázaly kvantifikovat nebo izolovat ty qubity, o kterých budeme hovořit. Není to však jediná bazální technologie, kterou také máme iontové kvantové počítače (atomy s jedním nebo více elektrony méně) na základě počtu elektronů qubitů zachycených v laserových pasti. Další alternativou je kvantové výpočty založené na jaderných otočkách, pomocí spinových stavů molekul jako quibits ...

Ponechám-li nástrahy stranou, pokusím se to vysvětlit velmi jednoduchým způsobem co je kvantové počítání, aby to všichni pochopili. Stručně řečeno, je to další krok v paralelismu, který umožní budoucím kvantovým počítačům zpracovat takové množství dat nebo informací a zároveň nám umožní provádět nové objevy a řešit problémy, které nyní nelze vyřešit pomocí superpočítačů. Proto nebudou představovat pouze technologickou revoluci, ale budou velkou podporou pro vědu a technologii v jiných oblastech a blahobyt lidstva.

Jdeme s snadné vysvětlení toho, co je to kvantový počítač. Víte, že současné počítače jsou založeny na binárním systému, to znamená, že zpracovávají bity, které mohou nabývat hodnoty nula nebo jedna (zapnuto nebo vypnuto, vysoké nebo nízké napětí, pokud to vidíme z hlediska obvodů), a tyto kódy Binární soubory jsou informace, které lze zpracovat ke spouštění programů a dělat vše, co dnes můžeme na našich počítačích dělat.

Naproti tomu v kvantovém počítači jsou kvantové bity (tzv qubits, kvantových bitů) fungují nejen ve stavu zapnuto nebo vypnuto (1 nebo 0), ale mohou také pracovat v obou stavech, tj. překrytí stavu (zapnutí a vypnutí). Je to tak proto, že to není založeno na tradiční mechanice, ale na zákonech kvantové fyziky. Proto jsem řekl, že digitální nebo binární logika nefunguje a musíme vyvinout další kvantovou logiku, abychom založili nový počítačový svět, který nás čeká.

Procvičujte si s platformou IBM Q.: online laboratoř, kterou IBM zřídila, aby kdokoli mohl používat 16bitový kvantový počítač. Jedná se o editor s webovým grafickým rozhraním, který můžete použít k vytváření programů ...

Proto tato nová jednotka informačních qubitů, která nahradí bit, má latentní potenciál kvůli tomuto paralelismu nebo dualitě, která umožňuje zpracovat mnohem více možností nebo dat najednou. Dal jsem tě Příklad Abyste tomu lépe porozuměli, představte si, že máte program, který přidá dva bity (a, b), pokud je další bit 0, a odečte je, pokud má tento další bit hodnotu 1. Takže instrukce načtené do paměti by byly ( přidat a, b) v případě, že bit je 0 a (sub a, b) v případě, že je 1. Chcete-li získat oba výsledky, sčítání a odčítání, musíme to provést dvakrát, že? Co kdyby mohl být stav tohoto extra bitu v obou státech současně? Už to nemusíte spouštět dvakrát, že?

Další příklad, představte si, že máte příkaz NOT hodený přes 3 bity v nekvantovém počítači. Pokud v době spuštění uvedené instrukce mají tyto tři bity hodnotu 010, bude výsledek 101. Na druhou stranu, stejná instrukce s qubits, kde každá hodnota může být v obou stavech současně, výsledek by dal všechny možné hodnoty jednou: 111, 110, 101, 100, 011, 010, 001 a 000. Toto pro vědecké simulace, kryptografie, řešení matematických problémůatd., je to prostě ÚŽASNÉ.

Kdo je na čele této technologie? V tuto chvíli se zdá, že IBM je lídrem, ačkoli Google, Intel a další společnosti nebo univerzity také soutěží a zavádějí své prototypy kvantových počítačů pokaždé schopných zvládnout více qubits, i když mají problém přidaný k těm, které již byly zmíněny, a to je, že někdy potřebují některé z těchto qubits jako qubits "parity", to znamená, aby se ujistil, že výsledky nejsou chybné.

Problémy: spotřeba elektřiny a vyrobené teplo

El spotřeba a odvod tepla u těchto velkých strojů je velkou výzvou pro inženýry. Snaží se drasticky snížit tuto spotřebu a zacházet s teplem levně, protože chladicí systémy zahrnují také spotřebu elektřiny, která musí být přidána ke spotřebě samotného počítače. Proto se uvažuje o některých exotických nápadech, jako je ponoření datových center pod moře, aby jako chladicí kapalinu používali vlastní vodu (např .: obchodní značka Fluorinertní od společnosti 3M, což jsou chladiva na bázi fluoridů) a šetří složité systémy klimatizace nebo čerpání chladicí kapaliny ...

Jak jsem řekl, Google vyhledává oblasti s nejlevnějšími cenami energie instalovat jejich serverová centra, protože i když je rozdíl malý, po letech to znamená mnoho milionů úspor na účtu za elektřinu, předpokládám, že ve Španělsku to mají komplikované s sazbami, které pro nás má naše milovaná Endesa ...

Týkající se hustota tepla, také generuje další základní problém, a to je zkrácení životnosti komponent serveru nebo superpočítače, které se věnuje charakteristikám trvanlivosti a životnosti, které popisujeme v části charakteristik, které by superpočítač měl mít. A toto teplo je způsobeno elektrickým výkonem součástí obvodu, které zbytečně spotřebovávají energii ve formě tepla, stejně jako u spalovacích motorů, jejichž výkon není příliš vysoký a může se pohybovat od 25 do 30% u benzinu nebo 30% a více u vznětových motorů, u 40–50% u některých turbodmychadel. To znamená, například v případě benzínu, že pouze 25 nebo 30% spotřebovaného benzínu je skutečně použito k přenosu energie na kola, zbývajících 75-70% je zbytečné jako teplo v důsledku tření prvků. Jako detail lze říci, že elektrické motory mohou dosáhnout 90% nebo vyšší účinnosti ...

Ačkoli tento příklad motorů není příliš relevantní, tímto vám chci sdělit, že kdykoli v zařízení uvidíte teplo, znamená to, že dochází k plýtvání energií ve formě tepla.

Jakmile budou tyto dva problémy prezentovány a mají jasno poměr tepla a energieMohu vám dát příklad čínského superpočítače Tianhe-1A, který spotřebovává 4,04 MW elektřiny, pokud by byl instalován v zemi, kde je kWh účtováno 0,12 EUR, jako v případě Španělska, což by znamenalo spotřebu 480 EUR / za hodinu (4000 0,12 kW x 4.204.800 EUR), s přihlédnutím k celoročnímu připojení, činí roční spotřeba, která má být zaplacena, 480 24 365 EUR (XNUMX x XNUMX x XNUMX). Čtyři miliony eur jsou nezanedbatelná částka za elektřinu, že?

A je ještě otravnější platit, pokud víme, že kvůli neefektivnosti našich okruhů těchto 4.204.800 XNUMX XNUMX EUR jen procento pro nás bylo opravdu užitečnéa další dobré procento bylo promarněno ve formě tepla. A nejen to, ale museli jsme investovat peníze, abychom zmírnili to teplo, které je zbytečné, ale ovlivňuje naše týmy. Kromě toho, s ohledem na životní prostředí, je tato nepřiměřená spotřeba také velkým problémem, pokud je energie získávána ze zdrojů, které generují určitý druh znečištění (neobnovitelné).

Dalším příkladem by mohl být čínský superpočítač, který nyní zaujímá první místo v Top500, tj. V roce 2018 má nejvyšší výpočetní výkon. Je pojmenován Sunway TaihuLight a je určen pro ropné studie a další vědecké aspekty, farmaceutický výzkum a průmyslový design. Spouští RaiseOS (Linux), používá celkem 40.960 26010 mikroprocesorů SW256, které mají mnoho jader (každý čip má 10.649.600 jader, celkem 20 1,31 93 jader), pevné disky k dokončení 241 PB úložiště a 15 PB paměti RAM, pokud k tomu přidáme všechny moduly. To vám dává výpočetní výkon 16 PFLOPS (vysvětlím, co jsou FLOPS později, pokud nevíte). Jeho cena se pohybuje kolem 6,051 milionů eur a spotřeba dosahuje 15 MW, a proto zaujímá pozici 1 v žebříčku energeticky nejúčinnějších (3,75 XNUMX GFLOPS / W). Těch XNUMX MW znamená, že musíte vynásobit účet za elektřinu pro Tianhe-XNUMXA XNUMX ...

Dokonce i vztah výpočtu výkonu se měří s ohledem na množství wattů potřebných pro generování uvedeného množství výpočtu, mluvím o jednotka FLOPS / W. Čím více FLOPS na watt může stroj generovat, tím efektivnější bude a tím nižší bude faktura za elektřinu, a tím vzniklá teplota, tedy také náklady na jeho chlazení. I tento vztah by mohl být omezujícím faktorem, protože infrastruktura pro instalované chlazení by neumožňovala možné budoucí rozšíření, pokud by nemohla být adekvátně chlazena zařízeními, která máme. Pamatujte, že je také třeba věnovat pozornost jedné z charakteristik, které musí mít: škálovatelnost.

Taxonomie superpočítače:

Existuje mnoho způsobů, jak klasifikovat superpočítače, ale zajímám se o vysvětlení, jak je klasifikovat podle určitých faktorů. Jak jsem řekl, mnozí nepovažují servery za superpočítače a považuji to za velkou chybu, protože se jedná o superpočítače, respektive superpočítače jsou určitým typem serveru, na kterém se snaží vylepšit výpočetní schopnosti.

Takže bych řekl, že typy superpočítačů podle jeho použití Zvuk:

• Server: Je to velmi běžný typ superpočítače, který se může pohybovat od několika mikroprocesorů a několika modulů RAM a pevných disků nakonfigurovaných s určitou úrovní RAID až po velké stroje s tisíci mikroprocesorů, spoustou dostupné paměti RAM a velkou úložnou kapacitou. A nazývají se servery právě proto, že mají nabízet nějaký typ služby: úložiště, hosting, VPS, pošta, web atd.
• Superpočítač: rozdíl mezi serverovou farmou a superpočítačem na vizuální úrovni je nulový, nelze je rozlišit. Jediné, co je odlišuje, je to, že superpočítače jsou určeny k provádění složitých matematických nebo vědeckých výpočtů, simulací atd. Proto je zde nejdůležitější kvalita výpočtu. Nezaměňujte však pojem superpočítač, který jsme této skupině dali, a myslete si, že servery a mainframy nejsou superpočítače (opět trvám na tom).
• mainframe: jsou to speciální superpočítače, i když podle definice jsou to velké a drahé stroje s velmi vysokou kapacitou pro zpracování velkého množství dat, jako je například udržování civilní kontroly nad nějakým druhem, bankovní transakce atd. Na druhou stranu existuje jasný rozdíl mezi sálovým počítačem a superpočítačem, a to v tom, že sálové počítače musí zlepšit své I / O schopnosti a musí být spolehlivější, protože musí přistupovat k velkému množství dat, jako jsou externí databáze. Sálové počítače jsou obecně více využívány vládními ministerstvy nebo určitými bankami nebo společnostmi, zatímco superpočítače jsou vyhledávanějšími vědci a armádou. IBM je přední společností v oblasti sálových počítačů, jako je její architektura z / Architecture založená na výpočetních zvířatech, jako jsou její čipy, a na nich distribuce jako SUSE Linux ...

Co se týče typů podle infrastruktury:

• Clustering: Jedná se o techniku ​​spojování počítačů navzájem propojených sítí za účelem vytvoření velkého superpočítače, sálového počítače nebo serveru. To znamená, že je to základ, o kterém jsme hovořili v předchozích částech.
  • Centralizované: všechny uzly jsou umístěny na stejném místě, například sálové počítače a většina serverů nebo superpočítačů.
  • Distribuováno: všechny uzly nejsou umístěny na stejném místě, někdy je lze oddělit na velké vzdálenosti nebo je rozdělit geograficky, ale vzájemně propojené a fungující, jako by byly pouze jeden. Máme příklad ve španělské superpočítačové síti, kterou tvoří 13 superpočítačů distribuovaných po celém poloostrově. Těch 13 je vzájemně propojeno, aby vědecké komunitě nabídlo výpočetní techniku ​​s velmi vysokým výkonem. Některá jména superpočítačů, které ji skládají, jsou: MareNostrum (Barcelona), Picasso (Málaga), Finisterrae2 (Galicie), Magerit a Cibeles (Madrid) atd.
• grid computing: Je to další způsob, jak využívat a využívat necentralizované heterogenní zdroje, obecně můžete pro některé aplikace využít výpočetní kapacity, úložiště atd. Různých zařízení po celém světě. Můžeme například vzít část výpočetního výkonu tisíců nebo milionů stolních počítačů nebo notebooků mnoha uživatelů, smartphonů atd. Všechny z nich tvoří propojenou síť přes internet, aby vyřešily problém. Například SETI @ home je projekt distribuované nebo síťové výpočetní techniky, který funguje na platformě BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing), se kterou můžete spolupracovat instalací jednoduchého softwaru do počítače tak, aby převzal část vašich zdrojů a přidal je do této skvělé sítě pro hledání mimozemského života. Dalším příkladem, který mi napadá, i když není zákonný, je malware, který unese část zdrojů vašeho počítače na těžbu kryptoměn, existují ...

I když existují další způsoby, jak je katalogizovat, Myslím, že jsou to nejzajímavější.

K čemu jsou superpočítače?

Ty vysoké úložné, paměťové nebo výpočtové kapacity, které superpočítače mají, nám umožňují dělat mnoho věcí, které bychom s běžným počítačem nemohli dělat, jako jsou určité vědecké simulace, řešení matematických problémů, výzkum, hostování, nabídka služeb tisícům nebo milionům připojených klienti atd. Stručně řečeno, jsou to nejlepší způsob, jak víme k urychlení lidského pokroku, i když některé z vyšetřovaných věcí jsou destruktivní (používané pro vojenské účely) nebo pro krádež našeho soukromí, například některé servery sociálních sítí a další případy, které jistě znáte.

Servery, velká data, cloud ...

Superpočítače nabízet služby jsou známy jako servery, jak víte. Tyto služby mohou být nejrůznější:

• Souborové servery: mohou pocházet z hostingových služeb nebo hostování webových stránek, úložiště, serverů FTP, heterogenních sítí, NFS atd.
• Servery LDAP a DHCP: další zvláštní servery, které ukládají data jako ty předchozí, i když jejich funkce je jiná, například centralizované přihlášení jako v případě LDAP nebo poskytování dynamických IP adres jako v případě DHCP ...
• Webové servery: mohou být zahrnuty do předchozí skupiny, protože ukládají také data, ale jsou to servery čistě zaměřené na ukládání webových stránek, aby k nim bylo možné přistupovat prostřednictvím protokolu HTTP nebo HTTPS ze sítě. Zákazníci tak budou mít na tuto stránku přístup ze svých prohlížečů.
• Poštovní servery: Můžete poskytovat e-mailové služby, aby zákazníci mohli odesílat a přijímat e-maily.
• NTP servery: poskytují službu pro synchronizaci času, velmi důležitou pro internet. Jsou to zkratky Network Time Protocol a jsou distribuovány ve vrstvách, přičemž nejnižší vrstvy jsou nejpřesnější. Tyto hlavní vrstvy jsou řízeny atomovými hodinami, které mají po celý rok velmi nízké variace, takže dávají superpřesný čas.
• ostatní: jiné servery mohou ukládat velké databáze, velká data, dokonce i velké množství cloudových služeb (IaaS, PaaS, CaaS, SaaS). Příkladem je VPS (Virtual Private Server), tj. Na velkém serveru se ve virtuálních strojích generují desítky nebo stovky izolovaných virtuálních serverů a zákazníkům se nabízí možnost vlastnit jeden z těchto serverů pro úkoly, které chce, aniž by museli platit. skutečný server a platba za infrastrukturu a údržbu, stačí zaplatit poplatek za získání této služby od poskytovatele ...

A tím skončíme nejvýznamnější z této kategorie.

IA:

Některé superpočítače jsou navrženy tak, aby implementovat systémy AI (Artificial Intelligence), to znamená struktury, které jsou schopné se učit pomocí umělých neuronových sítí, buď implementovaných softwarovými algoritmy, nebo neurálními čipy. Jedním z příkladů, které teď mám na mysli, je superpočítač IBM Blue Gene a algoritmus BlueMatter vyvinutý společností IBM a Stanford University, aby bylo možné implementovat umělý lidský mozek do superpočítače a analyzovat tak, co se v něm děje u některých psychických onemocnění nebo neurodegenerativní onemocnění, jako je Alzheimerova choroba, čímž lépe porozumíte tomu, co se děje uvnitř mozku, a budete moci pokročit v nových způsobech léčby nebo mít lepší znalosti o našem nejtajemnějším orgánu.

Také mnoho služeb AI, které používáme, je založeno na superpočítači, jako je Siri nebo Amazon (viz Alexa pro Echo) atd. Ale možná ten příklad, který mě nejvíce zajímá, je IBM Watson, superpočítač, který implementuje počítačový systém AI nazývaný také Watson, který je schopen odpovídat na otázky formulované v přirozeném jazyce a další události, pro které byl naprogramován, jako je „vaření“ nebo znalost určitých směsí ingrediencí, které mohou být příjemné pro chuťové buňky .

Je založen na velké databázi s velkým množstvím informací z knih, encyklopedie (včetně anglické Wikipedie) a mnoho dalších zdrojů, kde můžete hledat informace a poskytovat odpovědi. Je založen na mikroprocesorech IBM POWER7 a má přibližně 16 TB paměti RAM a několik úložišť PB pro uložení velkého množství informací, hardwaru, který stojí více než 3 miliony dolarů. Jeho vývojáři navíc tvrdí, že dokáže zpracovat 500 GB informací za sekundu. A k naší radosti je založen na některých bezplatných projektech a operačním systému SUSE Linux Enterprise Server.

Vědecké aplikace:

Ale superpočítače se většinou používají pro vědecké aplikace, buď pro výzkum obecně, nebo pro konkrétní vojenské použití. Používají se například k provádění mnoha výpočtů kvantové a jaderné fyziky, studií hmoty jako superpočítač CERN, simulací k pochopení chování elementárních molekul nebo částic, simulací tekutin, jako je CFD ke studiu erodynamiky závodních automobilů, letadel atd.

Také pro další studie chemie, biologie a medicína. Například pokusit se lépe porozumět chování určitých nemocí nebo znovu vytvořit reprodukci nádorů, a pokusit se tak najít lepší řešení rakoviny. Dan Brown řekl o MareNostrum, že snad z toho vyléčí rakovinu, doufejme, že to bude čím dříve, tím lépe. Na UMA (University of Malaga) pracuje Miguel Ujaldon že jsme mohli v LxA pohovorovat výhradně pro jeho vývoj s NVIDIA CUDA v superpočítači, a on může mluvit o těchto vývojech, které zlepší naše zdraví ... Napadají mě také další praktické aplikace, jako je studie a predikce přirozených jevy, jako je počasí, studie řetězců a mutací DNA, skládání proteinů a analýza jaderných výbuchů.

Mějte na paměti, že pro všechny tyto studie a vyšetřování je zapotřebí obrovské množství výpočtů velmi přesní matematici a velmi rychle se pohybující spousta dat, něco, co kdyby lidé museli udělat s jedinou pomocí svého intelektu, mohlo by trvat století, než se našlo řešení, zatímco s těmito stroji se za pár sekund dokázalo vyvinout brutální množství matematických procesů.

Jaké jsou nejmocnější na světě?

Už jsem v některých případech naznačoval, že existuje seznam 500 nejvýkonnějších superpočítačů na světě které jsou pravidelně aktualizovány. Je to o Top500, kde také najdete velké množství statistik o těchto strojích, informacích atd., jakož i další konkrétní seznam s názvem Green500 která se zaměřuje na tuto energetickou účinnost, tedy nejen při měření hrubých FLOPS, které může stroj vyvinout, ale také při hodnocení 500 strojů s nejlepším poměrem FLOPS / W.

Mohou však existovat mnohem výkonnější superpočítače, které se na seznamu neobjevují, buď proto, že jsou určeny tajné vládní projekty nebo proto, že kvůli svým charakteristikám nesplňují určité požadavky, které mají být analyzovány prostřednictvím srovnávacích testů, které popíšeme v další části, a proto výsledky nebyly publikovány v tomto Top500. Kromě toho existuje podezření, že některé z dobře umístěných strojů na tomto seznamu mohou tyto výsledky pozměňovat, protože jsou speciálně optimalizovány tak, aby v těchto analýzách výkonu dosáhly dobrých výsledků, i když v praxi to tak není.

Benchmarky

Testy pro umístění těchto superpočítačů na seznam Top500 nebo pro měření výkonu všech těch, kteří jsou mimo tento seznam, jsou dobře známy všem, ve skutečnosti jsou podobné nebo stejné jako ty, které provádíme na našich domácích počítačích nebo mobilních zařízeních, abychom viděli váš výkon. Mluvím o softwaru benchmarky. Tyto typy programů jsou velmi specifické části kódu, které provádějí určité matematické operace nebo smyčky, které slouží k měření času potřebného pro jejich provedení strojem.

Podle získaná známka, bude umístěn na uvedeném seznamu nebo bude určen výkon, který tento stroj může mít v praktickém světě, pro vyšetřování, která jsme podrobně popsali dříve. Benchmarky obvykle testují i ​​další komponenty, nejen procesorovou jednotku, ale také RAM, grafickou kartu, pevný disk, I / O atd. Kromě toho jsou nejpraktičtější nejen pro znalost výkonu, kterého může stroj dosáhnout, ale také pro to, co je třeba vylepšit nebo rozšířit ...

L typy zkoušek Lze je rozdělit na syntetické, nízké / vysoké a další. První jsou ty testy nebo programy, které jsou speciálně navrženy pro měření výkonu (např .: Dhrystone, Whetstone, ...), zatímco ty na nízké úrovni jsou ty, které měří výkon komponenty přímo, například latence paměti , časy přístupu do paměti, IPC atd. Místo toho se ty na vysoké úrovni pokoušejí měřit výkon sad komponent, například rychlost kódování, komprese atd., Což znamená měření celkového výkonu hardwarové komponenty, která do ní interferuje, ovladače a manipulace že OS to dělá. Zbytek testů lze použít k měření spotřeby energie, teploty, sítí, hluku, pracovní zátěže atd.

Snad nejznámější program pro benchmarking superpočítačů je LINPACK, protože byl koncipován pro měření výkonu ve vědeckých a technických systémech. Program intenzivně využívá operace s plovoucí desetinnou čárkou, proto výsledky hodně závisí na potenciálu systému FPU a to je přesně to, co je nejdůležitější měřit ve většině superpočítačů. A to je místo, kde můžeme měřit tu jednotku, o které jsme tolik mluvili v celém článku: FLOPS.

L FLOPS (operace s pohyblivou řádovou čárkou za sekundu) Měří počet výpočtů nebo operací s plovoucí desetinnou čárkou, které může počítač provést za jednu sekundu. Už víte, že počítače mohou provádět dva typy operací, s celými čísly a s plovoucími čárkami, tj. S čísly ze sady přirozených čísel (… -3, -2, -1,0,1,2,3,… ) a se sadami racionálních čísel (zlomků). Přesně když pracujeme se simulacemi, 3D grafikou nebo složitými matematickými výpočty, fyzikou nebo inženýrstvím, jsou právě tyto operace s plovoucí desetinnou čárkou nejhojnější a zajímá nás stroj, který je zvládne rychleji ...

To znamená, že mluvíme o stroji Sunway TaihuLight Může provádět při maximálním zatížení přibližně 93.014.600.000.000.000 XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX operací s plovoucí desetinnou čárkou za každou sekundu. Impozantní!

Části superpočítače: jak jsou postaveny?

V článku jste již viděli mnoho jejich fotografií serverové farmy, ty typické velké místnosti, které mají velké množství kabeláže přes strop nebo pod podlahu, která propojuje ty velké skříně, které jsou zarovnány jako na chodbách. Nyní je čas zjistit, co ty skříňky jsou a co obsahují uvnitř, i když v tomto okamžiku si myslím, že už docela dobře víš, o čem mluvíme.

Části superpočítače:

Pokud se podíváte na předchozí obrázek architektury superpočítače IBM, ukazuje se to docela dobře jak jsou ustaveny. Lze ocenit dobře části od nejjednodušší po sestavenou sadu. Jak vidíte, základní složkou je čip, tj. CPU nebo mikroprocesor, který se používá jako základna. Představte si například, že jde o AMD EPYC. Poté bude uvedená karta AMD EPYC vložena do základní desky, která má obvykle dvě nebo čtyři patice, takže každá z nich bude mít 1 nebo 2 EPYC na rozdíl od základních desek, které máme v našich počítačích jiných než MP.

Už tu máme desku s několika čipy a na základní desce budou samozřejmě také přidány normální komponenty. základna plaky na domácím počítači, tj. na paměťových bankách atd. Jedna z těchto desek se často nazývá vypočítat auto jak vidíte na obrázku. A obvykle jsou uspořádány v kovových zásuvkách samostatně nebo seskupeny do několika. Tyto zásuvky jsou ty, které vidíte na démonické fotografii karta uzlu. Tyto uzly nebo zásuvky se vkládají do kolejnic, které mají obvykle standardní měření podle skupin (střední letadlo), i když ne vždy všechny odpovídají uzlům s výpočetními vozidly, ale některá pole jsou ponechána volná dole a nahoře pro uložení dalších „zásuvek“ nebo uzlů se síťovými kartami a spojovacími systémy, které všechny tyto prvky propojí s jinými skříněmi, napájecí zdroj nebo napájecí zdroj, další zásobníky, které budou obsahovat pevné disky nakonfigurované v protokolu RADI atd.

Ty kolejnice, do kterých jsou vloženy tyto „zásuvky“ nebo uzly, o kterých jsme mluvili, jsou namontovány dvěma možnými způsoby: čepelí a  stojan (regály), jako ten, který vidíme na různých fotografiích. Jak jsem již řekl, obvykle mají standardní měření, aby prvky, které jdou dovnitř, zapadly dobře, jak se to děje u věže stolního počítače, s rozměry v palcích, takže při vkládání jakékoli součásti do pozic není problém. Kromě toho raky obvykle nechodí samy, protože je lze také seskupit do skupin, které v případě potřeby vypadají jako velké skříně s dalšími pomocnými prvky.

V závislosti na velikosti sálového počítače, serveru nebo superpočítače bude počet skříní větší nebo menší, ale vždy budou vzájemně propojeny svými síťovými kartami, obvykle pomocí výkonných propojovací systémy vysoký výkon a optická vlákna, aby fungovaly jako jeden počítač. Nezapomeňte, že mluvíme o distribuovaných, proto mohou být tyto skříně ve stejné budově nebo distribuovány na jiných místech, v takovém případě budou připojeny k síti WAN nebo Internetu, aby fungovaly společně. Mimochodem, sítě, které by doma udělaly blázna z našich nejrychlejších optických připojení ...

Druhy chlazení:

Už jsme mluvili o starostech o chlazeníJedna věc, která vyniká, když vstoupíte do serverové farmy nebo datového centra, je velký hluk, který obvykle v některých a konceptech existuje. Je to proto, že tyto chladicí systémy musí udržovat systémy na vhodné teplotě. A to, co vidíte na obrázku výše, není ani víc, ani méně než místnost, kde je umístěn celý pomocný chladicí systém jednoho z těchto center, jak vidíte, je poměrně velký, složitý a nezdá se, že je „levný“ na údržbu.

Ty, které jsou vzduchem chlazené, potřebují obrovské klimatizační místnostiPokud si v létě stěžujete na účet za vložení svého gadgetu, představte si tyto. A to vytváří ten velký hluk a průvan, který jsem řekl dříve. A v případě bytí kapalinou chlazený, věc není o moc lepší, jak se cení, se sofistikovanými konstrukcemi trubek, následnou kontrolou, aby se zabránilo únikům, a nutností použít tisíce nebo miliony litrů vody.

Diskutuje se o používání recyklované vody v čistírnách nebo o zachycování dešťové vody, aby nedošlo k plýtvání tímto obrovským množstvím vody, a také o tom, co jsem zmínil dříve, o umístění datových center pod mořem nebo na platformách přes oceán používat mořskou vodu jako chladivo. V současné době voda prochází tepelnými zdroji, aby extrahovala tyto další stupně, a poté je horká voda čerpána do chladicích věží, takže je znovu ochlazována a cyklus začíná znovu. Byly také navrženy další experimentální metody, které používají jiná kapalná chladiva ve výměnných systémech ke snížení teploty vody bez nákladných kapalinových kompresorů.

Propojovací sítě:

Sítě, kterými propojit různé uzly a převodníky serverů nebo superpočítačů jsou ultrarychlé optické sítě, protože je třeba se vyhnout překážkám, které by toto paradigma masivně paralelních seskupovacích prvků snížily. Pokud má stroj připojení ven, mám na mysli, že pokud je připojen k internetu, je šířka pásma, kterou zpracovávají, nesmírně velká, jak si dokážete představit.

Typické jsou například technologie propojení clusterů typu Myrinet a Infiniand. Například v případě Myrinet Skládá se ze síťových karet vyvinutých speciálně pro tento typ připojení, které budou umístěny v zásuvce nebo uzlu, který popisujeme v části dílů. Kabely z optických vláken (upstream / downstream) připojené k jednomu konektoru je opustí / vstoupí do nich. Propojení se provádí pomocí přepínačů nebo směrovačů, které budou ve skříních. Mívají také dobrou odolnost proti chybám a vyvinuli se tak, aby dosáhli rychlosti 10 Gbit /.

Místo toho, kapela infini je pokročilejší a je nejpoužívanější metodou. Jedná se o systém s vysokou rychlostí, nízkou latencí a nízkou režií CPU, což je výhoda oproti Myrnetu, protože umožňuje využití výkonu CPU pro účely, pro které má být použit, odečtením minima pro správu systému. . Kromě toho se jedná o standard udržovaný a vyvinutý ne společností, jako byla ta předchozí, ale asociací zvanou IBTA.

Stejně jako Myrnet používá Infiniband pro připojení síťové karty (připojené k slotům PCI Express) s kabeláží z optických vláken, s obousměrná sériová sběrnice který se vyhne problémům paralelních sběrnic spojených s dlouhými vzdálenostmi. Přestože je sériový, může dosáhnout rychlosti 2,5 Gbit / s v každém směru každého z odkazů a v některých verzích dosahuje maximální propustnosti asi 96 Gbps.

Údržba a správa:

Superpočítače nebo servery budou mít prapor personálu, všechny opravdu zajímají funkce nebo služby, které stroj ve skutečnosti má. Normálně jsme zvyklí na domácí počítače, protože máme tendenci být sysadminy našich systémů a také uživateli, kteří jej používají. To se ale neděje v těchto případech, kdy pokud se jedná o server, budou uživatelé klienty a pokud se jedná o superpočítač, budou to vědci nebo kdokoli, kdo jej používá ...

• Inženýři a vývojáři: mohou se postarat o správnost stroje nebo provozu.
• Správci systému: sysadmins bude mít na starosti správu operačního systému nainstalovaného na superpočítači, aby fungoval správně. Obecně tyto servery nebo superpočítače obvykle nemají desktopové prostředí nebo grafická rozhraní, takže vše se obvykle děje z terminálu. Proto se mohou sysadmini fyzicky připojit k počítači pomocí hloupého terminálu, nebo pokud je možná vzdálená správa, připojí se vzdáleně pomocí ssh a dalších podobných protokolů, aby provedli nezbytné příkazy.

• Ostatní správci: pokud jsou ve stroji databáze, weby a další systémy.
• Bezpečnostní experti: mohou být několika typů, z nichž některé mají na starosti fyzické nebo obvodové zabezpečení, tj. sledovacími kamerami, zabezpečením v přístupech do datového centra, rovněž tak, aby se zabránilo možným nehodám (např .: požáry) atd., ale také bezpečnostní experti, kteří zabezpečují systém, aby se vyhnuli možným útokům.
• Technici: budou také nejrůznější, s techniky, kteří mají na starosti údržbu infrastruktury, síťovými techniky, techniky, kteří mají na starosti výměnu poškozených komponent nebo jejich opravu atd. Normálně mají hloupé terminály a v nich jim software říká nebo označuje komponentu, která je poškozená, a jako by to byla mřížková hra, poskytla by řadu souřadnic, aby technik věděl, do které uličky a stojanu má jít, aby vyměnil konkrétní prvek, který selhává. Chodby a regály proto budou označeny, jako by šlo o parkoviště. Kromě toho jsou v samotné místnosti obvykle police s krabicemi náhradních prvků, které by mohly nahradit ty, které selhaly. Samozřejmě se to dělá horké, to znamená bez vypnutí systému. Extrahují uzel, vymění komponentu, vloží uzel a připojí se, zatímco zbytek pokračuje v práci ...

Když jsem řekl termín němý terminálMám na mysli typ stolu s kolečky, který se obvykle nachází v těchto typech center a který má obrazovku a klávesnici. Tuto ústřednu lze připojit k serveru nebo superpočítači, aby technik nebo sysadmin mohl provádět kontroly.

Operační systémy:

Jak již víte, Linux byl vytvořen s cílem dobýt sektor desktopů, ale paradoxně je to jediný sektor, kterému dnes nedominuje. The desktop je téměř monopolní společností Microsoft a jeho Windows, velmi daleko následuje Apple MacOS s podílem kolem 6–10% a 2–4% pro GNU / Linux ...

Čísla nejsou příliš spolehlivá, protože zdroje, které se věnují provádění těchto studií, někdy neprovádějí testy adekvátním způsobem nebo jsou zkreslené v určitých oblastech planety ... Některé navíc obsahují ChromeOS a jiné pouze distribu GNU / Linux při této kvótě. Například, NetMarketShare zveřejnil studii, která zařadila Linux na 4,83% a MacOS na 6,29%, tedy docela blízko. Předpokládám, že do této studie zahrnovali také ChromeOS. Je to však málo ve srovnání s 88,88%, které dávají Windows, i když mnohem lepší než FreeBSD (0,01%) a další operační systémy, které se nerovnají ani FreeBSD, sečteny dohromady.

Na druhou stranu se tyto plaché údaje nevyskytují v sektorech, jako je skvělé stroje, vestavěná, mobilní zařízení atd. Například v odvětví superpočítačů, které se nás nyní týká, je dominance téměř urážlivá a absolutní. Pokud se podíváte na seznam nejvýkonnějších superpočítačů na světě, statistiky z června 2018 uvádějí, že 100% z 500 nejvýkonnějších používá Linux.

Pokud se vrátíme do roku 1998, byl mezi nimi pouze 1 linuxový superpočítač 500 silnějších. V roce 1999 toto číslo vzrostlo na 17, další v následujícím roce, 28 v roce 2000, a odtud exponenciálně vzrostly a dosáhly 198 v roce 2003, 376 v roce 2006, 2007 dosáhly 427 a odtud rostly jen pomalu, dokud nedosáhly čísel přibližně 490 z 500, které oscilovaly až do dosažení současných 500 z 500.

Proto na těchto serverech, sálových počítačích nebo superpočítačích s úplným zabezpečením uvidíte distribuci Red Hat a SUSE, Nainstalovány RHEL nebo SLES nebo jiné různé distribuce jako Debian, CentOS, Kylin Linux atd. V případě, že nemáte Linux, měl by nějaký jiný UNIX, jako je Solaris, AIX, UX nebo nějaký BSD, ale ty, které jsou nápadné svou absencí, jsou MacOS a Windows. A jak jsem uvedl v předchozí části, obecně bez desktopového prostředí, protože chcete přidělit veškerou sílu těchto počítačů účelu, pro který byly navrženy, a ne plýtvat jejich částí v grafických prostředích, která jsou navíc malý zájem pro ty, kdo s nimi zacházejí. Další odlišnou věcí jsou klientské počítače, kde pracují uživatelé nebo vědci, které budou mít grafické prostředí pro analýzu informací intuitivnějším a grafičtějším způsobem.

Jak vytvořit domácí superpočítač?

Ano, můžete vytvořit domácí superpočítač. Ve skutečnosti v síti najdete některé projekty, jako jsou superpočítače složené z mnoha desek Raspberry Pi se připojil. Je zřejmé, že schopnosti těchto strojů nebudou z jiného světa, ale umožňují přidejte kapacity mnoha z těchto desek a přimět je, aby fungovaly, jako by to byl jediný stroj. Více než pro praktické použití se tento typ kutilských projektů učí, jak vytvořit superpočítač, ale levněji a v menším měřítku, aby si ho mohl udělat kdokoli doma.

Nazývá se další typ clusteru nebo superpočítače, který lze vyrobit doma nebo levněji než velké stroje Beowulf. Může být implementován s jakýmkoli unixovým systémem, jako je BSD, Linux nebo Solaris a s využitím projektů s otevřeným zdrojovým kódem využít tohoto paralelního spojení strojů. V zásadě dosahuje spojení několika počítačů připojených ethernetovými kartami a přepínači, aby se k nim připojil a umožnil jim pracovat jako jeden systém.

S několika Staré počítače nebo že nepoužíváte a jakýkoli linuxový distro jako Ubuntu, můžete si postavit svůj Beowulf. Doporučuji vám zkontrolovat projekty MOSIX / OpenMOSIX o PelicanHPC. S nimi budete moci tuto implementaci provést. Pokud vás však zaujme, pokusím se v budoucnu vytvořit v LxA výukový program, jak jej implementovat praktickým způsobem a krok za krokem.

Nainstalujte do počítače operační systém

Tuto část lze poměrně snadno popsat, protože instalace je prakticky stejné jako v jakémkoli počítači. Pouze si musíme uvědomit, že bychom měli konfigurovat určité aspekty, jako je například použitá konfigurace LVM nebo RAID. Ale obecně to není příliš daleko od každodenní instalace. Jedinou šokující věcí je, že místo jediného procesoru a některých modulů RAM a jednoho nebo dvou pevných disků jich jsou stovky nebo tisíce, i když z pohledu správce to není žádný rozdíl. Systém uvidí stroj jako celek, pouze zdroje, které máme, jsou mimořádné.

Co si také všimnete, rozdíl bude absence systému BIOS / UEFIprotože tyto systémy často používají různé systémy EFI nebo jiné velmi specifické implementace firmwaru pro určité platformy založené na SPARC, POWER atd. Například Intel EFI je podporován pro Intel Itanium. Ve skutečnosti, pokud nás čtete pravidelně, budete také znát skvělý projekt linuxboot. To ale nepředstavuje příliš velký problém, stačí se seznámit s tímto rozhraním a nic jiného, ​​navíc počet případů, kdy je tento typ zařízení vypnut / zapnut nebo restartován, je prakticky nulový.

Táta máma! Mohu mít doma superpočítač?

Bez ohledu na prototypy, které můžeme sestavit pomocí formátu Beowulf nebo shluku desek Raspberry Pi nebo jiných typů SBC, mám pro vás dobrou zprávu. Sílu superpočítače můžete využívat z domova, aniž byste si museli kupovat nebo instalovat infrastrukturu. Jen platba měsíčního poplatku za zakoupení této služby můžete se spolehnout na veškerou dostupnou energii pro jakýkoli účel, který chcete použít. A to díky různým cloudovým službám, jako jsou AWS (Amazon Web Services), Google Cloud Computing, Microsoft Azure, IBM atd.

Pronájem tohoto typu služeb navíc znamená nejen úspory ve srovnání s vlastním dedikovaným serverem, ale také umožňuje další výhody. Například nám umožňuje rychle zvýšit potenciál nebo velikost naší služby tím, že si najmeme o něco vyšší sazbu, což by něco, co kdybychom to fyzicky měli, znamenalo nákup nového vybavení. Rovněž nemusíme platit další výdaje, jako je spotřeba elektřiny nebo personál údržby, protože o to se postarají technici dodavatele, což nám umožní nabídnout vám záruky spolehlivosti za dobrou cenu.

Existuje mnoho služeb, které nabídnout VPS za dobrou cenu, tj. virtuální server implementovaný na virtuálním stroji ve skutečném serveru nebo superpočítači. Tento server bude mít přístup k části schopností skutečného stroje, které vám může nabídnout. Můžete najít dobré platformy VPS s 1 a 1, TMDHosting, HostGator, Dreamhost a mnoho dalších ... Také uvidíte vlastnosti VPS na příslušných webech spolu s cenami. Mezi charakteristikami uvidíte paměť RAM, procesory, dostupné úložiště, šířku pásma nebo povolený síťový provoz atd. Navíc tyto VPS mohou být podle vašich potřeb hlavně Linux nebo Windows.

Na druhou stranu máme další poněkud pokročilejší služby, jako jsou cloudové služby, které nám umožňují smlouva IaaS (Infrastructure as a Service) nebo infrastruktura jako služba. To znamená, že nám umožňuje mít superpočítač nebo server jako službu, aniž bychom jej museli fyzicky mít. V tomto případě máme Microsoft Azure, Google Cloud Platform, IBM SoftLayer, CloudSigma, Rackspace, VMWare vCloud Air, Amazon Web Services, Citrix Workspace Cloud, Oracle Cloud Infrastructure atd.

Zdroje:

Architektura počítače a mikroprocesoru - Bitmanův svět

Operační systémy a správa - C2GL

Nezapomeňte zanechat své komentáře s pochybnostmi, příspěvky nebo s tím, co jste našli, můj skromný příspěvek ... Doufám, že vám to pomohlo dozvědět se více o tomto světě.