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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
슈퍼컴퓨터. 발명과 생산의 역사
슈퍼컴퓨터는 기존의 대부분의 컴퓨터보다 기술적 파라미터가 월등히 뛰어난 컴퓨터다. 일반적으로 최신 슈퍼컴퓨터는 컴퓨팅 작업의 병렬화 접근 방식 내에서 최대 성능을 달성하기 위해 로컬 고속 백본으로 서로 연결된 수많은 고성능 서버 컴퓨터입니다. 1996년 영국 컴퓨터 박물관의 큐레이터인 도론 스웨이드(Doron Swade)는 "40년 이상 전에 개발된 러시아의 BESM 슈퍼컴퓨터 시리즈는 미국의 거짓말을 증언할지도 모른다. 냉전 기간 동안 기술 우위를 선언했습니다. 실제로 1960년대 중반은 소련 컴퓨터 기술의 역사에서 절정기였습니다. 그 당시 많은 크리에이티브 팀이 S.A. 연구소 인 소련에서 일했습니다. 레베데바, I.S. 브룩, V.M. Glushkov 등 동시에 가장 다양한 목적을 위해 서로 호환되지 않는 다양한 유형의 기계가 생산되었습니다. 1965년에 제작되어 1967년에 처음으로 출시된 BESM-6은 서양 컴퓨터와 동등하게 설계된 최초의 러시아 컴퓨터였습니다. 그런 다음 유명한 "Elbrus"가 있었고 BESM (Elbrus-B)이 개발되었습니다. V.M. Glushkov는 여전히 서양 아날로그가없는 "Mir-2"(개인용 컴퓨터의 프로토 타입)라는 멋진 엔지니어링 계산 기계를 만들었습니다. Elbrus 팀은 Elbrus 팀이 서양보다 몇 년 일찍 이를 기반으로 Elbrus-1 시스템을 구축하여 수퍼스칼라 아키텍처를 처음으로 개발했습니다. 이 팀에서는 슈퍼 컴퓨터 생산 분야의 선두 주자 인 "Cray"보다 몇 년 앞서 멀티 프로세서 컴퓨터의 아이디어가 구현되었습니다.
Elbrus 그룹의 과학 리더이자 러시아 과학 아카데미의 해당 회원인 Boris Artashesovich Babayan 교수는 그룹의 가장 중요한 성과는 Elbrus-3 슈퍼머신의 아키텍처라고 믿습니다. "이 기계의 논리적 속도는 기존의 모든 것보다 훨씬 높습니다. 즉, 동일한 하드웨어에서 이 아키텍처를 사용하면 작업 실행 속도를 여러 번 높일 수 있습니다. 처음으로 보안 프로그래밍을 위한 하드웨어 지원을 구현했습니다. 시간, 우리는 서양에서 시도조차하지 않았습니다. "Elbrus-3 "는 1991 년에 지어졌습니다. 이미 우리 연구소에서 준비가되어 디버깅을 시작했습니다. 서양 회사는 그러한 아키텍처를 만들 가능성에 대해 너무 많이 이야기했습니다 .. . 기술은 역겨웠지만 아키텍처가 너무 완벽해서 이 기계는 당시 가장 빠른 미국 슈퍼카인 Cray Y-MP보다 XNUMX배 더 빨랐습니다." 보안 프로그래밍의 원칙은 현재 Java 언어의 개념으로 구현되고 있으며 Elbrus와 유사한 아이디어는 이제 Intel이 HP와 함께 개발한 차세대 프로세서인 Merced의 기반을 형성했습니다. "Merced를 보면 Elbrus-3와 거의 동일한 아키텍처입니다. Merced의 일부 세부 사항이 다를 수 있으며 더 나은 것은 아닙니다." 따라서 일반적인 침체에도 불구하고 컴퓨터와 슈퍼컴퓨터를 만드는 것은 여전히 가능했습니다. 불행히도 일반적으로 러시아 산업에 일어난 것과 같은 일이 우리 컴퓨터에도 일어났습니다. 그러나 오늘날 언뜻보기에 이국적인 새로운 매개 변수는 국가가 보유한 총 컴퓨터 용량 인 전통적인 거시 경제 지표 (예 : GDP, 금 및 외환 보유고)의 수에 도달하기 위해 지속적으로 노력하고 있습니다. 슈퍼컴퓨터는 이 지표에서 가장 큰 비중을 차지할 것입니다. XNUMX년 전에 이 기계는 독특한 괴물이었지만 이제 생산이 시작되었습니다. Kompaniya 잡지의 Arkady Volovik은 "처음에 컴퓨터는 핵 및 로켓 연구와 관련된 복잡한 계산을 위해 만들어졌습니다. "슈퍼컴퓨터가 지구의 생태적 균형을 유지하는 데 도움이 되었다는 사실을 아는 사람은 거의 없습니다. 핵무기, 그리고 이러한 실험은 결국 초강대국이 실제 핵무기 실험을 포기하도록 허용했습니다. 따라서 IBM의 강력한 멀티 프로세서 컴퓨터 Blue Pacific은 핵무기 실험을 시뮬레이션하는 데 사용됩니다. 사실 기여한 것은 외교관이 아니라 컴퓨터 과학자였습니다. 핵 실험 중단 협상의 성공에 Compaq Computer Corp.는 2500개의 알파 프로세서를 기반으로 유럽 최대의 슈퍼 컴퓨터를 구축합니다. 항공 기술 설계에는 대규모 계산이 필요합니다. 항공기의 매개변수를 모델링하려면 막대한 전력이 필요합니다. 예를 들어 항공기의 표면을 계산하려면 날개와 동체의 각 지점에서 평방 센티미터당 공기 흐름의 매개변수를 계산해야 합니다. 즉, 제곱센티미터당 방정식을 풀어야 하고, 항공기의 표면적은 수십 제곱미터이다. 표면의 형상을 변경할 때 모든 것을 다시 계산해야 합니다. 또한 이러한 계산은 신속하게 이루어져야 하며 그렇지 않으면 설계 프로세스가 지연됩니다. 우주 비행은 비행이 아니라 계산으로 시작되었습니다. 슈퍼컴퓨터는 여기에 응용할 수 있는 거대한 분야가 있습니다." Boeing Corporation은 Linux NetworX에서 개발하고 다양한 목적을 위해 위성을 발사하도록 설계된 Delta IV 로켓의 연료 동작을 시뮬레이션하는 데 사용되는 슈퍼클러스터를 배치했습니다. 고려한 96개의 클러스터 아키텍처 중에서 Boeing은 수용 가능한 운영 비용을 제공하고 처리 능력 측면에서 Delta IV 프로젝트의 요구 사항을 초과하기 때문에 Linux NetworX 클러스터를 선택했습니다. 클러스터는 고속 이더넷 연결을 통해 상호 연결된 AMD Athlon 850MHz 프로세서 기반의 XNUMX개 서버로 구성됩니다. 2001년 IBM은 미국 국방부를 위해 초당 512억 작업을 처리할 수 있는 478개의 프로세서를 갖춘 Linux 클러스터를 하와이의 슈퍼컴퓨팅 센터에 설치했습니다. 펜타곤 외에도 클러스터는 다른 연방 부서 및 과학 기관, 특히 산불 확산 속도와 방향을 예측하기 위한 클러스터에서도 사용될 것입니다. 이 시스템은 256개의 IBM eServerx330 씬 서버로 구성되며 각각 XNUMX개의 Pentium-III 프로세서를 포함합니다. 서버는 Myricom에서 개발한 클러스터링 메커니즘을 사용하여 연결됩니다. 그러나 슈퍼컴퓨터의 범위는 군산복합체에만 국한되지 않는다. 오늘날 생명공학 기업은 슈퍼컴퓨터의 주요 고객입니다.
Volovik은 "인간 게놈 프로그램의 일환으로 IBM은 수만 개의 프로세서가 있는 컴퓨터를 만들라는 명령을 받았습니다. 그러나 인간 게놈의 해독이 컴퓨터를 사용하는 유일한 예는 아닙니다. 생물학: 오늘날의 신약 개발은 강력한 컴퓨터를 통해서만 가능합니다. 신약은 5-7년이 걸리고 상당한 재정 비용이 필요했지만 오늘날 약물은 약물을 "구축"할 뿐만 아니라 인간에 대한 영향을 평가하는 강력한 컴퓨터를 모델로 합니다. 미국 면역학자들은 160과 싸울 수 있는 약물을 만들었습니다. 이 약은 XNUMX개월 동안 컴퓨터에서 모델링되었습니다. 그것을 만드는 또 다른 방법은 몇 년의 작업이 필요할 것입니다." 그리고 Los Alamos National Laboratory에서는 전 세계적인 AIDS 전염병이 근원으로 "롤백"되었습니다. AIDS 바이러스 사본에 대한 데이터가 슈퍼컴퓨터에 저장되어 최초의 바이러스 출현 시간인 1930년을 결정할 수 있게 되었습니다. 1990년대 중반에 슈퍼컴퓨터의 또 다른 주요 시장이 등장했습니다. 이 시장은 인터넷의 발전과 직접적인 관련이 있습니다. 웹에 있는 정보의 양은 전례 없는 수준에 도달했으며 계속해서 증가하고 있습니다. 더욱이 인터넷의 정보는 비선형적으로 증가하고 있습니다. 데이터의 양이 증가함에 따라 프레젠테이션의 형식도 바뀌고 있습니다. 텍스트와 그림에 음악, 비디오 및 애니메이션이 추가되었습니다. 그 결과 점점 늘어나는 데이터를 어디에 저장할 것인지, 올바른 정보를 찾는 데 걸리는 시간을 어떻게 줄일 것인지 두 가지 문제가 발생했습니다. 슈퍼컴퓨터는 대용량 데이터 처리가 필요한 모든 분야에서도 활용된다. 예를 들어 은행, 물류, 관광, 운송 분야에서요. Compaq은 최근 미국 에너지부에 200억 달러 규모의 슈퍼컴퓨터 계약을 체결했습니다. PC 게임 회사인 Square의 Hironobu Sakaguchi 사장은 "오늘 우리는 게임을 기반으로 영화를 준비하고 있습니다. Square는 5시간 안에 영화에서 한 프레임을 "계산"합니다. GCube에서 이 작업은 1/30초가 걸립니다. " 따라서 미디어 제작 프로세스는 새로운 수준에 도달합니다. 제품 작업 시간이 단축되고 영화 또는 게임 비용이 크게 절감됩니다. 높은 수준의 경쟁으로 인해 플레이어는 슈퍼 컴퓨터의 가격을 낮출 수밖에 없습니다. 가격을 낮추는 한 가지 방법은 많은 표준 프로세서를 사용하는 것입니다. 이 솔루션은 대규모 컴퓨터 시장의 여러 "플레이어"가 한 번에 발명했습니다. 결과적으로 상대적으로 저렴한 직렬 서버가 구매자의 만족을 위해 시장에 등장했습니다. 사실, 번거로운 계산을 작은 부분으로 나누고 각 부분의 실행을 별도의 저렴한 대량 생산 프로세서에 맡기는 것이 더 쉽습니다. 예를 들어, 최근까지 세계에서 가장 빠른 컴퓨터 TOP500 테이블의 첫 번째 라인을 차지한 "Intel"의 ASCI Red는 9632개의 기존 펜티엄 프로세서로 구성됩니다. 이 아키텍처의 또 다른 중요한 장점은 확장성입니다. 단순히 프로세서 수를 늘리면 시스템 성능을 높일 수 있습니다. 사실, 약간의 예약이 있습니다. 첫째, 개별 컴퓨팅 노드의 수가 증가함에 따라 성능이 정비례하여 증가하지 않지만 다소 느리게 시간의 일부는 필연적으로 프로세서 상호 작용을 구성하는 데 소비됩니다. 둘째, 소프트웨어 복잡성이 크게 증가합니다. 그러나 이러한 문제는 성공적으로 해결되고 있으며 "병렬 컴퓨팅"이라는 아이디어는 XNUMX년 이상 발전해 왔습니다. Yuri Revich는 Izvestia에서 "XNUMX년대 초에 메타 컴퓨팅 또는 "분산 컴퓨팅"이라고 하는 새로운 아이디어가 생겼습니다. 이러한 프로세스 구성으로 인해 개별 컴퓨팅 노드는 더 이상 구조적으로 결합되지 않습니다. 하나의 공통 본체로 표현하지만 처음에는 다른 수준의 컴퓨터를 단일 컴퓨팅 컴플렉스로 결합하는 것을 의미했습니다. 예를 들어 예비 데이터 처리는 사용자 워크스테이션에서 수행할 수 있고 기본 모델링은 벡터 파이프라인 슈퍼 컴퓨터에서 수행할 수 있습니다. 선형 방정식의 대규모 시스템 - 대규모 병렬 시스템 , 결과의 시각화 - 특수 그래픽 스테이션에서. 고속 통신 채널로 연결된 별도의 스테이션은 같은 등급이 될 수 있습니다. 이것은 이제 TOP500에서 첫 번째 라인을 차지한 IBM의 ASCI White 슈퍼 컴퓨터가 배치되는 방식으로 512 개의 별도 RS / 6000 서버로 구성됩니다 ( Kasparov를 패배시킨 컴퓨터). 그러나 "유통"이라는 개념의 실제 범위는 인터넷의 보급과 함께 획득되었습니다. 이러한 네트워크에서 개별 노드 간의 통신 채널을 고속이라고 할 수는 없지만 노드 자체의 수는 거의 무제한으로 전화를 걸 수 있습니다. 전 세계 모든 컴퓨터가 참여할 수 있습니다. 지구의 반대쪽 끝에 설정된 작업을 수행합니다. 처음으로 일반 대중은 외계 문명에 대한 SETI@Home 검색의 놀라운 성공과 관련하여 "분산 컴퓨팅"에 대해 이야기하기 시작했습니다. 외계인과의 접촉을 찾는 숭고한 목적을 위해 밤에 전기에 돈을 쓰는 1,5만 명의 자원 봉사자들은 8Tflops의 컴퓨팅 성능을 제공하는데, 이는 기록 보유자보다 약간 뒤쳐지는 것입니다. 언급된 ASCI White 슈퍼컴퓨터는 12Tflops의 "속도"를 개발합니다. 프로젝트 책임자인 David Anderson에 따르면 "우리 프로젝트와 동일한 성능을 가진 단일 슈퍼컴퓨터는 100억 달러의 비용이 들지만 거의 아무것도 없는 상태에서 만들었습니다." 미국의 젊은 수학 학생 Colin Percival은 분산 컴퓨팅의 가능성을 효과적으로 보여주었습니다. 2,5년 동안 전 세계 1742개국에서 온 XNUMX명의 자원봉사자의 도움으로 그는 특정 대회에서 한 번에 세 개의 기록을 세웠으며 그 목적은 숫자 "pi"의 새로운 연속 자릿수를 결정하는 것입니다. 이전에 그는 소수점 이하 XNUMX조 및 XNUMX조 자리를 계산할 수 있었고 가장 최근에는 어떤 숫자가 XNUMX조 자리에 있는지 확인할 수 있었습니다. 슈퍼컴퓨터의 성능은 대부분 초당 부동 소수점 연산(FLOPS)으로 측정되고 표현됩니다. 이는 슈퍼 컴퓨터가 생성되는 수치 모델링 작업이 정수가 아닌 높은 정확도의 실수와 관련된 계산이 가장 자주 필요하기 때문입니다. 따라서 슈퍼컴퓨터의 경우 기존 컴퓨터 시스템의 속도 척도인 MIPS(초당 수백만 건의 작업 수)를 적용할 수 없습니다. 모든 모호함과 근사성에도 불구하고 플롭 평가를 통해 객관적인 기준에 따라 슈퍼컴퓨터 시스템을 서로 쉽게 비교할 수 있습니다. 최초의 슈퍼컴퓨터는 1kflops 정도의 성능을 보였습니다. 초당 1000개의 부동 소수점 연산. 6600백만 플롭(1 Mflops)의 성능을 가진 CDC 1 컴퓨터는 1964년에 만들어졌습니다. 1억 플롭(1기가플롭) 기록은 2년 NEC SX-1983 슈퍼컴퓨터에 의해 1.3Gflops로 추월되었습니다. ASCI Red 슈퍼컴퓨터는 1년에 1조플롭(1996Tflops) 한계에 도달했습니다. 1년 IBM 로드러너 슈퍼컴퓨터가 1조 플롭(2008페타플롭)이라는 이정표를 세웠습니다. 현재 2016년까지 초당 1경 부동 소수점 연산이 가능한 엑사스케일 컴퓨터를 구축하기 위한 작업이 진행 중입니다. 저자: Musskiy S.A.
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