Системы высокопроизводительных вычислений в 2011-2012 годах: обзор достижений и анализ рынка - CAD/CAM/CAE Observer
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ
СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ
Системы высокопроизводительных
вычислений в 2011–2012 годах:
обзор достижений и анализ рынка
Часть III
(Окончание. Начало в ##5,8/2012)
Сергей Павлов, Dr. Phys.
В ниманию читателей предлагается завершаю
щая часть обзора рынка High-Performance
Computing (HPC).
весенних и осенних списках мирового рейтинга супер
компьютеров Top500 и российского Топ50 за 2012 год.
При этом были объединены два ранее разделенных
Первым делом, напомним предысторию. В резуль фрагмента анализа, в которых акценты делались со
тате расширения сферы анализа за счет включения ответственно на супервычислителях и на “���������
����������
первокир
рынков мобильных систем, обзор впервые получился пичиках������������������������������������������
” ����������������������������������������
для них. Это позволило избежать повторе
трехчастным. Произошло и некоторое перераспреде ний, которые стали особенно очевидными, когда пер
ление материала по сравнению с прежними обзорами вая десятка лидирующих систем весеннего и осеннего
[1–6]; первые две части [7] получили несколько иной списков Top500 оставалась неизменной на протяжении
уклон – с акцентами, соответственно, на финансовую всего 2011 года [6].
и рейтинговую тематику. В дальнейшем анализ списков, публикуемых дваж
ды в год, будет проводиться один раз – в конце года.
Вспомним прошлогодние труды Третья, завершающая, часть обзора посвящается
В первой части (Observer #5/2012) была дана ха рассмотрению итогов 2012 года.
рактеристика рынка HPC как сегмента серверного
рынка и рассмотрены доходы “королей” – лидеров Общие мысли
рынков поставщиков HPC-систем и процессоров для В интересующих нас сегментах рынка ИТ и ком
них. Помимо этого, были приведены параметры су муникационных технологий нет недостатка в марке
перкомпьютеров, входящих в первую десятку рейтин тинговой информации – она многократно публикуется
га Top500 (список №39, июнь 2012 г.). на разных стадиях процесса разработки и производст
Впервые в рамках обзора рынка HPC-систем об ва инновационных изделий при их продвижении к их
суждалось положение дел на рынках мобильных предполагаемому потребителю. Рекламные и марке
устройств, в которых уже нашли широкое применение тинговые бюджеты компаний достигают астрономи
двух- и четырехъядерные процессоры. Ожидается, ческих величин и исчисляются миллиардами долла
что рост производительности мобильных многоядер ров (рис. 1). Однако и среди фанатов рекламы есть
ных процессоров будет способствовать увеличению безраздельные лидеры. По оценкам интернет-ресурса
списка ПО для мобильных систем. Это, в свою оче www.asymco.com, компания Samsung в 2012 году по
редь, позволит расширить применение мобильных тратила порядка 12 млрд. долларов на маркетинго
устройств на этапе пре- и постпроцессирования задач, вые цели, включая прямую рекламу (если вспомнить
решаемых с помощью CAE-технологий в такой сфере, название флагманских смартфонов компании, такой
как инженерный анализ при разработке машинострои масштаб воистину можно назвать “галактическим”).
тельных изделий; кроме того, мобильные устройства Такая политика зачастую достигает своей цели,
смогут применяться для удаленного управления высо поскольку под воздействием психологически тонко
копроизводительными вычислениями (ВПВ), выпол построенной рекламы в мозгу потребителя возника
няемыми на супервычислителях различной мощности ет ментальная аберрация, и при выборе устройства,
и базирования. вместо того чтобы опираться на результаты сравне
В первой части обзора также сообщалось, что рас ния функционала, он принимает решение, находясь
ширенная область нашего интереса отныне охваты в плену наведенных иллюзий. Автор этих строк не
вает шесть рынков (см. табл. 1): раз ловил себя на том, что при многократном просмот
• серверов; ре презентационного ролика на второй план отходит
• HPC-систем (сегмент рынка серверов); простая истина – инновационность изделия характе
• мобильных компьютеров (сегмент рынка персо ризуется отнюдь не частотой его появления в реклам
нальных компьютеров); ных блоках.
• планшетных компьютеров (сегмент рынка мо Между тем, есть и некоторые количественные по
бильных компьютеров); казатели, позволяющие судить об инновационной дея
• мобильных телефонов; тельности компаний:
• смартфонов (сегмент рынка мобильных телефо • бюджет, выделяемый на R&D (Research and
нов). Development – исследования и разработки), являет
Во второй части обзора (#8/2012) был дан все ся необходимым условием появления новых изделий
сторонний анализ достижений, зафиксированных в (рис. 2, табл. 2);
CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013 75
• количество зарегистрированных патентов, в кото 67 000 патентов. Не каждое государство может по
рых и отражается результативность проводимых ис хвастаться таким арсеналом.
следований и разработок (рис. 3, табл. 3). Из всего калейдоскопа пресс-релизов о достиже
Безраздельным лидером по числу регистриру ниях, анонсов новых изделий и сообщений о судеб
емых в год патентов уже 20 лет является компания ных патентных спорах мы выделим лишь неболь
IBM. В 2012 году установлен очередной рекорд – шую часть и остановимся на тех событиях, кото
6478 патентов. А всего за период с 1993 по 2012 гг. рые, по нашему мнению, можно рассматривать либо
на счету изобретателей из IBM накопилось порядка как важные шаги в развитии компаний, либо как
Табл. 1. Ведущие поставщики устройств и процессоров
Рынки
Компания HPC
Mobile phones Smartphones Tablet PC PC Servers systems
Поставщики устройств
IBM 1992–1995 1981–2005 + +
HP ? ? + + + +
Dell ? ? + + + +
Oracle (Sun Microsystems) +
Fujitsu + + + + + +
Cray +
Lenovo + + + + +
Acer Group + + + + +
ASUS + +
Sony + + + +
Samsung + + + +
Nokia + + 2013
Apple + + + + +
Amazon +
HTC + +
Research In Motion + +
ZTE + + +
LG Electronics + +
Google (Motorola) + + + +
Microsoft ? ? +
Поставщики процессоров
Intel 2014 + + + +
AMD 2014 + + + +
NVIDIA + + + + + +
IBM Microelectronics + +
Oracle (Sun Microsystems) +
Fujitsu Semiconductors + +
ARM + + + + 2014 2014
Samsung + + + 2014
Texas Instruments + + +
Qualcomm + + +
STMicroelectronics + +
Apple + + +
LG Electronics 2014
Примечания:
CAD/CAM/CAE Observer
• з акрашенные ячейки говорят о попадании компании в пятерку лидеров соответствующего рынка в
III кв. 2012 г.;
• с тепень участия компаний в выполнении различных этапов жизненного цикла разработки и
производства устройств может существенно отличаться;
•н есмотря на то, что HP и Dell объявили о прекращении производства смартфонов и мобильных
телефонов, а компания Microsoft заявила, что не будет заниматься их производством, истинные
намерения этих компаний требуют уточнения.
76 CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ
технологические вехи (когда появляется технология, Теперь кратко остановимся на некоторых ключе
претендующая на звание прорывной – breakthrough вых событиях, которыми запомнился 2012 год, а так
technology). Существенным моментом является то, же наиболее интересных анонсах на 2013 год.
что таких вех не может быть много – их на порядки
меньше, чем сообщений в новостной ленте или стро Высокопроизводительные вычисления
чек в списке изобретений. и суперкомпьютеры
Результаты интуитивного выбора проверялись Как свидетельствует 40-й, юбилейный, список рей
нами с использованием принципа “крупное видится тинга Top500 [7], ведущей мировой суперкомпьютер
издалека”. Чтобы реализовать такую проверку был ной державой являются Соединенные Штаты Амери
подготовлен следующий справочно-иллюстратив ки, и её достижения являются ориентиром для других
ный материал (возможности его применения, на наш регионов.
взгляд, выходят далеко за рамки данного обзора): В этой связи уместно вспомнить об одной юбилей
• комбинированная “дорожная карта” повышения ной дате: 25 лет назад в США была сформулиро-
быстродействия суперкомпьютеров, персональных вана стратегия развития HPC. В администрации
компьютеров, планшетников, смартфонов и процессо президента (Executive Office of the President, Office
ров для этих устройств (рис. 4); of Science and Technology Policy) 20 ноября 1987 года
• вехи на пути повышения быстродействия компью был утвержден документ “A Research and Develop-
теров (табл. 4); ment Strategy for High Performance Computing”. Эта
• вехи развития электронных компьютеров (табл. 5).
стратегия легла в основу федеральной программы раз
На временн¡й шкале параметры устройств-ре вития HPC (The Federal High Performance Computing
кордсменов и процессоров к ним укладываются на Program), датированной сентябрем 1989 года.
прямую в логарифмическом масштабе, что является В этих документах были впервые очерчены фун
иллюстрацией обобщенного закона Мура (Gordon даментальные научные или инженерные задачи (их
Earle Moore – основатель компании Intel). Само по иногда называют Grand Challenges), для эффектив
себе это свидетельствует об экспоненциальном (то есть
ного решения которых необходимы суперкомпью
бурном, если не взрывном) росте производительности теры.
компьютеров в период с 1940 по 2012 гг., а также быст Хотя “повестка дня”, на наш взгляд, с тех пор ра
родействия процессоров – в период с 1971 по 2012 гг.
дикально не изменилась, смысловое наполнение спис
Незатейливый прогноз путем продолжения этих пря ка проблем, естественно, обогащается по мере углуб
мых позволяет достаточно точно предсказать появле ления в проблематику и усложнения постановки задач
ние новых рекордов и вех на пути развития техноло с учетом доступности всё возрастающих вычислитель
гий на период вплоть до 2030 года. ных ресурсов. Сегодня список включает, как мини
мум, следующие направле
Comparison of advertisement expenses of Samsung, Microsoft, ния R&D:
Hewlett-Packard, Apple and Dell companies for 2009÷2012 • прогнозирование пого
ды, а также краткосрочных
CAD/CAM/CAE Observer по данным интернет-ресурса www.asymco.com
и долгосрочных глобаль
ных атмосферных и клима
тических изменений;
• задачи материаловеде
ния;
• проектирование полу
проводниковых приборов
(микросхем);
• создание сверхпровод
ников;
• задачи структурной
биологии;
• задачи фармацевтики,
синтез лекарственных пре
паратов;
• создание новых мате
риалов и химических со
единений – например, ката
лизаторов, иммунологичес
ких агентов;
• расшифровка генома
человека;
• изучение фундамен
Рис. 1. Сравнение расходов на рекламу компаний Samsung, Microsoft, тальных свойств материи,
Hewlett-Packard, Apple и Dell в 2009–2012 гг. в том числе решение задач
CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013 77квантовой хромодинамики и физики конденсирован Табл. 2. Расходы на НИОКР по данным
ного состояния; “The 2012 EU Industrial R&D Scoreboard”
• астрономические задачи, в том числе моделирова и места́ в Top50, занимаемые в 2010–2011 гг.
ние эволюции Вселенной; лидерами рассматриваемых рынков
• транспортные задачи;
• задачи вычислительной гидромеханики, в том 2010 г. 2011 г.
числе моделирование турбулентности;
• моделирование аэрогидродинамических процес Компания R&D R&D
сов и пр., что необходимо для проектирования авто млрд. Место млрд.
EUR EUR
мобилей, гиперзвуковых летательных аппаратов, бес
шумных подводных лодок; Microsoft 6.938 2 7.583
• изучение свойств плазмы, решение задачи управ Samsung 6.254 5 6.858
ляемого термоядерного синтеза; Intel 4.711 8 6.453
• расчет эффективности энергетических установок,
Nokia 4.939 15 4.910
сжигающих топливо;
• разведка месторождений нефти и газа; Sony 4.293 18 4.311
• вычислительные задачи океанологии; IBM 3.907 23 4.219
• разработка систем распознавания и синтеза речи; Google 2.505 26 3.990
• разработка систем перевода; Oracle 3.492 31 3.496
• разработка систем распознавания изображений и LG Electronics 1.646 36 3.154
устройств технического зрения;
• разработка интеллектуальных систем моделиро Hewlett-Packard 2.263 47 2.515
вания логических рассуждений (машинное доказа Fujitsu 2.228 49 2.370
тельство теорем). Qualcomm 1.910 50 2.315
Ориентировочная оценка быстродействия супер
компьютеров, необходимого для решения некоторых экзафлопсной производительностью. Если верить
задач, приведена в табл. 6. закону Мура, это событие должно произойти не позд
В настоящее время программами развития HPC, нее 2019 года (рис. 4).
подкрепленными государственным финансировани Кто первым пересечет финишную черту? Удастся
ем, располагают Евросоюз, Япония, Китай и Рос ли вмешаться в спор ������������������������������
“�����������������������������
локомотивам������������������
”�����������������
Евросоюза – Гер
сия. В качестве рубежа для подведения итогов гон мании, Великобритании или Франции? Сможет ли
ки называется дата построения суперкомпьютера с Россия преодолеть отставание от мировых лидеров?
Вопросов больше, чем от
Top10 of companies-leaders in R&D expenses for 2010÷2011 ветов. Пока, кроме США,
according to “The 2012 EU Industrial R&D Scoreboard” возглавить на какое-то вре
мя Top500 удавалось Япо
нии и Китаю.
Если мы посмотрим в
ближайшее будущее, то
увидим, что в 2013 году
возможно появление ряда
супервычислителей с рекор
дным быстродействием:
“The 2012 EU Industrial R&D Scoreboard”
Cray XC30
В ноябре 2012 года аме
CAD/CAM/CAE Observer по данным
риканская компания Cray
анонсировала гибридную
систему Cray XC30, про
изводительность которой
можно нарастить вплоть до
100 PFLOPS.
Учитывая долговремен
ное сотрудничество компа
нии Cray с Национальным
вычислительный центром
энергетических исследо
ваний (National Energy
Research Scientific Compu
Рис. 2. Первая десятка компаний-лидеров по размерам расходов на НИОКР ting Center – NERSC) На
в 2010–2011 гг. по данным “The 2012 EU Industrial R&D Scoreboard” циональной лаборатории
78 CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ
им. Лоуренса в Беркли Top10 of companies-leaders in number of patents registered
(Lawrence Berkeley Natio by IFI CLAIMS Patent Services (USA) in 2009÷2012
nal Laboratory), можно
предположить, что первой
системой с таким уров
нем быстродействия ста
CAD/CAM/CAE Observer по данным портала ificlaims.com
нет NERSC-8. В середи
не декабря 2012 года был
начат конкурсный отбор
поставщика суперкомпью
тера, который сейчас нахо
дится на стадии RFI (Re-
quest For Information).
Отметим, что приоритет
в том, чтобы предлагать
возможным потребителям
масштабируемый супер
компьютер (обычно такие
устройства проектируются
под заказ конкретной орга
низации), по всей вероят
ности, принадлежит япон
ской компании Fujitsu. В
конце 2011 года она анон
сировала суперкомпьютер
PRIMEHPC FX10, пико
вая производительность Рис. 3. Первая десятка компаний-лидеров по числу патентов,
которого может варьиро зарегистрированных службой IFI CLAIMS Patent Services (США)
ваться от 90.8 TFLOPS до в 2009–2012 гг.
23.2 PFLOPS.
Табл. 3. Количество патентов, зарегистрированных службой IFI CLAIMS Patent Services (США),
и места́ в Top50, занимаемые в 2009–2012 гг. лидерами рассматриваемых рынков
2009 г. 2010 г. 2011 г. 2012 г.
Компания Кол-во Место Кол-во Место Кол-во Место Кол-во
Место патентов патентов патентов патентов
IBM 1 4914 1 5896 1 6180 1 6478
Samsung 2 3611 2 4551 2 4894 2 5081
Sony 7 1680 7 2150 7 2286 4 3032
Microsoft 3 2906 3 3094 6 2311 6 2613
Foxconn 14 995 13 1438 9 1514 8 2013
LG Electronics 12 1065 9 1490 12 1411 10 1624
Fujitsu 11 1220 14 1296 13 1391 11 1535
Hewlett-Packard 10 1273 10 1480 14 1308 15 1394
Qualcomm – 41 657 26 923 17 1292
Intel 8 1537 8 1653 16 1244 18 1290
Google – – – 21 1151
Apple – 46 563 39 676 22 1136
Research In Motion – – 40 663 29 986
Texas Instruments 26 652 27 829 32 794 37 829
Nokia 27 648 33 760 47 585 –
Oracle/Sun Microsystems 32 561 43 646 – –
Всего у компаний-участников 21 062 26 503 26 180 30 454
обозреваемых рынков
Доля от общего числа 42.9% 43.0% 41.7% 43.1%
патентов в Top50
Общее число патентов в Top50 49 090 61 686 62 756 70 578
CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013 79СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ
Performance of computers & supercomputers for 1940÷2012, processors & PC for 1971÷2012, newest tablet PC & smartphones and plans till 2030
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030
1 PFLOPS
1 PIPS
CPU–GPU In High-Performance Computing в мире
te N
AM AMIntel l V
Процессоры D D o C NV Xe IDIA Компьютеры и суперкомпьютеры в мире до 1993 г.
At
h Op re ID on G Лидеры мирового рейтинга Top500 (тест LINPACK)
RISC-процессоры для мобильных lon te i7 IA X1
XP IB In Int ron 260 IB GF Ph 10 Планы строительства суперкомпьютеров в мире
1 TFLOPS
и встроенных устройств 15 M el t I n I n t
I n e 2 0 M
Int tel C l Co 43 K ( PO 10
1 i IB
Со-процессоры и графические 0 P P tel A el 5 M Вехи в развитии суперкомпьютеров в мире 1 ZFLOPS
1 TIPS Int 0+; owe enti Pen MDPen el C ore re i (6- 6-co WE
ускорители In el P Sun r 4; um tium Op tium ore 2 Q 7 92 corere) R7 PO
Не включенный в рейтинг Top500 суперкомпьютер
t e e I 4( t e D 2 u 0 ) FijIBM W
ER
Планы разработки процессоров l P tium ltra tel I 2.4 4 Ex ron 840 Duo ad
n U n SP iut P
s O 8 с быстродействием 1 PFLOPS, определенным по
Вехи в развитии процессоров, e n S t
4 ( PA n H em 2a G t r 2 5 C A R
or C
u S P W
E результатам решения задач молекулярной динамики
а также со-процессоров и
Int
el Int tiu 1.4 G RC ium z) e te T 6 AR R7 F
Pe el
P m H III Qu x-A 3; 4bit C64+ Fu ujits
графических ускорителей 1 S jits u “
Int
nti
um
en
tiu III z) a
AR C lco 5 hen рхи IXfx
а
u“ K пр
1 GFLOPS el Pr m AR Q M ort mm (Qu We тек K com
1 GIPS Pe o II M ua C e a i
lco orte x-A7 Kra d co SW ура
т co p I C
mp ut BM ra С ое 1 EFLOPS
Int
nti Co
x it r 3 ( AR I e y Ш
Ки А, кты
IB IB R BM
um A A r m - e T u
Mo el
48
RM RM tex
-
m
Sc 9
A ) Ки M
та v8 M I
ian te r” ( S Ti
h r 7 e q a t та Ев
11 AR Co A8 ”
to I
6D M r
or
p
й) IB Bl M B KEN Ro C e-1 (54 050 uoi n я,
ro M ue lue M a ra A ( 83 24 a
Ро рос
n tel X AR C t e x i on C
la Int 38 M
o rte -R Bl G G D dr y J Ки 52 ) Fu ray
68 el
28 6 75
0
x-M 4
NE u e
e G ne en G ra un gu тай a )
прjitsu KX7 сс ою
00 6 0 F E
3
In C en /L ( e/L pe- ne ar ) о ек PR
ии за
AR
M2 Hi te Ea e 1 (
rth SG /L ( 310 2129
3 r ты IM ,
1 MIPS
c ta A l I
n S I C 32 72 9 “ Л МГEHP 1 PFLOPS
MO Int
Fu hi/
jits Ts SC tel A IBM im ol 76 ) 2)
ula um 8) “Л “Лом мон
о У C
и М FX
S el u N uk I SC A t b “ Л о м о о
I
Te 80
um uba
Re I R SC or ia МВ омо он нос сов СЦ 10
Int Inte
In el 8 l 8 n o
n t e
ch
l
88
er CP d ed I Wh С K- но осо ов” ” (8
te 00 080 logies 8086 (9 (96 ite К 1 с в 2
Th
ica -P
l W AC 15 32 СК СК ИФ 00K ов” ” (44(824 468
l4 8 65 ink I nt ind S/ 2) ) ИФ М “
15 В ИФ Чеб (HP 53 000 8) ) (Т-
( 3 6
00 02 ing el X 2 К 00 С- Cy ы ) 60 ) ( (Т- Пл
1 kIPS 4 NE Ma P/S
Tu
nn 48
0 -1 0В be ше ) ( Т- Пл ат 1 TFLOPS
C c 1 e
00
0 М C r r i a в” Т- Пл а
Пл а тф фор
SX h ine 40 l
T- ay ат тфо ор мы
PC–Tablet PC–Smartphone–Personal SuperComputer -3 Ty Ed CX
ET /44 s C P фо р мы )
A R M- an ge C
P 1 рм мы )
Персональные компьютеры Sy 5/1 SC Min а & н ы) )
Cr
Вехи в развитии персональных компьютеров CD ay ste 02 -6 i (Т баз NV
C X- ms 4 00 -П е I
Планшетники Смартфоны Вехи в развитии смартфонов Cy MP M1 E
Эл
ь ла Inte DIA
Cr be 3 TA бр тф l X
Персональные суперкомпьютеры ay r2 /4 Cr 10 ус Sa орм eon es
T 1 GFLOPS
-1 05 ay 3( P l
Эл -G/
31 a
Вехи в развитии персональных суперкомпьютеров не P C C m su ы E
-2 Эл ьб 8 PC )
/8 е р за на на ng 2
IB B 3.9 ктро ус 3 ве на ба A 80
зе Ap баз pple
CD urr Эл рш Ga
M CD C ou ьб
ру н и - 1 P C е ба
з A p е iP
lax
yS
St 7 Е St ghs ка на нны еP MD le
iP Int ad
re 030 C
76
С-
10
ar
-1 ILL льб
Э с2 С
PC С Б ба й п en A h e н III
tc 00 60 00 IA зе ро tiu thl on l C а б на
h” CD C рус на СИ Pe ект m
I
o e
n 6 на o а зе ба 1 MFLOPS
IB MI C БЭ на IV 1 Ac Si ба nti ) I I 4; r
ба e 2 Ap зе
M T
TX 66 СМ MO ба PC на orn Co onm з е u m P з p Qu 1 MOPS
NO -0 IB UN At 00 -6 S зе Ap н ба Ar mm P Pe I
e nti S Du e A
е l alc
M I l Te Ap Int IBM ple а з c
е A him un erso ntiu
I um m o a 4( om
RC SA VAC as К c hn le el 8 PC
p на Ma а RM ed б ica na m IV un s A R m
EN GE LA на альк olo II н 08 ба cin е з 2 es tor l Ex g A M Kr
ait
AN RC gie а б 8 зе to In tre R Co
IA БЭ
/F
ба ул
зе ято s 6 аз Mo sh te
( I BM me M1 rte
C БЭ СМ SQ Int р 50 е tor l3 ) 17 x-A
СМ -2 -7 el Bu 2 ola 86 6J 8)
MA -1 Z( 1 kFLOPS
М- 40 sic 68 Высокопроизводительные вычисления F) 1 kOPS
DM 1 04 om 00 -S
AB 0 в СССР и России
C
Компьютеры и суперкомпьютеры в СССР
CAD/CAM/CAE Observer
IB Лидеры российского рейтинга Тоp50
M
A
Z3 SCC Планы строительства суперкомпьютеров в России
1 OPS
1940
1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030
Рис. 4. Рост быстродействия компьютеров и суперкомпьютеров в 1940–2012 гг., процессоров и ПК в 1971–2012 гг., новейших планшетников и смартфонов, а также планы до 2030 г.
(для суперкомпьютеров в скобках указано число процессоров (ядер))
80 CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013 CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013 81 Китайский суперкомпьютер Cобственным 16-ядерным процессором распола
В октябре 2012 года Национальный суперком гает и Китай. В архивах Top500 за ноябрь 2010 года
пьютерный центр (National Supercomputing Center) значится, что китайский петафлопсный суперкомпью
в Гуанчжоу сообщил о планах разработки системы тер “Sunway BlueLight” построен на базе процессоров
Tianhe-2 с быстродействием порядка 100 PFLOPS, ShenWei SW1600.
которая будет построена с использованием поряд А первым коммерческим 16-ядерным серверным
ка 100 000 процессоров Intel Xeon Ivy Bridge-EP и процессором (так указано����������������������
���������������������
в пресс-релизе, выпу
100 000 сопроцессоров Intel Xeon Phi. Одна только щенном в сентябре 2010 года) стал SPARC T3 от
стоимость компонентов, учитывая сегодняшний уро компании Oracle, унаследовавшей опыт Sun
вень цен, оценивается экспертами величиной порядка Microsystems – компании, которая стояла у исто
100 млн. долларов, а общая стоимость проекта тянет ков процессорной архитектуры SPARC (Scalable
на полмиллиарда. Processor ARChitecture), отметившей в 2012 году
свой 25-летний юбилей.
Суперкомпьютеры в России
Российская наука в скором будущем полу Графические вычислители
чит два суперкомпьютера производительностью до В 2012 году в распоряжении у суперкомпьютер
10 PFLOPS: ных вендоров появились новые графические процес
• для Московского государственного университета соры, ускоряющие высокопроизводительные вычис
компания “Т-Платформа” с декабря 2011 года созда ления:
ет как вычислительную систему, так и инженерную • NVIDIA разработала вычислительный модуль
инфраструктуру, обеспечивающую бесперебойность её K20 (модель GK110), использованный компанией Cray
работы; для построения самого мощного в мире вычислителя
• для Межведомственного суперкомпьютерно
го центра Российской академии наук Табл. 4. Вехи на пути повышения быстродействия
(МСЦ РАН) компания РСК строит компьютеров в 1940–2012 гг. и планы до 2020 г.
систему МВС-10П с жидкостным ох
лаждением вычислительных модулей, Процессоры
в которых используются сопроцессоры 1971 Intel 4004 92 kIPS
Intel Xeon Phi. Прототип системы был 1979 Motorola 68000 1 MIPS
представлен на международной вы
ставке SC’12 в ноябре 2012 года. 1999 Intel Pentium III 1.354 GIPS
Если работы завершатся в 2011 Intel Xeon Phi 1 TFLOPS
2013 году, эти системы имеют шанс 2012 NVIDIA GK110 1.312 TFLOPS
стать одними из самых мощных на Компьютеры и суперкомпьютеры
европейском континенте на ближай
ший период. 1941 Z3 1 OPS
1946 ENIAC 5 kOPS
Процессоры 1961 IBM 7030 “Stretch” 1.2 MFLOPS
16-ядерные процессоры 1985 Cray-2/8 3.9 GFLOPS
для HPC-систем
1997 Intel ASCI Red (9152) 1.338 TFLOPS
В 2012 году ведущие разработчики
процессоров для HPC-систем оснасти 2008 IBM Roadrunner 1.105 PFLOPS
ли 16-ядерными процессорами супер 2011 Fujitsu “K computer” 10.51 PFLOPS
компьютеры с рекордной производи Планы разработки суперкомпьютеров
тельностью: 2019 проекты США, ЕС, Китая, России 1 EFLOPS
• компания AMD поставила про
цессоры Opteron 6274 с тактовой час Персональные суперкомпьютеры (ПСК)
тотой 2.2 GHz для системы Titan, ли 2006 TyanPSC-600 256 GFLOPS
дера юбилейного 40-го списка рейтин 2008 Cray CX1 & NVIDIA Tesla 0.993÷4 TFLOPS
га Top500; Персональные компьютеры (ПК)
• компания IBM оснастила процес
сорами Power BQC с тактовой часто 1977 Apple II (MOS Technologies 6502) 220 kIPS
той 1.60 GHz свою систему Sequoia, 1981 IBM PC (Intel 8088) 330 kIPS
возглавившую Top500 в июне 2012 года 1985 PC (Intel 386) 1 MFLOPS
CAD/CAM/CAE Observer
(39-й список). Кроме того, IBM распо 2006 PC (Intel Core 2 Duo) 1.3 GFLOPS
лагает 16-ядерными серверными про
цессорами POWER7+; Смартфоны
• компания Fujitsu разработала 1992 IBM Simon Personal Communicator ~500 kIPS
процессоры SPARC64 IXfx для своих (Vadem VG 230 на базе NEC V30HL)
масштабируемых суперкомпьютеров 2012 Samsung Galaxy S III (Qualcomm Krait) ~9.9 GIPS
PRIMEHPC FX10. Примечание: для ПК и смартфонов в скобках указан процессор
82 CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ
Titan. При вычислениях с двойной точностью K20 дает называемым проектным тепловыделением (TDP –
прирост быстродействия порядка 1.3 TFLOPS; thermal design power или thermal design point).
• AMD выпустила графический процессор Radeon
HD (модель Tahiti XT), который позволяет уско 64-битная ARM-архитектура
рить вычисления с двойной точностью примерно на Британская компания ARM Holding сделала еще
1 TFLOPS. один шаг на пути реализации своих амбиций по вхож
Таким образом, в 2013 году мы станем свиде дению в рынок серверов и HPC-систем. В ноябре
телями конкуренции двух видов вычислительных 2012 года она анонсировала дизайн новых процессо
устройств: появившихся в 2011 году сопроцессоров ров Cortex-A53 и Cortex-A57, которые построены на
Intel Xeon Phi с системой команд x86 (про его про базе 64-битной архитектуры ARMv8 (в истории ком
тотип Knights Corner на базе архитектуры MIC мы пании 64-битная архитектура применяется впервые).
писали в прошлогоднем обзоре [6]), дающих прирост Ожидается, что эти процессоры будут работать в три
быстродействия 1 TFLOPS, и графических ускори- раза быстрее своих предшественников на базе 32-бит
телей, уже несколько лет используемых при постро ной архитектуры ARMv7.
ении гибридных суперкомпьютерных систем. В про Появление прототипов новых 64-битных процес
цессе конкуренции, помимо возможностей ускорения соров и устройств на их базе ожидается и в период
вычислений, будет учитываться энергоэффективность 2013–2014 гг. Из лицензиатов, входящих в экосистему
модулей; её принято характеризовать параметром, ARM Holding, отметим следующие компании:
Табл. 5. Эра электронных компьютеров – вехи развития
1946 г. ENIAC – первый электронный компьютер
1947 г. William Shockley, John Bardeen и Walter Brattain, сотрудники Bell Labs, продемонстрировали работу
первого биполярного транзистора
1958 г. Jack Kilby, сотрудник Texas Instruments, продемонстрировал работу первой микросхемы
вычислители, которые иногда считаются первыми суперкомпьютерами:
начало • 1961 г. – IBM 7030 Stretch”
1960-х гг. • 1962 г. – Atlas запущен в эксплуатацию в Манчестерском университете (Великобритания)
• 1964 г. – CDC 6600 создан в Control Data Corporation под руководством Seymour Cray
1971 г. Intel 4004 – первый 4-битный микропроцессор
1972 г. Intel 8008 – первый 8-битный микропроцессор
1976 г. Cray – первый суперкомпьютер
1978 г. Intel 8086 – первый 16-битный микропроцессор
1977 г. Apple II – один из первых персональных компьютеров
1981 г. IBM PC – один из первых персональных компьютеров
1985 г. Intel 386 – первый 32-битный микропроцессор
1985 г. первый процессор на базе архитектуры ARM (Acorn RISC Machine) с сокращенным набором команд
(Reduced Instruction Set Computing – RISC)
1987 г. первый процессор на базе архитектуры SPARC (Scalable Processor ARChitecture) от компании Sun
Microsystems
1992 г. первый процессор на базе архитектуры POWER (Performance Optimization With Enhanced RISC)
от компании IBM
1999 г. первый графический процессор для рабочих станций от компании NVIDIA
2001 г. • Intel Itanium – первый 64-битный микропроцессор
• IBM Power4 – первый двухъядерный RISC-микропроцессор
2005 г. AMD Opteron 252 и Intel Pentium D – первые двухъядерные микропроцессоры с полным набором
команд x86
2006 г. TyanPSC-600 – первый персональный (настольный) суперкомпьютер
2007 г. Intel Core 2 Quad Q6700 – первый четырехъядерный микропроцессор
2008 г. Intel X7460 – первый 6-ядерный микропроцессор
•A MD Opteron (Magny-Cours), IBM Power7, Fijiutsu SPARC64 VIIIfx – первые 8-ядерные
2010 г. микропроцессоры
CAD/CAM/CAE Observer
• Oracle SPARC T3, ShenWei SW3 (Китай) – первые 16-ядерные микропроцессоры
2011 г. процессоры с микроархитектурой Ivy Bridge базируются на первых 3D-транзисторах Tri-Gate,
разработанных компанией Intel
2011–2012 гг. Intel Xeon Phi – первый чип, объединяющий 60 ядер, поддерживающих полный набор команд x86,
создан на базе технологии MIC (Many Integrated Cores)
2012 г. первый прототип готового к массовому производству нанофотонного процессора, созданного
компанией IBM на базе технологии CMOS Silicon Integrated Nanophotonics
CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013 83• AMD намерена создавать процессоры, в кото часть функций, требующих интенсивных вычисле
рых сочетаются ядра с системой команд x86 и ядра с ний (к примеру, распознавание речи или изобра
ARM-архитектурой; жений), должна выполняться на сам¡м устройстве
• Samsung, разжившись специалистами, которые без отсылки на облачный сервер. Однако откры
покинули AMD, собирается разрабатывать 64-бит тым остается вопрос об энергоэффективности тако
ные серверные ARM-чипы. го процессора, поскольку интеловские процессоры
Продвижению недавно анонсированной 64-бит пока еще уступают армовским по этому важному
ной ARM-архитектуры будет способствовать со параметру.
лидная программная поддержка:
• компания Microsoft, выпустившая в 2012 году Технология производства чипов
операционную систему Windows RT, поддержи Н анофотонные чипы готовы к коммерческому
вающую 32-битную ARM-архитектуру, в следую производству
щей своей ОС с кодовым названием Windows В прошлогоднем обзоре [6] мы уже писали, что в
Blue, скорее всего, обеспечит поддержку 64-бит декабре 2010 года компания IBM представила новую
ной системе команд ARM; технологию создания микросхем, позволяющую объ
• новейший релиз ядра Linux 3.7, появившийся единять на одной подложке электронные и оптические
в декабре 2012 года, уже рассчитан на поддержку компоненты в рамках единого производственного про
архитектуры AArch64 (ARM64); цесса CMOS Integrated Silicon Nanophotonics.
• представляет интерес разработка российской За два прошедших года компания IBM сдела
компании “Эльбрус Технологии”, которая позволит ла еще один шаг на пути развития технологии – в
эмулировать систему команд процессоров Intel для декабре 2012 года она объявила о возможности на
ARM-серверов, что, в свою очередь, обеспечит возмож ладить коммерческое производство нанофотонных
ность переноса программного обеспечения, написанного чипов (рис. 5, 6), для чего может быть использован
для платформы x86, на серверы с процессорами ARM. широко распространенный технологический процесс
с нормой 90 nm.
М ногоядерные процессоры для мобильных Таким образом, уже в ближайшее время, благода-
устройств ря технологическому прорыву компании IBM, бу-
В 2013 году 4-ядерным процессорам еще только дет кардинально увеличена скорость обмена данны-
предстоит стать мейнстримовской компонентой мо ми между компонентами, образующими CMOS-чип –
бильных устройств, однако уже появились новые это достигается заменой электрических импульсов на
ориентиры: световые. В первую очередь нанофотонные чипы IBM
• сразу после новогодних праздников компания будут востребованы при разработке серверов и обору
Samsung представила на выставке CES’������������
2013��������
�������
создан дования дата-центров.
ный на основе технологии ARM big.LITTLE 8-ядер
ный процессор Exynos, который сочетает четыре Технологический процесс 14 nm
ядра Cortex-A15 и четыре Cortex-A7. Каждая “квад В конце декабря 2012 года компания Samsung
рига” ядер будет работать отдельно друг от друга.
сообщила о достижении стадии tape-out (этапа,
Для решения простых задач будут использоваться предшествующего изготовлению фотошаблона для
менее производительные и энергозатратные ядра печати чипов) в освоении технологического процес
Cortex-A7 (тактовая частота 1.2 GHz). Для операций,
са по норме 14 nm для производства микросхем, в
требующих вычислений с высокой производительноскоторых применяются транзисторы FinFET с трех
тью, будут подключаться ядра Cortex-A15 (1.8 GHz);
мерной структурой затвора. Samsung работает в тес
• ведутся разработки следующего поколения про
ном сотрудничестве со своими партнерами – ARM,
цессоров. Компания Intel работает над созданием Cadence, Mentor и Synopsys.
48-ядерного процессора. Аналитики компании счи Напомним, что первые в мире “трехмерные”
тают, что у перспективных смартфонов и планшетовтранзисторы изготовила в середине 2011 года ком-
пания Intel с помощью своей
Табл. 6. Ориентировочное быстродействие,
необходимое для решения некоторых сложных задач прорывной технологии Tri-Gate
(см. прошлогодний обзор [6]).
Задачи моделирования Быстродействие Эта технология уже применяется
в производстве процессоров ново
Автомобилестроение 10 FLOPS
14
100 TFLOPS го поколения Ivy Bridge по техно
Дозвуковые летательные аппараты 10 FLOPS
15
1 PFLOPS логической норме 22 nm.
Лазерные системы 1016 FLOPS 10 PFLOPS Отметим также, что техноло
Динамика молекул в задачах биологии 10 FLOPS
17
100 PFLOPS гический процесс 22 nm освоен
в Институте микроэлектрони
Сверх- и гиперзвуковые летательные ки Китайской академии наук
1018
FLOPS 1 EFLOPS
аппараты (Institute of Microelectronics of
Астрофизика и космология 1019 FLOPS 10 EFLOPS Shinese Academy of Sciences –
Турбулентность 1020 FLOPS 100 EFLOPS IMECAS), о чём также стало из
Квантовая химия 1021 FLOPS 1 ZFLOPS вестно под занавес 2012 года.
84 CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013Устройства
СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ
I BM PureSystems с аккумулированными Information super highways inside
an IBM Silicon Nanophotonics chip
экспертными знаниями
В апреле 2012 года компания IBM представила
разработку, которая позволит изменить традицион
ные подходы к построению корпоративной IT-инф
раструктуры: интегрированные программно-аппа
ратные комплексы PureSystems, в которых акку
мулированы экспертные знания по инсталляции и
обслуживанию приложений. Четыре года система
создавалась специалистами 37-ми лабораторий
IBM в 17 странах, общий объем инвестиций соста
вил 2 млрд. долларов.
Семейство IBM PureSystems в настоящее время
представлено двумя системами:
• PureFlex System – экспертные��������������
�������������
знания, акку
Источник: IBM
мулированные в этой системе, позволяют находить
ресурсы, необходимые для обработки информации,
и прогнозировать потребность в них;
• PureApplication System – позволяет оптимизи
ровать развертывание и загруженность бизнес-при Рис. 6. Интеграция высокоскоростных
ложений сторонних производителей. магистралей передачи информации
Cross-sectional view of an IBM Silicon в чипе IBM Silicon Nanophotonics.
Nanophotonics chip combining optical and Синим цветом отмечены волноводы для
electrical circuits передачи оптических сигналов, желтым –
медные провода для электрических сигналов
П рограммная среда для мобильных
устройств различных типов
Разработчиками двух наиболее популярных
операционных систем в 2012 году сделаны важные
шаги, которые позволят в будущем инсталлировать
на мобильных устройствах разных типов операцион
ные системы, построенные на базе единого ядра:
• в новейшем релизе ядра Linux 3.7 поддержи
вается возможность формирования многоплатфор
менных ARM-сборок. Благодаря применению еди
ного ядра, теперь можно обеспечить совместимость
мобильных устройств, работающих на ARM-про
цессорах различных лицензиатов под управлением
различных ОС на базе Linux;
• компания Microsoft выпустила две новейшие
Источник: IBM
ОС для мобильных компьютеров на базе процессо
ров с системами команд x86 (Windows 8) и ARM
(Windows RT), а также ОС Windows Phone 8 для
смартфонов и мобильных телефонов. По оценке
Билла Гейтса, в ближайшем будущем появится
Рис. 5. Чип Silicon Nanophotonics с интегриро- единая ОС (возможно, это будет Windows Blue),
ванными каналами передачи оптических в которой будут сочетаться достижения всех трех
и электрических сигналов. систем. Появление единой ОС будет символизи
Технология CMOS Integrated Silicon ровать сближение функциональности мобильных
Nanophotonics, предусматривающая использо- устройств разных типов – ПК, планшетников и
вание нормы 90 nm, позволяет объединять фо- смартфонов.
тодетектор (прямоугольник красного цвета на
левой половине куба) и модулятор (синий прямо- Известно, что Windows является наиболее попу
угольник на правой половине куба), которые при лярной операционной системой для персональных
изготовлении микросхемы оказываются рядом компьютеров и серверов (а в 2012 году вышла вер
с кремниевыми транзисторами (красные вкрап- сия Windows Server 2012, поддерживающая облач
ления справа от куба). Нанофотонные цепи и ную обработку информации). На суперкомпьютерах
транзисторы соединяются металлическими про- и мобильных устройствах обычно устанавливается
водниками (желтый цвет) на девяти слоях система Linux. Кстати говоря, в 2012 году системе
CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013 85Android (созданной на базе Linux) для мобильных инновациями (табл. 1)����������������������������
.���������������������������
Здесь можно вспомнить пер
устройств исполнилось пять лет. сональный компьютер (один из первых ПК был
Создание единого ядра для каждой ОС позволит собран в IBM в 1981 году, см. табл. 5) и смартфон
в ближайшем будущем сблизить функциональность (один из первых в мире смартфонов сделан в IBM в
всего спектра устройств для высокопроизводитель 1992 году, см. табл. 4; то есть, в 2012 году он отметил
ных вычислений – от суперкомпьютеров до смарт свое 20-летие),
фонов – для каждой из линеек, работающих соот Таким образом, компания Apple вряд ли смогла бы
ветственно, под Windows или Linux. Это, безуслов запатентовать свой бизнес-подход и обеспечить себе
но, расширит возможности пользователей по выбору монопольное положение в судебном порядке. J
необходимого им инструмента.
О прогнозах
Позиционирование компаний на рынке Обзоры обычно завершаются прогнозами. Такой
Вследствие острой конкуренции за место под материал пока еще пребывает на стадии созревания,
солнцем на новых сегментах рынков мобильных поэтому написание прогнозной части к обзору по
устройств (табл. 1) даже ведущие компании вынуж HPC автор оставил себе в качестве домашнего зада
дены пересматривать направления бизнеса и свое ния на конец только наступившего 2013 года. J
позиционирование на рынке. Зачастую обозревате Любознательным читателям можно порекомендо
ли объясняют это желанием воспользоваться опы вать недавние публикации аналитических компаний
том компании Apple, которая продемонстрировала в IDC и Gartner с прогнозами на 2013 год, а также
2012 году великолепные результаты, достигнув пика ежегодный прогноз айбиэмовских аналитиков на
капитализации и побив свой рекорд по заработан пять лет – “Next 5 in 5”.
ной прибыли.
На самом деле, в эру, которую теперь принято на Литература
зывать “Post PC”, бизнес успешных ИТ-компаний, 1. Павлов C. Назад к мейнфреймам? // CAD/CAM/
если его рассматривать, не вдаваясь в нюансы, скла CAE Observer, 2005, № 6, с. 86–90.
дывается из трех составляющих (весовые коэффи 2. Павлов С. Инженерный анализ на персо
циенты которых могут быть разными): нальном суперкомпьютере? Достижения на рын
поставка собственного аппаратного обеспечения; ке систем высокопроизводительных вычислений //
поставка собственного программного обеспечения; CAD/CAM/CAE Observer, 2007, № 5, с. 87–96.
облачный сервис по доставке пользователю кон 3. Павлов С. Системы высокопроизводитель
тента и приложений (собственной или сторонней раз ных вычислений: достижения 2007–2008 годов.
работки) для изделий компании. Часть I. Рекорды и лидеры HPC-рынка и рейтин
Из компаний, которые работают на рынках га Top500. Часть II. Региональный срез рейтинга
ИТ-изделий массового спроса, лидером в реализа Top500. Российский рейтинг Топ50. Перспектив
ции такого подхода является Apple. Заслуживают ные программы // CAD/CAM/CAE Observer, 2008,
упоминания и другие компании, которые идут в № 7, с. 81–89; № 8, с. 84–89.
этом направлении: 4. Павлов С. Системы высокопроизводительных
• софтверная компания Oracle приобрела в вычислений: достижения 2008–2009 годов. Части I,
2009 году хардверную Sun Microsystems; II // CAD/CAM/CAE Observer, 2009, № 5, с. 81–92;
• софтверная компания Google в мае 2012 года №8, с. 78–87.
приобрела за 12.5 млрд. долларов компанию Motorola 5. Павлов С. Системы высокопроизводительных
Mobility и стала, таким образом, не только проекти вычислений в 2009–2010 годах: обзор достиже
ровщиком хромбуков, но и поставщиком мобильных ний и анализ рынка. Части I, II // CAD/CAM/CAE
устройств; Observer, 2010, №5, с. 84–92; №8, с. 73–84.
• софтверная компания Microsoft в 2012 году����вы 6. Павлов С. Системы высокопроизводительных
пустила устройство Surface (как на Intel-, так и на вычислений в 2010–2011 годах: обзор достиже
ARM-процессорах) и стала участником рынка план ний и анализ рынка. Части I, II // CAD/CAM/CAE
шетных компьютеров; Observer, 2011, №5, с. 74–80; №6, с. 78–84; 2012,
• хардверная компания Dell в конце 2012 года № 1, с. 79–90.
объявила о том, что становится поставщиком реше 7. Павлов С. Системы высокопроизводительных
ний, что, по существу, означает движение в направ вычислений в 2011–2012 годах: обзор достижений
лении поставки аппаратно-программных комплексов. и анализ рынка. Части I, II // CAD/CAM/CAE
Следует отметить, что признанный инноватор – Observer, 2012, №5, с. 76–87; №8, с. 8–20.
компания IBM, являющаяся лидером на серверном
рынке (который рассчитан не на массового, а на Об авторе:
корпоративного потребителя, и потому значительно Павлов Сергей Иванович – Dr. Phys., редак
реже освещается в новостной ленте) – аналогичный тор аналитического PLM-журнала CAD/CAM/CAE
подход к построению бизнеса исповедует не один Observer (sergey@cadcamcae.lv), научный сотруд
год. Любопытно, что IBM нередко создает продук ник Лаборатории математического моделирования
ты, впоследствии формирующие новые рынки, с окружающей среды и технологических процессов
которых компания затем уходит, увлекшись другими Латвийского университета (Sergejs.Pavlovs@lu.lv)
86 CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013Вы также можете почитать
