Ein Supercomputer oder Supercomputer ist ein Computer, der so ausgelegt ist, dass er mit den zum Zeitpunkt seines Entwurfs bekannten Techniken die höchstmögliche Leistung erzielt, insbesondere im Hinblick auf die Berechnungsgeschwindigkeit .
Wissenschaftliche Supercomputer werden als "Hochleistungsrechnen" bezeichnet (auf Englisch : Hochleistungsrechnen oder HPC). Diese Disziplin ist in zwei Bereiche unterteilt: den Hardwareteil (elektronischer Entwurf des Berechnungswerkzeugs) und den Softwareteil (Softwareanpassung der Berechnung an das Werkzeug). Diese beiden Teile erfordern unterschiedliche Wissensgebiete.
Die ersten Supercomputer (oder Supercomputer) erschienen in den 1960er Jahren . 1961 entwickelte IBM den IBM Stretch oder IBM 7030, von denen eine Einheit 1963 in Frankreich betrieben wurde.
Zu dieser Zeit und bis in die 1970er Jahre war Control Data Corporation (CDC) mit seinem Designer Seymour Cray der weltweit größte Hersteller von Supercomputern . In der Folge nutzte Cray Research , das von Seymour Cray nach seinem Ausscheiden aus CDC gegründet wurde, bis etwa 1990 den Vorteil gegenüber seinen anderen Wettbewerbern. In den 1980er Jahren , wie es auf dem Mikrocomputermarkt der 1970er Jahre hergestellt wurde, traten viele kleine Unternehmen in diesen Markt ein Markt, aber die meisten von ihnen verschwanden in der Supercomputer-Markt " Crash " Mitte der 1990er Jahre .
Worauf sich der Begriff Supercomputer bezieht, ändert sich im Laufe der Zeit, da die leistungsstärksten Computer der Welt zu einem bestimmten Zeitpunkt von Maschinen, die viele Jahre später häufig verwendet werden, erreicht und dann übertroffen werden. Die ersten CDC Supercomputer waren einfache Ein- Prozessor - Computer (aber manchmal mit bis zu zehn peripheren Prozessoren für I / O ) etwa zehnmal schneller als die Konkurrenz. In den 1970er Jahren verwendeten die meisten Supercomputer einen Vektorprozessor , der einen Befehl einmal decodiert und auf eine ganze Reihe von Operanden anwendet .
Erst in den späten 1980er Jahren wurde die Technik der massiv parallelen Systeme unter Verwendung von Tausenden von Prozessoren in einem einzigen Supercomputer übernommen. Heutzutage verwenden einige dieser parallelen Supercomputer Mikroprozessoren vom Typ " RISC ", die für serielle Computer wie PowerPCs oder PA-RISCs entwickelt wurden . Andere Supercomputer verwenden kostengünstigere Prozessoren vom Typ " CISC ", die in RISC im elektronischen Chip ( AMD oder Intel ) mikroprogrammiert sind : Die Effizienz ist etwas geringer, aber der Speicherzugriffskanal - häufig ein Engpass - ist viel weniger belastet.
Im XXI ten Jahrhundert sind Supercomputer in der Regel als einzigartige Modelle von entworfenen Computerhersteller ‚traditionellen‘ als International Business Machines (IBM), Hewlett-Packard (HP) oder Bull , haben sie hinter sich eine lange Tradition im Bereich (IBM) oder dass sie in den 1990er Jahren spezialisierte Unternehmen kauften, die sich damals in Schwierigkeiten befanden, um Erfahrungen auf diesem Gebiet zu sammeln.
Supercomputer werden für alle Aufgaben verwendet , die sehr hohe erfordern Rechenleistung , wie die Wettervorhersage , das Klima zu studieren (zu diesem Thema finanzierten siehe Programme , die von der G8-HORCs ), Modellierung von chemischen Objekten ( Berechnung von Strukturen und Eigenschaften , Molecular Modelling , usw. . ,) physikalische Simulationen (Simulationen aerodynamische Berechnungen der Festigkeit von Materialien , simulierter Explosion von Kernwaffen , Studium der Kernfusion , usw. ), die Kryptoanalyse oder Simulationen in Finanz- und Versicherungs ( stochastische Berechnung ).
Zivile und militärische Forschungseinrichtungen gehören zu den intensivsten Nutzer von Supercomputern.
In Frankreich befinden sich diese Maschinen in nationalen Rechenzentren der Universität, wie dem Institut für Entwicklung und Ressourcen in der wissenschaftlichen Informatik (IDRIS), dem Nationalen Rechenzentrum für Hochschulbildung (CINES), aber auch im Kommissariat für Atomenergie und alternative Energien (CEA) oder in bestimmten großen Unternehmen wie Total , EDF oder Météo-France .
Supercomputer leiten ihre Überlegenheit gegenüber herkömmlichen Computern von beiden ab:
Sie sind fast immer speziell für eine bestimmte Art von Aufgabe konzipiert (meistens wissenschaftliche numerische Berechnungen : Matrix- oder Vektorberechnung ) und streben in anderen Bereichen keine besondere Leistung an.
Die Speicherarchitektur von Supercomputern ist so ausgelegt, dass sie jedem Prozessor kontinuierlich Daten liefern , um seine Rechenleistung optimal zu nutzen . Die überlegene Speicherleistung (bessere Komponenten und bessere Architektur) erklärt weitgehend den Vorteil von Supercomputern gegenüber herkömmlichen Computern.
Ihre Eingabe / Ausgabe ( Bus ) -System entwickelt , um eine hohe Bandbreite , mit geringer Latenzzeit , da diese Art von Computer nicht Prozess ausgelegt ist Transaktionen .
Wie bei jedem parallelen System gilt das Amdahl-Gesetz , bei dem Supercomputer-Entwickler einen Teil ihrer Anstrengungen darauf verwenden, nicht parallelisierbare Teile der Software zu beseitigen und Hardware-Verbesserungen zu entwickeln, um verbleibende Engpässe zu beseitigen .
Zum einen erfordern Super oft mehrere Megawatt von elektrischer Energie . Dieses Essen muss auch von hoher Qualität sein. Infolgedessen erzeugen sie eine große Wärmemenge und müssen daher gekühlt werden, um normal zu funktionieren. Die Kühlung (zB Luftkühlung ) dieser Computer stellt oft eine erhebliche Klimaanlage Problem .
Andererseits können Daten nicht schneller als die Lichtgeschwindigkeit zwischen zwei Teilen eines Computers fließen . Wenn die Größe eines Supercomputers mehrere Meter überschreitet, wird die Latenz zwischen bestimmten Komponenten in zehn Nanosekunden gezählt . Die Elemente sind daher so angeordnet, dass sie die Länge der Kabel begrenzen, die die Komponenten verbinden. Bei Cray-1 oder Cray- II waren sie beispielsweise in einem Kreis angeordnet .
Heutzutage sind diese Computer in der Lage, sehr große Datenmengen in sehr kurzer Zeit zu verarbeiten und zu kommunizieren. Das Design muss sicherstellen, dass diese Daten schnell gelesen, übertragen und gespeichert werden können. Andernfalls würde die Rechenleistung der Prozessoren unterausgenutzt ( Engpass ).
Top 20 Supercomputer der Welt in Juni 2013.
Tabelle der Berechnungsgeschwindigkeit (R max ) der Top-Supercomputer; 60-jährige logarithmische Skala .
Verteilung der Top 500 Supercomputer nach Ländern inNovember 2015.
Im 1993, Die Erde Physik Institut für Paris (PGI) betreibt ein Computer CM-5/128 dass Anwendungen Prozessoren Supersparc , es rangiert 25 th zu TOP500 . Drei Jahre später in1996, Das Institut für Entwicklung und Scientific Computing Ressourcen (IDRIS) verwaltet das erreichen 12 th Platz weltweit mit T3E durch eingebaute Cray .
Mittig-2002, Die leistungsstärksten Supercomputer Französisch stuft 4 th in der TOP500, die TERA -basierten Prozessoren Alpha bis 1 GHz ( Alphaserver SC45 ) und entwickelten sich Hewlett-Packard ; Er gehörte der Atomenergiekommission (CEA) an. ImJanuar 2006Die TERA-10 von Bull erfolgreich ist , erzeugt sie eine Rechenleistung von 60 Tera - FLOP und wird den Platz 5 th Welt TOP500 - Ranking.
Im Juni 2008, IDRIS und Blue Gene / P Solution für IBM erscheinen laut Test LINPACK mit einer Leistung von 120 Teraflops und haben den 10. Platz gewonnen .
Im November 2009Die erste französische Maschine hieß Jade . Es ist vom Typ „ SGI Altix (en) “ und befindet sich im Nationalen Rechenzentrum für Hochschulbildung (CINES) in Montpellier . Der Supercomputer belegt mit 128 Teraflops im LINPACK-Test den 28. Platz der Welt. Kurz danach wurde die Konfiguration der Jademaschine abgeschlossen, um eine Leistung von 237 Teraflops zu erreichen. Die Maschine schaltet aufJuni 2010die 18 - te Zeile des TOP500. Es ist dann das dritte europäische Computersystem und das erste französische, es ist für die öffentliche Forschung bestimmt .
Im November 2010Der französische Rekord wird von der TERA-100 von Bull gehalten . In ECA in Bruyères-le-Chatel auf die Bedürfnisse der Französisch Kernmilitärsimulation , mit der Leistung 1050 Teraflops diese Maschine steigt auf die 6 - ten in der Welt und gewann den 1 st Platz in Europa. Es besteht aus 17.296 Intel Xeon 7500- Prozessoren, die jeweils mit acht Kernen ausgestattet sind und über ein InfiniBand- Netzwerk verbunden sind .
Im März 2012, Curie , ein System von Bull für entworfen GENCI , auf dem Gelände des installierten Très Grand Center de Calcul (TGCC) in Bruyères-le-Châtel, hat eine Leistung von 1,359 Petaflops. Mit dem 9. Platz in der Weltrangliste wird es zum leistungsstärksten Supercomputer Frankreichs . Es ist für die Lieferung von 2 Petaflops ausgelegt.
Im Januar 2013Die von IBM entwickelten Ada- und Turing- Systeme werden bei IDRIS in Orsay installiert . Die Summe ihrer Kräfte übersteigt die Petaflops. Diese beiden Maschinen stehen Forschern zur Verfügung. Im März 2013 wurde der Pangaea- Supercomputer der Firma Total eingeweiht. Er wurde zum effizientesten System, das jemals in Frankreich installiert wurde. Die Rechenleistung beträgt 2,3 Petaflops. Entspricht 27.000 Desktop - Computer zusammen, erhielt er den 11 - ten Platz weltweit.
Im Januar 2015Das Occigen- System , das von Bull, Atos Technologies, für GENCI entwickelt wurde, ist auf der CINES-Site installiert. es hat eine Potenz von 2.1 Petaflops. Er belegte den 26. Platz in der Weltrangliste des TOP500November 2014.
Im März 2016, Insgesamt gibt bekannt , dass es die Rechenkapazität seines verdreifacht hat Pangea Supercomputer , geht auf eine Rechenleistung von 6,7 Petaflops in Spitzenleistung und 5,28 Petaflops in nutzbarer Energie. Dies ermöglicht es wiederzuerlangen 11 th Platz in der TOP500 und so legt sie an der Spitze der Weltindustriesektor.
Mit dem Aufstieg der Supercomputer wurde Linux zum Betriebssystem für die Mehrheit der 500 leistungsstärksten Supercomputer der Welt. Unix verlor allmählich an Boden gegenüber Linux, nahm jedoch zeitweise einen herausragenden Platz auf dem Supercomputermarkt ein (5%).
Windows wurde nur von zwei der 500 leistungsstärksten Supercomputer der Welt betrieben (0,4%), während BSD nur auf einem Computer in den Top 500 (0,2%) vorhanden war. Schließlich machten die anderen Konfigurationen („ gemischt “, dh eine Reihe verschiedener Arten von Betriebssystemen) 4,6% aus.
Im November 2017Linux versorgt alle 500 leistungsstärksten Supercomputer der Welt mit Strom.