Superpočítač nebo superpočítač je počítač navržen tak, aby bylo dosaženo co nejvyššího výkonu s technikami známými v době jeho konstrukce, zejména s ohledem na rychlost výpočtu .
Vědecké superpočítače se nazývají „vysoce výkonné počítače“ ( anglicky : high-performance computing , nebo HPC). Tato disciplína je rozdělena na dvě části: hardwarovou část (elektronický návrh výpočetního nástroje) a softwarovou část (softwarové přizpůsobení výpočtu nástroji). Tyto dvě části vyžadují různé oblasti znalostí.
První superpočítače (neboli superpočítače) se objevily v 60. letech . V roce 1961 IBM vyvinula IBM Stretch nebo IBM 7030, z nichž jedna jednotka byla provozována ve Francii v roce 1963.
V té době a do 70. let 20. století byla největším světovým výrobcem superpočítačů Control Data Corporation (CDC) se svým designérem Seymourem Crayem . Následně Cray Research , založený Seymourem Crayem po jeho odchodu z CDC, využil výhod oproti svým ostatním konkurentům, a to až kolem roku 1990. V 80. letech , stejně jako to, co bylo vyrobeno na trhu mikropočítačů v 70. letech, vstoupilo do této společnosti mnoho malých společností trhu, ale většina z nich zmizela v „ havárii “ trhu superpočítačů v polovině 90. let .
To, co termín superpočítač označuje, se v průběhu času mění, protože nejvýkonnější počítače na světě v jednom okamžiku mají tendenci být srovnávány a poté překonávány stroji, které se běžně používají o mnoho let později. První superpočítače CDC byly jednoduché jednoprocesorové počítače (někdy však s až deseti periferními procesory pro I / O ), které byly zhruba desetkrát rychlejší než konkurence. V 70. letech přijala většina superpočítačů vektorový procesor , který instrukci jednou dekóduje a použije ji na celou řadu operandů .
Teprve na konci 80. let byla přijata technika masivně paralelních systémů s využitím tisíců procesorů v jednom superpočítači. V dnešní době některé z těchto paralelních superpočítačů používají mikroprocesory typu „ RISC “ určené pro sériové počítače, jako jsou PowerPC nebo PA-RISC . Jiné superpočítače používají levnější procesory typu „ CISC “, mikroprogramované v RISC v elektronickém čipu ( AMD nebo Intel ): účinnost je o něco nižší, ale přístupový kanál do paměti - často úzký profil - je mnohem méně namáhán.
V XXI th století , superpočítače jsou obvykle navrženy jako jedinečné vzory podle výrobci počítačů ‚tradiční‘ jako International Business Machines (IBM), Hewlett-Packard (HP), nebo Bull , mají za sebou dlouhou tradici v oblasti (IBM) nebo že koupili v 90. letech specializované společnosti, poté v nesnázích, aby získaly zkušenosti v této oblasti.
Superpočítače jsou používány pro všechny úkoly, které vyžadují velmi vysoký výpočetní výkon , například předpovídání počasí , studium klimatu (k tomuto tématu viz programy financované ze strany G8 HORCs ), modelování chemické objekty ( výpočty struktur a vlastností , molekulární modelování , atd . ), fyzikální simulace (simulace aerodynamické , výpočty pevnosti materiálů , simulované výbuchu z jaderných zbraní , studium jaderné fúze , atd. ), je dešifrování nebo simulace v financí a pojišťovnictví ( stochastický výpočet ).
Civilní a vojenské výzkumné instituce patří mezi nejtěžší uživatele superpočítačů.
Ve Francii se tyto stroje nacházejí v národních univerzitních výpočetních centrech, jako je Institut pro rozvoj a zdroje ve vědecké informatice (IDRIS), Národní výpočetní středisko pro vysokoškolské vzdělávání (CINES), ale také v komisariátu pro atomovou energii a alternativní energie (CEA) nebo v některých velkých společnostech, jako jsou Total , EDF nebo Météo-France .
Superpočítače odvozují svoji převahu nad běžnými počítači z obou:
Jsou téměř vždy navrženy speciálně pro určitý typ úkolu (nejčastěji vědecké numerické výpočty : maticový nebo vektorový výpočet ) a nehledají konkrétní výkon v jiných oblastech.
Paměťová architektura superpočítačů je navržena tak, aby nepřetržitě dodávala data každému procesoru, aby co nejlépe využila jeho výpočetní výkon . Vynikající výkon paměti (lepší komponenty a lepší architektura) do značné míry vysvětluje výhodu superpočítačů oproti běžným počítačům.
Jejich / výstup Vstup ( bus system) je určen pro velkou šířku pásma , s menším zpožděním , protože tento typ počítače není určen ke zpracování transakcí .
Jako u každého paralelního systému platí Amdahlův zákon , přičemž návrháři superpočítačů věnovali část svého úsilí eliminaci neparalelizovatelných částí softwaru a vývoji hardwarových vylepšení k odstranění zbývajících úzkých míst .
Na jedné straně, superpočítače často vyžadují několik megawattů z elektrické energie . Toto jídlo musí být také vysoce kvalitní. Výsledkem je, že produkují velké množství tepla, a proto je nutné je ochladit, aby fungovaly normálně. Chlazení (např. Chlazení vzduchem ) těchto počítačů často představuje významný problém s klimatizací .
Na druhou stranu data nemohou proudit rychleji, než je rychlost světla mezi dvěma částmi počítače . Když velikost superpočítače přesáhne několik metrů, doba latence mezi určitými komponentami se počítá v desítkách nanosekund . Prvky jsou proto uspořádány tak, aby omezovaly délku kabelů, které spojují komponenty. Například na Cray-1 nebo Cray- II byly uspořádány do kruhu .
V dnešní době jsou tyto počítače schopné zpracovávat a komunikovat velmi velké objemy dat ve velmi krátkém čase. Návrh musí zajistit, aby bylo možné tato data rychle číst, přenášet a ukládat. V opačném případě by byl výpočetní výkon procesorů nedostatečně využíván ( úzké místo ).
Top 20 superpočítačů na světě v červen 2013.
Tabulka rychlosti výpočtu (R max ) nejlepších superpočítačů; 60letá logaritmická stupnice .
Distribuce 500 nejlepších superpočítačů v zemi podle zemílistopadu 2015.
v 1993The Země Physics Institute of Paris (CHZO) provozuje počítačovou CM-5/128 , který používá procesory SuperSPARC je zařazen 25 th do TOP500 . O tři roky později, v1996The Institute of Development a Scientific Computing zdrojů (IDRIS) podaří dosáhnout 12 th místo na světě s T3E postavený Cray .
V polovině2002, Nejsilnější superpočítače French řadí na 4 th v TOP500 je TERA na bázi procesorů Alpha do 1 GHz ( AlphaServer SC45 ) a vyvinutý společností Hewlett-Packard ; byl členem Komise pro atomovou energii (CEA). vledna 2006TERA-10 od Bull uspěje, generuje výpočetní výkon 60 tera flopů a umístí na 5 th World TOP500 pořadí.
v červen 2008, IDRIS a Blue Gene / P řešení pro IBM se zdá, v souladu s testovací LINPACK , o výkonu 120 teraflopů a získal 10 th místo.
v listopadu 2009, první francouzský stroj se jmenoval Jade . Typ „ SGI Altix (en) “ je založen na Národním počítačovém středisku pro vysokoškolské vzdělávání (CINES) v Montpellier . Superpočítač je zařazen 28 th na světě s 128 teraflopů v Linpack test. Krátce poté byla dokončena konfigurace stroje Jade, aby bylo dosaženo výkonu 237 teraflops. Stroj se přepne načerven 201018 th řádek TOP500. Jedná se o třetí evropský počítačový systém a první francouzský, který je určen pro veřejný výzkum .
v listopadu 2010Francouzská záznam je držen TERA-100 z Bull . Nachází se v ECA v Bruyeres-le-Chatel k potřebám francouzské jaderné vojenské simulace , přičemž výkon teraflopů 1050, tento stroj stoupá do 6 th ve světě a získal 1 st místo v Evropě. Skládá se z 17 296 procesorů Intel Xeon 7500, z nichž každý je vybaven osmi jádry a je připojen k síti typu InfiniBand .
v března 2012„ Curie , systém navržený společností Bull pro GENCI , nainstalovaný na místě Très Grand Centre de Calcul (TGCC) v Bruyères-le-Châtel, má výkon 1,359 petaflops. To se stává nejsilnější superpočítač ve Francii tím, že vezme 9 th ve světovém žebříčku. Je navržen tak, aby poskytoval 2 petaflopy.
v Leden 2013, systémy Ada a Turing vytvořené společností IBM jsou instalovány na IDRIS v Orsay . Součet jejich síly přesahuje petaflopy. Tyto dva stroje jsou výzkumníkům k dispozici. V březnu 2013 byl slavnostně otevřen superpočítač Pangea vlastněný společností Total , který se stal nejefektivnějším systémem, jaký kdy byl ve Francii nainstalován. Jeho výpočetní výkon je 2,3 petaflops. Ekvivalentní 27.000 stolní počítače spolu, získal 11 -té místo na světě.
v ledna 2015, na webu CINES je nainstalován systém Occigen navržený společností Bull, Atos technologies pro GENCI; má sílu 2,1 petaflops. Stál v 26 th pozici ve světovém žebříčku na TOP500listopadu 2014.
v března 2016Společnost Total oznamuje, že ztrojnásobila výpočetní kapacitu svého superpočítače Pangea, přičemž dosáhla výpočetního výkonu 6,7 petaflops ve špičkovém výkonu a 5,28 petaflops v použitelném výkonu. To umožňuje získat 11 th místo v TOP500, a tak ji v čele průmyslu světě.
Díky vzestupu superpočítačů se Linux stal operačním systémem pohánějícím většinu z 500 nejvýkonnějších superpočítačů na planetě, přičemž Unix postupně ztrácel půdu pod Linuxem, ale na nějaký čas zaujímal přední místo na trhu superpočítačů. (5%).
Windows provozovali pouze dva z 500 nejvýkonnějších superpočítačů na planetě, tedy 0,4%, zatímco BSD bylo přítomno pouze na jednom stroji z 500 nejlepších , tedy 0,2%. Nakonec ostatní konfigurace („ Mixed “, tj. Sada několika typů operačních systémů) představovaly 4,6%.
v listopadu 2017, Linux pohání všech 500 nejvýkonnějších superpočítačů na světě.