Определение понятия суперкомпьютер (англ. supercomputer) не раз было предметом многочисленных споров и дискуссий. Можно дать следующие определения:
Суперкомпьютер - вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам большинство существующих компьютеров (Википедия).
Суперкомпьютер - вычислительная установка, ЭВМ мелкосерийного или штучного выпуска, многократно превосходящая по вычислительной мощности массово выпускаемые компьютеры, когда быстродействие измеряется в миллионах/триллионах операций в секунду. Суперкомпьютер - машина, нацеленная прежде всего на масштабные вычисления, а значит на снижение времени выполнения сложных, как правило, инженерных или научных расчетов (itpedia.ru).
Суперкомпьютер - мощный компьютер с производительностью свыше 100 миллионов операций с плавающей точкой в секунду. Суперкомпьютер представляет собой многопроцессорный и/или многомашинный комплекс, работающий на общую память и общее поле внешних устройств (Словарь по естественным наукам. Глоссарий.ру).
Чаще всего авторство термина приписывается Джорджу Мишелю и Сиднею Фернбачу, в конце 60-х годов XX века работавшим в Ливерморской национальной лаборатории и компании CDC. Тем не менее, известен тот факт, что ещё в 1920 году газета New York World рассказывала о "супервычислениях", выполняемых при помощи табулятора IBM, собранного по заказу Колумбийского университета.
В общеупотребительный лексикон термин "суперкомпьютер" вошёл благодаря распространённости компьютерных систем Сеймура Крея, таких как, CDC 6600, CDC 7600, Cray-1, Cray-2, Cray-3 и Cray-4. Сеймур Крей разрабатывал вычислительные машины, которые по сути становились основными вычислительными средствами правительственных, промышленных и академических научно-технических проектов США с середины 60-х годов до 1996 года. Не случайно в то время одним из популярных определений суперкомпьютера было следующее: - "любой компьютер, который создал Сеймур Крей". Сам Крей никогда не называл свои детища суперкомпьютерами, предпочитая использовать вместо этого обычное название "компьютер".
Компьютерные системы Крея удерживались на вершине рынка в течение 5 лет с 1985 по 1990 годы. 80-е годы XX века охарактеризовались появлением множества небольших конкурирующих компаний, занимающихся созданием высокопроизводительных компьютеров, однако к середине 90-х большинство из них оставили эту сферу деятельности, что даже заставило обозревателей заговорить о "крахе рынка суперкомпьютеров". На сегодняшний день суперкомпьютеры являются уникальными системами, создаваемыми "традиционными" игроками компьютерного рынка, такими как IBM, Hewlett-Packard, NEC и другими, которые приобрели множество ранних компаний, вместе с их опытом и технологиями. Компания Cray по прежнему занимает достойное место в ряду производителей суперкомпьютерной техники.
Из-за большой гибкости самого термина до сих пор распространены довольно нечёткие представления о понятии "суперкомпьютер". Шутливая классификация Гордона Белла и Дона Нельсона, разработанная приблизительно в 1989 году, предлагала считать суперкомпьютером любой компьютер, весящий более тонны. Современные суперкомпьютеры действительно весят более 1 тонны, однако далеко не каждый тяжёлый компьютер достоин чести считаться суперкомпьютером. В общем случае, суперкомпьютер - это компьютер значительно более мощный, чем доступные для большинства пользователей машины. При этом, скорость технического прогресса сегодня такова, что нынешний лидер легко может стать завтрашним аутсайдером.
Архитектура также не может считаться признаком принадлежности к классу суперкомпьютеров. Ранние компьютеры CDC были обычными машинами, всего лишь оснащёнными быстрыми для своего времени скалярными процессорами, скорость работы которых была в несколько десятков раз выше, чем у компьютеров, предлагаемых другими компаниями.
Большинство суперкомпьютеров 70-х оснащались векторными процессорами, а к началу и середине 80-х небольшое число (от 4 до 16) параллельно работающих векторных процессоров практически стало стандартным суперкомпьютерным решением. Конец 80-х и начало 90-х годов охарактеризовались сменой магистрального направления развития суперкомпьютеров от векторно-конвейерной обработки к большому и сверхбольшому числу параллельно соединённых скалярных процессоров.
Массивно-параллельные системы стали объединять в себе сотни и даже тысячи отдельных процессорных элементов, причём ими могли служить не только специально разработанные, но и общеизвестные и доступные в свободной продаже процессоры. Большинство массивно-параллельных компьютеров создавалось на основе мощных процессоров с архитектурой RISC, наподобие PowerPC или PA-RISC.
В конце 90-х годов высокая стоимость специализированных суперкомпьютерных решений и нарастающая потребность разных слоёв общества в доступных вычислительных ресурсах привели к широкому распространению компьютерных кластеров. Эти системы характеризует использование отдельных узлов на основе дешёвых и широко доступных компьютерных комплектующих для серверов и персональных компьютеров и объединённых при помощи мощных коммуникационных систем и специализированных программно-аппаратных решений. Несмотря на кажущуюся простоту, кластеры довольно быстро заняли достаточно большой сегмент суперкомпьютерного рынка, обеспечивая высочайшую производительность при минимальной стоимости решений.
В настоящее время суперкомпьютерами принято называть компьютеры с огромной вычислительной мощностью ("числодробилки" или "числогрызы"). Такие машины используются для работы с приложениями, требующими наиболее интенсивных вычислений (например, прогнозирование погодно-климатических условий, моделирование ядерных испытаний и т. п.), что в том числе отличает их от серверов и мэйнфреймов (англ. mainframe) - компьютеров с высокой общей производительностью, призванных решать типовые задачи (например, обслуживание больших баз данных или одновременная работа с множеством пользователей).
(Подробнее о Задачах, решаемых на суперкомпьютерах)
Иногда суперкомпютеры используются для работы с одним-единственным приложением, использующим всю память и все процессоры системы; в других случаях они обеспечивают выполнение большого числа разнообразных приложений.
На данном этапе можно сказать что имеется некий кризис эффективного использования суперкомпьютеров и существенный разрыв между теми возможностями что суперкомпьютеры могут предоставить и теми что реально используются.
Вычислительная мощность суперкомпьютеров быстро растет, однако примеров успешного полноценного использования суперкомпьютеров немного. В подавляющем числе случаем используется десятки, в лучшем случае сотни процессоров. Случаев полноценного использования тысяч процессоров очень мало. Есть единицы приложений позволяющих полноценно использовать тысячи процессоров. Основная масса приложений, что специализированных, написанных в рамках каких либо научных исследований, что коммерческих, ориентированы на использование систем средней производительности, имеющих несколько десятков, в лучшем случае несколько сотен процессоров. В среднем вычислительная мощность суперкомпьютеров используется не более чем на несколько процентов.
Одна из основных причин состоит в том, что вычислительная мощность суперкомпьютера не более чем прямая сумма мощностей большого числа входящих в его состав процессоров или процессорных ядер. Поэтому большинство алгоритмом, в том числе разработанных за последние двадцать лет, не могут в полной мере использовать вычислительную мощность. В лучшем случае используют несколько сотен процессоров. Современные алгоритмы не могут автоматически использовать такую "распределенную" мощность.
Время вычислительных систем, обладающих существенной производительностью и имеющих в своем составе только один процессор прошло, и, по всей видимости, безвозвратно
На протяжении многих лет увеличение производительность компьютера автоматически означало снижение времени работы существующих программ. Теперь это не так. Последовательные программы не могут работать на суперкомпьютерах быстрее. Если запустить "обыкновенную" программу на суперкомпьютере, то значительного увеления производительности не будет.
Но проблема не является неразрешимой. Неходимо изучать известные методы анализа и создания параллельных алгоритмов, а также создавать новые методы использования многопроцессорных систем для решения актуальных значимых задач
Наиболее дешёвым видом современных "суперкомпьютеров" является персональный суперкомпьютер на основе графических процессоров GPU. (см. Персональный суперкомпьютер) За счёт применения возможностей архитектуры CUDA графические процессоры используются в качестве вычислителей. Установленные в настольные ПК графические вычислители могут предоставлять мощности до 4 терафлоп на каждом индивидуальном рабочем месте. Примером графических адаптеров для построения персональных суперкомпьютеров являются вычислители NVIDIA Tesla. Персональный суперкомпьютер позволяет исследователям решать ресурсоёмкие задачи, не обращаясь к массивным кластерным системам, значительно ускоряя работу.