Вычислительная мощность современных суперкомпьютеров

Вычислительная мощность суперкомпьютера
Топ 500
Топ 50

Вычислительная мощность суперкомпьютера

Вычислительная мощность суперкомпьютера (производительность суперкомпьютера) - это количественная характеристика скорости выполнения определённых операций на суперкомпьютере. Чаще всего вычислительная мощность измеряется в флопсах (количество операций с плавающей точкой в секунду), а также производными от неё.

Неоднозначность определения

Существует несколько сложностей при определении вычислительной мощности суперкомпьютера. Во-первых, следует иметь ввиду, что производительность системы может сильно зависеть от типа выполняемой задачи. В частности, отрицательно сказывается на вычислительной мощности необходимость частого обмена данных между составляющими компьютерной системы, а также частое обращение к памяти. В связи с этим выделяют пиковую вычислительную мощность - гипотетически максимально возможное количество операций над числами с плавающей запятой в секунду, которое способен произвести данный суперкомпьютер.
Важную роль играет также разрядность значений, обрабатываемых программой (обычно имеется в виду формат чисел с плавающей запятой). Так, например, для графических карточек NVIDIA Tesla (2 ранних поколений) максимальная производительность в режиме 32 бит составляет порядка 1 Терафлопс, однако при проведении вычислений с двойной точностью (64 бит) она ниже примерно в 10 раз

Измерение производительности

Оценка реальной вычислительной мощности производится путём прохождени специальных тестов - набора программ специально предназначенных для проведения вычислений и измерения времени их выполнения. Обычно оценивается скорость решения системой большой системы линейных алгебраических уравнений, что обусловливается, в первую очередь, хорошей масштабируемостью этой задачи.
Наиболее популярным тестом производительности является Linpack benchmark. В частности, HPL (альтернативная реализация Linpack) используется для составлении Топ 500 листа суперкомпьютеров в мире. Другими популярными программами для проведения тестирования являются NAMD[4] (решение задач молекулярной динамики), HPCC (HPC Challenge Benchmark), NAS Parallel Benchmarks. Подробнее о тестах вы можете прочитать в статье "Обзор некоторых пакетов измерения производительности кластерных систем" или на сайте (parallel.ru/computers/benchmarks).

      FLOPS (или flops или flop/s)(акроним от англ. Floating point Operations Per Second, произносится как флопс) - величина, используемая для измерения производительности компьютеров, показывающая, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет данная вычислительная система.
      Поскольку современные компьютеры обладают высоким уровнем производительности, более распространены производные величины от FLOPS, образуемые путём использования стандартных приставок системы СИ.
Кило - 103.
Мега - 106.
Гига - 109.
Тера - 1012.
Пета - 1015.
Экса - 1018.
      Одним из важнейших достоинств показателя флопс является то, что он до некоторых пределов может быть истолкован как абсолютная величина и вычислен теоретически, в то время как большинство других популярных мер являются относительными и позволяют оценить испытуемую систему лишь в сравнении с рядом других. Эта особенность даёт возможность использовать для оценки результаты работы различных алгоритмов, а также оценить производительность вычислительных систем, которые ещё не существуют или находятся в разработке.
      Несмотря на кажущуюся однозначность, в реальности флопс является достаточно плохой мерой производительности, поскольку неоднозначным является уже само его определение. Под "операцией с плавающей запятой" может скрываться масса разных понятий, не говоря уже о том, что существенную роль в данных вычислениях играет разрядность операндов, которая также нигде не оговаривается. Кроме того, величина флопс подвержена влиянию очень многих факторов, напрямую не связанных с производительностью вычислительного модуля, таких как: пропускная способность каналов связи с окружением процессора, производительность основной памяти и синхронность работы кэш-памяти разных уровней.
      Всё это, в конечном итоге, приводит к тому, что результаты, полученные на одном и том же компьютере при помощи разных программ, могут существенным образом отличаться, более того, с каждым новым испытанием разные результаты можно получить при использовании одного алгоритма. Отчасти эта проблема решается соглашением об использовании единообразных тестовых программ (той же LINPACK) с усреднением результатов, но со временем возможности компьютеров "перерастают" рамки принятого теста и он начинает давать искусственно заниженные результаты, поскольку не задействует новейшие возможности вычислительных устройств. А к некоторым системам общепринятые тесты вообще не могут быть применены, в результате чего вопрос об их производительности остаётся открытым.

Топ 500

(www.top500.org)

TOP500 - проект по составлению рейтинга и описаний 500 самых мощных общественно известных компьютерных систем мира. Проект был запущен в 1993 году и публикует обновлённый список суперкомпьютеров дважды в год(1-Июнь,2-Ноябрь). Этот проект направлен на обеспечение надёжной основы для выявления и отслеживания тенденций в области высокопроизводительных вычислений. Россия по данным на ноябрь 2009 года занимает 8-10 место по числу установленных систем наряду с Австрией и Новой Зеландией. Лидируют по этому показателю США.

История проекта

В начале 1990-х годов возникла необходимость получения сравнительных характеристик и метрик суперкомпьютеров. После экспериментов 1992 года с метриками, основанными на количестве процессоров, в университете Мангейма возникла идея сравнивать все подсистемы суперкомпьютеров. В начале 1993 года Джек Донгарра был убеждён принять участие в этом проекте со своим тестом Linpack. Первая версия теста была готова в мае 1993 года. Она частично была основана на данных доступных в сети, включая данные источники:

Системы № 1 начиная с 1993 года
Cray Jaguar (с 2009.11)
IBM Roadrunner (с 2008.06-2009.11)
IBM Blue Gene/L (2004.11-2008.06)
NEC Earth Simulator (2002.06 - 2004.11)
IBM ASCI White (2000.11 - 2002.06)
Intel ASCI Red (1997.06 - 2000.11)
Hitachi CP-PACS (1996.11 - 1997.06)
Hitachi SR2201 (1996.06 - 1996.11)
Fujitsu Numerical Wind Tunnel (1994.11 - 1996.06)
Intel Paragon XP/S140 (1994.06 - 1994.11)
Fujitsu Numerical Wind Tunnel (1993.11 - 1994.06)
TMC CM-5 (1993.06 - 1993.11)

Список 500 самых мощных компьютеров мира. 34-ая редакция (ноябрь 2009 год)
(Информацию по остальным годам вы можете посмотреть на официальном сайте top500.org, или на сайте http://parallel.ru/computers/#top500)

Общая вычислительная мощность 500 наиболее мощных компьютерных систем в мире с 1993 по 2008 год.

Распределение вычислительной мощности по странам в соответствии с данными Top 500 в ноябре 2008 года.

Топ 50

Существует мнение, что рейтинг Top500 не с достоверно отображает действительное положение вещей на российском рынке. Выход был найден российской компанией "Т-Платформы", МСЦ Российской Академии наук и Научно-исследовательским вычислительным центром (НИВЦ) МГУ им. М.В. Ломоносова. Соединив свои усилия, они создали рейтинг самых мощных суперкомпьютеров России и СНГ, который также обновляется каждые полгода и основывается на все том же тесте LinPack, отражающем скорость решения громоздкой системы линейных уравнений. Этот рейтинг содержит 50 самых производительных (с точки зрения решения линейных уравнений) систем в России и помогает оценить развитие отрасли высокопроизводительных вычислений в нашей стране. Ознакомиться с этим рейтингом детально можно на сайте www.supercomputers.ru.

ТОП50 - 11-ая редакция от 22.09.2009)