Тенденции и перспективы развития СуперЭВМ

РАЗВИТИЕ СУПЕРЭВМ - ТЕНДЕНЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ

На сегодняшний день весьма актуальна тема перехода к новым поколениям вычислительных средств, что связано с потребностями решения сложных задач больших размерностей. В то же время не стоит на месте процесс разработки новых видов вооружений, и это тоже требует создания новых, усовершенствованных, вычислительных машин для поддержки их эффективного функционирования. В наше время однопроцессорные вычислительные системы уже не уже не в состоянии решить большинство военно-прикладных задач, так уровень требований к производительности и надежности вычислительных средств, особенно в области решение решения военно-прикладных задач постоянно растёт и теперь как средство повышения производительности вычислительных систем военного назначения наиболее часто используются многопроцессорные вычислительные системы (МВС).

В качестве основных требований, предъявляемых к таким системам, можно выделить следующие:

  • необходимость высокой производительности для любого алгоритма;
  • согласование производительности памяти с производительностью вычислительной части;
  • способность микропроцессоров согласованно работать при непредсказуемых задержках данных от любого источника
  • машинно-независимое программирование.

Одним из факторов, влияющих на архитектуру высокопроизводительных вычислительных систем, является взаимозависимость архитектуры и алгоритмов задач. Чаще всего наличие этого фактора ведёт к созданию проблемно-ориентированных систем. При этом может быть достигнут наивысший уровень производительности для данного класса задач. Такая взаимозависимость также выступает стимулом для поиска алгоритмов, наилучшим образом соответствующих возможным формам параллелизма на уровне аппаратуры, а, как известно, увеличение степени параллелизма ведёт к увеличению числа логических схем, что сопровождается увеличением физических размеров, в результате чего возрастают задержки сигналов на межсоединениях. А так как для написания программ используются языки высокого уровня, необходимы определенные средства автоматизации процессов распараллеливания и оптимизации программ. В конечном счёте этот фактор приводит к одному из двух результатов:

  • к снижению тактовой частоты,
  • к созданию дополнительных логических ступеней и, как следствие, к потере производительности.

Стоит также отметить, что рост числа логических схем также приводит к росту потребляемой энергии и отводимого тепла.

К тому же более высокочастотные логические схемы при прочих равных условиях потребляют большую мощность на один вентиль. Результатом является возникновение теплофизического барьера, что обусловлено двумя факторами:

  • высокой удельной плотностью теплового потока, что требует применения сложных средств отвода тепла
  • высокой общей мощностью системы, что вызывает необходимость использования сложной системы энергообеспечения и специальных помещений.

Вместе с тем, имеют место подходы, связанные с применением специализированных микропроцессоров, которые ориентированы именно на использование в параллельных системах. В качестве примера можно привести серию транспьютеров фирмы Inmos. Но из-за ограниченного рынка эта серия по производительности резко отстала от универсальных микропроцессоров, таких, как Alpha, Power PC, Pentium.

Специализированные микропроцессоры будут иметь полноценную конкурентоспособность только при условии сокращения расходов на проектирование и освоение в производстве. А это, в свою очередь, во многом зависит от производительности инструментальных вычислительных средств, используемых в системах автоматизированного проектирования.

Заметим, что аппаратная реализация параллельных подсистем полностью зависит от выбранных микропроцессоров, БИС памяти и других компонентов. На сегодняшний день по экономическим соображениям целесообразно использовать наиболее высокопроизводительные микропроцессоры, разработанные для унипроцессорных машин.

Разные вычислительные машины используют различные подходы, направленные на достижение следующих целей:

— максимальная арифметическая производительность процессора;

— эффективность работы операционной системы и удобство общения с ней для программиста;

— эффективность трансляции с языков высокого уровня и исключение написания программ на автокоде;

— эффективность распараллеливания алгоритмов для параллельных архитектур.

Однако, в любой машине необходимо в той или иной форме решать все указанные задачи. Отметим, что сначала этого пытались достичь с помощью одного или нескольких одинаковых процессоров.