सुपर कंप्यूटर: तीसरी दुनिया की दौड़

मैं अभी PAVT 2011 सम्मेलन से लौटा हूं और उच्च प्रदर्शन कंप्यूटिंग के क्षेत्र में मामलों की वर्तमान स्थिति के साथ सम्मानजनक समानता का परिचय देना चाहूंगा।
जब भी संभव हो, मैं प्राथमिक स्रोतों का उल्लेख करने की कोशिश करूंगा - अर्थात्, सुपर कंप्यूटर पत्रिका और सम्मेलन सामग्री के लेख ।

यह सब क्यों जरूरी है

सुपर कंप्यूटरों का उपयोग पारंपरिक रूप से सैन्य और वैज्ञानिक उद्देश्यों के लिए किया जाता रहा है, लेकिन हाल के वर्षों में इस तथ्य के कारण उनके आवेदन में क्रांतिकारी परिवर्तन हुए हैं कि उनकी शक्ति व्यापार के लिए सस्ती लागत पर वास्तविक प्रक्रियाओं और वस्तुओं को अनुकरण करने के लिए बढ़ी है।
हर कोई शायद जानता है कि मोटर वाहन उद्योग में, सुपर कंप्यूटरों की गणना सुरक्षा बढ़ाने के लिए की जाती है, उदाहरण के लिए, फोर्ड फोकस को अपने 5 स्टार मिले । विमानन उद्योग में, पारंपरिक तकनीक का उपयोग करके एक नया जेट इंजन जारी करना एक महंगी खुशी है, उदाहरण के लिए, SU-27 के लिए AL-31 के निर्माण में 15 साल लगे, 50 प्रोटोटाइप के निर्माण और विनाश की आवश्यकता और $ 3.5 बिलियन का खर्च। पहले से ही सुपर कंप्यूटर की भागीदारी के साथ डिजाइन किए गए सुखोई सुपरगेट के लिए इंजन 6 साल में बनाया गया था, 600 मिलियन यूरो और 8 प्रोटोटाइप बनाए गए थे।
फार्मास्यूटिकल्स पर भी ध्यान दिया जाना चाहिए - अधिकांश आधुनिक दवाओं को आभासी स्क्रीनिंग का उपयोग करके डिज़ाइन किया गया है, जो मौलिक रूप से लागत को कम कर सकता है और दवाओं की सुरक्षा बढ़ा सकता है।
ज्यादा है ।
आज विकसित यूरोपीय देशों में:
47.3% उच्च-तकनीकी उत्पादों को डिज़ाइन किए गए जटिल प्रणालियों या उत्पादों के टुकड़े के सिमुलेशन मॉडलिंग का उपयोग करके उत्पादित किया जाता है;
32.3% उत्पादों को डिज़ाइन किए गए सिस्टम और उत्पादों के छोटे पैमाने के एनालॉग्स के सिमुलेशन मॉडलिंग का उपयोग करके निर्मित किया जाता है;
15% उत्पादों को डिज़ाइन किए गए सिस्टम और उत्पादों के पूर्ण पैमाने पर सिमुलेशन का उपयोग करके निर्मित किया जाता है;
और डिज़ाइन किए गए जटिल सिस्टम और उत्पादों का केवल 5.4% सिमुलेशन के बिना उत्पादित किया जाता है।

आधुनिक दुनिया में सुपर कंप्यूटर तकनीक एक रणनीतिक क्षेत्र बन गया है, जिसके बिना आगे विकास असंभव है। राष्ट्रीय सुपर कंप्यूटरों की शक्ति अब बिजली संयंत्रों की शक्ति या वॉरहेड की संख्या के रूप में महत्वपूर्ण है।
और अब दुनिया शुरू हो गई है

Exaflops के लिए दौड़

क्यों बहिष्कृत? तथ्य यह है कि बिजली की वृद्धि का 11 साल का चक्र देखा गया था। गिगाफ्लॉप, टेराफ्लॉप, पेटाफ्लॉप ... पेटाफ्लॉप लाइन को 2008 में दूर किया गया था, उसी समय अमेरिकी रक्षकों ने खुद को कार्य निर्धारित किया था - 2019 में स्तर 1 एक्साफ्लॉप तक पहुंचने के लिए। कार्य के महत्व के कारण, सभी प्रमुख देश दौड़ में शामिल हो गए, इसलिए अब चीनी सुपर कंप्यूटर पहले स्थान पर है।
सुपरकंप्यूटर कंप्यूटिंग दो कारणों से अर्थव्यवस्था की दौड़ में सबसे आगे है: सबसे पहले, वे पहले से कहीं अधिक मांग में हैं, और दूसरी बात यह है कि प्रोसेसर की आवृत्तियों को बढ़ाते हुए व्यापक विकास की सीमा समाप्त हो गई है, जबकि उनकी बिजली की खपत कम हो रही है और कोई भी यह नहीं जानता है कि यह एक्सफोलॉप कैसे बनाया जाए।

अब तक अनसुलझी समस्याएं:
1) बिजली की खपत। मौजूदा सुपर कंप्यूटर ऊर्जा की खपत करते हैं। एक ही तकनीक का उपयोग करने वाले Exaflops गीगावाट का उपभोग करेंगे, जो पहले से ही शहर की ऊर्जा खपत के लिए तुलनीय है। सम्मेलन में, उन्होंने पहले से ही गंभीरता से केंद्रीय हीटिंग सिस्टम के लिए सुपर कंप्यूटर का उपयोग करने का सुझाव दिया - ताकि बिजली गायब न हो।
2) विश्वसनीयता। अधिक नोड्स, कम विश्वसनीयता, एक्साफ्लॉप कंप्यूटर लगातार टूट जाएंगे और उनके संचालन के दौरान लगातार ध्यान में रखा जाना चाहिए, मौलिक रूप से अविश्वसनीय प्रणालियों की प्रोग्रामिंग प्रौद्योगिकियां उनकी प्रारंभिक अवस्था में हैं।
3) दक्षता। कोर की संख्या में वृद्धि के साथ, उनके संयुक्त कार्य की दक्षता लगातार कम हो जाती है। किसी को यह भी नहीं पता है कि लाखों समानांतर कोर के साथ एक्साफ्लॉप सिस्टम कैसे प्रोग्राम करते हैं, नई भाषाओं और प्रोग्रामिंग प्रतिमानों में बदलाव की जरूरत है।

20 वीं शताब्दी में दो महान दौड़ थे जो कई मामलों में सभ्यता के आगे के विकास - परमाणु और अंतरिक्ष का निर्धारण करते थे।
पीढ़ी की दौड़ हमारी पीढ़ी के बहुत तक गिर गई है।

रूस और सुपर कंप्यूटर

हाल के वर्षों तक, रूस में सुपर कंप्यूटरों के साथ स्थिति एक विफलता थी, शीर्ष 500 में रूसी मशीनों की सूची में से केवल एक चमक गई। अब स्थिति बदल रही है - रेटिंग में हमारे पहले से ही 11 सुपर कंप्यूटर हैं, और उनमें से सबसे अच्छा टी-प्लेटफ़ॉर्म कंपनी का लोमोनोसोव है - वर्तमान रेटिंग में 17 वें स्थान पर 500 TFlop की क्षमता के साथ (लॉन्च के समय यह 11 वाँ था)। इस वर्ष, ग्राफिक त्वरक की मदद से लोमोनोसोव के बड़े पैमाने पर आधुनिकीकरण की योजना बनाई गई है, जिसके बाद वह शीर्ष दस में से एक होना चाहिए। दिलचस्प है, हम केवल एक बार रेटिंग की पहली पंक्ति पर थे, 1984 में वापस, एम -13 मिसाइल रक्षा कंप्यूटर के साथ ।
सुपर कंप्यूटरों के रूसी बाजार के नेता, टी-प्लेटफ़ॉर्म अब लेआउट घनत्व के मामले में पहले स्थान पर हैं , जो हमें वर्तमान सुपर कंप्यूटर दौड़ में अच्छे परिणामों की आशा करने की अनुमति देता है। टी-प्लेटफ़ॉर्म के निदेशक ने सम्मेलन में बात की और यह एक शानदार प्रदर्शन था: युवा, सक्षम, उत्साही! मैं हमारे अन्य खिलाड़ी, आरएसके-एसकेआईएफ कंपनी के बारे में कुछ नहीं कह सकता - दोस्तों ने स्पष्ट रूप से पूर्ण रिपोर्ट को बर्बाद कर दिया और अगले प्रदर्शन की शूटिंग की।
अपुष्ट रिपोर्टों के अनुसार, मार्च में, हमारे परमाणु इंजीनियरों के शहर सरोव में, पहले पेटफ्लॉप सुपर कंप्यूटर लॉन्च किया गया था, लेकिन यह अभी तक शीर्ष 500 में आने में कामयाब नहीं हुआ है।
राज्य से सुपर कंप्यूटरों के क्षेत्र में महत्वपूर्ण धन भेजा जा रहा है , लेकिन अकेले पैसा पर्याप्त नहीं है - हमें नए विचारों और हजारों लोगों के काम की आवश्यकता है। दो खबरें हैं - अच्छी और बुरी। बुरी बात यह है कि संयुक्त राज्य अमेरिका में लगभग सभी गंभीर गंभीर सुपरकंप्यूटर मॉडलिंग सॉफ्टवेयर विकसित किए गए थे और अमेरिकी सक्रिय रूप से अपने एकाधिकार का उपयोग कर रहे हैं, इसे वितरित करते हैं, उदाहरण के लिए, हमारे विमान इंजन विशेष विमान का उपयोग नहीं करते हैं, लेकिन सस्ती ऑटोमोटिव सॉफ्टवेयर, जो निश्चित रूप से बहुत कम क्षमताएं हैं। और अच्छी खबर यह है कि आगामी बड़े पैमाने पर समानता के प्रकाश में, सभी सॉफ्टवेयर को अभी भी फिर से लिखना होगा, जिसका अर्थ है कि हमारे पास लीड में बाहर तोड़ने का बहुत अच्छा मौका है।

प्रोसेसर

क्योंकि सिलिकॉन-आधारित प्रोसेसर की आवृत्ति में वृद्धि बंद हो गई है, सुपर कंप्यूटर का विकास तेजी से समानांतर पथ के साथ बढ़ रहा है, जिससे कंप्यूटिंग कोर की संख्या बढ़ रही है। हालांकि, यह एकमात्र तरीका नहीं है, सिलिकॉन के प्रतिस्थापन के लिए खोज जारी है। लंबे समय तक, "पूर्व हमारे" वैज्ञानिकों द्वारा बनाए गए ग्राफीन को "उद्धारकर्ता" की भूमिका पर तैनात किया गया था, अब एक नया चैलेंजर दिखाई दिया है - मोलिब्डेनम । लेकिन यह पूरा मामला, भले ही बहुत दूर का नहीं, भविष्य का हो, लेकिन जब हम प्रोसेसर के अधिक से अधिक समानांतर वास्तुकला को चमका रहे हैं, तो 100 परमाणु क्रिस्टल पहले से ही योजनाबद्ध हैं। न केवल प्रदर्शन बहुत महत्वपूर्ण हो जाता है, बल्कि ऊर्जा की खपत प्रति वाट प्रदर्शन होता है। इस संबंध में, एएमडी बुलडोजर परियोजना दिलचस्प है, जिसमें कोर बिजली की खपत को कम करने के लिए सामान्य ब्लॉकों का उपयोग करते हैं।
इंटेल एमआईसी की वास्तुकला को विकसित करने में बहुत पीछे नहीं है - लाइट पेंटियम कोर पर आधारित एक बहु-कोर त्वरक।
यहां तक ​​कि मोबाइल-डिज़ाइन किए गए एटम प्रोसेसर का उपयोग अब सुपर कंप्यूटर पर किया जाता है ।

ग्राफिक्स एक्सेलेरेटर

पहली बार, NVIDIA समानांतर कंप्यूटिंग के लिए शक्तिशाली गेमिंग ग्राफिक्स कार्ड के निर्माण के दौरान विकसित तकनीकों को लागू करने में सफल रहा, एएमडी अपने फायरस्ट्रीम त्वरक के साथ अलग नहीं खड़ा था। ग्राफिक्स एक्सेलरेटर (GPGPU) का उपयोग करने से आपको धन और बिजली की खपत के मामले में महत्वपूर्ण कंप्यूटिंग शक्ति दसियों बार मिल सकती है । Top500 में, शीर्ष पांच सुपर कंप्यूटरों में से तीन NVIDIA TESLA त्वरक का उपयोग करते हैं। GPGPU एक नियमित डेस्कटॉप मामले में टैराफ्लॉप्स पावर का "व्यक्तिगत सुपर कंप्यूटर" प्राप्त करने का एकमात्र पैसा-उपलब्ध अवसर है। हालांकि, डेनिश राज्य में सब कुछ इतना बादल रहित नहीं है, ग्राफिक्स त्वरक के लिए प्रोग्रामिंग, जैसा कि मैंने पहले ही लिखा था, यह एक आसान काम नहीं है । सवाल यह भी उठता है कि क्या चुनना है - एक महंगा विशेष टेस्ला या एक शीर्ष -end ग्राफिक्स कार्ड जो तेज और सस्ता है? । किसी भी मामले में, कई "प्रकाश" कोर का विकल्प अभी तक नहीं देखा गया है, जिसका अर्थ है कि समानांतर में अधिक से अधिक कार्यक्रम करना आवश्यक होगा। अब हमारे पास एक बहुत ही दिलचस्प मौका है - सुपर कंप्यूटर की प्रोग्रामिंग को NVIDIA ION के साथ नेटबुक पर भी महारत हासिल की जा सकती है, इतिहास में ऐसा नहीं हुआ है।

प्रोग्रामिंग

एक आधुनिक कंप्यूटर एक विषम प्रणाली है। यह नोड्स का एक समूह है, जिनमें से प्रत्येक के पास साझा मेमोरी के साथ कई प्रोसेसर हैं और कई ग्राफिक्स एक्सेलेरेटर हैं, नोड्स एक हाई-स्पीड बस से जुड़े हुए हैं (अब यह सबसे अधिक बार InfiniBand है, एक सुपरकंप्यूटर की "घरेलू" परिभाषा भी है "एक infiniband के साथ कुछ")।
प्रौद्योगिकी के इस चमत्कार का प्रोग्रामिंग एमपीआई (नोड्स के बीच कार्य को वितरित करना), ओपनएमपी (प्रोसेसर के बीच) और सीयूडीए / ओपनसीएल (ग्राफिक त्वरक के बीच) के संयोजन का उपयोग करके होता है।
ऐसी प्रणाली में कोड का अनुकूलन (उदाहरण के लिए, लूप्स का स्वीप) जल्दी से अपनी पूरी अपठनीयता की ओर जाता है, अनुकूलन के बिना, दक्षता पूरी तरह से अपर्याप्त है।
आप केवल नए वातावरण और प्रोग्रामिंग भाषा बनाकर इससे निपट सकते हैं। उदाहरण के लिए, Mosix OpenCL विकसित किया जा रहा है, जो OpenCL संगत भाषा में एक बड़े कर्मचारी के रूप में क्लस्टर के साथ काम करने की अनुमति देता है। यह मुझे दिलचस्प लगा कि सम्मेलन में प्रस्तुत NUDA विकास, जो कि नेमेर्ले भाषा में OpenCL पर एक उच्च-स्तरीय "आवरण" है और आपको ग्राफिक्स त्वरक के लिए स्वचालित रूप से अनुकूलित कोड उत्पन्न करने की अनुमति देता है।

भाग

इसलिए, दौड़ शुरू हो गई है और हमारे पास यहां इतिहास में नीचे जाने का मौका है।
अब क्या किया जा सकता है?
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और क्या?
मुझे अभी तक पता नहीं है लिखो, हम मिल जाएंगे।