Guruh: 042-20 Bajardi: Yo’ldoshov A. A. Reja: Super kompyuterlar haqida tushuncha

Super kompyuterlar xususiyatlari. Agar IBM superkompyuterining arxitekturasining oldingi rasmiga nazar tashlasangiz, u juda yaxshi ko'rinadi ular qanday tuzilgan?. Yaxshi qadrlash mumkin qismlar eng oddiyidan yig'ilgan to'plamga. Ko'rib turganingizdek, elementar komponent - bu chip, ya'ni baza sifatida ishlatiladigan protsessor yoki mikroprotsessor. Masalan, bu AMD EPYC ekanligini tasavvur qiling. Keyinchalik, AMD EPYC odatda ikkita yoki to'rtta rozetkaga ega bo'lgan anakartga kiritiladi, shuning uchun ularning har biri MP yoki bo'lmagan kompyuterlarimizdagi anakartlardan farqli o'laroq 1 yoki 2 ta EPYCga ega bo'ladi. Xo'sh, bizda allaqachon bir nechta chipli taxta bor va, albatta, anakartga odatdagi komponentlar ham qo'shiladi. anakart uy kompyuterida, ya'ni xotira banklarida va hokazo. Ushbu plitalardan biri tez-tez chaqiriladi hisoblash mashinasi rasmda ko'rib turganingizdek.Va ular odatda metall tortmasida yakka tartibda joylashtirilgan yoki bir nechtasida to'plangan. Ushbu tortmalarni siz jinlarning fotosuratida ko'rasiz tugun kartasi. Ushbu tugunlar yoki tortmachalar odatda guruhlar bo'yicha standart o'lchovlarga ega bo'lgan relslarga kiritiladi (o'rta samolyot), har doim ham hammasi ham hisoblash mashinalari bilan tugunlarga to'g'ri kelmasa ham, lekin ba'zi bir bo'shliqlar pastda va tepada boshqa "tortmachalar" ni yoki tarmoq kartalari va barcha bu elementlarni o'zaro bog'laydigan aloqa tizimlari joylashgan tugunlarni joylashtirish uchun bo'sh qoldiriladi. shkaflar, PSU yoki quvvat manbai, RADI-da tuzilgan qattiq disklarni o'z ichiga oladigan boshqa tovoqlar va boshqalar.
Statistik tahlilidan superkompyuterlarda qo‘llanilayotgan operatsion tizimlar ichida Linux operatsion tizimi hissasining yuqoriligini kuzatish mumkin. Bugungi kunda ro‘yxatdagi superkompyuterlarning 85.20 foizi Linux operatsion tizmi(426 — Linux, 34 — Aralash, 30 — Unix, 6 — Windows, 2 — BSD, 2 — Mac OS) da ishlamoqda.
Zamonaviy super kompyuterlar. Yaponiyaning Fujitsu kompaniyasi tomonidan ishlab chiqilgan «K Computer» nomli superkompyuter jahondagi eng kuchli elektron hisoblash mashinasi deb topilgan. Shunday qilib, jahondagi Top-500 superkompyuterlar reytingida birinchi o‘rin sohibi o‘zgardi. 2010-yil noyabr oyidan beri ushbu reytingni Xitoyning Milliy mudofaa texnologiyalari institutiga o‘rnatilgan «Tianhe-1A» superkompyuteri boshqarib kelayotgan edi. Bu haqda CNET internet-nashri xabar bergandi. O‘tkazilgan sinov natijalariga ko‘ra, «K Computer» superkompyuterining unumdorligi soniyasiga 8,16 petaflopni (1 petaflop = soniyasiga suzib yuruvchi nuqta bilan 1 000 000 000 000 000 operatsiya) tashkil etdi. Bu millionta oddiy shaxsiy kompyuter quvvatlarining yig‘indisiga teng. Xitoyning superkompyuteri esa bu borada 2,6 petaflop natijani ko‘rsatdi. Jahondagi eng kuchli superkompyuterlar beshligiga Amerikaning Jaguar kompyuter tizimi (1,75 petaflop), Xitoyning Nebulae (1,27 petaflop) va Yaponiyaning Tsubame 2.0 (1,19 petaflop) superkompyuterlari ham kirgan. Top-500 superkompyuterlar reytingida eng ko‘p AQSH’da o‘rnatilgan elektron hisoblash mashinalari joy olgan (256 ta). Ikkinchi o‘rinda — Xitoy (62 ta), uchinchi o‘rinda — Germaniya (30 ta), to‘rtinchi o‘rinda — Buyuk Britaniya (27 ta), beshinchida esa — Yaponiya (26 ta). Eslatib o‘tish kerakki, Top-500 8superkompyuterlar reytingi yilda ikki marta — noyabr va iyun oylarida yangilanadi. Ro‘yxatning eng yuqori pog‘onasini yaqinda egallagan «K Computer» Yaponiyaning Kobe shahridagi Fizika-kimyo tadqiqotlari instituti (RIKEN) binosiga o‘rnatilgan. Ushbu kompyuter tizimi har birida 8 tadan yadro bo‘lgan 80 ming dona protsessordan iborat. Uni Yaponiyaning Fujitsu kompaniyasi ishlab chiqargan.
Yangi ixtiro qilingan superkompyuterlar kelayotgan ob-havoni oldindan bashorat qilish imkoniyatini yaratishi tabiiy ofatlarning oldini olishda va boshqa masalalarda juda muhim hisoblanadi. Lekin bunday superkompyuterlarning ishlab chiqarish juda katta mablag, malaka va vaqt talab etgani uchun, ularni ishlab chiqarish va foydalanishga har qanday tashkilotning ham imkoniyati yetmaydi. Undan ezgu maqsadlarni amalga oshirishda samarali foydalanishi hayotimiz farovonligi yo‘lidagi dadil qadamlardan biri bo‘lib xizmat qilishi tayin. Chunki superkompyuterlarning ishlash tezligi va hajmi o‘ta yuqoridir.
Superkompyuterlar maksimal unumdorlikka ega kompyuterlar hisoblanadi. Biroq, kompyuter sanoatining jadal rivojlanishi bu kontseptsiyani juda va juda nisbiy qiladi: o'n yil oldin superkompyuter deb atash mumkin bo'lgan narsa, bugungi kunda bu ta'rifga kirmaydi yillar boshidagi birinchi superkompyuterlarning unumdorligi anʼanaviy Pentium protsessorlariga asoslangan zamonaviy shaxsiy kompyuterlar bilan solishtirish mumkin edi. Bugungi standartlarga ko'ra, na biri, na ikkinchisi, albatta, superkompyuter emas. Har qanday kompyuterda barcha asosiy parametrlar bir-biriga bog'langan. Yuqori unumdorlik va kam operativ xotira yoki katta operativ xotira va kichik hajmdagi disklarga ega universal kompyuterni tasavvur qilish qiyin. Shunday qilib, oddiy xulosa: super-kompyuter - bu nafaqat maksimal ishlashga ega, balki ushbu yirtqich hayvondan samarali foydalanish mumkin bo'lgan maxsus dasturiy ta'minot bilan birgalikda maksimal operativ xotira va disk xotirasiga ega kompyuter.
Shunday qilib, biz bugungi kunda haqiqatan ham superkompyuterlarsiz ishlay olmasligimizni ko'ramiz. Aniqlash uchun yana bir savol bor: nega ular bunchalik tez hisoblashadi? Bu, birinchidan, elementlar bazasining rivojlanishi, ikkinchidan, kompyuterlar arxitekturasida yangi yechimlardan foydalanish bilan bog'liq bo'lishi mumkin. Keling, ushbu omillarning qaysi biri rekord ko'rsatkichga erishish uchun hal qiluvchi ekanligini aniqlashga harakat qilaylik. Keling, taniqli tarixiy faktlarga murojaat qilaylik. Dunyodagi birinchi kompyuterlardan biri, 1949-yilda Kembrijda paydo bo ʻ lgan va aylanish vaqti 2 mikrosekund (2 · soniya) bo ʻ lgan EDSAC kompyuterida 18n millisekundda 2n ta arifmetik amalni bajarish mumkin edi, ya ʼ ni soniyada o'rtacha 100 ta arifmetik amal. Zamonaviy Hewlett-Packard V2600 superkompyuterining yagona hisoblash tuguniga qiyoslash mumkin: sikl vaqti taxminan 1,8 nanosoniya (1,8 · soniya) va eng yuqori ko'rsatkich sekundiga 77 milliard arifmetik amalni tashkil qiladi. Xo'sh, nima bo'ladi? Yarim asr davomida kompyuterning ishlashi etti yuz million martadan ko'proq oshdi. Shu bilan birga, aylanish vaqtining 2 mikrosekunddan 1,8 nanosekundgacha kamayishi bilan bog'liq tezlikni oshirish atigi 1000 martani tashkil qiladi. Qolganlari qayerdan keldi? Javob aniq - kompyuter arxitekturasida yangi echimlardan foydalanish orqali. Ular orasida asosiy o'rinni bir vaqtning o'zida (parallel) bir nechta harakatlarni bajarish g'oyasini o'zida mujassam etgan.
Taqsimlangan xotiraga ega massiv parallel kompyuterlar Ushbu toifadagi kompyuterlarni yaratish g'oyasi ahamiyatsiz: ketma- ket mikroprotsessorlar tarmoq uskunalari yordamida ulanadi - bu hammasi. Ushbu arxitektura juda ko'p afzalliklarga ega: agar sizga yuqori ishlash kerak bo'lsa, siz protsessorlarni qo'shishingiz mumkin va agar moliya cheklangan bo'lsa yoki kerakli hisoblash quvvati oldindan ma'lum bo'lsa, unda optimal konfiguratsiyani tanlash oson. Bu sinfga, shuningdek, bugungi kunda juda qimmat superkompyuterlarga arzon muqobil sifatida qaralayotgan oddiy kompyuter tarmoqlari ham kiradi. (To'g'ri, bunday tarmoqlar uchun samarali parallel dastur yozish juda qiyin va ba'zi hollarda bu shunchaki imkonsizdir). Massiv parallel kompyuterlar qatoriga Intel Paragon, ASCI RED, IBM SP1, Parsytec, ma'lum darajada IBM SP2 va CRAY T3D / T3E kiradi.
Umumiy xotiraga ega parallel kompyuterlar Bunday kompyuterlardagi barcha operativ xotira umumiy disk xotirasiga kiradigan bir nechta bir xil protsessorlar tomonidan taqsimlanadi. Protsessorlar o'rtasida ma'lumotlar almashinuvi va ularning ishini sinxronlashtirishda deyarli hech qanday muammo yo'q. Biroq, ushbu arxitekturaning asosiy kamchiligi shundaki, faqat texnik sabablarga ko'ra umumiy xotiraga kirish huquqiga ega bo'lgan protsessorlar sonini ko'paytirish mumkin emas. Superkompyuterlarning ushbu yo'nalishi ko'plab zamonaviy SMP kompyuterlarini (Symmetric Multi Processing) o'z ichiga oladi, masalan, HP9000 N-sinf serveri yoki Sun Ultra Enterprise 5000. Parallel kompyuterlar va superkompyuterlarning ulkan unumdorligi ulardan foydalanishning murakkabligi bilan qoplanadi. Ammo nima foyda, ba'zida superkompyuterlar atrofida paydo bo'ladigan savollar ham hayratlanarli.
Sizningcha, bu gap to'g'rimi: kompyuter qanchalik kuchli bo'lsa, u bu muammoni tezroq hal qila oladimi? Albatta, yo'q... Oddiy kundalik misol. Agar bitta qazuvchi 1 soatda teshik qazsa, ikkita qazuvchi bu vazifani 30 daqiqada uddalaydi - siz hali ham ishonishingiz mumkin. Bu ishni bajarish uchun 60 ta qazuvchi qancha vaqt ketadi? Haqiqatan ham 1 daqiqada? Albatta yo'q! Ma'lum bir daqiqadan boshlab, ular bir-biriga aralashib, jarayonni tezlashtirmaydi, balki sekinlashtiradi. Kompyuterlarda ham xuddi shunday: agar vazifa juda kichik bo'lsa, biz to'g'ridan- to'g'ri foydali faoliyatdan ko'ra ishni taqsimlash, jarayonlarni sinxronlashtirish, natijalarni yig'ish va hokazolarga ko'proq vaqt sarflaymiz. Maxsuslashtirilgan kompyuterlar ma’lum darajada tor doiradagi masalalami yechish uchun yoki qat‘iy guruh funksiyalarni joriy etishga mo‘ljallangan. Kompyutemi bunday tor yo‘naltirilishi ularning tarkibini aniq maxsuslashtirishga imkon beradi, ishlashining yuqori unumdorligini va ishonchliligini saqlagan holda ularning murakkabligini va narxini jiddiy kamaytnish mumkin. Maxsuslashtirilgan kompyuterlarga quyidagilarni kiritish mumkin, masalan, maxsus vazifalar uchun dasturlanuvchi mikroprotsessorlar; alohida murakkab bo‘lmagan texnik qurilmalarni va jarayonlami boshqarishning mantiqiy vazifasini bajaruvchi adapter va kontrollyorlar; hisoblash tizimlarining qismlarini moslovchi va ulovchi qurilmalar. Muammoga yo'naltirilgan kompyuterlar ancha tor doiradagi masalalami yechish uchun, odatda texnologik obyektlarni va jarayonlarni boshqarishga, nisbatan katta bo‘lmagan axborotlami yig‘ish, qayd qilish va ishlov berishga, nisbatan murakkab boimagan algoritmlarga ishlov berishga mo‘ljallangan. Ularda universal kompyuterlarga nisbatan apparat va dasturiy resurslari chegaralangandir. Analog hisoblash mashinalan uzluksiz shakldagi, ya’ni qandaydir fizik kattalikdagi uzuluksiz qatorga ega bo‘Igan qiymatlar ko‘- rinishidagi (ko‘pincha elektr kuchlanishi) axborotlar bilan ishlaydi. AHM juda sodda va foydalanishga qulay, bu mashinada ishlash uchun masalalarni dasturlash uchun odatda ko‘p mehnat talab etilmaydi. Masaiani yechish tezligi operatorning xohishi bo'yicha o'zgarishi mumkin va xohlagancha yuqori tezlikda amalga oshirish mumkin (RHM lardagiga qaraganda yuqoriroq), ammo masalani yechish aniqligi esa juda past (nisbiy xatoligi 2 - 5 % gacha). AHM murakkab mantiq talab etilmaydigan va tarkibida differensial tenglama bo'lgan matematik masalalar samarali yechiladi. Elektron AHM ni ko‘pincha elektron model lashtiruvchi mashinasi ham deb ataydilar, chunki masalani yechish uchun ularda tadqiqot qilinayotgan tizimning fizik modeli yaratiladi. To‘g‘ri, xuddi shu asosda elektron RHM ham xuddi shunday atash mumkin, vaholangki ularda ham yechiladigan masala modeli yaratiladi, ammo model abstrakt, matematikdir.
Kompyuter – inglizcha so`z bo`lib, u hisoblovchi demakdir. Garchand u hozirda faqat hisoblovchi bo`lmasdan, matnlar, tovush, video va boshqa ma’lumotlar ustida ham amallar bajaradi. Shunga qaramasdan hozirda uning eski nomi – kompyuter saqlangan. Uning asosiy vazifasi turli ma’lumotlarni qayta ishlashdan iborat. Avallo shuni aytish lozimki, ko`pchilikning tushunchasida go`yoki biz kundalikda foydalanadigan faqat shaxsiy kompyuter bor xolos. Bunga albatta sabablar ko`p. Shulardan biri hozirgi zamon shaxsiy kompyuterlari ilgari universal deb hisoblangan kompyuterlardan tezligi va xotira hajmi jihatidan ancha oshib ketganligida bo`lsa, ikkinchi tomondan ko`p masalalarni yechish uchun bu kompyuterlar foydalanuvchilarni qanoatlantirishidadir. Hozirda kompyuter termini ko`p uchrasada, shu bilan birga EHM (elektron hisoblash mashinalari), HM (hisoblash mashinalari) terminlari ham hayotda ko`p ishlatib turiladi. Ammo biz soddalik uchun faqat kompyuter terminidan foydalanamiz. Kompyuterlarning amalda turli xillari mavjud: raqamli, analogli (uzluksiz), raqamli – analogli, maxsuslashtirilgan. Ammo, raqamli kompyuterlar foydalanilishi, bajaradigan amallarning universalligi, hisoblash amallarining aniqligi va boshqa ko`rsatkichlari yuqori bo`lgani uchun, ular ko`proq foydalanilmoqda. Amalda esa hozir rivojlangan mamlakatlarda kompyuterlarning besh guruhi keng qo`llanilmoqda.