Co je to Superpočítač/HPC
V poslední době se velmi hovoří o superpočítačových centrech, o jejich univerzálním využití pro teoretický i aplikovaný výzkum, pro náročné výpočty ve vědeckých oborech, pro řešení mutlidisciplinárních problémů a také o jejich využití ke komerčním účelům různými firmami. Superpočítače se v dnešní době používají primárně pro složité výpočetní úlohy, např. výzkum genomu, fyzikální modelování (např. modelování jaderných výbuchů, předpovídání počasí), kryptoanalýzu, modelování chemických či biologických procesů, vyhodnocování velkého množství naměřených dat (LHC-CERN, geofyzika) apod.
Superpočítač je všeobecné označení pro velmi výkonný počítač, počítačový systém nebo počítačové centrum. Pro některé úlohy se vytvářejí specializované superpočítače zaměřené na řešení té konkrétní úlohy, např. Earth Simulator pro modelování počasí. Nicméně trendem je vytvořit univerzální superpočítačové centrum, jehož výpočetní výkon a úložná kapacita by byla sdílena více subjekty ze sféry vědy, výzkumu, školství a subjektů z komerčních sektorů.
Historie superpočítačů
První superpočítače byly vytvořeny v šedesátých letech. V osmdesátých a začátkem devadesátých let vstupovaly na trh se superpočítačem mnohé malé firmy. Ty však byly začátkem devadesátých let vytlačeny velkými "tradičními" společnostmi. Nazývat nějaký výpočetní stroj superpočítačem můžeme jen při současné specifikaci doby, ve které byl navržen a sestrojen. Důvodem relativnosti tohoto přívlastku je rychlý vývoj v této oblasti, protože stačí několik let a běžné počítače se výkonem plně vyrovnají několik let starému superpočítači.
Architektura moderních superpočítačů
Architektura superpočítačů se dnes ustálila. Prvních 10 nejvýkonnějších superpočítačů v žebříčku TOP500 má stejnou základní architekturu. Každý z nich je clusterem MIMD (Multiple Instruction stream, Multiple Data stream) multiprocesorových sestav, přičemž každý z procesorů je architektury SIMD (Single Instruction/Multiple Data). Superpočítače se radikálně liší počtem multiprocesorových jednotek na cluster, počtem procesorů na jednu jednotku a počtem současně vykonavatelných instrukcí na jeden SIMD procesor.
- Počítačový cluster je soubor počítačů propojených vysokorychlostní sítí, přičemž na každém z nich běží samostatné úlohy operačního systému.
- Multiprocesorový počítač je počítač, na kterém běží jeden samostatný operační systém a používá víc, jako jeden CPU, přičemž počet uživatelských aplikací je jiný jako počet procesorů. Procesory sdílejí úlohy pomocí technologií SMP (Symmetric multiprocessing) a NUMA (Non-Uniform Memory Access).
- SIMD procesor spouští stejné instrukce na více jako jednom souboru dat v tomtéž čase. Jsou to tzv. vektorové procesory. Jejich výhodou je větší efektivita s tím spojená nižší spotřeba při stejném výkonu.
Rozšíření superpočítačových center ve světě
A jaký je současný stav superpočítačových center (dále jen SPC) ve světě? Situace je téměř jednoznačná, většina (51%) SPC je v USA, všechny ostatní státy mají v součtu méně než USA a pokud hovoříme o zastoupení jednotlivých zemí, pak jen v řádech jednotek procent - 9% v UK, 5% v Německu, 5% ve Francii, Česká republika nereprezentuje ani jedno jediné procento. Bouřlivý rozvoj superpočítačových technologií ovšem v posledních letech probíhá v Číně, která je svým podílem okolo 12% výkonu v žebříčku www.top500.org již na druhém místě za USA.
Využití superpočítačových center
Využití superpočítačových center je v dnešní době především ve výzkumu a vývoji, které jsou v současné době velmi silně závislé na náročných počítačových simulacích a výpočtech. Vysoce výkonná superpočítačová centra nacházejí svá uplatnění v celé řadě klasických i multidisciplinárních oborů. Snahou je koncentrovat masivní výpočetní výkon i rozsáhlá datová úložiště do konsolidovaných datových center a k těmto centrům pak přistupují jednotlivé podniky, organizace, vysoké školy, výzkumná pracoviště s konkrétními požadavky na využití vysokého výpočetního výkonu a velké datové kapacity.
Statistické údaje jsou převzaty z portálu www.top500.org.