En superdatamaskin eller superdatamaskin er en datamaskin designet for å oppnå høyest mulig ytelse med teknikkene som er kjent på tidspunktet for utformingen, spesielt med hensyn til beregningshastigheten .
Science superdatamaskiner kalles "high performance computing" (på engelsk : high-performance computing , eller HPC). Denne disiplinen er delt i to: maskinvaredelen (elektronisk design av beregningsverktøyet) og programvaredelen (programvaretilpasning av beregningen til verktøyet). Disse to delene påkaller forskjellige kunnskapsfelt.
De første superdatamaskinene (eller superdatamaskinene) dukket opp på 1960-tallet . I 1961, IBM utviklet IBM Strekk eller IBM 7030, en enhet som ble operert i Frankrike i 1963.
På den tiden, og frem til 1970-tallet , var verdens største superdataprodusent Control Data Corporation (CDC), med designeren Seymour Cray . Deretter Cray forskning , grunnlagt av Seymour Cray etter hans avgang fra CDC, tok fordel fremfor andre konkurrenter, til rundt år 1990. På 1980-tallet , slik tilfellet ble produsert i 1970 mikrodatamaskin markedet , mange små selskaper registrert dette markedet, men de fleste av dem forsvant i supercomputer-markedet " krasj " på midten av 1990-tallet .
Hva begrepet superdatamaskin refererer til, varierer over tid, da de kraftigste datamaskinene i verden på et tidspunkt har en tendens til å bli utlignet, og deretter overgått, av maskiner i vanlig bruk mange år senere. De første CDC-superdatamaskinene var enkle datamaskiner med en prosessor (men noen ganger med opptil ti perifere prosessorer for I / O ) omtrent ti ganger raskere enn konkurrentene. På 1970-tallet vedtok de fleste superdatamaskiner en vektorprosessor , som avkoder en instruksjon en gang og bruker den på en hel serie operander .
Det var først på slutten av 1980-tallet at den massivt parallelle systemteknikken ble tatt i bruk, med bruk av tusenvis av prosessorer i en enkelt superdatamaskin. I dag bruker noen av disse parallelle superdatamaskinene mikroprosessorer av typen " RISC ", designet for serielle datamaskiner, for eksempel PowerPC-er eller PA-RISC-er . Andre superdatamaskiner bruker billigere prosessorer, av typen " CISC ", mikroprogrammert i RISC i den elektroniske brikken ( AMD eller Intel ): effektiviteten er litt lavere, men minnetilgangskanalen - ofte en flaskehals - er mye mindre stresset.
I XXI th århundre , er super vanligvis utformet som unike modeller av datamaskinprodusenter 'tradisjonelle' som International Business Machines (IBM), Hewlett-Packard (HP), eller Bull , de har bak seg en lang tradisjon i feltet (IBM) eller at de kjøpte på 1990-tallet spesialiserte selskaper, da i vanskeligheter, for å skaffe seg erfaring innen dette feltet.
Supercomputere blir brukt for alle oppgaver som krever meget høy datakraft , slik som værvarsling , studere klimaet (om dette emnet, se programmer sikrede av G8-HORCs ), modellering kjemiske gjenstander ( beregning av strukturer og egenskaper , molekylær modellering , etc . ), fysiske simuleringer (simuleringer aerodynamiske , beregninger av materialstyrke , simulert eksplosjon av atomvåpen , studier av kjernefusjon , etc. ), kryptanalyse eller simuleringer innen økonomi og forsikring ( stokastisk beregning ).
Sivile og militære forsknings institusjoner er blant de tyngste brukerne av superdatamaskiner.
I Frankrike finnes disse maskinene i nasjonale universitets databehandlingssentre, for eksempel Institute for Development and Resources in Scientific Informatics (IDRIS), National Computer Center for Higher Education (CINES), men også i Commissariat à atomenergi og alternative energier (CEA) eller i visse store selskaper, som Total , EDF eller Météo-France .
Superdatamaskiner får sin overlegenhet over konvensjonelle datamaskiner fra begge:
De er nesten alltid designet spesielt for en bestemt type oppgaver (oftest vitenskapelige numeriske beregninger : matrise eller vektorberegning ) og søker ikke spesiell ytelse på andre områder.
Den hukommelse arkitekturen av super er utformet til å forsyne data til hver prosessor for å få mest mulig ut av sin datakraft . Overlegen minneytelse (bedre komponenter og bedre arkitektur) forklarer i stor grad fordelen med superdatamaskiner fremfor konvensjonelle datamaskiner.
Deres inngang / utgang ( bus ) system er konstruert for å gi høy båndbredde , med mindre tidsforsinkelse fordi denne type datamaskin som ikke er utformet for å behandle transaksjoner .
Som med alle parallelle system, Amdahl lov gjelder, med superdatamaskin designere vier noen av deres innsats for å eliminere ikke-parallelliserte deler av programvare og utvikle maskinvare forbedringer for å fjerne gjenværende flaskehalser .
På den ene siden, superdatamaskiner krever ofte flere megawatt av elektrisk kraft . Denne maten må også være av høy kvalitet. Som et resultat produserer de en stor mengde varme og må derfor kjøles ned for å fungere normalt. Kjøle (for eksempel luft kjøling ) av disse maskinene utgjør ofte en betydelig luftkondisjone problem .
På den annen side kan ikke data strømme raskere enn lysets hastighet mellom to deler av en datamaskin . Når størrelsen på en superdatamaskin overstiger flere meter, telles ventetiden mellom visse komponenter i titalls nanosekunder . Elementene er derfor anordnet for å begrense lengden på kablene som forbinder komponentene. På Cray-1 eller Cray- II , for eksempel, ble de ordnet i en sirkel .
I dag er disse datamaskinene i stand til å behandle og kommunisere veldig store datamengder på veldig kort tid. Utformingen må sikre at disse dataene kan leses, overføres og lagres raskt. Ellers ville prosessorenes databehandling være underutnyttet ( flaskehals ).
Topp 20 superdatamaskiner i verden i Juni 2013.
Tabell over beregningshastigheten (R max ) for de beste superdatamaskinene; 60 år logaritmisk skala .
Distribusjon etter land av de 500 beste superdatamaskinene inovember 2015.
I 1993, Earth Physics Institute of Paris (PGI) driver en datamaskin CM-5/128 som bruker prosessorer SuperSPARC , den er rangert på 25. plass til TOP500 . Tre år senere, i1996The Institute of ressurser Utvikling og Scientific Computing (IDRIS) klarer å nå 12 th sted i verden med T3e bygget av Cray .
I midten av2002, Den mest kraftfulle superdatamaskinen fransk rangerer 4. plass i TOP500, de TERA- baserte prosessorene Alpha til 1 GHz ( AlphaServer SC45 ) og utviklet av Hewlett-Packard ; han tilhørte Atomic Energy Commission (CEA). Ijanuar 2006Den TERA-10 fra Bull lykkes, det genererer en regnekraft på 60 tera FLOPS og vil plassere 5 th Verden TOP500 klassifisering.
I juni 2008, IDRIS og Blue Gene / P løsning for IBM vises, i henhold til test Linpack , en kraft på 120 teraflops og vant 10 th sted.
I november 2009, den første franske maskinen heter Jade . Av typen " SGI Altix (en) " er den basert på National Computer Center for Higher Education (CINES) i Montpellier . Superdatamaskin er rangert 28 th i verden med 128 teraflops i Linpack-testen. Rett etter ble konfigurasjonen av Jade- maskinen fullført for å oppnå en ytelse på 237 teraflops. Maskinen bytter tiljuni 2010den 18 th raden av TOP500. Det er da det tredje europeiske datasystemet og det første franske, det er ment for offentlig forskning .
I november 2010Den franske rekorden holdes av TERA-100 fra Bull . Sett i ECA i Bruyeres-le-Chatel til behovene til den franske atom militær simulering , med ytelse teraflops 1050, stiger denne maskinen til 6 th i verden og vant en st sted i Europa. Den består av 17 296 Intel Xeon 7500- prosessorer hver utstyrt med åtte kjerner og koblet sammen av et InfiniBand- nettverk .
I mars 2012, Curie , et system designet av Bull for GENCI , installert på stedet for Très Grand Centre de Calcul (TGCC) i Bruyères-le-Châtel, har en effekt på 1.359 petaflops. Det blir den kraftigste superdatamaskin i Frankrike ved å ta 9 th på verdensrankingen. Den er designet for å levere 2 petaflops.
I Januar 2013, er Ada- og Turing- systemene som er bygget av IBM installert på IDRIS i Orsay . Summen av deres kraft overstiger petaflops. Disse to maskinene er tilgjengelige for forskere. I mars 2013 ble Pangea superdatamaskinen som ble eid av selskapet Total, innviet, det ble det mest effektive systemet som noensinne er installert i Frankrike. Dens datakraft er 2,3 petaflops. Tilsvarer 27.000 stasjonære datamaskiner sammen, fikk han den 11 th sted i verden.
I januar 2015, Occigen- systemet , designet av Bull, Atos teknologier, for GENCI er installert på CINES-nettstedet; den har en kraft på 2,1 petaflops. Han sto i 26 th posisjon i verden rangeringen av TOP500november 2014.
I mars 2016, Total kunngjør at de har tredoblet datakapasiteten til sin Pangea superdatamaskin , og går til en datakraft på 6,7 petaflops i topp ytelse og 5,28 petaflops i brukbar kraft. Dette gjør det mulig å gjenvinne 11 th plass i TOP500 og dermed plasserer den på hodet av verdens industrisektoren.
Fremveksten av superdatamaskiner har sett Linux bli operativsystemet som driver de fleste av de 500 mektigste superdatamaskinene på planeten, med Unix som gradvis mister terreng til Linux, men for en tid opptar en fremtredende plass i superdatamarkedet. (5%).
Windows ble bare drevet av to av de 500 kraftigste superdatamaskinene på planeten, eller 0,4%, mens BSD bare var til stede på en maskin i topp 500 , eller 0,2%. Til slutt representerte de andre konfigurasjonene (" Mixed ", dvs. et sett med flere typer operativsystemer) 4,6%.
I november 2017Linux driver alle verdens 500 kraftigste superdatamaskiner.