Камчатский  государственный технический университет 

Факультет Информационных технологий 

Кафедра Информационных систем 
 

Информатика 

Реферат по информатике на тему

«Суперкомпьютеры и их применение» 
 
 
 
 

Выполнила                                                                            Проверила

Студентка гр.10-ФК                                                    Доцент кафедры ИС

Минаева В.А.                                                                    Портнягина В.В. 
 
 
 
 

Петропавловск-Камчатский

2011г.

                            

    Содержание:

Введение………………………………………………..стр.3

Что такое  суперкомпьютеры………………………….стр.4

Первые суперкомпьютеры……………………………стр.5

Строение суперкомпьютеров…………………………стр.6

Применение  суперкомпьютеров……………………..стр.7

Наиболее распространенные суперкомпьютеры……стр.9

Заключение…………………………………………....стр.11

Литература……………………………………………..стр.12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

      С момента появления первых  компьютеров одной из основных  проблем, стоящих перед разработчиками, была производительность вычислительной  системы. За время развития  компьютерной индустрии производительность  процессора стремительно возрастала, однако появление все более  изощренного программного обеспечения,  рост числа пользователей и  расширение сферы приложения  вычислительных систем предъявляют  новые требования к мощности  используемой техники, что и  привело к появлению суперкомпьютеров. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Что такое суперкомпьютеры

     В принципе, суперкомпьютер это обычная  вычислительная система, позволяющая  производить сложные расчеты  за более короткие промежутки времени. О чем собственно и говорит  приставка «Супер» (Super в переводе с английского означает: сверх, над). Любая компьютерная система состоит  из трех основных компонентов - центрального процессора, то есть счетного устройства, блока памяти и вторичной системы  хранения информации (к примеру, в  виде дисков или лент). Ключевое значение имеют не только технические параметры  каждого из этих элементов, но и пропускная способность каналов, связывающих  их друг с другом и с терминалами  потребителей. Одна из заповедей «Крей  рисерч» гласит: «Быстродействие  всей системы не превышает скорости самой медленнодействующей ее части». Важным показателем производительности компьютера является степень его  быстродействия. Она измеряется так  называемыми флопсами - от английского  сокращения, обозначающего количество операций с числами, представленными  в форме с плавающей запятой, в секунду. То есть за основу берется  подсчет - сколько наиболее сложных  расчетов машина может выполнить  за один миг.

     А зачем вообще нужны суперкомпьютеры? Раздвижение границ человеческого  знания всегда опиралось на два краеугольных камня, которые не могут, существовать друг без друга, - теорию и опыт. Однако теперь ученые сталкиваются с тем, что  многие испытания стали практически  невозможными - в некоторых случаях  из-за своих масштабов, в других - дороговизны или опасности для  здоровья и жизни людей. Тут-то и  приходят на помощь мощные компьютеры. Позволяя экспериментировать с электронными моделями реальной действительности, они становятся «третьей опорой»  современной науки и производства.

     Прошло  время, когда создатели суперкомпьютеров стремились обеспечить максимальную производительность любой ценой. Специальные процессоры, дорогостоящая сверхбыстрая память, нестандартное периферийное оборудование - все это обходилось заказчикам в круглую сумму. Приобретали  суперкомпьютеры либо предприятия  ВПК, либо крупные университеты. И  те, и другие делали это, как правило, за государственный счет. Окончание "холодной войны" и последовавшее  за ним сокращение ассигнований на военные и околовоенные нужды  нанесли серьезный удар по производителям суперкомпьютеров. Большинство из них  были поглощены изготовителями менее  производительной, но более доступной  и ходовой вычислительной техники. Впрочем, у этих слияний были и  технологические предпосылки - быстродействие серийно выпускаемых микропроцессоров постоянно росло, и производители  суперкомпьютеров быстро переориентировались  на них, что позволило существенно  сократить общую стоимость разработки. Основной упор стал делаться на увеличение числа процессоров и повышение  степени параллелизма программ.

 

Первые  суперкомпьютеры

     Началом эры суперкомпьютеров можно, пожалуй, назвать 1976 год, когда появилась  первая векторная система Cray 1. Работая  с ограниченным в то время набором  приложений, Cray 1 показала настолько  впечатляющие по сравнению с обычными системами результаты, что заслуженно получила название “суперкомпьютер” и определяла развитие всей индустрии  высокопроизводительных вычислений еще  долгие годы. Но более чем за два  десятилетия совместной эволюции архитектур и программного обеспечения на рынке  появлялись системы с кардинально  различающимися характеристиками, поэтому  само понятие “суперкомпьютер” стало  многозначным и пересматривать его  пришлось неоднократно.

     Попытки дать определение суперкомпьютеру  опираясь только на производительность привели к необходимости постоянно  поднимать планку, отделяющую его  от рабочей станции или даже обычного настольного компьютера. Только за последние 15 лет нормы менялись несколько  раз. По определению Оксфордского словаря  вычислительной техники 1986 года, для  того, чтобы получить это гордое название, нужно было иметь производительность в 10 мегафлоп (миллионов операций с  плавающей запятой в секунду). В начале 90-х была преодолена отметка 200 мегафлоп, затем 1 гигафлоп. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Строение  суперкомпьютеров 

     Рассмотрим  структуру суперкомпьютеров на примере  компьютера МВС 1000М

     В состав технических средств СК "МВС 1000М" входят:

• решающее поле из 768 процессоров Alpha 21264, разбитое на 6 базовых блоков, состоящих из 64 двухпроцессорных модулей;
• управляющая ЭВМ;
• файл-сервер NetApp F840;
• сеть Myrinet 2000;
• сети Fast/Gigabit Ethernet;
• сетевой монитор;
• система бесперебойного электропитания.

 
 

     

 
 
 
 
 

     Применение  суперкомпьютеров

     Для каких применений нужна столь  дорогостоящая техника? Может показаться, что с ростом производительности настольных ПК и рабочих станций, а также серверов, сама потребность  в суперЭВМ будет снижаться. Это  не так. С одной стороны, целый  ряд приложений может теперь успешно  выполняться на рабочих станциях, но с другой стороны, время показало, что устойчивой тенденцией является появление все новых приложений, для которых необходимо использовать суперЭВМ.

     Традиционной  сферой применения суперкомпьютеров всегда были научные исследования: физика плазмы и статистическая механика, физика конденсированных сред, молекулярная и атомная физика, теория элементарных частиц, газовая динамика и теория турбулентности, астрофизика. В химии - различные области вычислительной химии: квантовая химия (включая  расчеты электронной структуры  для целей конструирования новых  материалов, например, катализаторов  и сверхпроводников), молекулярная динамика, химическая кинетика, теория поверхностных явлений и химия  твердого тела,конструирование лекарств. Естественно, что ряд областей применения находится на стыках соответствующих  наук, например, химии и биологии, и перекрывается с техническими приложениями. Так, задачи метеорологии, изучение атмосферных явлений и, в первую очередь, задача долгосрочного  прогноза погоды, для решения которой  постоянно не хватает мощностей  современных суперЭВМ, тесно связаны  с решением ряда перечисленных выше проблем физики. Среди технических  проблем, для решения которых  используются суперкомпьютеры, укажем на задачи аэрокосмической и автомобильной  промышленности, ядерной энергетики, предсказания и разработки месторождений  полезных ископаемых, нефтедобывающей  и газовой промышленности (в том  числе проблемы эффективной эксплуатации месторождений, особенно трехмерные задачи их исследования), и, наконец, конструирование  новых микропроцессоров и компьютеров, в первую очередь самих суперЭВМ.

     Суперкомпьютеры традиционно применяются для  военных целей. Кроме очевидных  задач разработки оружия массового  уничтожения и конструирования  самолетов и ракет, можно упомянуть, например, конструирование бесшумных  подводных лодок и др. Самый  знаменитый пример - это американская программа СОИ. Уже упоминавшийся MPP-компьютер Министерства энергетики США будет применяться для  моделирования ядерного оружия, что  позволит вообще отменить ядерные испытания  в этой стране.

     Сверхсложные вычислительные задачи, решаемые на суперкомпьютерах.

    Grand challenges - это фундаментальные научные или инженерные задачи с широкой областью применения, эффективное решение которых возможно только с использованием мощных (суперкомпьютерных) вычислительных ресурсов.

    Вот лишь некоторые области, где возникают  задачи подобного рода:

• Предсказания погоды, климата и глобальных изменений в атмосфере
• Науки о материалах
• Построение полупроводниковых приборов
• Сверхпроводимость
• Структурная биология
• Разработка фармацевтических препаратов
• Генетика человека
• Квантовая хромодинамика
• Астрономия
• Транспортные задачи
• Гидро- и газодинамика
• Управляемый термоядерный синтез
• Эффективность систем сгорания топлива
• Разведка нефти и газа
• Вычислительные задачи наук о мировом океане
• Распознавание и синтез речи
• Распознавание изображений

Сравнительная таблица по использованию  суперкомпьютеров

      

Наиболее  распространенные сегодня  суперкомпьютеры:

      Cray T90