Конечно, всех в первую очередь должна интересовать реальная производительность суперкомпьютеров на той или иной прикладной задаче (хотя бы на задаче Linpack), этому и уделим внимание.

Несложно проанализировать список Top500 и построить набор графиков для исследования того, как менялись год за годом следующие интегральные по всему рейтингу параметры:
1.средняя частота процессоров;
2.общее число процессоров;
3.общая реальная Linpack-производительность.

Из графиков будет видно, что из года в год имеется рост числа и частоты процессоров и Linpack-производительности. Причем, рост каждого из первых двух параметров будет отставать от роста Linpack-производительности, и в совокупности роста первых двух параметров будет недостаточно для объяснения роста Linpack-производительности. Таким образом, и рост частоты процессоров, и рост числа процессоров были и будут фактором роста реальной производительности суперкомпьютеров. Но кроме них есть и другие факторы.

По моему мнению, основные направления наращивания (не пиковой, а реальной) производительности в ближайшее время будут следующие:

1.Некоторый рост (каждый год) тактовой частоты процессоров. Этот фактор будет играть свою роль (как и раньше), но все сводить к нему было бы большим заблуждением.

2.Увеличение числа процессоров (правильнее сказать увеличение числа процессорных ядер в суперкомпьютерах). Сегодня все ведущие производители микропроцессоров находятся в неизбежной одинаковой технологической ситуации:

a.продолжает выполняться так называемый закон Мура: из года в год растет (примерно удваивается) число транзисторов, которые могут быть в одном кристалле (микросхеме);
b.сложность процессора (в том числе — количество транзисторов в процессоре) наращивать невозможно. Из-за усложнения, удорожания и затягивания процесса разработки легко проиграть конкурентам;

Единственный вывод — неизбежность выпуска производителями многоядерных процессоров: то есть, микросхем, внутри которых, по сути, размещено несколько процессорных ядер, объединенных между собой. Таким образом, переход к выпуску многоядерных процессоров является неизбежным решением всех производителей процессоров. Именно это мы и наблюдаем уже сегодня. Легко можно предсказать (и это хорошо совпадает с публикуемыми планами производителей), что число микроядер в одном процессоре будет удваиваться каждый год: 2 ядра — в 2005 году, 4 ядра — в 2006 году, 8 ядер — в 2007 году и т.д.

В некотором смысле многоядерные процессоры — это многопроцессорная установка на одном кристалле. При создании суперкомпьютеров использование многоядерных процессоров (с N ядрами, например) дает возможность существенно (примерно в N раз) повысить производительность (по сравнению с использованием одноядерных процессоров) при сохранении числа вычислительных узлов, частоты процессора, габаритов и мощности электропитания установки.

Отметим, что в докладах о многоядерных процессорах специалисты Intel часто используют термин «сдвиг проблемы». Действительно, исходная проблема «что делать с перепроизводством числа транзисторов на одном кристалле?» решается за счет сдвига ее из области электроники в область программирования: «смогут ли операционные системы, системы программирования и программисты эффективно использовать процессоры с 2–4–16–64 ядрами?»

3.Для решения прикладных проблем в суперкомпьютерах будут использовать не только универсальные процессоры, но и специализированные (под ту или иную проблему).
Понятно, что специальный вычислитель, рассчитанный на решение не любой, а одной взятой задачи (или узкого класса задач) может развивать на этой самой задаче более высокую реальную производительность, чем универсальные вычислители. Так, уже сегодня есть "вычислительные установки со скромными размерами", имеющие реальную производительность, близкую к тысяче триллионов операций в секунду на одной конкретной задаче!

Идея не нова. Например, упоминаемая ранее советская разработка ЕС2700 (80-тые годы) являлась высокопроизводительным спецпроцессором. Она не могла выполнить какое угодно вычисление, а умела выполнять только узкий набор операций над матрицами и векторами. Зато делала это с фантастической скоростью! А вот гибрид универсальной машины и ЕС2700 мог с огромной скоростью решать любые сложные задачи, в которых была большая доля векторных и матричных вычислений.

Подобные разработки велись и ведутся во многих странах. Кстати, в рамках Суперкомпьютерной Программы «СКИФ» были выполнены разработки не только универсальных кластерных вычислительных установок, но и ряда спецпроцессоров (ускорителей) и «гибридных установок», состоящих из "кластера и спецпроцессоров". В современном суперкомпьютере "Cray-XD1" эта идея (сочетания универсальных и специализированных вычислителей) была реализована на новом уровне. Суперкомпьютер Cray-XD1 можно рассматривать как кластер с гибридными узлами, в каждом вычислительном узле которого имеются универсальные процессоры (AMD Opteron) и перестраиваемый спецпроцессор. Данный спецпроцессор реализован на микросхеме FPGA, а слово «перестраиваемый» означает следующее: загружаемый в FPGA код определяет, на какие именно операции будет специализирован процессор. Во время решения задачи можно перепрограммировать FPGA «на лету».

Сочетание универсальных и специализированных процессоров – одно из перспективных направлений повышения реальной производительности суперкомпьютеров.

4.Новые архитектурные решения. Конечно, все разработчики суперкомпьютеров стараются найти новые оригинальные архитектурные решения. Одна из интересных разработок данного направления — проект "Cell" компании IBM (в сотрудничестве с Sony и Toshiba).

5.Повышение КПД суперкомпьютеров (и КПД программистов!), в том числе и в первую очередь за счет развития программных средств поддержки эффективной организации параллельного счета, средств поддержки эффективного программирования для гибридных установок и вычислительных узлов, средств поддержки эффективного программирования для новых архитектур. Нужны новые компиляторы, библиотеки и средства параллельного программирования и, может быть, новые средства уровня операционных систем, чтобы можно было бы за разумные трудозатраты программистов создавать программы, которые будут показывать высокие КПД всех упомянутых выше аппаратных изысков:

a.кластеров с огромным, ранее невиданным количеством процессорных ядер;
b.вычислительных узлов с многоядерными процессорами и/или со спецпроцессорами;
c.установок с новыми архитектурами.

Почему-то стало традицией уделять внимание прогрессу в области аппаратных средств суперкомпьютеров и замалчивать прогресс в области программирования. Хотя есть много примеров, когда повышение реальной производительности было получено за счет усовершенствования программного обеспечения без изменения «железа». Или за счет такого аппаратного «тьюнинга», который не изменяет пиковую производительность суперкомпьютера, число, тип и частоту процессоров в нем.
Вот один подобный пример: сравните записи за июнь 2002 Top500 место 64 и ноябрь 2002 Top500 место 74. Видно, что без изменения пиковой производительности суперкомпьютера, числа, типа и частоты процессоров реальную производительность (то есть КПД) разработчикам удалось поднять на целых 30%.

Подведем итог. Основными направлениями наращивания реальной производительности суперкомпьютеров в ближайшее время мне представляются:
1.Некоторый рост (каждый год) тактовой частоты процессоров;
2.Увеличение числа процессорных ядер в суперкомпьютерах, в первую очередь за счет использования многоядерных процессоров;
3.Использование в суперкомпьютерах не только универсальных процессоров, но и специализированных (под ту или иную проблему);
4.Использование новых архитектурных решений.

Повышение КПД суперкомпьютеров, в первую очередь, за счет развития программных средств для поддержки эффективной организации вычислений в новых суперкомпьютерных установках.

Как я уже говорил, по программе СКИФ выпущено 16 опытных образцов высокопроизводительной техники, две машины («СКИФ К-500» и «СКИФ К-1000») вошли в список Top-500, то есть по праву называются суперкомпьютерами. Но главное, создана мощная команда разработчиков, которой по плечу любые по сложности задачи суперкомпьютерной отрасли, подготовлено производство, имеется конструкторская и программная документация с литерой «О1».

Программа «СКИФ» финансировалась из бюджета Союзного государства. То есть это было бюджетное финансирование (сравните с подходом США к проблеме). Правда, США на данную проблематику (суперкомпьютеры и GRID) тратят 2 млрд. доллара в год, а в программе СКИФ бюджет был в тысячу раз меньше (а в части России — в две тысячи раз меньше).

Сегодня программа «СКИФ» завершена, развитие работ не ведется. Из-за нерасторопности бюрократических согласований новой программы «СКИФ-ГРИД» упомянутой выше команде разработчиков обеспечено два года простоя (и реальная угроза развала).

Другие отечественные проекты я уже упоминал – это проекты, связанные с "суперкомпьютером МВС-1000М" и " Межведомственным суперкомпьютерным центром РАН". Эти проекты финансировались из бюджета ряда ведомств (как следует из названия): Министерства образования, Министерства промышленности и науки, Российской академии наук, РФФИ и т.д. (приведены старые названия ведомств).

Есть несколько университетских и научных проектов по созданию высокопроизводительных установок (на Урале, в МГУ, в Санкт-Петербурге и т.п.) Но если мы придерживаемся определенной планки требования «вхождение в Top-500», назвать их суперкомпьютерными пока, увы, нельзя. Финансирование на подобные проекты руководство соответствующих организаций ищет самыми различными способами.

Не могу не упомянуть два интернет-проекта, связанных с высокопроизводительными вычислениями: Информационно-Аналитический Центр "Parallel.ru" и Рейтинг высокопроизводительных вычислительных установок на территории СНГ "http://www.supercomputers.ru/" .

К слову, еще совсем недавно, в 1986 году, из бюджета СССР финансировалось одновременно и полнокровно не один, не два, а около десятка альтернативных проектов разработки и создания (R&D) собственных оригинальных суперкомпьютерных (не побоюсь этого слова) средств:
-ереванский матричный спецпроцессор ЕС2700
-киевский макроконвейер ЕС2701
- ленинградский мультипроцессор с динамической архитектурой ЕС2704
-таганрогский мультипроцессор ЕС2706
-семейство мультипроцессоров ПС (ИПУ АН СССР, Прангишвили);
-Электроника СС-БИС
-Семейство машин Эльбрус-1 и Эльбрус-2
-разработки НИИ «Квант»
-и многое иное...
И политическая воля была, и бюджета на собственные суперкомпьютерные проекты хватало.

В мире существуют разные подходы к организации высокопроизводительных вычислений, соответственно используются разные термины.
Суперкомпьютерные кластеры и кластерные вычисления — один из подходов к организации высокопроизводительных вычислений, со своей технологией, набором программ, средств, способами организации параллельных вычислений.
Также есть так называемые распределенные вычисления и метакомпьютинг. Их суть в следующем. Вычислительная мощность «домашних» или «рабочих» машин колоссальна, и они частенько простаивают. Возникла идея использовать вычислительные мощности простаивающих ПК в глобальных масштабах для решения различных задач. Это называется метакомпьютингом. Был разработан особый подход к организации такого сорта параллельных вычислений. Сразу скажем, совсем не просто на тысячах и миллионах домашних компьютеров, связанных сетью Internet, решить какую-то содержательную научную задачу, и далеко не каждая задача может быть решена при помощи таких метакомпьютинговых средств. Тем не менее, стали возникать различные интересные проекты и методики их решения. Например, были чисто соревновательные проекты: сможет ли сообщество энтузиастов собраться, отдать вычислительные мощности своих машин и на таком «народном суперкомпьютере» сломать шифр кодированного сообщения? Потом стали появляться "содержательные метакомпьютинговые проекты". Один из самых известных – проект "SETI@home", в рамках которого на домашних машинах анализируются сигналы, полученные радиотелескопами из космоса. Цель проекта — обнаружение разумной жизни в космосе.

Программное обеспечение, которое используется в таких проектах, нацелено именно на домашние компьютеры. Частенько оно даже и выглядит как-то специфично, например, пишется как screen saver. И даже если это мультиплатформенное программное решение, способное работать и на Windows, и на Linux, и на MacOS, оно будет для ПК, а не для суперкомпьютеров. Да и сама модель организации параллельных вычислений, принятая в подобных работах, для суперкомпьютеров не совсем подходит. Поэтому в подобных проектах суперкомпьютеры не используются.

Однако, помимо метакомпьютинга, существуют метакластерные вычисления и GRID-вычисления. В этих проектах для вычислений объединяются десятки суперкомпьютеров, разбросанных по всему миру. Суперкомпьютеры «СКИФ» в таких проектах используются очень широко.

Один из интересных проектов с участием суперкомпьютеров «СКИФ» возглавляет чл.-корр. РАН В. В. Воеводин. На сайте "http://www.parallel.ru" можно найти материал о технологии X-COM, которую он развивает. К нам, как и ко многим другим кластерным центрам страны, неоднократно обращались, и мы никогда не отказывали в предоставлении наших вычислительных мощностей для ведения параллельного счета в таких расчетах. Были случаи, когда в проекте В.В. Воеводина участвовали сразу несколько СКИФ-установок, внося свой вклад в работу наряду с другими кластерными центрами России и ближнего зарубежья.

Объективно сегодня человечество достигло такого уровня, что конкурентоспособная продукция ни в одной отрасти промышленности не может быть создана без использования высокопроизводительных вычислений. Суперкомпьютеры объективно нужны всем отраслям экономики. Это верно для обрабатывающей и для добывающей промышленности (нефтяной и пр.), для машиностроения, сельской, легкой промышленности, медицины, химической промышленности. Это верно и для банковских и финансовых структур, для государственного управления, для МЧС.

Иллюстрация по последнему пункту: в рамках программы СКИФ разработана система обнаружения (по космическим снимкам) лесных пожаров и прогноза движения и выпадения продуктов горения.

Есть примеры высокопроизводительных расчетов на наших «СКИФах» по заказу западных фирм параметров спортивной обуви и нижнего белья. Не говоря уже о как высокопроизводительных расчетах в авиации, космической и автомобильной промышленности, геологоразведке и т.д.

Вопросы развития суперкомпьютерной отрасли и спроса на высокопроизводительные вычисления упираются лишь в политическую волю. Это вопрос о выборе национального пути. Но даже если считать Россию сырьевой страной, которая будет жить только с доходов от нефте- и газодобычи, то и в этом случае нужны суперкомпьютеры!

Если же вспомнить, что «мы строим экономику, основанную на знаниях», что мы должны выйти на рынок ВТО, путь у нас один — серийное производство и широкое внедрение суперкомпьютеров. Конгресс США в свое время создал группу независимых ученых, которой была поручена разработка стратегии развития США в суперкомпьютерной области. Были подготовлены "соответствующие отчеты"; за которыми последовали прямые государственные решения. Мы можем сэкономить время и средства, изучив эти отчеты и решения. Также интересны отчеты "постоянно действующего комитета" советников по информационным технологиям (The President’s Information Technology Advisory Committee, PITAC) при Президенте США. Логика принятия государственных решений в США построена очень четко и просто: сказал «А», говори и «Б». Поскольку суперкомпьютерная отрасль развивается очень быстро, решения в отрасли (организационные мероприятия, адекватная финансовая поддержка, научная структура проекта, вовлечение промышленных компаний в проект) должны приниматься быстро, без бюрократической волокиты. Для этого там принимаются особые организационные меры. В общем, в США ведется серьезная перестройка государства на базе суперкомпьютерных технологий.

Вернемся, однако, к вопросу «В каких целях планируется использовать...».
Суперкомпьютеры «СКИФ» уже используются. На сайте "http://skif.pereslavl.ru/ "в разделе «Образцы СКИФ», в подразделе "Использование суперкомпьютеров СКИФ" Вы найдете полный список проблем, для решения которых привлечены наши суперкомпьютеры.
Вот, к примеру, выдержка из этого списка (перечень некоторых областей расчетов):
• гиперзвуковое движение космического тела в плотных слоях атмосферы;
• удар астероида по поверхности Земли;
• модели молекулярной динамики, моделирование наноструктур;
• искусственный интеллект: классификации текстов по заданным в процессе обучения классам (глубокий анализ текста, высокая релевантность), интеллектуальное управление сложными динамическими системами;
• интенсивные квантово-химические расчеты для исследования органических соединений (в том числе: синтез лекарств);
• моделирование процессов лазерного спекания порошковых материалов (в том числе: для медицинских изделий);
• моделирование устойчивости подземных сооружений (безопасность в шахтах и т.п.);
• расчет несущих конструкций карьерных самосвалов БелАЗ и шахтных крепей;
• конечно-элементные расчеты условий разрушения рабочих органов почвообрабатывающих агрегатов (сельскохозяйственное машиностроение);
• проектирование, испытания и технологическая подготовка турбокомпрессоров для наддува дизельных двигателей;
• проектирование карданных валов;
• система охлаждения реактора;
• оценка прочности авиационных газотурбинных двигателей.

И еще одна грань вопроса Дмитрия. Да, объективно суперкомпьютеры нужны всем отраслям. Да, есть прикладные системы. Но будут ли покупать суперкомпьютеры в России — это второй вопрос!
Как я говорил, компания «Т-платформы» несколько лет продала 30 установок. Это очень мало! Развитие серийного производства суперкомпьютеров целиком будет зависеть от того, будет ли иметь место идея развития национального рынка высокопроизводительных вычислений, и в более широком плане — рынка информационно-коммуникационных технологий (рынка ИКТ).

Весной (22.03.2005) этого года состоялось знаменательное событие: Министр информационных технологий и связи Российской Федерации Л. Д. Рейман сделал доклад на заседании Президиума Российской академии наук по проблемам отрасли ИКТ в России. По мнению министра за развитие ИКТ-рынка в России отвечает правительство, которое обязано всячески пропагандировать и поддерживать льготами, финансовыми, налоговыми рычагами спрос на отечественные ИКТ со стороны отечественных предприятий. Для предприятия должны быть престижнее и выгоднее купить отечественное, нежели зарубежное оборудование. Если же это не так, за это надо строго спрашивать с правительства.

По мнению министра Реймана, правительство должно активно поддерживать выход наших ИКТ-производителей и на зарубежный рынок, давать правительственные гарантии. В случае государственных закупок, если соответствующую услугу или продукцию способна предоставить отечественная фирма, зарубежные предложения не должны рассматриваться вообще. Любые иные действия не могут быть оправданы ничем.

Этим выступлением министр продемонстрировал здравую позицию члена правительства, что именно государство в ответе за развитие отрасли ИКТ.

Эту информацию вы можете найти на сайте "http://skif.pereslavl.ru", на котором весь материал хорошо структурирован, и где можно найти много других интересных сведений. Если Вы пойдете в пункт меню «Образцы СКИФ», то сможете найти самую подробную информацию о большинстве наших опытных образцов, включая суперкомпьютеры «СКИФ К-500» и «СКИФ К-1000»: их производительность, архитектурные особенности, историю создания и даже цену (пожалуй, никто, кроме нас, такую информацию не предоставляет).

Надо сказать, по соотношению «стоимость-производительность» мы превосходим зарубежные аналоги. Мы выигрываем в цене в 1.5–10 раз без потерь качества, как в программном обеспечении, так и в аппаратной базе, сервисе, гарантийном обслуживании. Так что отечественные модели отвечают современному мировому уровню при преимуществе в цене.

На создание машины «СКИФ К-1000» проводился тендер — выделялась сумма примерно 1,8 млн. долларов, что, заметим, для суперкомпьютеров довольно скромно, установки такого масштаба строятся обычно за совершенно другие деньги. На тендере компания «Т-платформы» представляла наше отечественное решение. Другие участники тендера представляли решения от IBM, HP и Siemens-Fujitsu. Подсчет очков по тендеру шел по нескольким критериям: цена, производительность, длительность и условия гарантийного обслуживания, сколько лет на рынке работает соответствующая компания, каков ее опыт в предыдущих успешных проектах, и т.п. С отрывом в 30% победителем стало наше, отечественное решение. Вот пример непредвзятого сравнения импортного и отечественного. В итоге, исполнителями проекта «СКИФ К-1000» стали фирма «Т-платформы» (Москва), ИПС РАН (Переславль-Залесский), ОИПИ НАН Беларуси и НИИ ЭВМ (Минск).

Посмотрим на "рейтинг ноября 2003 года". (ТОР-500). Там суперкомпьютер «СКИФ К-500» занимает 407 место, а рядом, чуть проигрывая по Linpack-производительности, на 408 позиции стоит суперкомпьютер фирмы Dell. Обратите внимание, и у нас, и у них процессоры 2.8 GHz. Только у нас 128 процессоров, а у них — 160 (почти на треть больше)! У нас пиковая производительность 716.8 GFlops (млрд. оп./сек), у них — 896 GFlops, то есть опять на треть больше! А вот реальная (на задаче) Linpack-производительность и КПД лучше у нас. Они потратили на треть больше «железа» с меньшим эффектом. Нужны еще какие-то сравнения?
Кстати, там же интересно посмотреть и на 406 место и сравнить КПД СКИФ К-500 с КПД «соседнего» суперкомпьютера Министерства обороны США.

Когда говорят о суперкомпьютерах, часто все сводят к железу. А это неверно. В Программе СКИФ огромные усилия, время и деньги были израсходованы на создание программного обеспечения для суперкомпьютеров семейства СКИФ. Часть наших программных разработок заинтересовала фирму Microsoft, которая сегодня активно борется за место на рынке производителей программных средств для кластеров.

Также надо отметить, что все наши разработки — и программные, и аппаратные,— выдерживают принятые в этой отрасли стандарты и совместимость. Поэтому на суперкомпьютерах СКИФ без затрат времени и сил по переносу и адаптации могут быть запущены различные зарубежные коммерческие системы для суперкомпьютерных расчетов. Таких общепризнанных систем наработано в мире очень много, их часто называют «суперкомпьютерными системами инженерных расчетов».

Здесь мы видим сразу несколько вопросов.
Первый вопрос о комплектующих. Комплектующие (микросхемы, процессоры) для компьютеров выпускает электронная промышленность. В свое время у нас за это отвечало отдельное Министерство — Министерство электронной промышленности СССР (МЭП). За выпуск изделий вычислительной техники из комплектующих отвечало Министерство радиопромышленности СССР (МРП). Чтобы ответить на вопрос Дмитрия, надо понять, можем ли мы сейчас (по ресурсам и по капиталовложениям) иметь свой собственный МЭП и МРП.
Заметим, что многие страны выпускают компьютеры, не имея своей электронной промышленности, выпускающей комплектующие для компьютеров. И никто не чувствует себя ущербным, никто от этого не страдает. Это отражение мирового разделения труда.
Например, посмотрим на список Top-500. Суперкомпьютеры делают около 15 стран (в разные выпуски рейтинга по-разному). A фирм-производителей процессоров для суперкомпьютеров всего восемь (или около того): AMD, HP, IBM, Intel, Cray Inc, Hitachi, NEC, Sun Microsystems (из трех стран, не из пятнадцати!). При этом сегодня 330 машин из 500 сделаны на процессорах фирмы Intel, а в совокупности процессоры Intel, IBM, AMD и HP (все фирмы из одной страны — из США) составляют более 95%, как по количеству всех процессоров в списке Top500, так и по производительности.

Остальные страны-производители суперкомпьютеров, закупают готовые, разработанные в других странах (как правило, в США) процессоры и строях из них свои суперкомпьютеры. Так что, нужен ли свой собственный мощный МЭП России или мы будем использовать мировое разделение труда — этот вопрос должно решать государство. Иметь свою электронную промышленность дело довольно хлопотное и накладное. Но при ее отсутствии мы попадаем под зависимость от поставок комплектующих. Вот и надо на государственном, политическом уровне проработать этот вопрос и принять решение.

Если мы обеспокоены возможными проблемами с поставкой комплектующих, ограничениями (эмбарго) на передовые электронные изделия, информационной безопасностью, то надо принимать решение о создании собственной электронной отрасли. Но тогда надо делать адекватные капиталовложения, закупать технологии, заводы по производству микросхем, так как разрабатывать свое технологическое оборудование практически с нуля — путь тяжелый, да и по срокам можно не уложиться в темпы развития мировой электроники. Кроме того, нам придется растить высококвалифицированные кадры для электронной промышленности. Далее потянутся такие необходимые условия для возрождения электронной отрасли, как адекватные зарплаты, решение жилищных проблем и многое другое.

По силам ли это нам? Если говорить абстрактно, такие капиталовложения России по силам. Вспомните про наши золотовалютные запасы и прочие резервные фонды. На эти деньги (при наличии политического решения) можно создать не одну высокотехничную промышленность! И по интеллектуальному уровню, уровню образования Россия вполне способна на такие научно-технические подвиги.

Второй вопрос – производство обычных компьютеров (ПК). Этот вопрос о промышленности, которая занимается производством вычислительной техники (то, что раньше называлось Минрадиопром). Производит ли Россия свои персональные компьютеры? Да, производит. Возьмите «Белый ветер», «Формозу», причем речь идет не об отверточной сборке, а о нормальной, собственной разработке.
Так что, сегодня и государственные, и коммерческие предприятия способны производить компьютеры на хорошем уровне. При этом государству, по большому счету, ничего вкладывать не надо. Предприятия сами разрабатывают и производят материнские платы, наборы кристаллов, микросхем. Из зарубежных микросхем производят свои, российские персональные компьютеры.
Это массовый рынок, участие государства в котором сводится к формированию этого рынка, пропаганде отечественных изделий, защите собственных производителей. Здесь затрагивается важнейшая тема: ответственность государства за формирование в стране компьютерного рынка, суперкомпьютерного рынка и, более широко, рынка информационно-коммуникационных технологий.

И последний вопрос Дмитрия: какие возможности у России на рынке суперкомпьютеров? Если говорить о "Суперкомпьютерной программе «СКИФ» Союзного государства" (России и Беларуси), то она завершена, проведены многие исследования, выполнена разработка семейства суперкомпьютеров «СКИФ» (Ряд 1 и 2), выпущен комплект конструкторской документации, то есть комплект, по которому промышленность способна выпускать эту технику. Выпущены "шестнадцать опытных образцов", проведен весь комплекс мероприятий, который соответствует промышленной разработке, присвоение литеры «01» документации, что означает готовность к массовому производству на заводах-изготовителях. Выполнена подготовка производственных площадей, то есть площадки, производственные линии, персонал, оснастка.

Таким образом мы абсолютно готовы серийно выпускать суперкомпьютеры. В этой «позиции низкого старта» и находится сейчас группа разработчиков семейства «СКИФ». Есть ли заказы на суперкомпьютеры? Да, но до обидного мало. Сейчас производством и поставками этих изделий занимаются участники Программы «СКИФ»: ОАО «НИЦЭВТ» (Москва), предприятия («НИИ ЭВМ», ОИПИ НАН Беларуси и др.) в Минске и наши партнеры — московская компания «Т-платформы».
Так что мой ответ, в целом, положителен. Но нужна ли суперкомпьютерная отрасль России?
Ответа пока на этот вопрос нет.

В каждый момент развития компьютерных технологий производители выпускают обычные компьютеры, производительности которых хватает для большинства «обычных задач». И таких компьютеров выпускается много — миллионы штук.
В то же время, есть пользователи, которым надо решать задачи высокой сложности, и для их решения выпускаются высокопроизводительные вычислительные установки. Таких установок производят значительно меньше — десятки тысяч штук.
Есть некоторое количество пользователей, которым надо решать суперсложные задачи, и для их решения выпускаются суперкомпьютеры — самые мощные на данный момент развития компьютеры.

Можно ли как-то точно определить, что есть суперкомпьютер, а что есть высокопроизводительная установка? Ученые и специалисты спорят о критериях до сих пор. Но в одном нет сомнения: если в каждый момент времени взять 500 самых мощных машин мира, то все специалисты согласятся, что их можно смело называть суперкомпьютерами. Так что, вполне можно придерживаться такого определения.

C 1993 года в мире ведется рейтинг пятисот самых мощных компьютеров — TOP-500 http://www.top500.org. Рейтинг обновляется 2 раза в год — в июне и ноябре. На сайте TOP-500 есть база данных всех выпусков рейтинга с 1993 года, есть очень удобные средства поиска http://www.top500.org/sublist/ в этой базе данных. Легко, например, узнать, сколько суперкомпьютеров было в такой-то стране за весь период существования рейтинга или в тот или иной год. Легко узнать, сколько суперкомпьютеров попало в этот список (за все годы существования рейтинга, или в определенный год) от некоторого производителя: IBM, HP, и т.д. Можно узнать, сколько было отечественных разработок. Поскольку наши производители еще не такие именитые, как IBM, в графе «Производитель» их помечают словами «собственная разработка» — «self-made».

На территории СССР за все время ведения рейтинга находилось семь суперкомпьютеров — пять в России и два в Республике Беларусь. Эти суперкомпьютеры в разные годы 24 раза занимали различные места (18 раз – «российские и, 6 раз — «белорусские»). Четыре из семи этих суперкомпьютеров были Россией просто куплены у западных фирм: IBM, Hewlett-Packard, Sun Microsystems. Оставшиеся три суперкомпьютера имеют в рейтинге Top500 пометку «self-made» — «собственная разработка»:
-"Суперкомпьютер МВС-1000М" вошел в список Top-500 в июне 2002 года и сразу занял 64 место. Над МВС-1000М работали НИИ «Квант», МСЦ, ИПМ им. М.В.Келдыша РАН. Я думаю, до сих пор это самое яркое достижение отечественной суперкомпьютерной отрасли: Россия из ниоткуда сразу ворвалась в первую сотню рейтинга! С июня 2002 по июнь 2004 года машина МВС-1000М без технических изменений держалась достойно в Top500: 4 редакции рейтинга — завидное «долголетие». При этом три выпуска рейтинга она держалась в первой сотне. Фантастика!
-"Суперкомпьютер СКИФ К-500" создан по Суперкомпьютерной Программе «СКИФ» Союзного государства (Россия и Беларусь), занял 407 место в рейтинге Top500/ноябрь-2003.
-"Суперкомпьютер СКИФ К-1000" создан по Суперкомпьютерной Программе «СКИФ» Союзного государства (Россия и Беларусь) — первая сотня (98 место) в рейтинге Top500/ноябрь-2004, первая половина списка (174 место) в рейтинге Top500/июнь-2005; 331 место в рейтинге Top500/ноябрь-2005.

Чем суперкомпьютеры отличаются по устройству от простых (персональных) компьютеров? Каковы их архитектурные особенности? Сегодня все суперкомпьютеры — это мультипроцессорные системы, т.е. это системы, в которых не один и не два процессора (как в большинстве персоналок), а очень много — сотни, тысячи, до десятка тысяч. Архитектура у суперкомпьютеров бывает разная: векторная, конвейерная и др. Но на сегодняшний день самая популярная архитектура суперкомпьютеров (72% в списке TOP-500) — кластеры. Кластерная архитектура подразумевает создание суперкомпьютера по следующей схеме:

-Берутся так называемые вычислительные узлы — самые обычные компьютеры, как и у простых пользователей. Вот только процессоров в узле обычно несколько: от 2-х до 8-ми. Если не вдаваться в детали, то можно сказать, что используются комплектующие, широко доступные на рынке: обычные (SMP-мультипроцессорные) материнские платы, обычные процессоры (от Intel, от AMD или от IBM и т.п.), память, диски.
-Как правило, все эти комплектующие собираются в специальном корпусе, в компактном исполнении, в компактном форм-факторе. Обычно это выглядит так, как будто привычную персоналку "раскатали в тонкий (порядка 3 см) блин".
-Затем берется большое количество таких узлов — сотни и даже тысячи. Узлы устанавливаются в специальные шкафы и соединяются между особой сверхбыстрой сетью, которая используется для организации параллельного счета. Иногда для этого используют широкодоступные сетевые технологии, например, Gigabit Ethernet. Однако когда речь идет о серьезном подходе к суперкомпьютеру, то используют особые сетевые решения, специальную сеть для оптимальной организации параллельного счета: InfiniBand, SCI, Myrinet и др.

Кроме этой «сети для счета», обычно узлы связывают еще одной сетью — для передачи данных и программ. Здесь уже используют, как правило, обычные сетевые технологии (сегодня это, как правило, Gigabit Ethernet).
Более того, часто в суперкомпьютере бывает и третья, одельная управляющая сеть, которая регулирует такие вопросы как включение-выключение электропитания, Reset отдельных узлов, вышедших из повиновения и т.д.

Конструктивно все это выглядит довольно внушительно. Даже если мы рассматриваем суперкомпьютеры с 100 до 500-го места списка TOP-500, то это от 2-х до 10-ти шкафов, в которые компактно упакованы вычислительные узлы. Первая сотня в списке TOP-500 — это десятки шкафов оборудования. А машины из первой десятки списка TOP-500 занимает огромное помещение, заставленное сотней шкафов. Иногда для таких машин даже строят специальное здание, как это было для известного японского суперкомпьютера Earth Simulato. Сегодня он занимает седьмое место в Top500, а ранее долгое время (с ноября 2001 по июнь 2004 года, шесть выпусков рейтинга Top500!) он был самым мощным суперкомпьютером в мире.


Рис.1 Японский суперкомпьютер Earth Simulator (3-ий этаж компьютера)

В этом здании на первом этаже располагается электростанция, поскольку Earth Simulator потребляет шесть мегаватт электроэнергии. Второй этаж занимают только коммуникации — кабельные сети. Третий этаж заставлен полностью шкафами с оборудованием. Размеры каждого этажа 65х50 метров, высота — 7 метров.
А, скажем, наш самый мощный суперкомпьютер отечественной разработки «СКИФ К-1000», который представляет собой 8 шкафов (которые занимают около 5 кв.м), 288 вычислительных узлов, 576 процессоров, для своего размещения требует помещения в 20 кв. метров. Кроме узлов в шкафах тянутся 2,5 километра кабеля с примерно 2000 разъемов, которые надо было, ничего не напутав, правильно подсоединить. Потребляет эта установка 89 киловатт.
Несколько слов о том, что такое производительность суперкомпьютера. Измеряется она в количестве вычислительных арифметических операций, выполняемых суперкомпьютером за одну секунду. Современные суперкомпьютеры способны выполнять миллиарды (GFlops) и триллионы операций в секунду (TFflops).

Здесь надо отметить, есть два вида производительности: пиковая (теоретическая, предельная) и реальная.
Пиковая производительность измеряется так:
-Берется количество процессоров в суперкомпьютере (например, их 1000).
-Берется тактовая частота каждого процессора, допустим, 2 ГГц — это значит, что 2 млрд. тактов в секунду делает каждый процессор.
-Дальше у производителя процессора узнается, сколько команд за такт может выполнить данный тип процессора в самом лучшем случае — допустим, 2 команды за такт.
-После этого умножаем 2 на 1000 процессоров и на 2 миллиарда тактов в секунду, и получаем, что этот суперкомпьютер выполнит (если повезет) до 4 триллионов операций в секунду. Это и есть предельная пиковая теоретическая производительность.

Для измерения реальной производительности берется задача, для которой известно, сколько команд выполняется в процессе ее решения. Эта задача решается на суперкомпьютере и замеряется время ее решения. Затем количество команд делится на время, и мы получаем реальную производительность на данной задаче.
Список «TOP-500» ранжирует суперкомпьютеры по реальной производительности, измеренной на задаче «Linpack», решающей систему линейных уравнений (с тысячами неизвестных и тысячами уравнений).
Отношение реальной Linpack-производительности к пиковой производительности называется коэффициентом полезного действия суперкомпьютера. Он показывает, насколько удалось выбрать все возможные ресурсы всех процессоров для решения задачи. Как правило, в списке TOP-500 КПД равен 50–60%. Установок с КПД 80% и выше – единицы. По КПД можно судить об уровне научной разработки, это оценка интеллектуальной составляющей суперкомпьютера.
Говоря о разнице между суперкомпьютерами и обычными компьютерами, надо отметить использование специализированного программного обеспечения. Операцион¬ная система суперкомпьютеров — это, как правило, Linux, либо другие виды Unix-систем. При составлении суперкомпьютерных программ используются специальные библиотеки для организации параллельного счета, чаще всего – библиотека MPI.
Все эти характеристики (суперпроизводительность, особенности аппаратной архитектуры, программного обеспечения) и отличают обычный компьютер от суперкомпьютера. На эту же тему полезно посмотреть в Интернет раздел «Суперкомпьютерная азбука».