Süper Bilgisayar Ne Demek?
Süper bilgisayar, son derece güçlü bilgisayarlar sınıfından herhangi biridir. Bu terim genellikle herhangi bir zamanda mevcut olan en hızlı yüksek performanslı sistemler için kullanılır. Bu bilgisayarlar öncelikle yüksek hızda hesaplamalar gerektiren bilimsel ve mühendislik çalışmaları için kullanılmıştır.
Süper Bilgisayarların Kullanım Alanları
Süper bilgisayarlar için yaygın uygulamalar arasında, iklim ve hava durumu, kozmosun evrimi, nükleer silahlar ve reaktörler, yeni kimyasal bileşikler (özellikle farmasötik amaçlı) ve kriptoloji gibi karmaşık fiziksel fenomenler veya tasarımlar için matematiksel modellerin test edilmesi yer alır. Süper hesaplamanın maliyeti 1990'larda düştükçe, daha fazla işletme pazar araştırması ve işle ilgili diğer modeller için süper bilgisayar kullanmaya başladı.
En Güçlü Bilgisayar
Süper bilgisayarlar belirli ayırt edici özelliklere sahiptir. Geleneksel bilgisayarlardan farklı olarak, genellikle program talimatlarını yorumlamak ve aritmetik ve mantık işlemlerini uygun sırada yürütmek için devreler içeren birden fazla CPU'ya (merkezi işlem birimi) sahiptir. Yüksek hesaplama oranları elde etmek için çeşitli CPU kullanımı devre teknolojisinin fiziksel sınırları tarafından gereklidir.
Elektronik sinyaller ışık hızından daha hızlı hareket edemezler, bu da sinyal iletimi ve devre anahtarlaması için temel bir hız sınırı oluşturur. Devre bileşenlerinin minyatürleştirilmesi, devre kartlarına bağlanan tellerin uzunluğundaki dramatik azalma ve soğutma tekniklerindeki yenilik (örneğin, çeşitli süper bilgisayar sistemlerinde, işlemci ve bellek devrelerinde) nedeniyle bu sınıra neredeyse ulaşılmıştır.
CPU'ların son derece yüksek hesaplama hızını desteklemek için depolanan verilerin ve talimatların hızlı bir şekilde alınması gerekir. Bu nedenle, süper bilgisayarların çoğu çok büyük bir depolama kapasitesinin yanı sıra çok hızlı bir giriş / çıkış kapasitesine sahiptir.
Süper bilgisayarların bir diğer ayırt edici özelliği, vektör aritmetik kullanımlarıdır - yani, sadece sayı çiftleri yerine sayı listesi çiftleri üzerinde çalışabilirler. Örneğin, tipik bir süper bilgisayar, bir grup fabrika çalışanı için saatlik ücret oranlarının bir listesini, her bir çalışan tarafından yaklaşık olarak aynı zamanda kazandığı ücretlerin bir listesini üretmek için o grubun üyeleri tarafından çalışılan saatlerin bir listesiyle çarpabilir. Sadece bir işçi tarafından kazanılan miktarı hesaplamak için normal bilgisayar yeterlidir.
Süper bilgisayarlar başlangıçta nükleer silah tasarımı ve kriptografi de dahil olmak üzere ulusal güvenlikle ilgili uygulamalarda kullanıldı. Günümüzde havacılık, petrol ve otomotiv endüstrileri tarafından da rutin olarak kullanılmaktadır. Ek olarak, süper bilgisayarlar, örneğin atomaltı parçacıkların yapısı ve evrenin kökeni ve doğası üzerine yapılan çalışmalarda olduğu gibi mühendislik veya bilimsel araştırma içeren alanlarda geniş uygulama alanı bulmuşlardır.
Süper bilgisayarlar hava tahmininde vazgeçilmez bir araç haline gelmiştir: tahminler artık sayısal modellere dayanmaktadır. Süper bilgisayarların maliyeti düştükçe, kullanımları çevrimiçi oyun dünyasına yayıldı. Özellikle, 2007'de 5. ila 10. en hızlı Çin süper bilgisayarları, Çin'de aynı oyun dünyasında birlikte oynayan bir milyondan fazla insanın bulunduğu elektronik oyun World Of Warcraft için çevrimiçi haklara sahip bir şirkete aitti.
Süper Bilgisayarların Tarihsel Gelişim
İlk süper bilgisayarlar çeşitli şirketler tarafından inşa edilmiş olsa da, bir kişi, Seymour Cray , ürünü neredeyse başlangıçtan itibaren gerçekten tanımladı. Cray, 1951 yılında Engineering Research Associates (ERA) adlı bir bilgisayar şirketine katıldı. ERA, Remington Rand, Inc. (Daha sonra Unisys Corporation olmak için diğer şirketlerle birleşti) tarafından devralındığında , CRA ERA'nın kurucusu William Norris ile çalışmaya başladı. William Norris, 1957'de Control Data Corporation'ı (CDC) başlatacak.
O zamana kadar Remington Rand'ın UNIVAC bilgisayar ve IBM serisi, iş bilgisayarları için pazarın çoğunu kaptı. Bu kapsamlı satış ve destek yapılarına meydan okumak yerine, CDC hızlı bilimsel bilgisayarlar için küçük ama kazançlı pazarı yakalamaya çalıştı. Cray tasarımlı CDC 1604, vakum tüplerini transistörlerle değiştiren ilk bilgisayarlardan biriydi ve bilimsel laboratuvarlarda oldukça popülerdi.
IBM, 1961'de kendi bilimsel bilgisayarını (yaygın olarak Stretch olarak bilinen IBM 7030) üreterek yanıt verdi. Bununla birlikte, transistörü benimsemede yavaş olan IBM, tüp transistör hibriti için hızından bağımsız olarak az sayıda alıcı buldu ve şaşırtıcı bir 20 milyon dolarlık kayıptan sonra bir süre süper bilgisayar alanından geçici olarak çekildi.
1964'te Cray’ın CDC 6600'ü Stretch’i dünyadaki en hızlı bilgisayar olarak değiştirdi; saniyede üç milyon kayan nokta işlemi gerçekleştirebilir (flop) ve süper bilgisayar terimi yakında bunu tanımlamak için icat edildi.
Cray, 1972'de Cray Research, Inc.'i başlatmak için CDC'den ayrıldı ve Cray Computer Corporation'ı kurmak üzere 1989'da tekrar taşındı. Eski şirketi tasarımlarına göre süper bilgisayarlar üretmeye devam etti.
Cray, şirketlerinin ürettiği bilgisayarları üretim süreçlerinin her alanında derinden yer aldı. Özellikle, bir bilgisayarı oluşturan elektronik bileşenlerin yoğun ambalajında bir dâhiydi. Akıllı tasarımı ile sinyallerin kat etmesi gereken mesafeleri azaltarak makineleri hızlandırdı.
Bilimsel pazar için her zaman mümkün olan en hızlı bilgisayarı yaratmaya çalıştı, her zaman seçilen bilimsel programlama dilinde ( FORTRAN ) programlandı ve makineleri her zaman bilimsel uygulamalar için optimize etti - örneğin diferansiyel denklemler , matris manipülasyonları, akışkan dinamiği , sismik analiz ve doğrusal programlama .
Cray' in öncü başarıları arasında Vektör işlemenin ilk başarılı uygulaması olan 1976'da tanıtılan Cray-1 (yani yukarıda tartışıldığı gibi, yalnızca sayı çiftleri yerine sayı listesi çiftleri üzerinde çalışabilir). Cray aynı zamanda karmaşık hesaplamaları çoklu işlemciler arasında bölmenin öncülerinden biriydi, bu da “çoklu işlem” olarak bilinen bir tasarım.
Ok işlemciliği kullanan ilk makinelerden biri, 1982'de piyasaya sürülen ve iki Cray-1 bilgisayarı kişisel performanslarını üçe katlamak için birbirine bağlayan Cray X-MP idi. 1985'te dört işlemcili bir bilgisayar olan Cray-2, bir milyar FLOPS'u aşan ilk makine oldu .
Cray hız rekorlarını kırmak için son teknoloji ürünü özel işlemciler ve sıvıya daldırmalı soğutma sistemlerini kullanırken, devrim niteliğinde yeni bir yaklaşım ortaya çıkmak üzereydi. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden yüksek lisans öğrencisi olan W. Daniel Hillis, CPU'nun tüm işlemciler arasındaki hesaplamaları yönlendirmesini sağlayarak dayatılan darboğazın nasıl aşılacağı konusunda dikkate değer yeni bir fikre sahipti.
Hillis, merkezi olmayan veya dağıtılmış kontroller lehine tüm kontrolcü CPU'yu ortadan kaldırarak darboğazın ortadan kaldırılabileceğini gördü. 1983 yılında Hillis, bu tür çok işlemcili bilgisayarları tasarlamak, inşa etmek ve pazarlamak için Thinking Machines Corporation'ı kurdu.
1985 yılında Bağlantı Makinelerinin ilki olan CM-1 (hızla yerini daha ticari halefi CM-2 aldı) piyasaya sürüldü. CM-1 , bazı hesaplamalar için yaklaşık Cray' in en hızlı süper bilgisayarıyla karşılaştırılabilir birkaç milyar FLOPS elde etmek için 16'yı bir çipe (toplam 4.096 çip için) gruplandırılmış şaşırtıcı 65.536 ucuz tek bit işlemci kullandı .
Hillis başlangıçta beynin üst düzey hesaplamalar elde etmek için karmaşık bir basit nöron ağını (sinir ağı) kullanma şeklinden ilham almıştı. Aslında, bu makinelerin erken bir amacı yapay zekâ, yüz modeli tanıma problemini çözmekti. Bir resmin her pikselini ayrı bir işlemciye atayarak, Hillis hesaplama yükünü yayar, ancak bu işlemciler arasındaki iletişim sorununu ortaya çıkarır.
İşlemci iletişimini kolaylaştırmak için geliştirdiği ağ topolojisi 12 boyutlu bir “hiper küp” idi, yani her bir yonga doğrudan diğer 12 yongaya bağlandı. Bu makineler hızla kitlesel paralel bilgisayarlar olarak tanındı. Hillis' in makineleri, yeni çok işlemcili mimarilere yol açmanın yanı sıra, süper bilgisayar sonuçları elde etmek için işlemcilerin ne kadar yaygın veya ticari olarak kullanılabileceğini gösterdi.
Çoklu işlem için bir başka yaygın yapay zekâ uygulaması satrançtı. Örneğin, 1988 yılında, Pittsburgh, PA, Carnegie Mellon Üniversitesi'nde inşa edilen HiTech, Bir maçta büyük ustayı yenen ilk bilgisayar olmak için 64 özel işlemciyi (satranç tahtasındaki her kare için bir tane) kullandı. Şubat 1996'da, IBM'in Deep Blue, 192 özel geliştirilmiş RS / 6000 işlemcisi kullanarak, dünya şampiyonu Garry Kasparov'u “yavaş” bir oyunda yenen ilk bilgisayar oldu.
Garry Kasparov ve Deep Blue
Garry Kasparov, IBM tarafından geliştirilen satranç oyunu olan Deep Blue'ya karşı oynuyor.
Adam Nadel / AP Görüntüleri
Bununla birlikte, her zaman olduğu gibi, süper hesaplama için temel uygulama askeriydi. 1996 yılında ABD tarafından Kapsamlı Test Yasağı Anlaşması'nın imzalanmasıyla birlikte, ülkenin yaşlanan nükleer stokları için alternatif bir sertifika programına duyulan ihtiyaç, Enerji Departmanına Hızlandırılmış Stratejik Hesaplama Girişimi'ni (ASCI) finanse etmesine yol açtı.
Projenin amacı, 2004 yılına kadar nükleer testleri simüle edebilen bir bilgisayara ulaşmaktı - 100 trilyon FLOPS ( o zamana kadarki en hızlı bilgisayar 150 milyar FLOPS kapasitesine sahip Cray T3E idi). Intel Corporation ile Albuquerque, N.M.'deki Sandia National Laboratories' de inşa edilen ASCI Red, 1 TFLOPS(trilyonflops) alan ilk şirket oldu. 9.072 standart Pentium Pro işlemci kullanarak, Aralık 1996'da 1.8 TFLOPS'a ulaştı ve Haziran 1997'ye kadar tamamen faaliyete geçti.
Amerika Birleşik Devletleri'nde kitlesel Çoklu işlem yaklaşımı hâkim olsa da, Japonya'da NEC Corporation, bilgisayar çipini tasarlamanın eski yaklaşımına geri döndü—Dünya simülatörü için, 2002 yılında endüstrinin TOP500 süper bilgisayar hız listesinde ilk sırada yer alarak birçok bilgisayar bilimcisini şaşırttı.
Bu pozisyonu çok uzun sürmedi, ancak 2004'te IBM’in Mavi Gen / L prototipi, 8.192 işlem düğümü ile, Dünya Simülatörünün hızını aşan yaklaşık 36 TFLOPS hızına ulaştı. Bu IBM süper bilgisayarları, işletim sistemi, Linux ve IBM'in açık kaynaklı uygulamaların geliştirilmesine yönelik desteği için de dikkat çekicidir.
1.000 TFLOPS'u veya 1 petaflop'u aşan ilk bilgisayar 2008 yılında IBM tarafından üretildi. New Mexico'nun devlet kuşu için Roadrunner olarak bilinen makine, ilk olarak new Mexico'daki Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'na gönderilmek üzere demonte edilmeden önce, kilometre taşını elde ettiği New York'taki IBM'in tesislerinde test edildi. Test sürümünde Gelişmiş Mikro Aygıtlardan (AMD) 6.948 çift çekirdekli Opteron mikroçip ve IBM’in Hücre Geniş Bant Motorlarından 12.960 (ilk olarak Sony Computer Entertainment PlayStation 3 video sisteminde kullanılmak üzere geliştirilmiştir) kullanıldı.
Hücre işlemcisi, elektronik oyunlarda sanal gerçeklik simülasyon motorlarını işlemek için gereken yoğun matematiksel hesaplamaları işlemek için tasarlanmıştır - bu, matematik modellerini çalıştıran bilimsel araştırmacıların ihtiyaç duyduğu hesaplamalara oldukça benzer bir süreçtir.
Bilgi işlemdeki bu ilerleme, araştırmacıları, ilk kez, sadece basitleştirilmiş modeller değil, birinci prensip fiziğine dayanan bilgisayar simülasyonları yapabilmenin eşiğine yerleştirdi veya geçti. Bu da meteoroloji ve küresel iklim analizi, ilaç ve tıbbi tasarım, yeni malzemeler ve havacılık mühendisliği gibi alanlarda atılım beklentilerini artırdı.
Süper bilgisayarların tam potansiyelini gerçekleştirmek için en büyük engel, bir sorunun farklı yönlerinin mümkün olduğunca çok farklı işlemci tarafından aynı anda çalıştırılabileceği şekilde programlar yazmak için gereken büyük çaba.
Modern kişisel bilgisayarlarda yaygın olarak kullanılan bir düzineden az işlemci durumunda bunu yönetmek bile, IBM'in açık kaynak girişimi, çeşitli akademik ve kurumsal ortakların desteğiyle 1990'larda ve 2000'lerde ilerleme kaydetmesine rağmen, basit bir çözüme direndi.
Önceki Yazı
Sonraki Yazı