کامپیوتر محاسباتی قدرتمند

پروژه TOP500 500 قدرتمندترین سیستم کامپیوتری غیر توزیع شده در جهان را رتبه بندی و جزئیات می دهد. این پروژه در سال 1993 آغاز شد و سالی دو بار لیست به روز شده ای از ابر رایانه ها را منتشر می کند. اولین مورد از این به روز رسانی ها همیشه مصادف با کنفرانس بین المللی ابرکامپیوتر در ژوئن است و دومی در کنفرانس ابرکامپیوتری ACM/IEEE در ماه نوامبر ارائه می شود. هدف این پروژه ارائه یک مبنای قابل اعتماد برای ردیابی و تشخیص روندها در محاسبات با کارایی بالا و رتبه‌بندی پایه‌ها بر اساس HPL، [1] یک پیاده‌سازی قابل حمل از معیار LINPACK با کارایی بالا است که در Fortran برای رایانه‌های با حافظه توزیع‌شده نوشته شده است.

در حال حاضر آخرین لیست TOP500 پنجاه و هشتمین لیست است که در نوامبر 2021 منتشر شده است. از ژوئن 2020، Fugaku ژاپنی قدرتمندترین ابررایانه جهان است که پس از به روز رسانی در نوامبر 2020 در LINmarksCK be، در ابتدا به 415.53 پتافلاپ و 442.01 پتافلاپ رسید. چین در حال حاضر با 188 ابرکامپیوتر، در رتبه دوم (ایالات متحده آمریکا) برتری دارد.

فهرست TOP500 توسط جک دونگارا از دانشگاه تنسی، ناکسویل، اریش استرومایر و هورست سایمون از مرکز ملی محاسبات علمی تحقیقات انرژی (NERSC) و آزمایشگاه ملی لارنس برکلی (LBNL) گردآوری شده است، و تا زمان مرگش در سال 2014، هانس Meuer از دانشگاه مانهایم، آلمان.

پروژه TOP500 همچنین لیست معیار Green500 و HPCG را فهرست می کند.

کامپیوتر محاسباتی قدرتمند

در اوایل دهه 1990، تعریف جدیدی از ابررایانه برای تولید آمار معنادار مورد نیاز بود. پس از آزمایش با معیارهای مبتنی بر تعداد پردازنده در سال 1992، این ایده در دانشگاه مانهایم مطرح شد تا از فهرستی دقیق از سیستم های نصب شده به عنوان پایه استفاده شود. در اوایل سال 1993، جک دونگارا متقاعد شد تا با معیارهای LINPACK خود به پروژه بپیوندد. اولین نسخه آزمایشی در می 1993 تولید شد که تا حدی بر اساس داده‌های موجود در اینترنت از جمله منابع زیر بود:[3][4]

“فهرست قدرتمندترین سایت های محاسباتی جهان” که توسط گانتر آهرنت نگهداری می شود[5]

دیوید کاهنر، مدیر برنامه اطلاعات فناوری آسیا (ATIP)؛[6] گزارشی را در سال 1992 منتشر کرد، با عنوان “گزارش کاهنر در مورد ابررایانه در ژاپن”[4] که دارای حجم عظیمی از داده بود.[نیازمند منبع].

اطلاعات آن منابع برای دو فهرست اول استفاده شد. از ژوئن 1993، TOP500 هر دو سال یکبار فقط بر اساس ارسالی سایت و فروشنده تولید می شود.

از سال 1993، عملکرد رتبه شماره 1 مطابق با قانون مور به طور پیوسته افزایش یافته است و تقریباً هر 14 ماه دو برابر می شود. در ژوئن 2018، Summit با Rpeak[7] 187.6593 PFLOPS سریعترین بود. برای مقایسه، این بیش از 1,432,513 برابر سریعتر از Connection Machine CM-5/1024 (1,024 هسته) است که سریعترین سیستم در نوامبر 1993 (بیست و پنج سال قبل) با Rpeak 131.0 GFLOPS بود.[8]

از نوامبر 2020، تمام ابررایانه‌های موجود در TOP500 64 بیتی هستند که عمدتاً مبتنی بر پردازنده‌هایی هستند که از معماری مجموعه دستورات x86-64 استفاده می‌کنند (که از این تعداد 459 رایانه مبتنی بر EMT64 اینتل و 22 مورد مبتنی بر AMD AMD64 هستند). استثناهای معدود همه بر اساس معماری RISC هستند. سیزده ابررایانه بر اساس Power ISA استفاده شده توسط ریزپردازنده های IBM Power، سه ابر رایانه بر روی تراشه های SPARC64 طراحی شده توسط فوجیتسو ساخته شده اند. یک کامپیوتر از طراحی غیرآمریکایی دیگر، PEZY-SC ژاپنی (بر اساس ARM بریتانیا[9]) به عنوان یک شتاب دهنده جفت شده با Xeon اینتل استفاده می کند.

← مرکز محاسبات سریع شبیه‌سازان امیرکبیر  →

اینجا کلیک کنید!

در سال‌های اخیر، محاسبات ناهمگن، عمدتاً با استفاده از واحدهای پردازش گرافیکی انویدیا (GPU) یا Xeon Phi مبتنی بر x86 اینتل به عنوان پردازنده‌های مشترک، به دلیل عملکرد بهتر نسبت به وات و عملکرد مطلق بالاتر، بر TOP500 غالب شده است. استثناهای اخیر عبارتند از Fugaku، Sunway TaihuLight و K کامپیوتر فوق الذکر. Tianhe-2A نیز یک استثنا جالب است، زیرا تحریم های ایالات متحده مانع استفاده از Xeon Phi شد. در عوض، برای استفاده از شتاب دهنده های طراحی چینی Matrix-2000[10] ارتقا یافت. ابرکامپیوتر Frontera بر پایه 28 هسته ای (56 رشته ای) اینتل زئون پلاتینیوم است و در TOP500 بدون کمک پردازنده های گرافیکی که بعداً اضافه شدند، عرضه شد.[11] دارای دو زیرسیستم، هر دو با پردازنده گرافیکی Nvidia. یکی با پردازنده‌های POWER9 و دیگری با سیستم غوطه‌وری مایع خنک‌شده.[12][13]

دو کامپیوتری که برای اولین بار در سال 2018 در لیست ظاهر شدند بر اساس معماری های جدید Top500 هستند. یکی یک ریزمعماری x86-64 جدید از سازنده چینی Sugon بود که از پردازنده‌های Hygon Dhyana استفاده می‌کرد (اینها از همکاری با AMD حاصل شده‌اند و نوع کوچکی از AMD EPYC مبتنی بر Zen هستند) و در رتبه 38 قرار دارد، [14] و دیگری اولین کامپیوتر مبتنی بر ARM در لیست – با استفاده از CPU های Cavium ThunderX2.[15] قبل از ظهور x86 32 بیتی و بعداً 64 بیتی x86-64 در اوایل دهه 2000، خانواده های مختلف پردازنده های RISC اکثر ابرکامپیوترهای TOP500 را تشکیل می دادند، از جمله SPARC، MIPS، PA-RISC و Alpha.

کامپیوتر محاسباتی قدرتمند

تمامی سریع ترین ابررایانه ها از زمان ابررایانه Earth Simulator از سیستم عامل های مبتنی بر لینوکس استفاده کرده اند. از نوامبر 2017، تمام ابررایانه های فهرست شده از یک سیستم عامل مبتنی بر هسته لینوکس استفاده می کنند.[16][17]

از نوامبر 2015، هیچ رایانه‌ای در لیست از ویندوز استفاده نمی‌کند (در حالی که مایکروسافت در سال 2021 با اوبونتو مبتنی بر لینوکس دوباره در لیست ظاهر شد). در نوامبر 2014، کامپیوتر ابری Windows Azure[18] دیگر در فهرست سریع‌ترین ابررایانه‌ها قرار نداشت (بهترین رتبه آن در سال 2012 در رتبه 165 قرار داشت)، تا زمانی که Magic Cube مرکز ابرکامپیوتر شانگهای تنها ابررایانه مبتنی بر ویندوز در لیست بود. نیز از لیست خارج شد. در آخرین حضور خود در لیست منتشر شده در ژوئن 2015 در رتبه 436 قرار گرفت، در حالی که بهترین رتبه آن در سال 2008 یازدهم بود.[19] دیگر هیچ رایانه ای با سیستم عامل مک در لیست وجود ندارد. حداکثر پنج سیستم در یک زمان داشت، یکی بیشتر از سیستم‌های ویندوزی که بعداً آمدند، در حالی که سهم عملکرد کلی برای ویندوز بیشتر بود. با این حال، سهم عملکرد نسبی آنها از کل لیست مشابه بود و هرگز برای هیچ کدام بالا نبود. در سال 2004 ابرکامپیوتر System X مبتنی بر Mac OS X (XServe، با 2200 پردازنده PowerPC 970) یک بار در رتبه هفتم قرار گرفت.[20]

بیش از یک دهه است که سیستم‌های MIPS به طور کامل از فهرست خارج شده‌اند[21]، اگرچه ابرکامپیوتر Gyoukou که در نوامبر 2017 به جایگاه چهارم صعود کرد[22]، طراحی مبتنی بر MIPS به عنوان بخش کوچکی از پردازنده‌های مشترک داشت. استفاده از پردازنده‌های مشترک 2048 هسته‌ای (به‌علاوه MIPS 8× 6 هسته‌ای، برای هر یک، که «دیگر نیازی به تکیه بر پردازنده خارجی میزبان Intel Xeon E5 نیست»[23]) باعث شد که این ابررایانه نسبت به 10 تای برتر دیگر انرژی بسیار کارآمدتر باشد. (یعنی در Green500 پنجمین بود و دیگر سیستم‌های مبتنی بر ZettaScaler-2.2 سه رتبه اول را به خود اختصاص دادند).[24] با 19.86 میلیون هسته، از نظر تعداد هسته، تقریباً دو برابر بهترین سیستم چند هسته‌ای، چینی Sunway TaihuLight بود.

TOP 500

پس از ارتقا، برای پنجاه و ششمین TOP500 در نوامبر 2020،

فوگاکو عملکرد HPL خود را به 442 پتافلاپ افزایش داد، که نسبت به 416 پتافلاپی که سیستم در ژوئن 2020 به آن دست یافت، افزایش متوسطی داشت. به طور قابل توجهی، فوگاکو عملکرد خود را در معیار جدید HPC-AI با دقت ترکیبی به 2.0 اگزافلاپس افزایش داد و 1.4 exaflops خود را بهتر کرد. علامت ثبت شده شش ماه پیش اینها اولین معیارهای اندازه گیری بالاتر از یک اگزافلاپ را برای هر گونه دقت در هر نوع سخت افزاری نشان می دهند

از لیست 52 (نوامبر 2018) تا لیست پنجاه و سوم (ژوئن 2019)، فرانترا مبتنی بر Xeon Platinum تنها ابررایانه برتر 10 جدید است، سپس پنجمین ابررایانه برتر است و Lassen مبتنی بر POWER9 ارتقا یافته از یازدهم به دهم منتقل شده است.[26] ] سکویا آخرین مدل Blue Gene/Q بود که به طور کامل از لیست خارج شد. در فهرست 52 در رده 10 قرار گرفته بود (و پس از ارتقاء رتبه 1 در ژوئن 2012، فهرست 41).

برای اولین بار، همه 500 سیستم یک پتافلاپ یا بیشتر را در معیار لینپک با عملکرد بالا (HPL) ارائه می دهند، با سطح ورودی به لیست اکنون 1.022 پتافلاپ است. سیستم هایی که در معیار HPCG از پتافلاپ فراتر می روند و به ترتیب 2.9 پتافلاپ و 1.8 پتافلاپ را ارائه می دهند. میانگین نتیجه HPCG در لیست فعلی 213.3 ترافلاپس است که نسبت به 211.2 شش ماه قبل افزایشی ناچیز دارد.[27]

یک ابرکامپیوتر جدید، Perlmutter، در ژوئن 2021، بر اساس CPU های AMD و Nvidia، به جایگاه پنجم در لیست پنجاه و هفتم TOP500 رسید، [28] و سریع ترین رایانه در لیست Green500 است که در آنجا در رتبه ششم [29] قرار گرفت. انرژی کارآمد و در رتبه سوم در لیست HPCG قرار گرفت.[30] مایکروسافت با چهار نمونه Microsoft Azure (که از اوبونتو استفاده می‌کنند، بنابراین همه ابررایانه‌ها هنوز مبتنی بر لینوکس هستند)، با CPU و GPU از همان فروشندگان، سریع‌ترین آنها در رتبه 26 قرار دارد، به لیست بازگشته است.[31] و آمازون با یک نمونه AWS در رتبه 41 قرار گرفت. تعداد ابررایانه‌های مبتنی بر ARM تا 6 عدد است، همه آنها به جز یک [32] بر اساس همان CPU فوجیتسو که در رتبه‌بندی برتر قرار دارد، و دیگری در رتبه سیزدهم قرار دارد.[33]

تنها دو سیستم مبتنی بر اینتل در بین 10 سیستم برتر قرار می گیرند، AMD دارای سیستم های بیشتری در 10 سیستم برتر است، و دو سیستم بلافاصله بالاتر از بالاترین رتبه اینتل، و دو سیستم مبتنی بر POWER IBM و در عین حال بالاتر، در حالی که همه اینها برای عملکرد خام به پردازنده های گرافیکی Nvidia متکی هستند. سپس یک ARM در بالا با عملکرد کمی کمتر به ازای هر هسته CPU، در عین حال بدون GPU.