Superkompyuterlar: o'tmish, hozirgi va kelajak "Superkompyuter" atamasi birinchi marta 60-yillarning boshlarida, Illinoys universiteti (AQSh) doktori D.Slotnik boshchiligidagi bir guruh mutaxassislari dunyodagi birinchi parallel hisoblash tizimini joriy etish g'oyasini ilgari surganlarida qo'llanilgan. SOLOMON deb nomlangan loyiha J. fon Neyman tomonidan tuzilgan vektorli ishlov berish printsipi va 50-yillarning boshlarida S. Unger tomonidan taklif qilingan matritsa parallel arxitekturasi kontseptsiyasiga asoslangan edi.
Gap shundaki, ko'pchilik superkompyuterlar ushbu o'ziga xos (vektor) parallelizm turi tufayli ajoyib ishlashni namoyish etadilar. Yuqori darajadagi tanish tillarda dasturlarni ishlab chiquvchi har qanday dasturchi, ehtimol, DO deb ataladigan tsikllarga bir necha bor duch kelgan. Biroq, kam sonli odamlar ushbu tez-tez ishlatiladigan operatorlarning ishlash imkoniyatlari haqida ko'p o'ylashgan. Dasturlash tizimlari sohasidagi taniqli mutaxassis D.Knut DO sikllari FORTRAN tilidagi dasturlar kodining 4% dan kamini egallashini, lekin topshiriqni bajarishning hisoblash vaqtining yarmidan ko‘pini talab qilishini ko‘rsatdi.
Ushbu turdagi sikllarni vektorli qayta ishlash g'oyasi shundan iboratki, vektor operatsiyasi operand vektorlarining barcha elementlari bilan ishlaydigan kompyuter buyruqlar tizimiga kiritilgan. Bunday holda, hisob-kitoblarni tezlashtirishning ikkita imkoniyati bir vaqtning o'zida amalga oshiriladi: birinchidan, protsessor tomonidan bajariladigan ob'ekt kodlari ko'rsatmalari soni kamayadi, chunki indekslarni qayta hisoblash va shartli sakrashni tashkil qilishning hojati yo'q, ikkinchidan, barcha operatsiyalar. operand vektorlarining elementlarini qo'shish parallelizmni qayta ishlash tufayli bir vaqtning o'zida bajarilishi mumkin.
Vektorli ishlov berishning tsiklning elementar operatsiyalari soni bilan bog'liq yana bir xususiyatini ta'kidlash kerak: vektorlashtirilgan tsiklga qanchalik ko'p parallel operatsiyalar kiritilgan bo'lsa, unumsiz vaqt ulushi hisob-kitoblar tezligining ortishi shunchalik sezilarli bo'ladi. vektor ko'rsatmasini olish, dekodlash va bajarilishini ishga tushirishga sarflangan mablag'lar kamayadi.
Vektorli ishlov berishdan foydalangan birinchi superkompyuter ILLIAC IV (SIMD arxitekturasi) bo'ldi. 1960-yillarning boshlarida Illinoys universitetining Ilg'or hisoblash texnologiyalari markaziga birlashgan o'sha Slotnik guruhi matritsali tuzilishga ega vektorli superkompyuter loyihasini amaliy amalga oshirishni boshladi. Mashina Burroughs Corp tomonidan ishlab chiqarilgan. Loyihaning texnik tomoni o'z miqyosida hamon hayratlanarli: tizim to'rtta kvadrantdan iborat bo'lishi kerak edi, ularning har biri 64 ta protsessor elementi (PE) va giperkub tarmog'iga asoslangan kalit bilan birlashtirilgan 64 xotira modulini o'z ichiga oladi. Barcha kvadrant PElar buyruq protsessor tomonidan berilgan vektor ko'rsatmalarini qayta ishlaydi, ularning har biri bitta elementar vektor operatsiyani bajaradi, ularning ma'lumotlari tegishli PE xotirasida saqlanadi. Shunday qilib, bitta ILLIAC IV kvadranti bir vaqtning o'zida vektorning 64 elementini va to'rtta kvadrantning butun tizimini - 256 elementni qayta ishlashga qodir. 1972 yilda NASAning Ames tadqiqot markazida birinchi ILLIAC IV tizimi o'rnatildi. Uning ushbu tashkilotdagi faoliyati natijalari aralash baho oldi. Bir tomondan, superkompyuterdan foydalanish boshqa kompyuterlar hal qila olmaydigan bir qator eng murakkab aerodinamik muammolarni hal qilish imkonini berdi. Hatto o'sha paytdagi ilmiy tadqiqotlar uchun eng tezkor kompyuter - Control Data CDC 7600, aytmoqchi, "superkompyuter patriarxi" Seymur Krey tomonidan ishlab chiqilgan bo'lib, u 5 MFLOPSdan ko'p bo'lmagan ishlashni ta'minlay oladi, ILLIAC IV esa o'rtacha ko'rsatkichni ko'rsatdi. taxminan 20 MFLOPS ishlashi. Boshqa tomondan, ILLIAC IV hech qachon 256 PEdan iborat to'liq konfiguratsiyaga keltirilmagan; amalda ishlab chiquvchilar o'zlarini faqat bitta kvadrant bilan cheklashdi. Buning sabablari tizimning protsessor elementlari sonini ko'paytirishdagi texnik qiyinchiliklar emas, balki xotira moduli kaliti orqali protsessor elementlari o'rtasida ma'lumotlar almashinuvini dasturlash bilan bog'liq muammolar edi. Tizim dasturiy ta'minotidan foydalangan holda ushbu muammoni hal qilish bo'yicha barcha urinishlar muvaffaqiyatsizlikka uchradi, natijada har bir dastur o'tish moslamalarini qo'lda dasturlashni talab qildi, bu esa foydalanuvchilarning qoniqarsiz sharhlarini keltirib chiqardi.
Agar ILLIAC IV ni ishlab chiquvchilari protsessor elementlari matritsasini dasturlash muammolarini yengib o'tishga muvaffaq bo'lganlarida, ehtimol, kompyuter texnologiyalarining rivojlanishi butunlay boshqacha yo'nalishda ketgan bo'lar edi va bugungi kunda matritsali arxitekturali kompyuterlar ustunlik qilgan bo'lar edi. Biroq, 1960-yillarda ham, undan keyin ham bir necha yuz protsessorlarning parallel ishlashini dasturlash va shu bilan birga ular o'rtasida ma'lumotlar almashinuvi uchun minimal hisoblash vaqtini ta'minlash kabi ikkita fundamental muammoning qoniqarli va universal echimi topilmadi. Yakuniy tashxis qo'yish uchun turli kompaniyalar tomonidan matritsali arxitekturaga ega superkompyuterlarni joriy qilish uchun yana 15 yil davom etdi: bunday turdagi kompyuterlar foydalanuvchilarning keng doirasini qoniqtira olmaydi va juda cheklangan doiraga ega, ko'pincha bir yoki bir nechta turdagi vazifalar.
Ultra yuqori tezlikdagi ma'lumotlarni qayta ishlash vositalari o'zlashtirilganligi sababli, dasturlarni vektorlashtirish usullarini takomillashtirish o'rtasidagi bo'shliq, ya'ni. ketma-ket til konstruksiyalarini vektor ko'rinishiga kompilyatsiya qilishda avtomatik konvertatsiya qilish va dasturlashning o'ta murakkabligi va o'rtasida ma'lumotlarni taqsimlash.
