Накануне больших перемен

Дважды в год весь народ, занимающийся или просто интересующийся суперкомпьютерами, дружно устремляется на сайт www.top500.org, где публикуется очередная редакция всемирного рейтинга, ранжирующего полтысячи самых быстрых вычислительных систем планеты.

Дважды в год весь народ, занимающийся или просто интересующийся суперкомпьютерами, дружно устремляется на сайт www.top500.org , где публикуется очередная редакция всемирного рейтинга, ранжирующего полтысячи самых быстрых вычислительных систем планеты.

Публикация традиционно привязана к началу International Supercomputer Conference. На сей раз 23-й список Top 500 приурочен к ISC-2004, проходившей в Гейдельберге (Германия).

И хотя первое место в этом престижнейшем рейтинге уже который раз (с лета 2002 года) занял японский векторный суперкомпьютер Earth Simulator фирмы NEC (производительностью 35,86 Тфлопс), имеется множество признаков, свидетельствующих о приближении больших перемен. Некоторые из перемен вполне естественны и давно спрогнозированы — как, например, все ближе подбирающиеся к лидеру новейшие американские системы. Это и занявший сразу вторую строчку новейший 20-терафлопсный суперкластер Thunder (КТ #544), собранный на процессорах Itanium2 в ядерном центре Lawrence Livermore; и не попавший пока в рейтинг, но скоро вступающий в строй 40-терафлопсный кластер Red Storm на процессорах AMD Opteron, сооружаемый корпорацией Cray в Sandia Labs («КТ» #518); и абсолютно иной архитектуры система IBM BlueGene/L (два фрагмента-прототипа которой заняли 4-е и 8-e места), после окончательной сборки — в 2005-м, а может, и в конце 2004-го — обещающая надолго сделать BlueGene бесспорным лидером среди суперкомпьютеров (расчетная производительность — 200 Тфлопс).

В элитную группу Top 10 впервые вошел 8-терафлопсный китайский кластер Dawning 4000A Шанхайского суперкомпьютерного центра, базирующийся на процессорах AMD Opteron (10-е место). На 7-м месте обосновалась еще одна азиатская система — 8,7-терафлопсный кластер, собранный фирмой Fujitsu в японском Институте физических и химических исследований. Общее же присутствие восточных стран в Top 500 становится все более ощутимым и вплотную приближается к одной пятой (34 японские машины и 55 из других государств региона). Европа со 124 системами все еще опережает Азию, хотя и не так заметно, как прежде. К тому же европейским системам ныне вновь удалось вернуться в Top 10 — на сей раз в лице британской 8,9-терафлопсной машины Европейского центра предсказания погоды (6-е место). Кстати, Великобритании впервые за много лет удалось обойти Германию, своего главного конкурента на континенте (36 систем против 34). И раз уж речь зашла о Европе-Азии, упомянем и нашу страну, хотя ее позиции тут, прямо скажем, не впечатляют. Строчку номер 391 в Top 500 занимает MVS 1000М (734,6 Гфлопс) Межведомственного суперкомпьютерного центра, в 2002 году начинавшая свою жизнь среди элиты на 64-месте. А по соседству, но чуть ниже — на 398-й позиции — расположилась еще одна, совсем новая система MVS-5000BM, собранная в том же Центре из айбиэмовских eServer BladeCenter JS20 (722,1 Гфлопс). Вот, собственно, и все…

Но не будем о грустном, а лучше обратимся к еще одной, возможно, самой интересной грядущей перемене в Top 500 — к скорой и неизбежной смене бенчмарк-теста Linpack, по результатам которого и формируется с 1992 года мировой рейтинг суперкомпьютеров. Суть теста, напомним, сводится к решению больших и «плотных» (с высоким количеством ненулевых коэффициентов) систем линейных уравнений. Не секрет, что очень многие из самых быстрых суперкомпьютеров специально затачиваются разработчиками под Linpack, зачастую в ущерб другим параметрам.

Проблема эта давняя, решать ее начали еще в конце 1990-х и к 2001 году создали солидный набор всесторонних тестов, сводящих машины в альтернативный, так называемый сбалансированный рейтинг IDC («КТ» ## 424, 445). Но поскольку результаты этих бенчмарков разошлись с Linpack самым радикальным образом, то составители Top 500 (они же, можно сказать, и авторы Linpack) проигнорировали IDC Balanced Rating. Разумеется, сделано это было под сильнейшим нажимом фирм, в первую очередь IBM, доминирующих ныне в списке пятисот быстрейших машин. Тогда в дело вмешались американские госструктуры, из казны финансирующие большинство суперкомпьютеров Top 10 и крайне раздраженные вновь обозначившимся в 2002 году лидерством японцев (похожая ситуация была в начале 1990-х).

Новый набор тестов, получивший название HPC Challenge benchmark (HPC — это high-performance computing, высокопроизводительные вычисления), создается с лета 2003 года по заказу Агентства передовых военных исследований (DARPA), Министерства энергетики и Национального научного фонда США. Давлению столь мощных сил противостоять невозможно, поэтому теперь HPC Challenge официально формируется под эгидой Top 500, хотя там примерно те же тесты, что и в сбалансированном рейтинге IDC (не только производительность процессоров, но и скорость межсоединений, и пропускная способность памяти и другие важнейшие для реального быстродействия параметры). Естественно, что уже первые — пока неофициальные — результаты тестирования систем по бенчмаркам HPC Challenge выдали рейтинг (см. www.icl.cs.utk.edu/hpcc/hpcc_results.cgi), гораздо больше похожий на IDC Balanced Rating, чем на тесты Linpack.

Здесь бесспорным лидером вновь выступил компьютер легендарной корпорации Cray — только теперь уже не T3E, а новейший векторный Cray X1. При новом подходе все характеристики суперкомпьютера проверяются одновременно, и в этих условиях 252-процессорный X1 при сравнении с 256-процессорной системой IBM p690 демонстрирует вчетверо большую скорость на Linpack, в 115 раз большую скорость на PTRANS (обмен между отдельными процессорами) и в 18 раз большую на STREAM Triad (обмен между процессором и памятью). Похожим образом выглядит и сравнение машин Cray с продуктами других фирм.

Конечно, IBM с такими результатами категорически не согласна. Но как бы то ни было, составители рейтинга уже объявили, что в течение трех лет (то есть к 2006 году) HPC Challenge станет тем набором тестов, на основе которого будет формироваться Top 500. А значит, и всем компаниям, участвующим в этих «состязаниях», затачивать свои системы станет значительно сложнее.

Под конец обзора приведем несколько показательных цифр, характеризующих нынешнее состояние дел в суперкомпьютерной области. Всего за полгода количество систем с производительностью, превышающей порог в 1 Тфлопс, подскочило со 130 до 242 (то есть ныне их почти половина списка), а 624-гигафлопсная скатилась с 242-го места на 500-е — за всю историю Top 500 ничего подобного не случалось. Суммарная производительность компьютеров рейтинг-листа составила 813 Тфлопс, что более чем в полтора раза превышает результат полугодичной давности — 528 Тфлопс (отсюда вывод: темпы прогресса суперкомпьютеров попирают закон Мура). Что касается процессоров, на основе которых собраны системы, то здесь в безусловные лидеры вырвались изделия Intel — на них приходится больше половины списка, а именно 287 компьютеров (год назад было всего 119). На втором месте — процессоры IBM Power (75 систем), далее идут Hewlett-Packard PA-RISC (57) и AMD (34). Самой распространенной суперкомпьютерной архитектурой стали кластерные системы — их число за полгода увеличилось с 208 до 291. Ну а если говорить о фирмах-изготовителях, то на долю IBM приходится 44,8% систем, суммарной производительностью 50,12%. На втором месте Hewlett-Packard (28 и 18,5% соответственно). Ни одна из остальных фирм не смогла получить более 6% в упомянутых категориях.

Но, как было показано, есть шансы, что годика через два эта картина существенно поплывет.