ข้อดีของซูเปอร์คอมพิวเตอร์

ฉันคิดว่าวันนี้ คุณไม่สามารถพูดถึงซูเปอร์คอมพิวเตอร์โดยไม่เกี่ยวข้องกับลินุกซ์และความจริงก็คือแม้ว่าลินุกซ์จะถูกสร้างขึ้นในตอนแรกเพื่อเป็นภาคส่วนของคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล แต่ก็สามารถกล่าวได้ว่ามันได้ครอบงำทุกภาคส่วนยกเว้นที่เราจะเห็นในภายหลังพร้อมกับสถิติที่น่าสนใจ นอกจากนี้ยังเป็นภาคที่มีข้อมูลเผยแพร่ในภาษาสเปนไม่มากนักซึ่งทุกคนสามารถเข้าถึงได้

ในทางกลับกันฉันสามารถตรวจสอบได้ โลกของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ หรือผลประโยชน์ของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ แต่โดยทั่วไปแล้วผู้ใช้หลายคนยังไม่ทราบ นั่นคือเหตุผลที่ฉันใช้เวลาในการสร้างและเผยแพร่โพสต์ขนาดใหญ่เกี่ยวกับซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ฉันหวังว่าจะสอนความลับทั้งหมดของ "ลึกลับ" นี้ให้คุณได้มากและเมื่อคุณอ่านข้อความทั้งหมดนี้จบมันจะไม่มีความลับสำหรับคุณอีกต่อไป ...

มากกว่าบทความหรือโพสต์ขนาดใหญ่มันจะเป็นแบบ วิกิทฤษฎี - ปฏิบัติ เกี่ยวกับซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่คุณสามารถปรึกษาได้ตลอดเวลา นั่นคือเป้าหมายว่าบทความ LxA นี้เป็นจุดเปลี่ยนก่อนและหลัง ฉันจะได้รับมัน? ไปดูกันเลย ...

ดัชนี

• 1 ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับซูเปอร์คอมพิวเตอร์
• 2 ซูเปอร์คอมพิวเตอร์คืออะไร?
  • 2.1 ประวัติซูเปอร์คอมพิวเตอร์:
  • 2.2 คุณสมบัติของซูเปอร์คอมพิวเตอร์:
  • 2.3 แนวโน้มที่แท้จริง:
    • 2.3.1 ไมโครโปรเซสเซอร์เฉพาะ:
    • 2.3.2 วิธีการประมวลผลอื่น ๆ :
  • 2.4 ความเท่าเทียมกัน:
  • 2.5 ระบบหน่วยความจำ:
  • 2.6 อนาคต: คอมพิวเตอร์ควอนตัม
  • 2.7 ปัญหา: ปริมาณการใช้ไฟฟ้าและความร้อนที่เกิดขึ้น
• 3 อนุกรมวิธานซูเปอร์คอมพิวเตอร์:
• 4 ซูเปอร์คอมพิวเตอร์มีไว้ทำอะไร?
  • 4.1 เซิร์ฟเวอร์ข้อมูลขนาดใหญ่คลาวด์ ...
  • 4.2 IA:
  • 4.3 การใช้งานทางวิทยาศาสตร์:
• 5 อะไรคือสิ่งที่ทรงพลังที่สุดในโลก?
  • 5.1 มาตรฐาน
• 6 ชิ้นส่วนของซูเปอร์คอมพิวเตอร์: สร้างขึ้นได้อย่างไร?
  • 6.1 ชิ้นส่วนของซูเปอร์คอมพิวเตอร์:
  • 6.2 ประเภทของการระบายความร้อน:
  • 6.3 เครือข่ายเชื่อมต่อ:
  • 6.4 การบำรุงรักษาและการบริหาร:
  • 6.5 ระบบปฏิบัติการ:
• 7 จะสร้างซูเปอร์คอมพิวเตอร์แบบโฮมเมดได้อย่างไร?
• 8 ติดตั้งระบบปฏิบัติการบนคอมพิวเตอร์
• 9 พ่อแม่! ฉันสามารถมีซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่บ้านได้หรือไม่?
• 10 Fuentes:

ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับซูเปอร์คอมพิวเตอร์

เพื่อให้ชัดเจนตั้งแต่เริ่มต้นคอมพิวเตอร์ที่เรามีอยู่ในบ้านเป็นหนึ่งในเครื่องที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดที่มีอยู่ สิ่งที่ฉันหมายถึงคือไม่มีไมโครโปรเซสเซอร์ที่ทรงพลังมากไปกว่าไมโครโปรเซสเซอร์ที่เราใช้ในชีวิตประจำวัน กุญแจสำคัญของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ไม่ได้อยู่ที่ไมโครโปรเซสเซอร์ที่ทรงพลังพิเศษหรือส่วนประกอบที่แปลกใหม่และแตกต่างจากที่เราใช้ประจำวันในบ้านของเรา กุญแจสำคัญของซูเปอร์คอมพิวเตอร์คือความเท่าเทียมกัน.

ให้ฉันอธิบายธนาคารหน่วยความจำ RAM ฮาร์ดไดรฟ์ไมโครโปรเซสเซอร์เมนบอร์ด ฯลฯ ของซูเปอร์คอมพิวเตอร์อาจคล้ายกันมากกว่าที่คุณคิดกับเครื่องที่คุณใช้อยู่ในขณะนี้หรือมีอยู่ที่บ้าน เฉพาะในกรณีของซูเปอร์คอมพิวเตอร์พวกเขาจะรวมกันเป็นหลายร้อยหรือหลายพันเครื่องเพื่อเพิ่มพลังของ "คอมพิวเตอร์" ที่เป็นอิสระเหล่านี้แต่ละเครื่องและประกอบกัน เครื่องจักรที่ยอดเยี่ยมที่ทำงานเป็นระบบเดียว.

ฉันพูดถึง คอมพิวเตอร์คู่ขนานใช่ กระบวนทัศน์ที่อนุญาตให้สร้างซูเปอร์คอมพิวเตอร์หรือที่เรารู้จักกันในชื่อ HPC (High-Performance Computing) หรือคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง สิ่งที่ฉันหมายถึงก็คือถ้าคุณมี AMD Ryzen 7 ที่บ้านพร้อมด้วย RAM 16 GB การ์ดเครือข่ายและฮาร์ดไดรฟ์ 8 TB ... ลองนึกดูว่าจะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณคูณสิ่งนี้ด้วย 1000 และทำให้มันใช้งานได้ ถ้าพวกเขาเป็นเพียงพีซี มันจะเป็น 1000 Ryzen ที่ทำงานแบบขนาน, RAM 16 TB และที่เก็บข้อมูล 8 PB ว้าว !! นี่เริ่มดูเหมือนซูเปอร์คอมพิวเตอร์แล้วใช่มั้ย?

ขออภัยหากคุณคิดอย่างใดอย่างหนึ่ง การแนะนำที่เรียบง่ายมากและคำจำกัดความที่ค่อนข้างไม่มีรสนิยม แต่เป็นไปโดยเจตนา. เนื่องจากฉันต้องการให้แม้แต่ผู้ใช้ที่มีความรู้และประสบการณ์น้อยที่สุดก็สามารถหยุดใช้กระบวนทัศน์นี้ได้มิฉะนั้นพวกเขาจะไม่เข้าใจส่วนที่เหลือของคู่มือนี้ ฉันอยากให้คุณอยู่กับความคิดนั้นเพราะถ้าคุณจับได้คุณจะเห็นว่าเครื่องจักรขนาดใหญ่และแปลก ๆ ที่ใช้พื้นผิวขนาดใหญ่จะดูไม่แปลกขนาดนี้ ...

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์คืออะไร?

ในส่วนก่อนหน้านี้เราได้แนะนำคำว่าขนานและ HPC ดี ในการสร้างซูเปอร์คอมพิวเตอร์นั่นคือคอมพิวเตอร์ที่มีความสามารถ HPC เหล่านี้จำเป็นต้องมีการขนานกันตามที่เราได้ระบุไว้อย่างชัดเจน ตามความหมาย ซูเปอร์คอมพิวเตอร์คือเครื่องจักรที่มีความสามารถ บางชนิด พวกเขาเหนือกว่ามาก กับคอมพิวเตอร์ทั่วไปที่เราสามารถมีได้ที่บ้าน

โดยทั่วไปความสามารถเกือบทั้งหมดของซูเปอร์คอมพิวเตอร์นั้นเหนือกว่าพีซีมาก แต่โดยเฉพาะอย่างยิ่งสามารถดึงดูดความสนใจได้ พลังคอมพิวเตอร์ ซึ่งเกิดจากแกนหรือหน่วยประมวลผลไฟล์ แรม มีให้สำหรับหน่วยประมวลผลดังกล่าวและในระดับที่น้อยกว่า ความจุเนื่องจากโดยทั่วไปแล้วสองรายการแรกมีความสำคัญมากกว่าสำหรับการใช้งานปกติที่มอบให้กับเครื่องประเภทนี้ แม้ว่าจะมีเครื่องขนาดใหญ่บางเครื่องที่ต้องการพื้นที่จัดเก็บข้อมูลและแบนด์วิดท์มากกว่าพลังงานคอมพิวเตอร์หรือ RAM แต่ก็เป็นกรณีของเซิร์ฟเวอร์จัดเก็บข้อมูล ...

ประวัติซูเปอร์คอมพิวเตอร์:

บางทีหนึ่งในซูเปอร์คอมพิวเตอร์เครื่องแรกหรือตามที่นักประวัติศาสตร์จัดประเภทไว้เช่นนั้นเป็นเครื่องจักรที่สร้างขึ้นในทศวรรษที่ 60 โดย สเปอร์รีแรนด์ สำหรับกองทัพเรือสหรัฐฯ จากนั้นจะมีช่วงเวลาที่ IBM เป็นราชาผู้ยิ่งใหญ่ที่มีเครื่องจักรเช่น IBM 7030 และอื่น ๆ อีกมากมาย นอกจากนี้ Atlas ของมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์และ Ferranti ในช่วงต้นปี 60 ซึ่งเป็นการแข่งขันในยุโรปกับเครื่องจักรของอเมริกา เครื่องจักรที่เริ่มใช้ทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียมแทนหลอดสุญญากาศแบบเก่า (ไม่ใช่วงจรรวม) และความทรงจำแม่เหล็กสำหรับองค์ประกอบของมัน แต่ก็ยังคงเป็นแบบดั้งเดิมมาก

จากนั้นอีกยุคหนึ่งจะเข้ามาซึ่งอีกหนึ่งยุคที่ยิ่งใหญ่เข้ามาคือ CDC ด้วย CDC 6600 ที่ออกแบบโดยคนรู้จักเก่าซึ่งต่อมาจะตั้งชื่อ บริษัท ที่สำคัญซึ่งปัจจุบันเป็นผู้นำในภาคนี้ ฉันพูดถึง ซีมัวร์เครย์. เครื่องที่เขาออกแบบเสร็จสมบูรณ์ในปี 1964 และเป็นหนึ่งในเครื่องแรกที่ใช้ทรานซิสเตอร์ซิลิกอน ความเร็วที่นำมาจากเทคโนโลยีซิลิกอนใหม่และสถาปัตยกรรมที่ออกแบบโดย Cray ทำให้เครื่องเร็วกว่าคู่แข่งถึง 10 เท่าโดยขายได้ 100 เครื่องในราคา 8.000.000 เหรียญต่อเครื่อง

Cray dejaría CDC (Control Data Corporation) en 1972 para formar la compañía líder que os he comentado, se trata de la Cray Research, creando el Cary-1 de 80 Mhz y uno de los primeros CPUs de 64-bit en 1976, convirtiendose en la supercomputadora más exitosa de la época y que podéis ver en la imagen principal de este apartado en la fotografía en blanco y negro. La Cray-2 (1985) seguiría el exitoso camino de la primera, con 8 CPUs, refrigeración líquida y marcando el camino de las modernas supercomputadoras en muchos sentidos. Aunque el rendimiento era de 1,9 GFLOPS.

จำนวนเงินที่อาจดูเหมือนไร้สาระในตอนนี้เมื่อพิจารณาว่าสมาร์ทโฟนที่คุณมีอยู่ในกระเป๋าของคุณนั้นมีจำนวนมากกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์เหล่านี้ในเวลานี้ ตัวอย่างเช่นก SoC Snapdragon 835 หรือ Exynox 8895 จาก Qualcomm หรือ Samsung ตามลำดับมีกำลังไฟประมาณ 13,4 GFLOPS นั่นคือมากกว่า Cray-10 เกือบ 2 เท่าและมากกว่า Cray-100 ประมาณ 1 เท่า เครื่องจักรขนาดมหึมาเหล่านี้ไม่สามารถเข้าถึงวัตถุที่เล็กและเบาเท่าที่คุณมีอยู่ในมือได้ ซึ่งฉันอยากจะคิดว่าภายในไม่กี่ทศวรรษเราสามารถมีอุปกรณ์ที่ทรงพลังหรือมากกว่านั้นเท่ากับซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน แต่ลดขนาดเคสให้เล็กลง

ต่อด้วยเรื่องราวหลังจากคราวนี้มา ยุคของการออกแบบที่ขนานกันอย่างหนาแน่นนั่นคือต้นทุนที่ถูกกว่าในการผลิตชิปและการปรับปรุงการเชื่อมต่อระหว่างกันทำให้เป็นไปได้ว่าแทนที่จะใช้เครื่องจักรที่มีความซับซ้อนซูเปอร์คอมพิวเตอร์สามารถสร้างขึ้นได้โดยการรวมชิปหลายร้อยหรือหลายพันชิปซึ่งค่อนข้างคล้ายกับที่เรามีในอุปกรณ์ในบ้านของเราเช่นที่ฉันมี แสดงความคิดเห็นก่อนหน้านี้ ในความเป็นจริงในปี 1970 มีเครื่องจักรที่ใช้การออกแบบขนาดใหญ่ใหม่นี้และเกินกว่า Cray-1 (250 MFLOPS) นั่นคือ ILLIAC IV โดยมีไมโครโปรเซสเซอร์ 256 ตัวถึง 1 GFLOPS แม้ว่าจะมีปัญหาในการออกแบบอยู่บ้างก็ตาม ยังไม่เสร็จสมบูรณ์มีเพียงการออกแบบที่มีไมโครโปรเซสเซอร์ 64 ตัวเท่านั้นที่ถูกนำมาใช้

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์กราฟิก LINKS-1 จากมหาวิทยาลัยโอซาก้าน่าจะเป็นอีกหนึ่งในเครื่องคู่ขนานขนาดใหญ่เหล่านี้ด้วย ไมโครโปรเซสเซอร์ 257 Zilog Z8001 และ 257 Intel iAPX 86/20 FPU ซึ่งให้ประสิทธิภาพที่ดีในช่วงเวลานั้นและสามารถแสดงผลกราฟิก 3 มิติที่สมจริงด้วย 1.7 GFLOPS และเครื่องจักรที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นทีละเล็กทีละน้อยจะมาจากไมโครโปรเซสเซอร์หลายร้อยตัวไปจนถึงหลายพันตัวเช่นเดียวกับเครื่องปัจจุบัน ...

ในสเปนเรามีซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดแห่งหนึ่งในยุโรปและยังเป็นหนึ่งในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดในโลกซึ่งสร้างโดยไอบีเอ็มและเรียกว่า เวียนหัวซึ่งตั้งอยู่ในบาเจโลนาและอยู่ในเครือข่ายซูเปอร์คอมพิวเตอร์ของสเปนซึ่งประกอบด้วยหลายเครือข่ายเช่น Picasso แห่งมหาวิทยาลัยมาลากาซึ่งป้อนข้อมูลจากเนื้อหาที่ถูกทิ้งในการอัปเดตที่ MareNostrum ได้รับเป็นระยะ ในความเป็นจริง MareNostrum เป็นเครื่องจักรที่ทำให้ Dan Brown ผู้เขียนหลงใหลและได้รับเลือกให้เป็นศูนย์ข้อมูลที่สวยที่สุด (ผสมผสานสถาปัตยกรรมของอารามเก่ากับเทคโนโลยีสูงสุด) ดังที่คุณเห็นในภาพหลักของบทความนี้

คุณสมบัติของซูเปอร์คอมพิวเตอร์:

แม้ว่าผู้เขียนหลายคนจะแยกกัน (ในความคิดของฉันผิดพลาด) เซิร์ฟเวอร์ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ และแม้แต่เมนเฟรมตามคำจำกัดความที่ฉันทำให้คุณเป็นซูเปอร์คอมพิวเตอร์เซิร์ฟเวอร์ก็สามารถรวมเป็นซูเปอร์คอมพิวเตอร์ได้อย่างสมบูรณ์แบบเนื่องจากไม่มีอะไรมากไปกว่าคอมพิวเตอร์ที่มีความสามารถเหนือกว่าคอมพิวเตอร์ทั่วไปเพียงอย่างเดียวที่ทุ่มเทให้กับการให้บริการบางประเภทภายใน เครือข่าย ... สิ่งเดียวที่ต้องสร้างความแตกต่างก็คือขึ้นอยู่กับว่าเครื่องนั้นมีไว้เพื่ออะไรเราจะมีความสามารถที่เราต้องการเหนือสิ่งอื่นใด

ตัวอย่างเช่นสำหรับเซิร์ฟเวอร์ที่กำหนดไว้สำหรับข้อมูลเช่นบริการ Cloud Storage สิ่งที่เราสนใจคือมันมีความจุที่โหดเหี้ยม ในขณะที่เมนเฟรมกำหนดไว้เพื่อประมวลผลธุรกรรมและการดำเนินงานด้านธนาคารสิ่งที่สำคัญคือพลังในการประมวลผลของมัน แต่ฉันยืนยันว่าทั้งสองเป็นซูเปอร์คอมพิวเตอร์ จากที่กล่าวมาเรามาดูกัน ลักษณะสำคัญที่เราสนใจ จากซูเปอร์คอมพิวเตอร์ / เมนเฟรม / เซิร์ฟเวอร์:

• ความปลอดภัย: หากเป็นซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่แยกออกมานั่นคือถูกตัดการเชื่อมต่อจากอินเทอร์เน็ตอาจต้องใช้มาตรการรักษาความปลอดภัยโดยรอบ แต่การรักษาความปลอดภัยภายในระบบนั้นไม่สำคัญเท่ากับเซิร์ฟเวอร์ที่เชื่อมต่ออยู่ เชื่อมต่อไคลเอนต์จำนวนมากหรืออาจเป็นเป้าหมายของการโจมตีในขณะที่เชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ต แต่ไม่ว่าในกรณีใดกรณีหนึ่งจะมีมาตรการรักษาความปลอดภัยเสมอ
• ความพร้อมใช้งานสูง: เซิร์ฟเวอร์หรือซูเปอร์คอมพิวเตอร์ต้องทำงานอย่างถูกต้องและลดปัญหาฮาร์ดแวร์หรือซอฟต์แวร์ที่อาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากการหยุดทำงานอาจเป็นอันตรายถึงชีวิตตามวัตถุประสงค์ที่สร้างขึ้นและใน 100% ของกรณีคอมพิวเตอร์ที่ล่มจะหมายถึงการสูญเสียเงินจำนวนมาก นั่นคือเหตุผลที่มีการใช้มาตรการในระบบปฏิบัติการเพื่อลดการรีบูตที่จำเป็นและมีประสิทธิภาพ (UNIX / Linux) อุปกรณ์จ่ายไฟทางเลือก (UPS) ในกรณีที่ระบบดับความซ้ำซ้อนของระบบในกรณีที่ระบบล้มเหลวเนื่องจากมีแบบจำลองที่ไม่ส่งผลกระทบ ประสิทธิภาพโดยทั่วไปมากเกินไปเทคนิคการฟันดาบเพื่อแยกโหนดเพื่อไม่ให้ส่งผลกระทบต่อผู้อื่นและสามารถ hot-swap ได้โดยไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานของส่วนที่เหลือความทนทานต่อความผิดพลาดกับระบบเช่น RAID บนฮาร์ดไดรฟ์หน่วยความจำ ECC หลีกเลี่ยงการแยกส่วนสมอง มี DRP (Disaster Recovery Plan) เพื่อดำเนินการในกรณีที่เกิดปัญหา ฯลฯ นอกจากนี้เราต้องการให้ความน่าเชื่อถือสูงสุดตลอดจนอายุการใช้งานและพารามิเตอร์ต่อไปนี้จะต่ำสุดหรือสูงสุดเสมอขึ้นอยู่กับว่ามันคืออะไร:
  • MTTF (Mean Time To Failure): เป็นเวลาเฉลี่ยที่จะเกิดความล้มเหลวนั่นคือเป็นการวัดเวลาเฉลี่ยที่ระบบสามารถทำงานได้โดยไม่หยุดชะงักจนกว่าจะเกิดความล้มเหลว ดังนั้นยิ่งสูงยิ่งดี
  • MTBF (เวลาเฉลี่ยระหว่างความล้มเหลว): เป็นเวลาเฉลี่ยระหว่างความล้มเหลวนั่นคือสิ่งสำคัญเช่นกันที่จะต้องสูงขึ้นเนื่องจากเราไม่ต้องการให้ความล้มเหลวติดต่อกันมากเกินไปมิฉะนั้นความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์จะไม่ดี
  • MTTR (Mean Time To Repair): เวลาเฉลี่ยในการซ่อมแซมนั่นคือการบำรุงรักษา เราต้องการให้มันต่ำลงเพื่อไม่ให้ระบบไม่ทำงานเป็นเวลานาน
• ประสิทธิภาพสูงและการจัดสรรภาระงาน: นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งเมื่อพูดถึงบริการคลาวด์ที่ต้องเรียกใช้แอพสำหรับลูกค้าบนซูเปอร์คอมพิวเตอร์หรือเมนเฟรมสำหรับการคำนวณทางคณิตศาสตร์หรือการจำลองทางวิทยาศาสตร์เป็นต้น ทำได้โดยการเพิ่มจำนวน RAM และจำนวนและ / หรือประสิทธิภาพของไมโครโปรเซสเซอร์ นอกจากนี้เราต้องมีการจัดสรรภาระงานที่ดีซึ่งขึ้นอยู่กับการจัดการของกระบวนการที่เราทำดังนั้นเราจะไม่โอเวอร์โหลดโหนดบางโหนดมากเกินไป แต่เราจะปรับสมดุลภาระงานในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทั้งหมดให้เท่ากันหรือเป็นเนื้อเดียวกันที่สุด เป็นไปได้.
• สเกลาริตี: ความสามารถของซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ในการปรับตัวโดยไม่มีข้อ จำกัด ในการเปลี่ยนการกำหนดค่าหรือขนาด เครื่องประเภทนี้ต้องมีความยืดหยุ่นในการขยายขีดความสามารถในการประมวลผลหรือความจุหน่วยความจำ ฯลฯ หากเครื่องล้มเหลวโดยไม่จำเป็นต้องซื้อซูเปอร์คอมพิวเตอร์เครื่องใหม่
• Coste: สิ่งนี้ไม่เพียงขึ้นอยู่กับค่าใช้จ่ายของตัวเครื่องและการบำรุงรักษาซึ่งสามารถทำงานเป็นล้านได้อย่างง่ายดาย แต่ยังขึ้นอยู่กับปริมาณการใช้งานของเครื่องซึ่งโดยปกติจะวัดเป็นเมกะวัตต์ (เมกะวัตต์) และต้นทุนของระบบทำความเย็นด้วย ซึ่งสูงตามปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้น ตัวอย่างเช่นหากเรายกตัวอย่างศูนย์ข้อมูลของ Facebook ซึ่งมีเซิร์ฟเวอร์ที่โฮสต์บริการอยู่เรามีค่าใช้จ่ายหลายพันล้านวิศวกรประมาณ 1600 คนที่ทำงานอยู่ซึ่งยังไม่นับรวมช่างเทคนิคและผู้ดูแลระบบโดยเฉพาะค่าไฟฟ้าบางส่วน ซึ่งเป็นสตราโตสเฟียร์ (โปรดทราบว่าปัจจุบันศูนย์ข้อมูลใช้พลังงานไฟฟ้า 2% ของพลังงานไฟฟ้าที่สร้างขึ้นทั่วโลกนั่นคือพันล้านวัตต์และพันล้านยูโรอันที่จริงมีเพียง Google เท่านั้นที่ใช้พลังงาน 0,01% ของโลกซึ่งเป็นสาเหตุที่มักจะติดตั้ง ศูนย์ข้อมูลในพื้นที่ของโลกที่ไฟฟ้ามีราคาถูกกว่าเพราะช่วยประหยัดได้หลายล้าน) ฯลฯ คุณคงนึกออกว่ามันไม่ถูกที่จะรักษาทีมแบบนี้ ... และมันก็ไม่น้อยเพราะเซิร์ฟเวอร์มหึมาที่ Facebook มีในโอเรกอนอยู่ในโกดังประมาณ 28.000 ตารางเมตรมูลค่าหลายร้อยล้านยูโรซึ่งเป็นจำนวนมหาศาล ฟาร์มของเซิร์ฟเวอร์ที่มีโปรเซสเซอร์หลายพันตัวฮาร์ดไดรฟ์เพื่อเพิ่มพื้นที่เก็บข้อมูลหลาย PB หน่วยความจำ RAM จำนวนมากการ์ดเครือข่ายในป่า (คำนวณว่ามีสายเคเบิลใยแก้วนำแสง 2 กม. เพื่อเชื่อมต่อกัน) และทั้งหมดใช้พลังงาน 6 เมกะวัตต์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลเป็นโหมด UPS สำหรับไฟดับสร้างความร้อนทั้งหมดที่ต้องการระบบกระจายที่ซับซ้อนพร้อมเครื่องปรับอากาศขนาดใหญ่

และนี่คือคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดแม้ว่าอาจจะมี การใช้งานเฉพาะ ที่ต้องการสิ่งที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้น

แนวโน้มที่แท้จริง:

จาก ระบบที่ทำขึ้นเองเกือบทั้งหมด เช่นเดียวกับครั้งแรกจาก IBM, CDC หรือ Cray ทุกอย่างเปลี่ยนแปลงไปอย่างรวดเร็วด้วยการมาถึงของชิปหรือวงจรรวมและต้นทุนที่ต่ำทำให้สามารถเริ่มต้นซูเปอร์คอมพิวเตอร์แบบขนานขนาดใหญ่ใหม่โดยมีองค์ประกอบนับพัน อย่างไรก็ตามอย่าคิดว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในปัจจุบันเป็นระบบง่ายๆที่ต้องรวมอุปกรณ์หลายพันเครื่องเข้าด้วยกันและนั่นก็คือเครื่องจักรที่ซับซ้อนที่ต้องการการออกแบบที่รอบคอบและการผลิตที่ปรนเปรอทุกรายละเอียดเพื่อให้ได้รับประโยชน์สูงสุดจากมันและ ว่าทุกอย่างทำงานได้อย่างราบรื่นรูปแบบที่เหมาะสมตามความสามารถหรือลักษณะที่เราต้องการบรรลุ

หลังจากเครื่องแรกเหล่านั้นประกอบด้วย วงจรที่กำหนดเอง หรือชิปแบบกำหนดเองที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับเครื่องเราได้เริ่มใช้ระบบมาตรฐานอื่น ๆ อีกมากมายเช่นไมโครโปรเซสเซอร์ดังที่เราจะเห็นในหัวข้อถัดไป

ไมโครโปรเซสเซอร์เฉพาะ:

ในช่วงแรกแทบจะใช้ชิปประมวลผลแบบเดียวกันกับคอมพิวเตอร์ที่บ้าน แต่ในปัจจุบัน บริษัท ขนาดใหญ่เช่น IBM, AMD และ Intel ได้ออกแบบไมโครโปรเซสเซอร์เฉพาะรุ่นสำหรับเดสก์ท็อปหรือเพื่อวัตถุประสงค์อื่น ๆ ตัวอย่างเช่นเราทุกคนคุ้นเคยกับไมโครโปรเซสเซอร์ PowerPC ของ IBM ซึ่งได้รับการติดตั้งใน Apple จนกระทั่งไม่กี่ปีที่ผ่านมาเมื่อพวกเขานำชิปของ Intel มาใช้ ชิปแบบเดียวกับที่ใช้ใน Apple เหล่านี้ยังขับเคลื่อนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ อย่างไรก็ตาม IBM มีการออกแบบเฉพาะหลายประการสำหรับเครื่องจักรขนาดใหญ่ที่ให้ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นในการทำงานร่วมกันเช่น พลังแม้ว่าจะแชร์ ISA กับ PowerPC ก็ตาม

สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับ SPARC ซึ่งแม้ว่าตอนนี้พวกเขาจะไม่มีโมเดลเฉพาะสำหรับเดสก์ท็อปเนื่องจากเป็นภาคที่พวกเขาไม่ได้ครองหรือสนใจมากนักใช่ว่าในอดีตจะมีเวิร์กสเตชันที่มีไมโครโปรเซสเซอร์เดียวกันนี้แม้ว่า เครื่องปัจจุบันได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับการทำงานกับเครื่องจักรที่ยอดเยี่ยมเหล่านี้ เช่นเดียวกันอาจกล่าวได้สำหรับชิป Intel และ AMDมากกว่าไมโครโปรเซสเซอร์เฉพาะเช่น Intel Xeon ที่แชร์ microarchitecture กับ Core i3 / i5 / i7 / i9 ปัจจุบันและคุณสมบัติหลายอย่าง (ไม่ใช่กับ Intel Itanium) เฉพาะที่ได้รับการปรับให้ทำงานในโหมด MP เช่นเดียวกันกับ AMD ซึ่งออกแบบการใช้งานพิเศษสำหรับซูเปอร์คอมพิวเตอร์ K8 หรือ Athlon64 ที่เรียกว่า Opteron และปัจจุบันเป็น EPYC (อิงตาม Zen)

ที่นี่อีกครั้งฉันหยุดและฉันต้องการกำหนด ประเภทของไมโครโปรเซสเซอร์ ตามพารามิเตอร์บางอย่าง:

• ตามสถาปัตยกรรม: ขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรมของ CPU หรือไมโครโปรเซสเซอร์ที่เราสามารถพบได้:
  • ไมโครโปรเซสเซอร์: เป็นซีพียูหรือไมโครโปรเซสเซอร์ปกติไม่ว่าจะเป็นสถาปัตยกรรมขนาดเล็กหรือเทคโนโลยีใดก็ตามที่ใช้
  • ไมโครคอนโทรลเลอร์: เป็นซีพียูปกติ (โดยปกติจะมีประสิทธิภาพต่ำ) ที่ขับเคลื่อนด้วยชิปเดียวกันพร้อมกับ RAM ระบบ I / O และบัสนั่นคือไมโครคอมพิวเตอร์บนชิป โดยทั่วไปสิ่งเหล่านี้ไม่ได้ใช้ในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ แต่มีอยู่ในอุปกรณ์ในประเทศและอุตสาหกรรมจำนวนมากบอร์ดเช่น Arduino เป็นต้น แต่สำหรับปัญหาของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ลืมพวกเขา ...
  • DSP (ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิตอล): คุณอาจคิดว่าตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัลเหล่านี้ไม่เหมาะกับหัวข้อของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ แต่คุณจะเห็นว่ามันสมเหตุสมผลอย่างไรเมื่อเราเห็นข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการประมวลผลที่แตกต่างกัน แต่ตอนนี้คุณต้องรู้ว่าพวกเขาเป็นโปรเซสเซอร์เฉพาะเพื่อให้สามารถมีประสิทธิภาพที่ดีเมื่อประมวลผลสัญญาณดิจิทัลซึ่งทำให้ดีสำหรับการ์ดเสียงวิดีโอและอื่น ๆ แต่สิ่งนี้อาจมีข้อดีในการคำนวณบางอย่างที่เราจะเห็น ...
  • SoC (ระบบบนชิป): เป็นระบบบนชิปตามชื่อของมันนั่นคือชิปที่มีบางอย่างมากกว่าที่รวมอยู่ในไมโครคอนโทรลเลอร์ นอกเหนือจาก CPU (โดยปกติคือ ARM) แล้วยังมีแฟลช, RAM, I / O และคอนโทรลเลอร์บางตัวด้วย แต่ในกรณีของ SoC นั้น CPU ในตัวมักจะมีประสิทธิภาพสูงและมีไว้สำหรับสมาร์ทโฟนแท็บเล็ต ฯลฯ แม้ว่าตอนนี้จะมีไมโครเซิร์ฟเวอร์ที่ใช้ชิปประเภทนี้เป็นหน่วยประมวลผลอย่างที่เราเห็นก็ตาม
  • โปรเซสเซอร์เวกเตอร์: เป็นไมโครโปรเซสเซอร์ประเภทหนึ่งของ SIMD นั่นคือเรียกใช้คำสั่งที่มีข้อมูลหลาย ๆ กล่าวได้ว่าไมโครโปรเซสเซอร์สมัยใหม่จำนวนมากมีคุณสมบัติ SIMD ซึ่งต้องขอบคุณส่วนขยายมัลติมีเดียเช่น MMX, SSE และอื่น ๆ ที่เราได้พูดถึง แต่เมื่อฉันพูดว่าตัวประมวลผลเวกเตอร์ฉันหมายถึงหน่วยที่บริสุทธิ์ซึ่งได้รับการออกแบบโดยอาศัยการประมวลผลเวกเตอร์หรืออาร์เรย์ของข้อมูลสำหรับแต่ละคำสั่ง ตัวอย่างของโปรเซสเซอร์ประเภทนี้ ได้แก่ Fujitsu FR-V ซึ่งใช้ในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ของญี่ปุ่นบางรุ่นและ GPU ก็สามารถพิจารณาได้เช่นกัน
  • ASICs: นี่คือวงจรรวมเฉพาะแอปพลิเคชันนั่นคือชิปที่กำหนดเองตามการใช้งาน สิ่งที่สามารถให้ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานเฉพาะบางอย่างแม้ว่าการออกแบบจะแสดงถึงต้นทุนที่สูงกว่าการใช้หน่วยประมวลผลทั่วไปก็ตาม นอกจากนี้หากใช้ FPGA ในการใช้งาน FPGA จะไม่เป็นการพูดแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด ตัวอย่างเช่นทุกวันนี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการสร้างเครื่องขุด cryptocurrency
  • คนอื่น ๆ: มีคนอื่น ๆ ที่ตอนนี้สำหรับหัวข้อนี้ที่เราไม่ค่อยสนใจเช่น APU (CPU + GPU), NPU, ไมโครโปรเซสเซอร์แบบไม่มีนาฬิกา, C-RAM, ตัวประมวลผลแบบบาร์เรลเป็นต้น
• ตามนิวเคลียสหรือแกน: เราได้เปลี่ยนจากซีพียูแบบโมโนคอร์หรือซิงเกิ้ลคอร์ไปเป็นซีพียูหลายตัว แต่ภายในไมโครโปรเซสเซอร์ที่มีหลายตัวเราสามารถแยกความแตกต่างระหว่าง:
  • multicore: นี่คือมัลติคอร์แบบดั้งเดิมที่เราใช้บ่อยเช่น dualcore, quadcore, octacore เป็นต้น โดยปกติจะมี 2, 4, 8, 12, 16, 32, ... คอร์หรือแกนบนชิปเดียวกันหรือในบรรจุภัณฑ์เดียวกัน แต่ชิปต่างกัน
  • หลายแกน: คล้ายกับข้างต้น แต่โดยปกติแล้วจะมีหลายร้อยหรือหลายพันคอร์และเพื่อให้เป็นไปได้คอร์ในตัวจะต้องเรียบง่ายและเล็กกว่าการออกแบบของ Intel และ AMD เช่นเดียวกับการใช้พลังงานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น นั่นคือเหตุผลที่พวกเขามักจะยึดตามแกน ARM วางในรูปแบบของกระเบื้อง การรวมสิ่งเหล่านี้เข้าด้วยกันจะทำให้สามารถใช้ความสามารถในการคำนวณที่สูงมากได้ Intel ยังเล่นหูเล่นตากับผู้ชายคนนี้ด้วย Xeon Phi ซึ่งมีจำนวนมาก x86 โดยใช้คอร์ที่เรียบง่ายกว่ามาก แต่รวมเป็นจำนวนมาก (57 ถึง 72) เพื่อขับเคลื่อนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน
• ตามการใช้งาน: ในกรณีนี้เราสนใจเพียงประเภทเดียวคือ MP หรือระบบมัลติโปรเซสเซอร์ ในคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปหรือแล็ปท็อปของคุณคุณจะเห็นว่าเมนบอร์ดของคุณมีเพียงซ็อกเก็ตเดียวที่จะใส่ไมโครโปรเซสเซอร์ในทางกลับกันเมนบอร์ดเซิร์ฟเวอร์จะมีซ็อกเก็ต 2, 4, ... .

แต่ไมโครโปรเซสเซอร์จะค่อยๆถูกแทนที่ด้วยหน่วยประมวลผลเฉพาะอื่น ๆ ที่มีความสามารถในการประมวลผลที่ดีกว่ากล่าวคือ ประสิทธิภาพระหว่าง FLOPS ต่อ W บรรลุตามที่เราจะเห็นในส่วนถัดไป

วิธีการประมวลผลอื่น ๆ :

ดังที่ฉันได้กล่าวไปว่าไมโครโปรเซสเซอร์มีการเคลื่อนไหวทีละเล็กทีละน้อยแม้ว่าจะยังคงมีส่วนแบ่งการตลาดอยู่มาก แต่ก็มีหน่วยประมวลผลอื่น ๆ ที่เข้ามาอย่างมากในช่วงนี้เช่น GPGPU หรือ GPU สำหรับวัตถุประสงค์ทั่วไป. และก็คือชิปของกราฟิกการ์ดมักจะเป็นประเภท SIMD หรือเวกเตอร์ซึ่งสามารถใช้คำสั่งเดียวกันกับข้อมูลจำนวนมากพร้อมกันได้โดยการเพิ่มประสิทธิภาพที่เกิดขึ้นนี้

และที่ดีที่สุดคือการปรับเปลี่ยนคอนโทรลเลอร์และ โดยทางโปรแกรมโดยไม่ต้องปรับเปลี่ยนฮาร์ดแวร์ GPU เหล่านี้สามารถใช้สำหรับการประมวลผลข้อมูลราวกับว่าเป็นซีพียูนั่นคือสำหรับการประมวลผลทั่วไปและไม่เพียง แต่สำหรับกราฟิกเช่นเดียวกับ GPU เฉพาะทำให้สามารถใช้ประโยชน์จากศักยภาพในการประมวลผลอันมหาศาลของพวกเขาเนื่องจากจำนวน FLOPS ที่การ์ดแสดงผลทำได้สูงกว่าซีพียูมาก

เหตุผลที่พวกเขาบรรลุประสิทธิภาพการคำนวณที่ยอดเยี่ยมเช่นนี้เป็นเพราะพวกมันถูกสร้างขึ้นมาเพื่อทำงานกับกราฟและนั่นต้องใช้การคำนวณทางคณิตศาสตร์จำนวนมากเพื่อที่จะย้ายพวกมันไปรอบ ๆ นอกเหนือจากการเป็น SIMD ตามที่ฉันได้กล่าวไปแล้วพวกเขามักจะเป็นไปตามประเภทกระบวนทัศน์การเขียนโปรแกรมแบบคู่ขนาน SIMT (คำสั่งเดียว - หลายเธรด)ได้รับอัตราการส่งข้อมูลที่ดีแม้ว่าเวลาในการตอบสนองของหน่วยความจำจะสูง

พึงระลึกไว้เสมอว่า เพื่อสร้างกราฟ 3 มิติจำเป็นต้องมีการสร้างแบบจำลองที่เริ่มต้นด้วยการรวมชุดของสามเหลี่ยมเข้ากับพิกัด W, X, Y และ Z บนระนาบจากนั้นจึงใช้สี (R, G, B, A) และสร้างพื้นผิวให้แสงสว่างปรับพื้นผิวให้เป็นพื้นผิว , ผสม ฯลฯ ข้อมูลและพิกัดสีเหล่านั้นหมายความว่ามีโปรเซสเซอร์ที่กำหนดค่าได้เพื่อประมวลผลและเป็นที่เข้าใจว่าพิกัดเหล่านี้สร้างเวกเตอร์ที่หน่วยประมวลผล GPU ทำงานได้อย่างแม่นยำและเป็นข้อมูลที่ใช้ในการคำนวณตามวัตถุประสงค์ทั่วไป ตัวอย่างเช่นในขณะที่ CPU ต้องดำเนินการคำสั่งเพิ่มเติม 4 คำสั่งเพื่อเพิ่ม X1X2X3X4 + Y1Y2Y3Y4 นั่นคือ X1 + Y1 แล้ว X2 + Y2 และอื่น ๆ GPU สามารถทำได้ในครั้งเดียว

ด้วยเหตุนี้เราจึงมี GPU ที่ทำงานที่ความถี่สัญญาณนาฬิกาต่ำมากต่ำกว่าซีพียูถึง 5 หรือ 6 เท่าและมีอัตรา FLOPS ที่สูงกว่ามากซึ่งหมายถึง อัตราส่วน FLOPS / W ที่สูงขึ้น. ตัวอย่างเช่น Intel Core i7 3960X ถึง 141 GFLOPS ของประสิทธิภาพการประมวลผลในขณะที่ AMD Radeon R9 290X สามารถบรรลุ 5.632 GFLOPS ซึ่งมีค่าใช้จ่ายโดยประมาณสำหรับแต่ละ GFLOP ประมาณ 0,08 ยูโรในขณะที่ในปี 2004 ซูเปอร์คอมพิวเตอร์สัญชาติญี่ปุ่นชื่อ NEC Earth Simulator เปิดตัวด้วยโปรเซสเซอร์เวกเตอร์และประสิทธิภาพรวม 41.000 TFLOPS ซึ่งราคาต่อ GFLOPS อยู่ที่ประมาณ 10.000 ยูโรเนื่องจากประกอบด้วยโปรเซสเซอร์หลายพันตัวที่มี 8 GFLOPS แต่ละตัว

อย่างที่คุณเห็นนี่คือจุดที่ให้ความสนใจในการสร้างเรื่องโกหก ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ใช้ GPU ในปัจจุบัน จาก NVIDIA หรือ AMD แทนการใช้ CPU และการคำนวณที่แตกต่างกันก็มีความสำคัญเช่นกันนั่นคือการรวมหน่วยประมวลผลประเภทต่างๆเข้าด้วยกันและมอบหมายการดำเนินการแต่ละอย่างให้กับหน่วยที่ประมวลผลโดยใช้เวลาน้อยลงหรือมีประสิทธิภาพมากขึ้น สิ่งนี้ขัดแย้งกับกระบวนทัศน์การคำนวณที่เป็นเนื้อเดียวกันโดยที่ CPU จัดการตรรกะ GPU จัดการกับกราฟิก DSP สำหรับสัญญาณดิจิทัล ฯลฯ

แต่ทำไมไม่ใช้ทั้งหมดตามที่เสนอ คอมพิวเตอร์ที่แตกต่างกัน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ ชิปแต่ละตัวมีดีในบางสิ่งมีข้อดีและข้อเสียดังนั้นขอให้แต่ละชิปทำในสิ่งที่พวกเขาทำได้ดีที่สุด ...

ความเท่าเทียมกัน:

และถึงแม้ว่าฉันจะไม่ต้องการที่จะทำกำไร แต่อย่างน้อยก็ไม่มากเท่า ไดรฟ์ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ใช่ฉันต้องการกลับไปที่คำว่าขนานและอธิบายเพิ่มเติมอีกเล็กน้อย และนั่นก็คือเกือบตั้งแต่จุดเริ่มต้นของการคำนวณความเท่าเทียมกันได้รับการปรับปรุงในแง่หนึ่ง:

• ความขนานระดับบิต: เราได้เห็นแล้วว่าไมโครโปรเซสเซอร์มีวิวัฒนาการมาจาก 4-bit, 8-bit, 16-bit, 32-bit และ 64-bit ในปัจจุบันได้อย่างไร (แม้ว่าจะมีส่วนขยายมัลติมีเดียบางตัวที่มีขนาดถึง 128, 256, 512 เป็นต้น) นั่นหมายความว่าคำสั่งเดียวสามารถใช้งานข้อมูลได้มากขึ้นหรือข้อมูลที่ยาวขึ้นมาก
• ความเท่าเทียมกันในระดับข้อมูล: เมื่อแทนที่จะเป็นข้อมูลสเกลาร์เราใช้เวกเตอร์หรือเมทริกซ์ข้อมูลที่คำสั่งทำงาน ตัวอย่างเช่นสเกลาร์จะเป็น X + Y ในขณะที่ DLP จะสอดคล้องกับ X3X3X1X0 + Y3Y2Y1Y0 นี่คือสิ่งที่ส่วนขยายเหล่านี้ทำในชุดคำสั่งที่ฉันได้กล่าวถึงในการขนานระดับบิตโดยเฉพาะ
• ความเท่าเทียมกันในระดับการเรียนการสอน: เทคนิคที่ตั้งใจจะประมวลผลมากกว่าหนึ่งคำสั่งต่อหนึ่งรอบสัญญาณนาฬิกา นั่นคือเพื่อให้ได้ CPI <1 และที่นี่เราสามารถอ้างถึงไปป์ไลน์สถาปัตยกรรมเหนือระดับและเทคโนโลยีอื่น ๆ เป็นวิธีการหลักในการบรรลุเป้าหมาย
• ความขนานในระดับงาน: ฉันหมายถึงมัลติเธรดหรือมัลติเธรดนั่นคือการรับหลายเธรดหรืองานที่เสนอโดยตัวกำหนดตารางเวลาเคอร์เนลของระบบปฏิบัติการเพื่อดำเนินการพร้อมกัน ดังนั้นซอฟต์แวร์ในกรณีนี้จะช่วยให้แต่ละกระบวนการแบ่งออกเป็นงานที่ง่ายกว่าซึ่งสามารถดำเนินการควบคู่กันไปได้ หากใน Linux คุณใช้คำสั่ง ps กับอ็อพชัน -L คอลัมน์จะปรากฏขึ้นพร้อม ID ของ LWP (Lightweight Proccess) นั่นคือกระบวนการแบบเบาหรือเธรด แม้ว่าวิธีที่จะมาถึงความเท่าเทียมกันนี้มีหลายวิธี:
  • ซีเอ็มพี (MultiProcessor Chip) นั่นคือใช้หลายคอร์และประมวลผลแต่ละเธรด
  • มัลติเธรด: CPU หรือคอร์แต่ละตัวสามารถประมวลผลมากกว่าหนึ่งเธรดในเวลาเดียวกัน และภายในมัลติเธรดเรายังสามารถแยกความแตกต่างระหว่างวิธีการต่างๆ:
    • มัลติเธรดชั่วคราว หรือ superthreading: นี่คือสิ่งที่ไมโครโปรเซสเซอร์บางตัวเช่น UltraSPARC T2 ใช้ซึ่งสิ่งที่ทำคือมันสลับระหว่างการประมวลผลของเธรดหนึ่งและเธรดอื่น แต่ไม่ได้ประมวลผลทั้งสองแบบพร้อมกันในเวลาเดียวกัน
    • มัลติเธรดพร้อมกันหรือ SMT (MultiThreading พร้อมกัน): ในกรณีนี้ระบบจะประมวลผลแบบขนานทำให้ทรัพยากรของ CPU สามารถวางแผนแบบไดนามิกและมีการกระจายข้อมูลหลายรายการได้ นี่คือสิ่งที่ AMD หรือ Intel ใช้แม้ว่า Intel จะจดทะเบียนเครื่องหมายการค้าซึ่งเป็น HyperThreading แต่ก็ไม่มีอะไรมากไปกว่า SMT อย่างไรก็ตามก่อนที่จะนำ SMT มาใช้ใน AMD Zen นั้น AMD ใช้ CMT (Clustered MultiThreading) ใน Fusion นั่นคือมัลติเธรดที่ใช้คอร์ทางกายภาพไม่ใช่บนคอร์เชิงตรรกะ กล่าวอีกนัยหนึ่งใน SMT แต่ละคอร์หรือซีพียูจะทำหน้าที่ราวกับว่าพวกมันเป็นคอร์ลอจิกหลาย ๆ คอร์เพื่อที่จะทำงานเหล่านี้ควบคู่กันไปในทางกลับกันใน CMT คอร์ทางกายภาพหลายตัวถูกใช้เพื่อดำเนินการมัลติเธรดนี้ ...
• ความขนานในระดับหน่วยความจำ: ไม่ได้หมายถึงจำนวนหน่วยความจำที่ติดตั้งในระบบดังนั้นจึงเป็นคำที่สับสน หมายถึงจำนวนการเข้าถึงที่รอดำเนินการซึ่งสามารถทำได้พร้อมกัน superscalars ส่วนใหญ่มีความขนานประเภทนี้ซึ่งทำได้โดยการใช้หน่วย prefetch หลายหน่วยที่ตอบสนองคำขอต่างๆสำหรับข้อผิดพลาดของแคช TLB และอื่น ๆ

โดยไม่คำนึงถึงระดับของความเท่าเทียมกันเหล่านี้พวกเขาสามารถใช้ร่วมกับอื่น ๆ ได้ ประเภทของสถาปัตยกรรม เพื่อให้ได้ความเท่าเทียมกันมากขึ้นเช่น:

• Superscalar และ VLIW: พูดง่ายๆก็คือหน่วยประมวลผลเหล่านั้น (ซีพียูหรือ GPU) ที่มีหน่วยการทำงานที่จำลองแบบหลายหน่วยเช่น FPU หลายตัว ALU หลายหน่วยหน่วยสาขาหลายหน่วยเป็นต้น ซึ่งหมายความว่าการดำเนินการโดยหน่วยประเภทนี้สามารถทำได้สองโดยสองหรือสามโดยสามเป็นต้นขึ้นอยู่กับจำนวนหน่วยที่มีอยู่ ตัวอย่างเช่นหากต้องการดำเนินการตามกระบวนการหรือโปรแกรมคุณต้องประมวลผลคำสั่ง Y = X +1, Z = 3 + 2 และ W = T + Q ในสเกลาร์คุณควรรอให้การดำเนินการแรกเสร็จสิ้นก่อนที่จะเข้าสู่วินาที หนึ่งในการเปลี่ยนแปลงหากคุณมี 3 ALU พวกเขาสามารถทำได้พร้อมกัน ... * VLIW: ในกรณีของ VLIW สิ่งที่มีอยู่มักจะเป็นแบบจำลองของบางหน่วยและคอมไพเลอร์จะปรับคำสั่งเพื่อปรับให้เข้ากับความกว้างทั้งหมด ของ CPU และในแต่ละรอบหน่วยทั้งหมดหรือส่วนใหญ่จะถูกครอบครอง นั่นคือ VLIW เป็นคำสั่งแบบยาวที่ประกอบด้วยคำสั่งที่ง่ายกว่าหลายอย่างซึ่งรวมอยู่ในรูปแบบเฉพาะเพื่อให้สอดคล้องกับสถาปัตยกรรมฮาร์ดแวร์ จะเข้าใจว่ามีข้อดีข้อเสียอย่างไรซึ่งจะไม่อธิบายในที่นี้ ...
• ท่อ: การแชนเนลหรือการแบ่งส่วนทำได้โดยการนำรีจิสเตอร์ที่แบ่งวงจรแยกแต่ละหน่วยการทำงานออกเป็นขั้นตอน ตัวอย่างเช่นสมมติว่าคุณมีท่อ 3 มิติในกรณีนั้นหน่วยการทำงานจะถูกแบ่งออกเป็นสามส่วนที่เป็นอิสระราวกับว่าเป็นกระบวนการผลิตแบบโซ่ ดังนั้นเมื่อคำสั่งที่ป้อนครั้งแรกพ้นจากขั้นตอนแรกแล้วคำสั่งอื่นอาจกำลังเข้าสู่ขั้นตอนแรกนี้แล้วเพื่อเร่งการดำเนินการ ในทางกลับกันในระบบที่ไม่ใช่ท่อจะไม่สามารถป้อนคำสั่งถัดไปได้จนกว่าคำสั่งแรกจะเสร็จสมบูรณ์
• การดำเนินการไม่เป็นไปตามคำสั่ง: ในสถาปัตยกรรมที่เป็นระเบียบคำสั่งจะดำเนินการตามลำดับเนื่องจากคอมไพเลอร์ได้สร้างขึ้นเพื่อประกอบเป็นโปรแกรมที่กำลังทำงานอยู่ ในทางกลับกันนี่ไม่ใช่วิธีที่มีประสิทธิภาพสูงสุดเนื่องจากบางตัวอาจใช้เวลานานกว่านี้หรือต้องมีฟองหรือเวลาตายใน CPU ในขณะที่รอให้เหตุการณ์นั้นขัดขวางไม่ให้ผลลัพธ์ของคำสั่งเกิดขึ้น ในทางกลับกันมันจะป้อนคำสั่ง CPU อย่างต่อเนื่องโดยไม่คำนึงถึงลำดับการเพิ่มเวลาในการผลิต สิ่งนี้ทำได้โดยใช้อัลกอริทึมที่ฉันจะไม่เข้าไป

โดยทั่วไปซีพียูปัจจุบันส่วนใหญ่ Intel, AMD, IBM POWER, SPARC, ARM ฯลฯ จะใช้การผสมผสานของทุกระดับของการขนานกันไปป์ไลน์ superscalar การดำเนินการนอกลำดับการลงทะเบียนการเปลี่ยนชื่อ ฯลฯ เพื่อให้ได้ ประสิทธิภาพที่มากขึ้น หากต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมสามารถปรึกษาได้ อนุกรมวิธานของฟลินน์ซึ่งทำให้ระบบแตกต่าง:

• SISD: หน่วยประมวลผลที่สามารถประมวลผลคำสั่งเดียวกับข้อมูลเดียวเท่านั้น นั่นคือดำเนินการตามคำสั่งและข้อมูลตามลำดับทีละรายการ
• SIMD: คำสั่งเดียวและหลายข้อมูลในกรณีนี้ความขนานจะอยู่ในเส้นทางข้อมูลเท่านั้นและไม่อยู่ในเส้นทางควบคุม หน่วยประมวลผลปัจจุบันจะสามารถดำเนินการคำสั่งเดียวกันกับหลายข้อมูลในเวลาเดียวกันได้ นี่คือกรณีของโปรเซสเซอร์เวกเตอร์ GPU และส่วนขยายมัลติมีเดียบางตัวที่ทำได้ภายในไมโครโปรเซสเซอร์ (เช่น SSE, XOP, AVX, MMX, …)
• ผิดพลาด: ในกรณีนี้ความเท่าเทียมกันจะอยู่ที่ระดับคำสั่งทำให้สามารถดำเนินการคำสั่งหลายคำสั่งบนสตรีมข้อมูลเดียวได้ ลองนึกภาพว่าคุณมี X และ Y และคุณสามารถใช้งาน X + Y, XY, X · Y และ X / Y พร้อมกันได้
• MIDM: เป็นคู่ขนานที่สุดเนื่องจากสามารถดำเนินการคำสั่งหลายคำสั่งกับข้อมูลหลาย ๆ อย่างในเวลาเดียวกัน ...

และผมคิดว่าด้วยหลักการของการขนานนั้นค่อนข้างชัดเจน หากคุณต้องการเจาะลึกลงไปคุณสามารถเข้าถึงแหล่งข้อมูลที่ฉันทิ้งไว้ในส่วนสุดท้ายของบทความนี้และที่ฉันทำงานในช่วง 17 ปีที่ผ่านมาของชีวิต

ระบบหน่วยความจำ:

ไม่ว่าจะใช้วิธีการประมวลผลหรือหน่วยประมวลผลแบบใดจำเป็นต้องมีหน่วยความจำ แต่ที่นี่เราเข้าสู่ประเด็นที่ค่อนข้างขรุขระมากขึ้นเนื่องจากมีความเท่าเทียมกัน ระบบหน่วยความจำต้องสอดคล้องกัน และมีชุดลักษณะเพื่อหลีกเลี่ยงการสร้างข้อมูลที่ผิดพลาด ไม่ต้องกังวลฉันจะอธิบายให้คุณเข้าใจง่ายๆพร้อมตัวอย่าง

ลองนึกภาพคุณมี CPU ตัวเดียว ดำเนินการคำสั่งเพิ่มเติมจินตนาการว่านี่คือ Z = Y + X ในกรณีนี้จะไม่มีปัญหาเนื่องจาก CPU จะนำคำสั่งเพิ่มเติมและบอกหน่วยเลขคณิตเพื่อเพิ่มตำแหน่งหน่วยความจำ Y และ X ซึ่งเป็นข้อมูลนั้น และสุดท้ายมันจะบันทึกผลลัพธ์ในตำแหน่ง Z ของหน่วยความจำ ไม่มีปัญหา! แต่ถ้ามีหลายซีพียูล่ะ? ลองนึกภาพตัวอย่างเดียวกันของ CPU A ที่ทำ Z = Y + X แต่ร่วมกับ CPU B อีกตัวที่ทำ X = Y - 2

ดี มาให้ค่า สำหรับแต่ละตัวอักษร: Y = 5, X = 7 หากเป็นเช่นนั้นหาก CPU A ทำงานก่อนเราจะมี Z = 5 + 7 นั่นคือ Z = 12 แต่ถ้า CPU B ทำหน้าที่ก่อน X = 5 - 2 = 3 ดังนั้นมันจะเข้าถึงหน่วยความจำและจัดเก็บ 3 ในที่อยู่ที่เก็บ X ดังนั้นหาก CPU A เข้าถึงตำแหน่งนั้นก็จะทำคำสั่งเดียวกัน แต่ผลลัพธ์จะเป็น Z = 3 + 7 ดังนั้น Z = 10 อ๊ะ! เราประสบความล้มเหลวครั้งร้ายแรงที่เราไม่สามารถจ่ายได้หรือไม่มีอะไรทำงานได้อย่างถูกต้อง ...

ด้วยเหตุนี้ระบบหน่วยความจำจึงได้พัฒนาชุดของ วิธีการรักษาความสม่ำเสมอนี้ และรู้ว่าควรดำเนินการใดก่อนหรือหลังเพื่อให้ผลลัพธ์ถูกต้อง แม้ในคอมพิวเตอร์ที่บ้านของคุณสิ่งนี้จะเกิดขึ้นเนื่องจากตอนนี้คุณมีคอร์หลายตัวที่เข้าถึงหน่วยความจำเดียวกันและไม่เพียงแค่นั้นยังมีการใช้ microarchitectures ซึ่งใช้ประโยชน์จากระบบมัลติเธรดระบบ superscalar และการดำเนินการนอกคำสั่งซึ่งเป็นสิ่งที่ประนีประนอม ความสม่ำเสมอดังกล่าวเป็นจำนวนมากหากไม่มีการดำเนินการแก้ไข ลองจินตนาการถึงซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่มีสิ่งเหล่านี้มากมาย ...

แต่แน่นอน ลดต้นทุนการผลิต มวลชิปและ การเจริญเติบโตของเทคโนโลยี เครือข่ายได้นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วต่อเครื่องที่มีโปรเซสเซอร์ที่เชื่อมต่อกันจำนวนมากและยังบังคับให้ระบบหน่วยความจำต้องเปลี่ยน (ดูการมีเพศสัมพันธ์) เนื่องจากปัญหาเหล่านั้นที่มีอยู่ในคอมพิวเตอร์ที่บ้านจะทวีคูณเป็นพัน ๆ โดยการมีโปรเซสเซอร์จำนวนมากที่ทำหน้าที่พร้อมกัน

ที่ การแต่งงานกัน ที่ฉันได้กล่าวถึงมีการพัฒนาอยู่ตลอดเวลาโดยเริ่มจากระบบที่ทำงานร่วมกันอย่างแน่นหนาโดยมีหน่วยความจำหลักที่ใช้ร่วมกันโดยหน่วยประมวลผลทั้งหมด และการทำงานร่วมกันอย่างหลวม ๆ กับระบบที่โปรเซสเซอร์แต่ละตัวมีหน่วยความจำอิสระ (แบบกระจาย) ของตัวเอง ในทางกลับกันในช่วงไม่กี่ครั้งที่ผ่านมาทั้งสองระบบที่ฉันได้กล่าวถึงได้ถูกลดทอนลงเรื่อย ๆ และมีความก้าวหน้า การผสมพันธุ์ด้วยโครงร่าง UMA (Uniform Memory Access) และ NUMA (Non-Uniform Memory Access) แม้ว่านี่จะเป็นอีกหัวข้อหนึ่งที่ฉันสามารถพูดถึงได้ในระยะยาวและจะให้เราสำหรับโพสต์ขนาดใหญ่อื่น

หากคุณต้องการข้อมูลเพียงบอกคุณสั้น ๆ ว่าในไฟล์ สถาปัตยกรรม UMA เวลาในการเข้าถึงหน่วยความจำไปยังตำแหน่งหน่วยความจำหลักที่เหมือนกันจะเท่ากันไม่ว่าโปรเซสเซอร์จะทำการเข้าถึง (ฉันเข้าใจว่าการเข้าถึงเป็นการดำเนินการอ่านหรือเขียน) นั่นเป็นเพราะรวมศูนย์

ในขณะที่ใน NUMAมันไม่สม่ำเสมอและเวลาในการเข้าถึงจะขึ้นอยู่กับโปรเซสเซอร์ที่ร้องขอ นั่นคือมีหน่วยความจำภายในและหน่วยความจำที่ไม่ใช่โลคัลกล่าวคือหน่วยความจำแบบแบ่งใช้และกระจายทางกายภาพ ดังที่คุณจะเข้าใจเพื่อให้สิ่งนี้มีประสิทธิภาพเวลาในการตอบสนองเฉลี่ยจะต้องลดลงเป็นค่าสูงสุดและเมื่อใดก็ตามที่เป็นไปได้ที่จะจัดเก็บข้อมูลและคำแนะนำที่โปรเซสเซอร์กำลังจะดำเนินการในเครื่อง

อนาคต: คอมพิวเตอร์ควอนตัม

La เป็นโพสต์ซิลิกอน และเทคโนโลยีทดแทนทั้งหมดของไมโครอิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบันยังค่อนข้างยังไม่บรรลุนิติภาวะและอยู่ในขั้นตอนการพัฒนา ฉันคิดว่าจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรง แต่ความเป็นไปได้ของซิลิกอนในปัจจุบันจะเริ่มหมดไปจนกว่าจะถึงเพดานทางกายภาพและจากนั้นก็จะมาถึงยุคของเทคโนโลยีไฮบริดซึ่งพื้นฐานของซิลิคอนจะยังคงเป็นซิลิคอนใน อนาคตที่ห่างไกลกว่าที่จะก้าวกระโดดสู่คอมพิวเตอร์ควอนตัม ...

ในการเปลี่ยนแปลงนั้นฉันคิดว่า ARMs จะมีบทบาทสำคัญ และหลายคะแนนสำหรับประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (ประสิทธิภาพ / การบริโภค) และนี่เป็นความคิดเห็นส่วนตัวอยู่แล้วบางทีในปี 2020 ที่จะถึงขีด จำกัด ของซิลิกอนและในปี 2030 จะยังคงผลิตเทคโนโลยีซิลิกอนโดยใช้ประโยชน์จากการลงทุนของ โรงหล่อและทำให้มันกว้างขึ้นเล็กน้อยคุณพูดได้เนื่องจากการตายที่ใหญ่ขึ้นในตอนนี้หมายถึงต้นทุนการผลิตที่มากขึ้น แต่เมื่อคุณไม่ต้องลงทุนมหาศาลเพื่ออัปเดตโรงหล่อฉันคิดว่าความมั่นคงจะเป็นประโยชน์ต่อราคา อย่างไรก็ตามในด้านของนักออกแบบจะต้องใช้ความพยายามในการพัฒนาที่มากขึ้นเนื่องจากการเพิ่มพื้นที่ผิวนี้โดยไม่ลดขนาดการผลิตเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นอย่างคุ้มค่าพวกเขาอาจต้องปรนเปรอสถาปัตยกรรมขนาดเล็กในอนาคตให้มากและมุ่งไปสู่สถาปัตยกรรมขนาดเล็กมากขึ้น มีประสิทธิภาพเหมือน ARM ที่ฉันตั้งชื่อ ...

กลับไปที่หัวข้อของคอมพิวเตอร์ควอนตัมมีบางส่วนได้ถูกสร้างขึ้นมาแล้ว คอมพิวเตอร์ควอนตัมแต่จริงๆแล้วการได้เห็นสิ่งที่ฉันได้เห็นมันยังค่อนข้าง จำกัด และต้องการการพัฒนาอีกมากเพื่อให้เป็นสิ่งที่ใช้ได้จริงสำหรับองค์กรและยังต้องดำเนินต่อไปอีกมากมายก่อนที่พวกเขาจะโตพอที่จะกลายเป็นของที่อยู่อาศัย ดังที่คุณเห็นในภาพที่เปิดส่วนนี้พวกมันยังคงดูเหมือนวัตถุในนิยายวิทยาศาสตร์ที่ค่อนข้างซับซ้อนซึ่งต้องการการระบายความร้อนเพื่อให้พวกมันอยู่ใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ºK (-273ºC)

อุณหภูมินี้ จำกัด การใช้งานจริงและมีขนาดใหญ่เช่นเดียวกับในกรณีของ ตัวนำยิ่งยวด. ในด้านตัวนำยวดยิ่งมีการดำเนินการตามขั้นตอนที่สำคัญ แต่อุณหภูมิในการทำงานยังคงต่ำกว่า0ºCแม้ว่าจะเป็นเรื่องที่น่าสนใจมากหากสามารถทำให้พวกมันทำงานได้ที่อุณหภูมิห้องหรือในระยะขอบที่ค่อนข้างปกติ นอกเหนือจากอุปสรรคด้านอุณหภูมิแล้วยังต้องจัดการกับปัจจัยที่เป็นปัญหาอื่น ๆ เช่นความจริงที่ว่ารากฐานและรากฐานของการคำนวณแบบไบนารีในปัจจุบันใช้ไม่ได้กับการคำนวณแบบควอนตัม ...

ฉันต้องการพูดถึงตัวนำยิ่งยวดเนื่องจากเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมบางเครื่องใช้เพื่อให้สามารถหาปริมาณหรือแยก qubits เหล่านั้นที่เราจะพูดถึงได้ อย่างไรก็ตามไม่ใช่เทคโนโลยีพื้นฐานเพียงอย่างเดียว แต่เรายังมี คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้ไอออน (อะตอมที่มีอิเล็กตรอนน้อยกว่าหนึ่งตัวหรือมากกว่า) โดยพิจารณาจากจำนวนอิเล็กตรอนของ qubits ที่ติดอยู่ในกับดักเลเซอร์ อีกทางเลือกหนึ่งคือ คอมพิวเตอร์ควอนตัมขึ้นอยู่กับการหมุนของนิวเคลียร์โดยใช้สถานะการหมุนของโมเลกุลเป็น quibits ...

ทิ้งหลุมพรางไว้ฉันจะพยายามอธิบายอย่างง่ายๆ คอมพิวเตอร์ควอนตัมคืออะไรเพื่อให้ทุกคนเข้าใจ ในระยะสั้นมันเป็นอีกขั้นหนึ่งในการทำคู่ขนานซึ่งทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคตสามารถประมวลผลข้อมูลจำนวนดังกล่าวได้ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้เราสามารถค้นพบใหม่ ๆ และแก้ปัญหาที่ไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยซูเปอร์คอมพิวเตอร์แบบเดิม ดังนั้นสิ่งเหล่านี้ไม่เพียง แต่จะเป็นตัวแทนของการปฏิวัติทางเทคโนโลยีเท่านั้น แต่ยังจะช่วยส่งเสริมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในสาขาอื่น ๆ และความเป็นอยู่ที่ดีของมนุษยชาติอีกด้วย

เราไปด้วย คำอธิบายง่ายๆว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมคืออะไร. คุณรู้ว่าคอมพิวเตอร์ปัจจุบันใช้ระบบไบนารีนั่นคือพวกเขาประมวลผลบิตที่สามารถรับค่าเป็นศูนย์หรือหนึ่ง (เปิดหรือปิดแรงดันไฟฟ้าสูงหรือต่ำถ้าเราเห็นจากมุมมองของวงจร) และ รหัสเหล่านั้นไบนารีเป็นข้อมูลที่สามารถประมวลผลเพื่อรันโปรแกรมและทำทุกอย่างที่เราทำได้บนคอมพิวเตอร์ของเราในปัจจุบัน

ในทางตรงกันข้ามในคอมพิวเตอร์ควอนตัมบิตควอนตัม (เรียกว่า qubitsของควอนตัมบิต) ไม่เพียง แต่ทำงานในสถานะเปิดหรือปิด (1 หรือ 0) แต่ยังสามารถทำงานได้ในทั้งสองสถานะนั่นคือใน a การทับซ้อนของรัฐ (เปิดและปิด). นี่เป็นเช่นนั้นเพราะมันไม่ได้ขึ้นอยู่กับกลศาสตร์ดั้งเดิม แต่อยู่บนกฎของฟิสิกส์ควอนตัม นั่นคือเหตุผลที่ฉันบอกว่าตรรกะดิจิทัลหรือไบนารีใช้ไม่ได้และเราต้องพัฒนาลอจิกควอนตัมอีกแบบเพื่อเป็นฐานของโลกคอมพิวเตอร์ใหม่ที่รอเราอยู่

ฝึกฝนกับแพลตฟอร์ม IBM Q: ห้องปฏิบัติการออนไลน์ที่ IBM ตั้งขึ้นเพื่อให้ทุกคนสามารถใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัม 16 qubit ได้ เป็นโปรแกรมแก้ไขที่มีอินเทอร์เฟซแบบกราฟิกบนเว็บที่คุณสามารถใช้เพื่อสร้างโปรแกรมของคุณ ...

ดังนั้นหน่วย qubits ข้อมูลใหม่นี้ซึ่งจะเข้ามาแทนที่บิตจึงมีศักยภาพแฝงเนื่องจากความขนานหรือความเป็นคู่ที่ช่วยให้เราจัดการกับความเป็นไปได้หรือข้อมูลได้มากขึ้นในคราวเดียว ฉันใส่คุณ ตัวอย่าง เพื่อให้คุณเข้าใจได้ดีขึ้นลองจินตนาการว่าคุณมีโปรแกรมที่เพิ่มสองบิต (a, b) ถ้าบิตเพิ่มเติมเป็น 0 และลบออกหากบิตเพิ่มเติมนั้นมีค่า 1 ดังนั้นคำสั่งที่โหลดในหน่วยความจำจะเป็น ( เพิ่ม a, b) ในกรณีที่บิตเป็น 0 และ (ย่อย a, b) ในกรณีที่เป็น 1 เพื่อให้ได้ทั้งผลลัพธ์การบวกและการลบเราต้องดำเนินการสองครั้งใช่ไหม? จะเกิดอะไรขึ้นถ้าสถานะของบิตพิเศษนั้นสามารถอยู่ในทั้งสองสถานะพร้อมกันได้? คุณไม่จำเป็นต้องเรียกใช้สองครั้งอีกต่อไปใช่ไหม?

อีกตัวอย่างหนึ่งสมมติว่าคุณมีคำสั่ง NOT ที่ส่งผ่าน 3 บิตในคอมพิวเตอร์ที่ไม่ใช่ควอนตัม หากในขณะเริ่มต้นคำสั่งดังกล่าวทั้งสามบิตมีค่า 010 ผลลัพธ์จะเป็น 101 ในทางกลับกันคำสั่งเดียวกันกับ qubits โดยที่แต่ละค่าสามารถอยู่ในทั้งสองสถานะพร้อมกันผลลัพธ์จะให้ ค่าที่เป็นไปได้ทั้งหมดของครั้งเดียว: 111, 110, 101, 100, 011, 010, 001 และ 000 สำหรับ การจำลองทางวิทยาศาสตร์การเข้ารหัสการแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ฯลฯ มันเป็นเพียงที่น่าอัศจรรย์

ใครเป็นผู้นำในเทคโนโลยีนี้? ในขณะนี้ดูเหมือนว่า ไอบีเอ็มเป็นผู้นำแม้ว่า Google, Intel และ บริษัท หรือมหาวิทยาลัยอื่น ๆ ก็แข่งขันกันและเปิดตัวต้นแบบของคอมพิวเตอร์ควอนตัมในแต่ละครั้งที่สามารถจัดการ qubits ได้มากขึ้นแม้ว่าจะมีปัญหาที่เพิ่มเข้ามาในสิ่งที่กล่าวไปแล้วก็ตามและนั่นคือบางครั้งพวกเขาก็ต้องการ qubits เหล่านั้น เป็น qubits ของ "parity" นั่นคือเพื่อให้แน่ใจว่าผลลัพธ์จะไม่ผิดพลาด

ปัญหา: ปริมาณการใช้ไฟฟ้าและความร้อนที่เกิดขึ้น

El การบริโภคและการกระจายความร้อนของเครื่องจักรขนาดใหญ่เหล่านี้ถือเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ สำหรับวิศวกร จุดมุ่งหมายคือเพื่อลดการบริโภคนี้ลงอย่างมากและจัดการกับความร้อนด้วยวิธีที่ถูกเนื่องจากระบบระบายความร้อนยังคิดว่าการใช้ไฟฟ้าจะต้องเพิ่มเข้าไปในการใช้คอมพิวเตอร์ด้วย นั่นคือเหตุผลที่มีการพิจารณาแนวคิดแปลกใหม่บางอย่างเช่นการจมอยู่ใต้น้ำศูนย์ข้อมูลใต้ทะเลเพื่อให้พวกเขาใช้น้ำของตัวเองเป็นของเหลวระบายความร้อน (เช่นแบรนด์ทางการค้า ฟลูออรีน จาก 3M ซึ่งเป็นสารหล่อเย็นที่ใช้ฟลูออไรด์) และประหยัดระบบปรับอากาศหรือระบบสูบน้ำหล่อเย็นที่ซับซ้อน ...

อย่างที่ฉันพูด Google ค้นหาพื้นที่ที่มีอัตราพลังงานถูกที่สุด ในการติดตั้งศูนย์เซิร์ฟเวอร์ของพวกเขาเนื่องจากแม้ว่าความแตกต่างจะน้อย แต่ในช่วงหลายปีที่ผ่านมามันแสดงถึงการประหยัดค่าไฟฟ้าได้หลายล้านฉันคิดว่าในสเปนพวกเขามีความซับซ้อนกับอัตราที่ Endesa อันเป็นที่รักของเรามีให้กับเรา ...

เกี่ยวกับ ความหนาแน่นของความร้อนยังก่อให้เกิดปัญหาพื้นฐานอีกประการหนึ่งและเป็นการลดอายุการใช้งานของส่วนประกอบของเซิร์ฟเวอร์หรือซูเปอร์คอมพิวเตอร์ซึ่งให้ความสำคัญกับความทนทานและลักษณะอายุการใช้งานที่เราอธิบายไว้ในส่วนของคุณลักษณะที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ควรมี และความร้อนนั้นเกิดจากประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของส่วนประกอบวงจรซึ่งสิ้นเปลืองพลังงานส่วนใหญ่ที่ใช้ไปในรูปของความร้อนเช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นกับเครื่องยนต์สันดาปภายในซึ่งมีสมรรถนะไม่สูงเกินไปและสามารถอยู่ในช่วง 25-30% สำหรับน้ำมันเบนซินหรือ 30% ขึ้นไปสำหรับดีเซล 40-50% สำหรับเทอร์โบบางรุ่น นั่นหมายความว่าตัวอย่างเช่นในกรณีของน้ำมันเบนซินมีเพียง 25 หรือ 30% ของน้ำมันเบนซินที่คุณบริโภคเท่านั้นที่ใช้ในการถ่ายโอนกำลังไปยังล้อส่วนที่เหลืออีก 75-70% จะสูญเสียไปเป็นความร้อนเนื่องจากการเสียดสีขององค์ประกอบ เป็นรายละเอียดที่จะบอกว่ามอเตอร์ไฟฟ้าสามารถทำงานได้ถึง 90% หรือมากกว่านั้น ...

แม้ว่าตัวอย่างของมอเตอร์นั้นจะไม่เกี่ยวข้องมากนัก แต่ด้วยเหตุนี้ฉันต้องการแจ้งให้คุณทราบว่าเมื่อใดก็ตามที่คุณเห็นความร้อนในอุปกรณ์นั่นหมายความว่าพลังงานนั้นสูญเปล่าไปในรูปของความร้อน

เมื่อนำเสนอปัญหาทั้งสองนี้แล้วและมีความชัดเจน อัตราส่วนความร้อน / พลังงานฉันขอยกตัวอย่างซูเปอร์คอมพิวเตอร์ของจีน Tianhe-1A ที่ใช้พลังงานไฟฟ้า 4,04 เมกะวัตต์หากติดตั้งในประเทศที่คิดค่าบริการกิโลวัตต์ชั่วโมงที่ 0,12 ยูโรเช่นเดียวกับในสเปนนั่นจะหมายถึงการใช้พลังงาน 480 ยูโร / ชั่วโมง (4000 กิโลวัตต์ x 0,12 ยูโร) โดยคำนึงถึงการเชื่อมต่อตลอดทั้งปีปริมาณการใช้จ่ายต่อปีจะอยู่ที่ 4.204.800 ยูโร (480x24x365) เงินสี่ล้านยูโรไม่ใช่ค่าไฟที่ไม่สามารถคาดเดาได้ใช่ไหม?

และมันจะน่ารำคาญยิ่งกว่าที่จะจ่ายเงินหากเรารู้ว่าเนื่องจากวงจรของเราไม่มีประสิทธิภาพในจำนวน€ 4.204.800 มีเพียงเปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่มีประโยชน์กับเราจริงๆและเปอร์เซ็นต์ที่ดีอื่น ๆ ถูกสูญเสียไปในรูปของความร้อน และไม่เพียงแค่นั้นเราต้องลงทุนเงินเพื่อบรรเทาความร้อนที่ไร้ประโยชน์ แต่ส่งผลกระทบต่อทีมของเรา นอกจากนี้เมื่อพิจารณาจากสภาพแวดล้อมแล้วการบริโภคที่ไม่ได้สัดส่วนนี้ยังเป็นปัญหาใหญ่หากได้รับพลังงานจากแหล่งที่ก่อให้เกิดมลพิษบางประเภท (ไม่หมุนเวียน)

อีกกรณีที่น่ายกย่องคือซูเปอร์คอมพิวเตอร์ของจีนที่ตอนนี้ครองที่หนึ่งใน Top500 นั่นคือในปี 2018 มีพลังการประมวลผลสูงสุด มีชื่อว่า Sunway TaihuLight และมีไว้สำหรับการศึกษาปิโตรเลียมและด้านวิทยาศาสตร์อื่น ๆ การวิจัยทางเภสัชกรรมและการออกแบบอุตสาหกรรม มันรัน RaiseOS (Linux) ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ทั้งหมด 40.960 SW26010 ที่มีหลายคอร์ (ชิปแต่ละตัวมี 256 คอร์รวม 10.649.600 คอร์) ฮาร์ดไดรฟ์เพื่อจัดเก็บข้อมูล 20 PB และหน่วยความจำ RAM 1,31 PB หากเราเพิ่ม โมดูลทั้งหมด นั่นทำให้คุณมีพลังในการประมวลผล 93 PFLOPS (ฉันจะอธิบายว่า FLOPS คืออะไรในภายหลังหากคุณไม่รู้) ราคาอยู่ที่ประมาณ 241 ล้านยูโรและปริมาณการใช้ถึง 15 เมกะวัตต์ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงครองตำแหน่ง 16 ในการจัดอันดับพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูงสุด (6,051 GFLOPS / W) 15MW นั่นหมายความว่าคุณต้องคูณค่าไฟฟ้าสำหรับ Tianhe-1A ด้วย 3,75 ...

ความสัมพันธ์ของกำลังในการคำนวณนั้นวัดได้จากจำนวนวัตต์ที่จำเป็นในการสร้างจำนวนการคำนวณดังกล่าว หน่วย FLOPS / W. ยิ่งเครื่องผลิต FLOPS ต่อวัตต์ได้มากเท่าไหร่ประสิทธิภาพก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้นและค่าไฟฟ้าก็จะลดลงและอุณหภูมิที่สร้างขึ้นก็จะทำให้ต้นทุนในการทำให้เย็นลงด้วย แม้แต่ความสัมพันธ์นี้อาจเป็นปัจจัย จำกัด เนื่องจากโครงสร้างพื้นฐานสำหรับเครื่องทำความเย็นที่ติดตั้งจะไม่อนุญาตให้มีการขยายตัวในอนาคตหากไม่สามารถทำความเย็นได้อย่างเพียงพอด้วยสิ่งอำนวยความสะดวกที่เรามี โปรดจำไว้ว่าสิ่งนี้ให้ความสำคัญกับลักษณะเฉพาะอย่างหนึ่งที่พวกเขาต้องมีนั่นคือสเกลาริตี

อนุกรมวิธานซูเปอร์คอมพิวเตอร์:

มีหลายวิธีในการ จัดประเภทซูเปอร์คอมพิวเตอร์แต่ฉันสนใจที่จะอธิบายวิธีการจัดประเภทตามปัจจัยบางอย่าง ดังที่ฉันได้กล่าวไปแล้วหลายคนไม่ถือว่าเซิร์ฟเวอร์เป็นซูเปอร์คอมพิวเตอร์และฉันคิดว่ามันเป็นความผิดพลาดครั้งใหญ่เนื่องจากเป็นซูเปอร์คอมพิวเตอร์หรือมากกว่านั้นซูเปอร์คอมพิวเตอร์เป็นเซิร์ฟเวอร์ประเภทหนึ่งที่พวกเขาต้องการเพิ่มขีดความสามารถในการประมวลผล

ดังนั้นฉันจะบอกว่าประเภทของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ ตามการใช้งาน เสียง:

• เซิร์ฟเวอร์: เป็นซูเปอร์คอมพิวเตอร์ประเภทหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปซึ่งมีตั้งแต่ไมโครโปรเซสเซอร์เพียงไม่กี่ตัวโมดูล RAM และฮาร์ดไดรฟ์บางตัวที่กำหนดค่าด้วยระดับ RAID บางตัวไปจนถึงเครื่องขนาดใหญ่ที่มีไมโครโปรเซสเซอร์หลายพันตัวแรมที่มีอยู่จำนวนมากและความจุในการจัดเก็บข้อมูลขนาดใหญ่ และเรียกว่าเซิร์ฟเวอร์อย่างแม่นยำเนื่องจากมีวัตถุประสงค์เพื่อให้บริการบางประเภท: พื้นที่เก็บข้อมูลโฮสติ้ง VPS เมลเว็บ ฯลฯ
• ซูเปอร์คอมพิวเตอร์: ความแตกต่างระหว่างเซิร์ฟเวอร์ฟาร์มและซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในระดับภาพเป็นศูนย์คุณไม่สามารถแยกความแตกต่างระหว่างสองสิ่งนี้ได้ สิ่งเดียวที่ทำให้พวกเขาแตกต่างก็คือซูเปอร์คอมพิวเตอร์มีจุดมุ่งหมายเพื่อทำการคำนวณทางคณิตศาสตร์หรือวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อนการจำลอง ฯลฯ ดังนั้นคุณภาพที่สนใจมากที่สุดในที่นี้คือการคำนวณ อย่างไรก็ตามอย่าสับสนกับคำว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่เราให้กับกลุ่มนี้และคิดว่าเซิร์ฟเวอร์และเมนเฟรมไม่ใช่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ (ฉันยืนยันอีกครั้ง)
• เมนเฟรม: พวกเขาเป็นซูเปอร์คอมพิวเตอร์พิเศษแม้ว่าตามคำจำกัดความแล้วพวกเขาเป็นเครื่องจักรขนาดใหญ่และราคาแพงที่มีความสามารถสูงมากในการจัดการข้อมูลจำนวนมากเช่นการควบคุมพลเรือนบางประเภทการทำธุรกรรมทางธนาคารเป็นต้น ในทางกลับกันมีความแตกต่างที่ชัดเจนระหว่างเมนเฟรมและซูเปอร์คอมพิวเตอร์และนั่นคือเมนเฟรมต้องเพิ่มขีดความสามารถ I / O และต้องเชื่อถือได้มากขึ้นเนื่องจากต้องเข้าถึงข้อมูลจำนวนมากเช่นฐานข้อมูลภายนอก โดยทั่วไปแล้วเมนเฟรมจะถูกใช้โดยกระทรวงของรัฐบาลหรือโดยธนาคารหรือ บริษัท บางแห่งในขณะที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์เป็นที่ต้องการของนักวิทยาศาสตร์และทหารมากกว่า ไอบีเอ็มเป็น บริษัท ชั้นนำในเมนเฟรมเช่น z / Architecture ที่อิงจากสัตว์ที่คำนวณเช่นชิปและมีดิสทอร์เช่น SUSE Linux บนพวกเขา ...

เกี่ยวกับประเภท ตามโครงสร้างพื้นฐาน:

• การจัดกลุ่ม: เป็นเทคนิคในการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อกันด้วยเครือข่ายเพื่อสร้างซูเปอร์คอมพิวเตอร์เมนเฟรมหรือเซิร์ฟเวอร์ขนาดใหญ่ นั่นคือมันเป็นพื้นฐานที่เราได้พูดถึงในหัวข้อก่อนหน้านี้
  • รวมศูนย์: โหนดทั้งหมดตั้งอยู่ในที่เดียวกันเช่นเมนเฟรมและเซิร์ฟเวอร์ส่วนใหญ่หรือซูเปอร์คอมพิวเตอร์
  • แบบกระจาย: โหนดทั้งหมดไม่ได้อยู่ในตำแหน่งเดียวกันบางครั้งอาจถูกคั่นด้วยระยะทางไกลหรือกระจายตามภูมิศาสตร์ แต่เชื่อมต่อกันและทำงานราวกับว่ามีเพียงแห่งเดียว เรามีตัวอย่างใน Spanish Supercomputing Network ซึ่งประกอบด้วยซูเปอร์คอมพิวเตอร์ 13 เครื่องที่กระจายอยู่ทั่วคาบสมุทร 13 สิ่งเหล่านี้เชื่อมต่อกันเพื่อนำเสนอการประมวลผลที่มีประสิทธิภาพสูงมากให้กับชุมชนวิทยาศาสตร์ ชื่อซูเปอร์คอมพิวเตอร์บางชื่อที่ประกอบกัน ได้แก่ MareNostrum (Barcelona), Picasso (Málaga), Finisterrae2 (Galicia), Magerit และ Cibeles (Madrid) เป็นต้น
• การคำนวณตาราง: มันเป็นอีกวิธีหนึ่งในการหาประโยชน์และการใช้ทรัพยากรที่แตกต่างกันโดยไม่รวมศูนย์โดยทั่วไปความสามารถในการคำนวณพื้นที่จัดเก็บข้อมูล ฯลฯ ของอุปกรณ์ต่างๆที่กระจายอยู่ทั่วโลกสามารถใช้สำหรับแอปพลิเคชันบางอย่างได้ ตัวอย่างเช่นเราสามารถมีส่วนร่วมในการคำนวณของเดสก์ท็อปหรือแล็ปท็อปหลายพันเครื่องหรือหลายล้านเครื่องของผู้ใช้สมาร์ทโฟน ฯลฯ ทั้งหมดนี้สร้างตาข่ายที่เชื่อมต่อกันผ่านอินเทอร์เน็ตเพื่อแก้ปัญหา ตัวอย่างเช่น SETI @ home เป็นโครงการคอมพิวเตอร์แบบกระจายหรือแบบตาข่ายที่ทำงานบนแพลตฟอร์ม BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing) ซึ่งคุณสามารถทำงานร่วมกันได้โดยการติดตั้งซอฟต์แวร์ง่ายๆบนคอมพิวเตอร์ของคุณเพื่อให้พวกเขามีส่วนร่วมกับทรัพยากรของคุณและเพิ่ม พวกเขาไปยังเครือข่ายที่ยิ่งใหญ่เพื่อค้นหาสิ่งมีชีวิตนอกโลก อีกตัวอย่างหนึ่งที่เกิดขึ้นกับฉันแม้ว่าจะไม่ถูกกฎหมาย แต่ก็คือมัลแวร์ที่ขโมยทรัพยากรในคอมพิวเตอร์ของคุณเพื่อขุด cryptocurrencies มี ...

แม้ว่าจะมีอยู่จริง วิธีอื่น ๆ ในการจัดทำรายการฉันคิดว่าสิ่งเหล่านี้น่าสนใจที่สุด

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์มีไว้ทำอะไร?

ความสามารถในการจัดเก็บหน่วยความจำหรือการคำนวณสูงเหล่านั้นที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ช่วยให้เราสามารถทำหลายสิ่งที่เราไม่สามารถทำได้ด้วยพีซีปกติเช่นการจำลองทางวิทยาศาสตร์การแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์การวิจัยการโฮสต์การให้บริการแก่ผู้เชื่อมต่อหลายพันหรือหลายล้านคน ลูกค้า ฯลฯ ในระยะสั้นพวกเขาเป็นวิธีที่ดีที่สุดที่เรารู้ เพื่อเร่งความก้าวหน้าของมนุษย์แม้ว่าบางสิ่งที่ถูกตรวจสอบจะเป็นการทำลายล้าง (ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางทหาร) หรือเพื่อขโมยความเป็นส่วนตัวของเราเช่นเซิร์ฟเวอร์โซเชียลเน็ตเวิร์กบางอย่างและกรณีอื่น ๆ ที่คุณรู้แน่นอน

เซิร์ฟเวอร์ข้อมูลขนาดใหญ่คลาวด์ ...

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์นั่นเอง เสนอบริการ พวกเขาเรียกว่าเซิร์ฟเวอร์อย่างที่คุณทราบ บริการเหล่านี้มีความหลากหลายมากที่สุด:

• ไฟล์เซิร์ฟเวอร์: สามารถมาจากบริการโฮสติ้งหรือโฮสติ้งสำหรับเว็บเพจที่เก็บข้อมูลเซิร์ฟเวอร์ FTP เครือข่ายที่แตกต่างกัน NFS เป็นต้น
• เซิร์ฟเวอร์ LDAP และ DHCP: เซิร์ฟเวอร์แปลก ๆ อื่น ๆ ที่จัดเก็บข้อมูลเหมือนเซิร์ฟเวอร์ก่อนหน้าแม้ว่าฟังก์ชันของมันจะเป็นแบบอื่นเช่นการล็อกอินแบบรวมศูนย์เช่นในกรณีของ LDAP หรือเพื่อให้ไดนามิก IPs เช่นในกรณีของ DHCP ...
• เว็บเซิร์ฟเวอร์: สามารถรวมไว้ในกลุ่มก่อนหน้าได้เนื่องจากเก็บข้อมูลไว้ด้วย แต่เป็นเซิร์ฟเวอร์ที่เน้นการจัดเก็บหน้าเว็บอย่างหมดจดเพื่อให้สามารถเข้าถึงได้ผ่านโปรโตคอล HTTP หรือ HTTPS จากเครือข่าย ลูกค้าจะสามารถเข้าถึงหน้านี้ได้จากเบราว์เซอร์ของตน
• เซิร์ฟเวอร์อีเมล: คุณสามารถให้บริการอีเมลเพื่อให้ลูกค้าสามารถรับส่งอีเมลได้
• เซิร์ฟเวอร์ NTP: พวกเขาให้บริการสำหรับการซิงโครไนซ์เวลาซึ่งสำคัญมากสำหรับอินเทอร์เน็ต เป็นคำย่อของ Network Time Protocol และมีการกระจายเป็นชั้น ๆ โดยชั้นที่ต่ำที่สุดจะแม่นยำที่สุด ชั้นหลักเหล่านี้ถูกควบคุมโดยนาฬิกาปรมาณูที่มีการเปลี่ยนแปลงต่ำมากตลอดทั้งปีดังนั้นจึงให้เวลาที่แม่นยำมาก
• คนอื่น ๆ: เซิร์ฟเวอร์อื่น ๆ สามารถจัดเก็บฐานข้อมูลขนาดใหญ่ข้อมูลขนาดใหญ่แม้กระทั่งบริการคลาวด์จำนวนมาก (IaaS, PaaS, CaaS, SaaS) ตัวอย่างคือ VPS (Virtual Private Server) นั่นคือภายในเซิร์ฟเวอร์ขนาดใหญ่หลายสิบหรือหลายร้อยเซิร์ฟเวอร์เสมือนที่แยกได้ถูกสร้างขึ้นภายในเครื่องเสมือนและลูกค้าจะได้รับความสามารถในการเป็นเจ้าของเซิร์ฟเวอร์เหล่านี้สำหรับงานที่เขาต้องการโดยไม่ต้องจ่ายเงิน เซิร์ฟเวอร์จริงและจ่ายค่าโครงสร้างพื้นฐานและการบำรุงรักษาเพียงจ่ายค่าธรรมเนียมในการรับบริการนี้จากผู้ให้บริการ ...

และด้วยเหตุนี้เราจึงทำให้หมวดหมู่นี้โดดเด่นที่สุด

IA:

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์บางรุ่นได้รับการออกแบบมาเพื่อ ใช้ระบบ AI (ปัญญาประดิษฐ์)นั่นคือโครงสร้างที่สามารถเรียนรู้ผ่านการใช้เครือข่ายประสาทเทียมไม่ว่าจะดำเนินการโดยอัลกอริทึมซอฟต์แวร์หรือชิปประสาท ตัวอย่างหนึ่งที่ฉันนึกถึงตอนนี้คือซูเปอร์คอมพิวเตอร์ IBM Blue Gene และอัลกอริธึม BlueMatter ที่พัฒนาโดย IBM และมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดเพื่อให้สามารถใช้สมองมนุษย์เทียมในซูเปอร์คอมพิวเตอร์และวิเคราะห์สิ่งที่เกิดขึ้นในโรคทางจิตหรือ โรคเกี่ยวกับระบบประสาทเช่นอัลไซเมอร์จึงเข้าใจดีขึ้นว่าเกิดอะไรขึ้นภายในสมองและสามารถก้าวหน้าในการรักษาใหม่ ๆ หรือมีความรู้มากขึ้นเกี่ยวกับอวัยวะที่ลึกลับที่สุดของเรา

นอกจากนี้บริการ AI จำนวนมากที่เราใช้นั้นขึ้นอยู่กับซูเปอร์คอมพิวเตอร์เช่น Siri หรือ Amazon (ดู Alexa สำหรับ Echo) เป็นต้น แต่บางทีตัวอย่างที่ฉันสนใจมากที่สุดก็คือ IBM Watsonซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ใช้ระบบคอมพิวเตอร์ AI หรือที่เรียกว่าวัตสันที่สามารถตอบคำถามที่สร้างขึ้นด้วยภาษาธรรมชาติและเหตุการณ์อื่น ๆ ที่ได้รับการตั้งโปรแกรมไว้เช่น "การปรุงอาหาร" หรือการรู้จักส่วนผสมบางอย่างที่น่าจะถูกปาก .

มันขึ้นอยู่กับฐานข้อมูลขนาดใหญ่ที่มีข้อมูลมากมายจากหนังสือ สารานุกรม (รวมถึง Wikipedia ภาษาอังกฤษ) และแหล่งข้อมูลอื่น ๆ อีกมากมายที่คุณสามารถค้นหาข้อมูลเพื่อให้คำตอบได้ มันขึ้นอยู่กับไมโครโปรเซสเซอร์ IBM POWER7 และมี RAM ประมาณ 16 TB และที่เก็บข้อมูล PB เพียงไม่กี่แห่งเพื่อจัดเก็บข้อมูลจำนวนมากฮาร์ดแวร์ที่มีราคาสูงกว่า 3 ล้านดอลลาร์ นอกจากนี้นักพัฒนายังกล่าวว่าสามารถประมวลผลข้อมูลได้ 500 GB ต่อวินาที และเพื่อความสุขของเรามันขึ้นอยู่กับโครงการฟรีและระบบปฏิบัติการ SUSE Linux Enterprise Server

การใช้งานทางวิทยาศาสตร์:

แต่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับ การใช้งานทางวิทยาศาสตร์ไม่ว่าจะเพื่อการวิจัยโดยทั่วไปหรือเพื่อการใช้งานทางทหารโดยเฉพาะ ตัวอย่างเช่นใช้ในการคำนวณจำนวนมากเกี่ยวกับควอนตัมและฟิสิกส์นิวเคลียร์การศึกษาเกี่ยวกับสสารเช่นซูเปอร์คอมพิวเตอร์ของเซิร์นการจำลองเพื่อทำความเข้าใจว่าโมเลกุลหรืออนุภาคมูลฐานทำงานอย่างไรการจำลองของไหลเช่น CFD ที่ใช้ในการศึกษาการยศาสตร์ ของรถแข่งเครื่องบิน ฯลฯ

นอกจากนี้สำหรับการศึกษาอื่น ๆ ของ เคมีชีววิทยาและการแพทย์. ตัวอย่างเช่นเพื่อพยายามทำความเข้าใจพฤติกรรมของโรคบางชนิดให้ดีขึ้นหรือสร้างวิธีการสร้างเนื้องอกขึ้นมาใหม่และพยายามหาวิธีที่ดีกว่าสำหรับมะเร็ง Dan Brown กล่าวเกี่ยวกับ MareNostrum ว่าบางทีการรักษามะเร็งจะมาจากมันหวังว่าจะเป็นเช่นนั้นและจะดีขึ้นเร็วกว่านี้ เขาทำงานที่ UMA (มหาวิทยาลัยมาลากา) มิเกลอูจาลดอน ที่เราสามารถสัมภาษณ์ที่ LxA โดยเฉพาะสำหรับการพัฒนาของเขากับ NVIDIA CUDA ในซูเปอร์คอมพิวเตอร์และเขาสามารถพูดคุยเกี่ยวกับการพัฒนาเหล่านี้ที่จะปรับปรุงสุขภาพของเรา ... ฉันยังสามารถนึกถึงการใช้งานจริงอื่น ๆ เช่นการศึกษาและการทำนายธรรมชาติ ปรากฏการณ์ต่างๆเช่นสภาพอากาศการศึกษาสายดีเอ็นเอและการกลายพันธุ์การพับโปรตีนและการวิเคราะห์ระเบิดนิวเคลียร์

โปรดทราบว่าสำหรับการศึกษาและการสืบสวนทั้งหมดนี้ ต้องมีการคำนวณจำนวนมาก นักคณิตศาสตร์ที่แม่นยำมากและเคลื่อนย้ายข้อมูลจำนวนมากอย่างรวดเร็วสิ่งที่หากมนุษย์ต้องทำด้วยความช่วยเหลือเพียงอย่างเดียวของสติปัญญาอาจใช้เวลาหลายศตวรรษในการค้นหาวิธีแก้ปัญหาในขณะที่เครื่องจักรเหล่านี้สามารถพัฒนาได้ในไม่กี่วินาที กระบวนการทางคณิตศาสตร์จำนวนมากที่โหดร้าย

อะไรคือสิ่งที่ทรงพลังที่สุดในโลก?

ฉันได้บอกใบ้ไปแล้วในบางกรณีมีไฟล์ รายชื่อซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุด 500 อันดับในโลก ที่มีการอัปเดตเป็นระยะ มันเป็นเรื่องของ Top500ซึ่งคุณจะพบสถิติมากมายเกี่ยวกับเครื่องเหล่านี้ข้อมูล ฯลฯ รวมถึงรายการเฉพาะอื่น ๆ ที่เรียกว่า Green500 ซึ่งมุ่งเน้นไปที่ประสิทธิภาพการใช้พลังงานนั่นคือไม่เพียง แต่ในการวัดค่า FLOPS ขั้นต้นที่เครื่องสามารถพัฒนาได้เท่านั้น แต่ยังอยู่ในรายชื่อเครื่องจักร 500 เครื่องที่มีอัตราส่วน FLOPS / W ที่ดีที่สุดด้วย

อย่างไรก็ตามอาจมีซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพมากกว่าที่ไม่ปรากฏในรายการเนื่องจากมีจุดประสงค์เพื่อ โครงการลับของรัฐบาล หรือเนื่องจากคุณสมบัติไม่ตรงตามข้อกำหนดบางประการที่จะวิเคราะห์ผ่านการทดสอบเกณฑ์มาตรฐานที่เราจะอธิบายในส่วนถัดไปดังนั้นผลลัพธ์จึงไม่ได้รับการเผยแพร่ใน Top500 นี้ นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสงสัยว่าเครื่องที่อยู่ในตำแหน่งที่ดีบางเครื่องในรายการนี้อาจเปลี่ยนแปลงผลลัพธ์เหล่านี้เนื่องจากได้รับการปรับให้เหมาะสมโดยเฉพาะเพื่อให้ได้คะแนนที่ดีในการวิเคราะห์ประสิทธิภาพเหล่านี้แม้ว่าในทางปฏิบัติจะไม่มากนัก

มาตรฐาน

การทดสอบเพื่อจัดตำแหน่งซูเปอร์คอมพิวเตอร์เหล่านี้ให้อยู่ในรายชื่อ Top500 หรือเพื่อวัดประสิทธิภาพของทั้งหมดที่อยู่นอกรายการนั้นเป็นที่รู้จักกันดีในความเป็นจริงแล้วมันมีความคล้ายคลึงหรือเหมือนกับที่เราดำเนินการในคอมพิวเตอร์ที่บ้านหรืออุปกรณ์พกพาของเรา ดูประสิทธิภาพของคุณ ฉันกำลังพูดถึงซอฟต์แวร์ มาตรฐาน. โปรแกรมประเภทนี้เป็นส่วนของโค้ดที่เฉพาะเจาะจงซึ่งดำเนินการทางคณิตศาสตร์หรือการวนซ้ำบางอย่างที่ทำหน้าที่วัดเวลาที่เครื่องใช้ในการดำเนินการ

โดย เกรดที่ได้รับมันจะถูกจัดตำแหน่งในรายการดังกล่าวหรือประสิทธิภาพที่เครื่องนี้อาจมีในโลกที่ใช้งานได้จริงจะถูกกำหนดสำหรับการตรวจสอบที่เราได้ให้รายละเอียดไว้ก่อนหน้านี้ โดยปกติแล้วการวัดประสิทธิภาพยังทดสอบส่วนประกอบอื่น ๆ ด้วยไม่ใช่แค่หน่วยประมวลผลเท่านั้น แต่ยังรวมถึง RAM, กราฟิกการ์ด, ฮาร์ดไดรฟ์, I / O เป็นต้น นอกจากนี้ยังมีประโยชน์มากที่สุดไม่เพียง แต่จะรู้ถึงประสิทธิภาพที่เครื่องจักรสามารถเข้าถึงได้เท่านั้น แต่ยังต้องรู้ว่าต้องปรับปรุงหรือขยายอะไร ...

ลอส ประเภทของการทดสอบ พวกเขาสามารถแบ่งออกเป็นสังเคราะห์ระดับต่ำ / สูงและอื่น ๆ ก่อนหน้านี้คือการทดสอบหรือโปรแกรมที่ออกแบบมาเพื่อวัดประสิทธิภาพโดยเฉพาะ (เช่น Dhrystone, Whetstone, ... ) ในขณะที่ระดับต่ำคือการทดสอบประสิทธิภาพของส่วนประกอบโดยตรงเช่นเวลาแฝงของหน่วยความจำ เวลาในการเข้าถึงหน่วยความจำ IPC ฯลฯ แต่ระดับสูงจะพยายามวัดประสิทธิภาพของชุดส่วนประกอบเช่นความเร็วในการเข้ารหัสการบีบอัด ฯลฯ ซึ่งหมายถึงการวัดประสิทธิภาพโดยรวมของส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ที่รบกวนไดรเวอร์และการจัดการ ที่ระบบปฏิบัติการทำ การทดสอบที่เหลือสามารถใช้เพื่อวัดการใช้พลังงานอุณหภูมิเครือข่ายเสียงปริมาณงาน ฯลฯ

บางทีโปรแกรมที่รู้จักกันดีที่สุดสำหรับการเปรียบเทียบซูเปอร์คอมพิวเตอร์ก็คือ LINPACKเนื่องจากมีวัตถุประสงค์เพื่อวัดประสิทธิภาพในระบบวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม โปรแกรมใช้การดำเนินการจุดลอยตัวอย่างเข้มข้นดังนั้นผลลัพธ์จึงขึ้นอยู่กับศักยภาพของ FPU ของระบบเป็นอย่างมากและนี่คือสิ่งที่สำคัญที่สุดในการวัดในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่ และนี่คือจุดที่เราสามารถวัดหน่วยที่เราได้พูดคุยกันมากตลอดบทความ: FLOPS

ลอส FLOPS (การดำเนินการจุดลอยตัวต่อวินาที) เป็นการวัดจำนวนการคำนวณหรือการดำเนินการทศนิยมที่คอมพิวเตอร์สามารถทำได้ในหนึ่งวินาที คุณรู้อยู่แล้วว่าคอมพิวเตอร์สามารถดำเนินการได้สองประเภทโดยมีจำนวนเต็มและมีจุดลอยตัวนั่นคือด้วยตัวเลขจากชุดของจำนวนธรรมชาติ (… -3, -2, -1,0,1,2,3, … ) และชุดของจำนวนตรรกยะ (เศษส่วน) อย่างแม่นยำเมื่อเราทำงานกับการจำลองกราฟิก 3 มิติหรือการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนฟิสิกส์หรือวิศวกรรมการดำเนินการจุดลอยตัวเหล่านี้มีมากที่สุดและเราสนใจในเครื่องจักรที่สามารถจัดการกับมันได้เร็วขึ้น ...

นั่นคือเรากำลังพูดถึงเครื่อง Sunway TaihuLight สามารถทำงานได้สูงสุดประมาณ 93.014.600.000.000.000 การดำเนินการจุดลอยตัวในทุก ๆ วินาที สุดประทับใจ!

ชิ้นส่วนของซูเปอร์คอมพิวเตอร์: สร้างขึ้นได้อย่างไร?

คุณได้เห็นภาพเหล่านั้นมาแล้วตลอดทั้งบทความ เซิร์ฟเวอร์ฟาร์มห้องขนาดใหญ่ทั่วไปที่มีสายไฟจำนวนมากผ่านเพดานหรือใต้พื้นซึ่งเชื่อมต่อระหว่างตู้เสื้อผ้าขนาดใหญ่ที่วางเรียงกันเหมือนในทางเดิน ตอนนี้ได้เวลาดูว่าตู้เหล่านั้นคืออะไรและมีอะไรอยู่ข้างในแม้ว่าในตอนนี้ฉันคิดว่าคุณรู้ดีอยู่แล้วว่าเรากำลังพูดถึงอะไร

ชิ้นส่วนของซูเปอร์คอมพิวเตอร์:

หากคุณดูภาพก่อนหน้าของสถาปัตยกรรมของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ของไอบีเอ็มแสดงว่าค่อนข้างดี มันถูกสร้างขึ้นมาอย่างไร. สามารถชื่นชมได้ดี ชิ้นส่วน จากชุดที่ง่ายที่สุดไปจนถึงชุดประกอบ อย่างที่คุณเห็นส่วนประกอบพื้นฐานคือชิปนั่นคือซีพียูหรือไมโครโปรเซสเซอร์ที่ใช้เป็นฐาน ตัวอย่างเช่นสมมติว่าเป็น AMD EPYC จากนั้นกล่าวว่า AMD EPYC จะถูกใส่เข้าไปในเมนบอร์ดที่มักจะมีสองหรือสี่ซ็อกเก็ตดังนั้นแต่ละซ็อกเก็ตจะมี 1 หรือ 2 EPYC ซึ่งแตกต่างจากเมนบอร์ดที่เรามีในคอมพิวเตอร์ที่ไม่ใช่ MP ของเรา

เรามีบอร์ดที่มีชิปหลายตัวอยู่แล้วและแน่นอนว่าเมนบอร์ดจะมีส่วนประกอบปกติเพิ่มเข้ามาด้วย เมนบอร์ด บนคอมพิวเตอร์ที่บ้านนั่นคือธนาคารหน่วยความจำและอื่น ๆ หนึ่งในจานเหล่านี้มักถูกเรียกว่า คำนวณรถยนต์ ดังที่คุณเห็นในภาพ และมักจะจัดไว้ในลิ้นชักโลหะเพียงอย่างเดียวหรือจัดกลุ่มไว้หลาย ๆ อัน ลิ้นชักเหล่านี้คือลิ้นชักที่คุณเห็นในภาพถ่ายปีศาจ การ์ดโหนด. โหนดหรือลิ้นชักเหล่านี้ถูกแทรกลงในรางซึ่งมักจะมีการวัดมาตรฐานตามกลุ่ม (มิดเพลน) แม้ว่าจะไม่สอดคล้องกับโหนดทั้งหมดที่มีรถยนต์คำนวณเสมอไป แต่บางช่องจะปล่อยให้ว่างที่ด้านล่างและด้านบนเพื่อเป็นที่เก็บ "ลิ้นชัก" หรือโหนดอื่น ๆ ที่มีการ์ดเครือข่ายและระบบลิงก์ที่จะเชื่อมต่อองค์ประกอบเหล่านี้ทั้งหมดกับตู้อื่น ๆ PSU หรือแหล่งจ่ายไฟถาดอื่น ๆ ที่จะมีฮาร์ดไดรฟ์ที่กำหนดค่าไว้ใน RADI เป็นต้น

รางเหล่านั้นที่ใส่ "ลิ้นชัก" หรือโหนดที่เราได้พูดถึงเหล่านี้ติดตั้งอยู่ในสองวิธีที่เป็นไปได้: ใบมีดและ  ชั้นวาง (ชั้นวาง) เช่นเดียวกับที่เราเห็นในภาพถ่ายต่างๆ ดังที่ฉันได้กล่าวไปแล้วว่าพวกเขามักจะมีการวัดมาตรฐานเพื่อให้องค์ประกอบที่จะเข้าไปข้างในพอดีเช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นกับหอคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปโดยมีหน่วยวัดเป็นนิ้วจึงไม่มีปัญหาเมื่อใส่ส่วนประกอบใด ๆ ในช่อง นอกจากนี้ raks มักจะไม่ไปคนเดียวเนื่องจากสามารถจัดกลุ่มเป็นกลุ่มที่ดูเหมือนตู้ขนาดใหญ่พร้อมองค์ประกอบเสริมอื่น ๆ ได้หากจำเป็น

จำนวนตู้จะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับขนาดของเมนเฟรมเซิร์ฟเวอร์หรือซูเปอร์คอมพิวเตอร์จำนวนตู้จะมากหรือน้อย แต่จะเชื่อมต่อกันด้วยการ์ดเครือข่ายซึ่งมักจะใช้ที่มีประสิทธิภาพ ระบบเชื่อมต่อโครงข่าย ประสิทธิภาพสูงและ ใยแก้วนำแสงเพื่อให้ทำงานเป็นคอมพิวเตอร์เครื่องเดียว โปรดจำไว้ว่าเรากำลังพูดถึงตู้ที่กระจายอยู่ดังนั้นตู้เหล่านี้สามารถอยู่ในอาคารเดียวกันหรือกระจายในสถานที่อื่น ๆ ซึ่งในกรณีนี้จะเชื่อมต่อกับ WAN หรือเครือข่ายอินเทอร์เน็ตเพื่อให้ทำงานร่วมกันได้ อย่างไรก็ตามเครือข่ายที่จะทำให้การเชื่อมต่อไฟเบอร์ที่เร็วที่สุดของเราที่บ้าน ...

ประเภทของการระบายความร้อน:

เราได้พูดคุยเกี่ยวกับความกังวลสำหรับ เครื่องทำความเย็นในความเป็นจริงสิ่งหนึ่งที่โดดเด่นเมื่อคุณเข้าสู่เซิร์ฟเวอร์ฟาร์มหรือศูนย์ข้อมูลคือเสียงรบกวนที่มักจะมีในบางส่วนและแบบร่าง นั่นเป็นเพราะระบบระบายความร้อนเหล่านี้ที่จำเป็นต้องทำให้ระบบมีอุณหภูมิที่เหมาะสม และสิ่งที่คุณเห็นในภาพด้านบนนั้นไม่มากหรือน้อยไปกว่าห้องที่มีระบบระบายความร้อนเสริมทั้งหมดของศูนย์เหล่านี้ตั้งอยู่อย่างที่คุณเห็นมันค่อนข้างใหญ่ซับซ้อนและดูเหมือนจะไม่ "ถูก" ในการดูแลรักษา

ผู้ที่ระบายความร้อนด้วยอากาศต้องการอย่างมาก ห้องปรับอากาศหากคุณบ่นเกี่ยวกับการเรียกเก็บเงินในช่วงฤดูร้อนสำหรับการวางอุปกรณ์ของคุณลองนึกภาพสิ่งเหล่านี้ และนั่นทำให้เกิดเสียงดังและร่างที่ฉันพูดก่อนหน้านี้ และในกรณีที่เป็น ของเหลวระบายความร้อนสิ่งนี้ไม่ได้ดีไปกว่านี้มากนักเนื่องจากมีกรอบที่ซับซ้อนของท่อการตรวจสอบที่ตามมาเพื่อหลีกเลี่ยงการรั่วไหลและความจำเป็นในการใช้น้ำหลายพันหรือหลายล้านลิตร

มีการพูดคุยเกี่ยวกับการใช้น้ำรีไซเคิลในโรงบำบัดหรือการกักเก็บน้ำฝนเพื่อไม่ให้น้ำจำนวนมหาศาลเหล่านี้เสียไปและสิ่งที่ฉันได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้คือการค้นหาศูนย์ข้อมูล ใต้ทะเล หรือบนแพลตฟอร์ม เหนือมหาสมุทรเพื่อใช้น้ำทะเลเป็นสารทำความเย็น ขณะนี้น้ำถูกส่งผ่านแหล่งความร้อนเพื่อแยกองศาพิเศษเหล่านั้นจากนั้นน้ำร้อนจะถูกสูบขึ้นไปยังป้อมปืนทำความเย็นเพื่อให้เย็นลงอีกครั้งและวงจรจะเริ่มขึ้นอีกครั้ง นอกจากนี้ยังมีการเสนอวิธีการทดลองอื่น ๆ ที่ใช้สารทำความเย็นเหลวอื่น ๆ ในระบบแลกเปลี่ยนเพื่อลดอุณหภูมิของน้ำโดยไม่ต้องใช้เครื่องอัดของเหลวราคาแพง

เครือข่ายเชื่อมต่อ:

เครือข่ายที่ผ่าน เชื่อมต่อกัน โหนดและแร็คที่แตกต่างกันของเซิร์ฟเวอร์หรือซูเปอร์คอมพิวเตอร์คือเครือข่ายใยแก้วนำแสงที่มีความรวดเร็วเป็นพิเศษเนื่องจากคอขวดที่จะทำให้กระบวนทัศน์ขององค์ประกอบการจัดกลุ่มแบบขนานจำนวนมากนี้มีประสิทธิภาพน้อยลง หากเครื่องมีการเชื่อมต่อกับภายนอกฉันหมายความว่าถ้ามันเชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตแบนด์วิดท์ที่จัดการได้นั้นมีขนาดใหญ่มากอย่างที่คุณสามารถจินตนาการได้

ตัวอย่างเช่นเทคโนโลยีการเชื่อมต่อโครงข่ายคลัสเตอร์ Myrinet และ Infiniand เป็นเรื่องปกติ ตัวอย่างเช่นในกรณีของ Myrinet ประกอบด้วยการ์ดเครือข่ายที่พัฒนาขึ้นโดยเฉพาะสำหรับการเชื่อมต่อประเภทนี้ซึ่งจะวางไว้ในลิ้นชักหรือโหนดที่เราอธิบายไว้ในส่วนของชิ้นส่วน สายไฟเบอร์ออปติก (ต้นน้ำ / ปลายน้ำ) ที่เชื่อมต่อกับขั้วต่อเดียวจะออก / เข้า การเชื่อมต่อระหว่างกันทำผ่านสวิตช์หรือเราเตอร์ซึ่งจะอยู่ในตู้ นอกจากนี้ยังมีแนวโน้มที่จะทนต่อความผิดพลาดได้ดีและมีการพัฒนาเพื่อให้ได้ความเร็ว 10 Gbit /

แทน อินฟินิแบนด์ มีความก้าวหน้ามากกว่าและเป็นวิธีการที่ถูกใช้มากที่สุด เป็นระบบที่มีความเร็วสูงเวลาแฝงต่ำและค่าใช้จ่ายของ CPU ต่ำซึ่งเป็นข้อได้เปรียบเหนือ Myrnet ทำให้สามารถใช้พลังงาน CPU ตามวัตถุประสงค์ที่ตั้งใจจะใช้ลบขั้นต่ำในการจัดการระบบเชื่อมต่อโครงข่าย . นอกจากนี้ยังเป็นมาตรฐานที่ดูแลและพัฒนาไม่ได้โดย บริษัท เหมือนก่อนหน้านี้ แต่เป็นโดยสมาคมที่เรียกว่า IBTA

เช่นเดียวกับ Myrnet Infiniband ใช้การ์ดเครือข่าย (เชื่อมต่อกับสล็อต PCI Express) สำหรับการเชื่อมต่อด้วยสายเคเบิลใยแก้วนำแสงโดยมี บัสอนุกรมแบบสองทิศทาง ที่หลีกเลี่ยงปัญหาของรถโดยสารคู่ขนานที่เกี่ยวข้องกับระยะทางไกล แม้จะเป็นแบบอนุกรม แต่ก็สามารถเข้าถึงความเร็ว 2,5 Gbit / s ในแต่ละทิศทางของแต่ละลิงก์ซึ่งมีปริมาณงานสูงสุดในบางเวอร์ชันประมาณ 96 Gbps

การบำรุงรักษาและการบริหาร:

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์หรือเซิร์ฟเวอร์จะมีไฟล์ กองพันกำลังพลพวกเขาทั้งหมดมีความสนใจในฟังก์ชั่นหรือบริการที่เครื่องมีอยู่จริง โดยปกติเราจะใช้ในคอมพิวเตอร์ที่บ้านซึ่งเรามักจะเป็นผู้ดูแลระบบของเราเองและผู้ใช้ที่ใช้งานด้วย แต่นั่นจะไม่เกิดขึ้นในกรณีเหล่านี้หากเป็นเซิร์ฟเวอร์ผู้ใช้จะเป็นลูกค้าและถ้าเป็นซูเปอร์คอมพิวเตอร์ผู้ใช้จะเป็นนักวิทยาศาสตร์หรือใครก็ตามที่ใช้มัน ...

• วิศวกรและนักพัฒนา: สามารถดูแลเครื่องหรือการทำงานได้อย่างเหมาะสม
• ผู้ดูแลระบบ: ผู้ดูแลระบบจะทำหน้าที่จัดการระบบปฏิบัติการที่ติดตั้งบนซูเปอร์คอมพิวเตอร์เพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง โดยทั่วไปเซิร์ฟเวอร์หรือซูเปอร์คอมพิวเตอร์เหล่านี้มักไม่มีสภาพแวดล้อมเดสก์ท็อปหรืออินเทอร์เฟซแบบกราฟิกดังนั้นทุกอย่างมักจะทำจากเทอร์มินัล นี่คือเหตุผลที่ผู้ดูแลระบบสามารถเชื่อมต่อกับเครื่องผ่านทางเทอร์มินัลใบ้ทางกายภาพหรือหากเป็นไปได้ในการดูแลระบบระยะไกลพวกเขาจะเชื่อมต่อจากระยะไกลผ่าน ssh และโปรโตคอลอื่น ๆ ที่คล้ายกันเพื่อดำเนินการคำสั่งที่จำเป็น

• ผู้ดูแลระบบอื่น ๆ: หากมีฐานข้อมูลเว็บและระบบอื่น ๆ อยู่ในเครื่อง
• ผู้เชี่ยวชาญด้านความปลอดภัย: อาจมีหลายประเภทบางประเภทที่รับผิดชอบด้านความปลอดภัยทางกายภาพหรือปริมณฑลนั่นคือมีกล้องวงจรปิดความปลอดภัยในการเข้าถึงศูนย์ข้อมูลและหลีกเลี่ยงอุบัติเหตุที่อาจเกิดขึ้นได้ (เช่นไฟไหม้) เป็นต้น แต่ยัง ผู้เชี่ยวชาญด้านความปลอดภัยที่รักษาความปลอดภัยระบบเพื่อหลีกเลี่ยงการโจมตีที่อาจเกิดขึ้น
• ช่างเทคนิค: นอกจากนี้ยังมีช่างเทคนิคที่รับผิดชอบการบำรุงรักษาโครงสร้างพื้นฐานช่างเครือข่ายช่างเทคนิคที่รับผิดชอบในการเปลี่ยนส่วนประกอบที่เสียหายหรือซ่อมแซมเป็นต้น โดยปกติพวกเขาจะมีเทอร์มินัลที่เป็นใบ้และซอฟต์แวร์จะบอกหรือทำเครื่องหมายส่วนประกอบที่เสียหายและราวกับว่ามันเป็นเกมกริดมันจะให้ชุดพิกัดเพื่อให้ช่างเทคนิครู้ว่าทางเดินและชั้นวางใดที่จะไปแทนที่ องค์ประกอบเฉพาะที่ล้มเหลว ดังนั้นทางเดินและชั้นวางจะถูกทำเครื่องหมายราวกับว่าเป็นที่จอดรถ นอกจากนี้ภายในห้องมักจะมีชั้นวางของที่มีกล่องของสำรองไว้เพื่อทดแทนสิ่งที่ล้มเหลว แน่นอนว่าสิ่งนี้ทำได้อย่างร้อนแรงนั่นคือโดยไม่ต้องปิดระบบ พวกเขาแยกโหนดแทนที่ส่วนประกอบแทรกโหนดและเชื่อมต่อในขณะที่ส่วนที่เหลือทำงานต่อ ...

เมื่อฉันพูดคำว่า ขั้วใบ้ฉันหมายถึงโต๊ะประเภทหนึ่งที่มีล้อซึ่งมักพบในศูนย์ประเภทนี้และมีหน้าจอและแป้นพิมพ์ สวิตช์บอร์ดนี้สามารถเชื่อมต่อกับเซิร์ฟเวอร์หรือซูเปอร์คอมพิวเตอร์เพื่อให้ช่างเทคนิคหรือผู้ดูแลระบบสามารถดำเนินการตรวจสอบได้

ระบบปฏิบัติการ:

ดังที่คุณทราบแล้วลินุกซ์ถูกสร้างขึ้นโดยมีจุดประสงค์เพื่อพิชิตภาคเดสก์ท็อป แต่ในทางตรงกันข้ามมันเป็นภาคเดียวที่ไม่ได้ครองในปัจจุบัน เดสก์ท็อปเกือบจะถูกผูกขาดโดย Microsoft และ Windows ตามมาด้วย Apple MacOS โดยมีส่วนแบ่งประมาณ 6-10% และ 2-4% สำหรับ GNU / Linux ...

ตัวเลขไม่น่าเชื่อถือมากนักเนื่องจากบางครั้งแหล่งข้อมูลที่ทุ่มเทให้กับการศึกษาเหล่านี้ไม่ได้ทำการทดสอบด้วยวิธีที่เพียงพอหรือมีความลำเอียงในบางพื้นที่ของโลก ... นอกจากนี้บางส่วนยังรวมถึง ChromeOS และอื่น ๆ เท่านั้น GNU / Linux ในโควต้านั้น ตัวอย่างเช่น, NetMarketShare เผยแพร่ผลการศึกษาที่วาง Linux ไว้ที่ 4,83% และ MacOS ที่ 6,29% นั่นคือค่อนข้างใกล้เคียง ฉันคิดว่าในการศึกษานั้นพวกเขาได้รวม ChromeOS ไว้ด้วย อย่างไรก็ตามมีเพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับ 88,88% ที่พวกเขาให้กับ Windows แม้ว่าจะดีกว่า FreeBSD (0,01%) และระบบปฏิบัติการอื่น ๆ ที่ไม่เท่ากันกับ FreeBSD ที่เพิ่มเข้าด้วยกันทั้งหมด

ในทางกลับกันตัวเลขขี้อายเหล่านี้ไม่ได้เกิดขึ้นในภาคต่างๆเช่น เครื่องจักรที่ยอดเยี่ยม, อุปกรณ์ฝังตัว, อุปกรณ์เคลื่อนที่ ฯลฯ ตัวอย่างเช่นในภาคซูเปอร์คอมพิวเตอร์ซึ่งเป็นสิ่งที่เรากังวลตอนนี้การครอบงำเกือบจะดูถูกและเด็ดขาด หากคุณดูรายชื่อซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดในโลกสถิติเดือนมิถุนายน 2018 บอกว่า 100% ของลินุกซ์ที่ทรงพลังที่สุด 500 ตัว

ถ้าเราย้อนกลับไปในปี 1998 มีซูเปอร์คอมพิวเตอร์ลินุกซ์เพียง 1 เครื่องเท่านั้น มีพลังมากขึ้น 500. ในปี 1999 ตัวเลขเพิ่มขึ้นเป็น 17 ปีอีกครั้งในปีถัดไป 28 ในปี 2000 และจากที่นั่นพวกเขาเติบโตขึ้นอย่างทวีคูณถึง 198 ในปี 2003 376 ในปี 2006 ปี 2007 ถึง 427 และจากที่นั่นพวกเขาค่อยๆเติบโตขึ้นทีละน้อยจนกระทั่งถึงตัวเลขของ ประมาณ 490 จาก 500 ที่มีการสั่นจนกระทั่งถึง 500 ในปัจจุบันจาก 500

ดังนั้นในเซิร์ฟเวอร์เหล่านี้เมนเฟรมหรือซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่มีการรักษาความปลอดภัยทั้งหมดคุณจะเห็นความแตกต่างของ หมวกแดงและ SUSEติดตั้ง RHEL หรือ SLES หรือ Distros อื่น ๆ เช่น Debian, CentOS, Kylin Linux เป็นต้น ในกรณีที่ไม่มี Linux ก็จะมี UNIX อื่น ๆ เช่น Solaris, AIX, UX หรือ BSD บางตัว แต่สิ่งที่เด่นชัดเมื่อไม่มี MacOS และ Windows และตามที่ฉันได้แสดงความคิดเห็นในส่วนก่อนหน้านี้โดยทั่วไปไม่มีสภาพแวดล้อมเดสก์ท็อปเนื่องจากคุณต้องการจัดสรรพลังทั้งหมดของคอมพิวเตอร์เหล่านี้ตามวัตถุประสงค์ที่ได้รับการออกแบบและไม่เสียส่วนหนึ่งไปในสภาพแวดล้อมกราฟิกที่นอกจากนี้ยังมี ไม่ค่อยสนใจผู้ที่จัดการพวกเขา สิ่งที่แตกต่างอีกประการหนึ่งคือคอมพิวเตอร์ไคลเอนต์ที่ผู้ใช้หรือนักวิทยาศาสตร์ทำงานอยู่ซึ่งจะมีสภาพแวดล้อมแบบกราฟิกสำหรับการวิเคราะห์ข้อมูลด้วยวิธีที่ใช้งานง่ายและเป็นกราฟิกมากขึ้น

จะสร้างซูเปอร์คอมพิวเตอร์แบบโฮมเมดได้อย่างไร?

คุณสามารถสร้างซูเปอร์คอมพิวเตอร์แบบโฮมเมดได้ ในความเป็นจริงในเครือข่ายคุณจะพบโครงการบางอย่างเช่นซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ประกอบด้วยบอร์ดจำนวนมาก Raspberry Pi เข้าร่วม. เห็นได้ชัดว่าความสามารถของเครื่องจักรเหล่านี้จะไม่ได้มาจากโลกอื่น แต่พวกเขาอนุญาต เพิ่มความจุของบอร์ดเหล่านี้จำนวนมาก และทำให้มันทำงานได้ราวกับว่ามันเป็นเครื่องเดียว มากกว่าการใช้งานจริงโครงการ DIY ประเภทนี้จัดทำขึ้นเพื่อสอนวิธีสร้างซูเปอร์คอมพิวเตอร์ แต่ด้วยวิธีที่ถูกกว่าและมีขนาดเล็กลงเพื่อให้ทุกคนสามารถทำได้ที่บ้าน

คลัสเตอร์หรือซูเปอร์คอมพิวเตอร์อีกประเภทหนึ่งที่สามารถทำเองได้ที่บ้านหรือมีราคาถูกกว่าเครื่องขนาดใหญ่ก็เรียกว่า วูล์ฟ. สามารถใช้กับ Unix-like ใด ๆ เช่น BSD ลินุกซ์ หรือ Solaris และใช้โครงการโอเพ่นซอร์สเพื่อใช้ประโยชน์จากการรวมกันของเครื่องจักรแบบขนานนี้ โดยพื้นฐานแล้วจะประสบความสำเร็จในการเชื่อมต่อกับพีซีหลายเครื่องที่เชื่อมต่อด้วยการ์ดอีเธอร์เน็ตและสวิตช์เพื่อเข้าร่วมและทำให้พวกเขาทำงานเป็นระบบเดียว

ด้วยหลาย ๆ พีซีเครื่องเก่า หรือคุณไม่ได้ใช้งานและ Linux distro ใด ๆ เช่น Ubuntu คุณสามารถสร้าง Beowulf ของคุณได้ ฉันแนะนำให้คุณตรวจสอบโครงการต่างๆ MOSIX / OpenMOSIX o นกกระทุง. ด้วยพวกเขาคุณจะสามารถดำเนินการใช้งานนี้ได้ อย่างไรก็ตามหากสิ่งนี้ดึงดูดความสนใจของคุณฉันจะพยายามทำแบบฝึกหัดใน LxA ในอนาคตเกี่ยวกับวิธีการนำไปใช้ในทางปฏิบัติและทีละขั้นตอน

ติดตั้งระบบปฏิบัติการบนคอมพิวเตอร์

ส่วนนี้อธิบายได้ค่อนข้างง่ายเนื่องจากการติดตั้งนั้น ในทางปฏิบัติเช่นเดียวกับในคอมพิวเตอร์ทุกเครื่อง. เฉพาะที่เราต้องจำไว้ว่าเราควรกำหนดค่าบางประการเช่นการกำหนดค่า LVM หรือ RAID ที่ใช้ แต่โดยทั่วไปแล้วจะไม่ไกลจากการติดตั้งในชีวิตประจำวันมากเกินไป สิ่งเดียวที่น่าตกใจคือแทนที่จะเป็นโปรเซสเซอร์ตัวเดียวและโมดูล RAM บางตัวและฮาร์ดไดรฟ์หนึ่งหรือสองตัวมีหลายร้อยหรือหลายพันตัวแม้ว่าจากมุมมองของผู้ดูแลระบบจะไม่มีความแตกต่าง ระบบจะมองเห็นเครื่องจักรโดยรวมเพียงแต่ว่าทรัพยากรที่เรามีนั้นไม่ธรรมดา

สิ่งที่คุณจะสังเกตเห็นความแตกต่างก็คือ ไม่มี BIOS / UEFIเนื่องจากระบบเหล่านี้มักใช้ระบบ EFI ที่แตกต่างกันหรือการใช้งานเฟิร์มแวร์ที่เฉพาะเจาะจงอื่น ๆ สำหรับบางแพลตฟอร์มที่ใช้ SPARC, POWER และอื่น ๆ ตัวอย่างเช่น Intel EFI ได้รับการสนับสนุนสำหรับ Intel Itanium ในความเป็นจริงถ้าคุณอ่านเราเป็นประจำคุณจะได้รู้จักโครงการอันงดงามของ linuxboot. แต่สิ่งนี้ไม่ได้นำเสนอปัญหามากเกินไปเพียงแค่ทำความคุ้นเคยกับอินเทอร์เฟซนี้และไม่มีอะไรอื่นนอกจากนี้จำนวนครั้งที่อุปกรณ์ประเภทนี้ถูกปิด / เปิดหรือรีสตาร์ทนั้นแทบไม่มี

พ่อแม่! ฉันสามารถมีซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่บ้านได้หรือไม่?

ไม่ว่าต้นแบบที่เราสามารถสร้างโดยใช้รูปแบบ Beowulf หรือคลัสเตอร์ของบอร์ด Raspberry Pi หรือ SBC ประเภทอื่น ๆ ฉันมีข่าวดีสำหรับคุณ คุณสามารถใช้พลังของซูเปอร์คอมพิวเตอร์จากที่บ้านได้โดยไม่ต้องซื้อหรือติดตั้งโครงสร้างพื้นฐานใด ๆ เพียงจ่ายค่าบริการรายเดือนสำหรับ ซื้อบริการนี้ คุณสามารถไว้วางใจพลังทั้งหมดที่มีอยู่เพื่อวัตถุประสงค์ใดก็ตามที่คุณต้องการใช้ และนั่นต้องขอบคุณบริการคลาวด์ที่แตกต่างกันเช่น AWS (Amazon Web Services), Google Cloud Computing, Microsoft Azure, IBM เป็นต้น

นอกจากนี้การจ้างบริการประเภทนี้ไม่เพียง แต่หมายถึงการประหยัดเมื่อเทียบกับการมีเซิร์ฟเวอร์เฉพาะของคุณเอง แต่ยังช่วยให้ ข้อดีอื่น ๆ. ตัวอย่างเช่นช่วยให้เราสามารถเพิ่มศักยภาพหรือขนาดของบริการของเราได้อย่างรวดเร็วโดยการจ้างอัตราที่สูงขึ้นเล็กน้อยบางสิ่งบางอย่างที่หากเรามีจริงจะหมายถึงการซื้ออุปกรณ์ใหม่ เราไม่ต้องจ่ายค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมเช่นการใช้ไฟฟ้าหรือพนักงานซ่อมบำรุงเนื่องจากจะได้รับการดูแลโดยช่างเทคนิคของซัพพลายเออร์ซึ่งจะช่วยให้เราสามารถรับประกันความน่าเชื่อถือให้คุณได้ในราคาที่เหมาะสม

มีบริการมากมายที่ เสนอ VPS ในราคาที่ดีนั่นคือเซิร์ฟเวอร์เสมือนที่ติดตั้งบนเครื่องเสมือนในเซิร์ฟเวอร์จริงหรือซูเปอร์คอมพิวเตอร์ เซิร์ฟเวอร์นี้จะเข้าถึงสัดส่วนของความสามารถของเครื่องจริงเพื่อเสนอให้คุณ คุณสามารถค้นหาแพลตฟอร์ม VPS ที่ดีได้ด้วย 1 & 1, TMDHosting, HostGator, Dreamhost และอื่น ๆ อีกมากมาย ... นอกจากนี้คุณจะสามารถดูลักษณะของ VPS บนเว็บไซต์ที่เกี่ยวข้องพร้อมกับราคา ในลักษณะต่างๆคุณจะเห็นหน่วยความจำ RAM โปรเซสเซอร์พื้นที่เก็บข้อมูลที่มีแบนด์วิดท์หรือการรับส่งข้อมูลเครือข่ายที่อนุญาต นอกจากนี้ VPS เหล่านี้อาจเป็น Linux หรือ Windows เป็นหลักตามความต้องการของคุณ

ในทางกลับกันเรามีบริการขั้นสูงอื่น ๆ เช่นคลาวด์ซึ่งช่วยให้เรา สัญญา IaaS (Infrastructure as a Service) หรือโครงสร้างพื้นฐานเป็นบริการ. นั่นคือมันช่วยให้เรามีซูเปอร์คอมพิวเตอร์หรือเซิร์ฟเวอร์เป็นบริการโดยไม่จำเป็นต้องมีอยู่จริง ในกรณีนี้เรามี Microsoft Azure, Google Cloud Platform, IBM SoftLayer, CloudSigma, Rackspace, VMWare vCloud Air, Amazon Web Services, Citrix Workspace Cloud, Oracle Cloud Infrastructure เป็นต้น

Fuentes:

สถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์และไมโครโปรเซสเซอร์ - โลกของ Bitman

ระบบปฏิบัติการและการดูแลระบบ - C2GL

อย่าลืมที่จะแสดงความคิดเห็นของคุณ ด้วยความสงสัยการมีส่วนร่วมหรือสิ่งที่คุณได้พบการมีส่วนร่วมอันต่ำต้อยของฉัน ... ฉันหวังว่ามันจะช่วยให้คุณเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับโลกนี้