Еще в докомпьютерную эпоху человечеству требовались вычислительные машины, позволяющие работать с огромными объемами данных. Уже в первой половине XX века исследователи задумались о способах автоматизации различных вычислений. Через несколько десятилетий появились первые суперкомпьютеры. Какими они были?
Что считать суперкомпьютером?
О супервычислениях впервые заговорили почти сто лет назад, когда фирма IBM расширила массовое производство табуляторов — электромеханических машин, позволяющих быстро выполнять арифметические действия. Широкое распространение термин «суперкомпьютер» получил в 1960-х годах — тогда начали появляться первые высокопроизводительные ЭВМ. Однако до сих пор нет единого мнения, что можно считать суперкомпьютером. Гордон Белл в конце 1980-х годов не без иронии отмечал, что суперкомпьютер — это компьютер, весящий более тонны.
В целом можно сказать, что суперкомпьютер — это компьютер, который по скорости вычислений превосходит большинство существующих ЭВМ в мире.
Современные суперкомпьютеры представляют собой множество серверных компьютеров, соединенных высокоскоростной магистралью. Производительность суперкомпьютеров измеряется во флопсах. Флопс показывает, сколько операций с плавающей запятой в секунду может производить вычислительная машина. Например, у суперкомпьютера Summit, используемого министерством энергетики США, производительность достигает 122,3 петафлопс (десять в пятнадцатой степени флопс). У компьютера ENIAC (1946 год) производительность не превышала 500 флопс.
Первыми полноценными суперкомпьютерами чаще всего называют машины семейства CDC, в частности, CDC 6600, разработанную в 1962–1963 годах командой Сеймура Крэя.
Компьютеры серии CDC
В конце 1950-х годов Сеймур Крэй решил для создания высокопроизводительных компьютеров использовать не вакуумные лампы, а германиевые транзисторы. Первый транзисторный высокопроизводительный компьютер CDC 1604 был выпущен в 1960 году. Тактовая частота процессора составляла 0,2 МГц, что для начала 60-х годов было выдающимся показателем.
Через полтора года стало понятно, что и мощности CDC 1604 уже может не хватать для нужд американской армии и промышленности. В 1962 году Крэй решает заменить германиевые транзисторы на планарные кремниевые. Кремниевые транзисторы имели более высокую скорость переключения логических вентилей. Это помогало значительно увеличить производительность компьютера без увеличения габаритов вычислительной машины.
Однако при создании нового компьютера Крэй и его коллеги столкнулись со значительными трудностями. Традиционного воздушного охлаждения уже не хватало: система перегревалась при нагрузках. В итоге инженер Дин Роуш разработал новую систему охлаждения с алюминиевыми радиаторами. Тепло отводилось от плат к трубкам. В этих трубках использовался фреон — примерно, как в холодильниках. Модули охлаждения были установлены в каждой части суперкомпьютера. Новая ЭВМ состояла из четырех основных модулей, установленных крестом.
Источник: ygdes.com
В 1963 году новый компьютер CDC 6600 был готов. Помимо основных вычислительных модулей была спроектирована и консоль управления суперкомпьютером.
Источник: wikimedia.org
Главный процессор компьютера выполнял только логические и арифметические операции. Работа с вводом-выводом была возложена на сопроцессоры, что позволило добиться ряда замечательных результатов: существенно выросла производительность компьютера при сравнительно небольших размерах (примерно 4,5 на 4,5 метра и 2 метра в высоту). CDC 6600 выполнял 3 миллиона операций в секунду и стоил всего 7 миллионов долларов. Для сравнения: компьютер IBM 7030 1961 года был в три раза менее производительным и стоил 13,5 миллионов долларов.
В 1964 году был представлен суперкомпьютер CDC 6400 — несколько менее производительная, но значительно более дешевая версия CDC 6600. Этой версией компьютера несколько лет пользовалась американская армия, а в 1969 году компания CDC даже обратилась в правительство США. Разработчики предлагали продать суперкомпьютер в Ереван для работы над источником синхротронного излучения (советские ученые согласились предоставить результаты вычислений американским коллегам). Правда, в 1970 году американское правительство отказалось продавать компьютер в СССР. В итоге советские ученые начали разрабатывать свои суперкомпьютеры.
Советские суперкомпьютеры
Советские специалисты, разумеется, тоже понимали, что без высокопроизводительных компьютеров оборонная промышленность обойтись не сможет. Главный конструктор Сергей Алексеевич Лебедев в середине 1960-х годов независимо от разработок компании IBM придумал принцип совмещения выполнения команд. Опытные образцы первого советского суперкомпьютера могли выполнять до 14 машинных команд одновременно. Работа арифметико-логического устройства, модулей оперативной памяти и устройств ввода-вывода осуществлялась асинхронно. Команды и данные в процессе вычислений хранились в отдельном буферном устройстве. Благодаря чтению из буфера вычисления выполнялись быстрее.
В 1967 году был выпущен первый советский суперкомпьютер БЭСМ-6 .
Источник: besm-6.ru
На момент выхода этот компьютер стал самым производительным в Европе: тактовая частота главного процессора составляла 9 МГц, быстродействие — около 1 миллиона операций в секунду, оперативная память — 32 КБ. Единственным недостатком в сравнении с американскими компьютерами серии CDC стали габариты машины: для ее установки требовался машинный зал площадью не менее 225 квадратных метров. Для изготовления одного экземпляра БЭСМ-6 требовалось 60 тысяч транзисторов и 180 тысяч диодов.
Уже после начала серийного производства БЭСМ-6 в СССР все-таки появился американский суперкомпьютер CDC 6200: он был установлен в институте ядерных исследований в Дубне в 1972 году для развития «мирного атома». К началу 1970-х годов и БЭСМ-6, и CDC 6600 уже начали постепенно морально устаревать: был создан компьютер CDC 7600 с тактовой частотой процессора 37 МГц. Советские конструкторы с некоторым опозданиям начали копировать, а затем творчески разрабатывать принципы, положенные в основу суперкомпьютеров CDC. Идея модульности привела к разработке в 1973 году «аппаратуры сопряжения к БЭСМ-6», позволяющие подключать к БЭСМ-6 дополнительные модули. В итоге объем оперативной памяти советских суперкомпьютеров увеличился до 128 КБ, а также появилась возможность подключения дополнительных периферийных устройств.
Новое поколение суперкомпьютеров
Значительным прорывом в области создания суперкомпьютеров стал переход от транзисторов к интегральным микросхемам. Повышенная плотность упаковки логических элементов позволила достичь невиданной прежде производительности.
В 1974 году прошли первые тесты новой вычислительной машины Cray-1: как несложно догадаться, разработкой руководил Сеймур Крэй. Впервые в разработке суперкомпьютера были применены микросхемы, что обеспечило тактовую частоту главного процессора 80 Мгц. Первый показ новой вычислительной машины Cray-1 в 1975 году завершился триумфом: исследовательские лаборатории США начали настоящую битву за суперкомпьютеры. К концу 1970-х годов появилась полноценная операционная система для компьютеров Cray, а также свой язык ассемблера и компилятор FORTRAN. Производительность компьютеров серии Cray-1 достигала 133 мегафлопс.
Таким образом, к середине 1970-х годов эпоха транзисторных суперкомпьютеров начала подходить к концу. Впрочем, в США транзисторные суперкомпьютеры активно использовались до начала 1980-х годов, а в СССР модификации БЭСМ-6 перестали выпускаться только в 1987 году. Но уже к середине 1970-х было понятно: будущее за микросхемами. Таким образом, через полтора десятка лет история первого поколения суперкомпьютеров подошла к концу.
