Un supercomputer o supercomputer è un computer progettato per ottenere le massime prestazioni possibili con le tecniche note al momento della sua progettazione, in particolare per quanto riguarda la velocità di calcolo .
I supercomputer scientifici sono chiamati "calcolo ad alte prestazioni" (in inglese : calcolo ad alte prestazioni o HPC). Questa disciplina è divisa in due: la dell'hardware parte (progettazione elettronica dello strumento di calcolo) e il software parte (software adattamento del calcolo allo strumento). Queste due parti richiedono diversi campi di conoscenza.
I primi supercomputer (o supercomputer) apparvero negli anni '60 . Nel 1961, IBM ha sviluppato IBM Stretch o IBM 7030, una delle quali è stata gestita in Francia nel 1963.
A quel tempo, e fino agli anni '70 , il più grande produttore di supercomputer al mondo era Control Data Corporation (CDC), con il suo designer Seymour Cray . Successivamente, Cray Research , fondata da Seymour Cray dopo il suo allontanamento da CDC, ha preso il vantaggio sugli altri concorrenti, fino a circa l'anno 1990. Negli anni '80 , come è stato prodotto nel mercato dei microcomputer degli anni '70, molte piccole aziende sono entrate in questo mercato, ma la maggior parte di loro è scomparsa nel " crollo " del mercato dei supercomputer della metà degli anni 1990 .
Ciò a cui si riferisce il termine supercomputer varia nel tempo, poiché i computer più potenti del mondo in un determinato momento tendono ad essere eguagliati, e quindi superati, dalle macchine di uso comune molti anni dopo. I primi supercomputer CDC erano semplici computer a processore singolo (ma a volte con un massimo di dieci processori periferici per I / O ) circa dieci volte più veloci della concorrenza. Negli anni '70, la maggior parte dei supercomputer adottò un processore vettoriale , che decodifica un'istruzione una volta e la applica a un'intera serie di operandi .
Fu solo alla fine degli anni '80 che fu adottata la tecnica dei sistemi massicciamente paralleli , con l'uso di migliaia di processori in un unico supercomputer. Al giorno d'oggi, alcuni di questi supercomputer paralleli utilizzano microprocessori di tipo " RISC ", progettati per computer seriali, come PowerPC o PA-RISC . Altri supercomputer utilizzano processori a basso costo, del tipo " CISC ", microprogrammati in RISC nel chip elettronico ( AMD o Intel ): l'efficienza è leggermente inferiore, ma il canale di accesso alla memoria - spesso un collo di bottiglia - è molto meno stressato.
Nel XXI ° secolo , i supercomputer sono generalmente progettati come modelli unici per i produttori di computer 'tradizionali' come International Business Machines (IBM), Hewlett-Packard (HP), o Bull , hanno alle spalle una lunga tradizione nel settore (IBM) o che hanno acquistato negli anni '90 società specializzate, allora in difficoltà, per fare esperienza in questo campo.
I supercomputer vengono utilizzati per tutte le attività che richiedono una potenza di calcolo molto elevata , come le previsioni meteorologiche , lo studio del clima (su questo argomento, vedere i programmi finanziati dai G8-HORC ), la modellazione di oggetti chimici ( calcolo di strutture e proprietà , modellazione molecolare , ecc. . ), le simulazioni fisiche (simulazioni aerodinamiche , calcoli di resistenza dei materiali , esplosione simulata di armi nucleari , studio della fusione nucleare , ecc. ), la crittoanalisi o simulazioni in finanza e assicurazioni ( calcolo stocastico ).
Gli istituti di ricerca civili e militari sono tra gli utenti più pesanti dei supercomputer.
In Francia , queste macchine si trovano nei centri informatici universitari nazionali, come l' Istituto per lo sviluppo e le risorse in informatica scientifica (IDRIS), il Centro nazionale di informatica per l'istruzione superiore (CINES), ma anche presso il Commissariato per l'energia atomica e le energie alternative (CEA) o in alcune grandi società, come Total , EDF o Météo-France .
I supercomputer traggono la loro superiorità sui computer convenzionali da entrambi:
Sono quasi sempre progettati specificamente per un certo tipo di attività (il più delle volte calcoli numerici scientifici: elaborazione a matrice o vettoriale ) e non cercano prestazioni particolari in altre aree.
L'architettura di memoria dei supercomputer è progettata per fornire continuamente dati a ciascun processore al fine di sfruttare al massimo la sua potenza di calcolo . Prestazioni di memoria superiori (componenti migliori e architettura migliore) spiegano ampiamente il vantaggio dei supercomputer rispetto ai computer convenzionali.
Il loro sistema di input / output ( bus ) è progettato per fornire una larghezza di banda elevata , con minore latenza poiché questo tipo di computer non è progettato per elaborare le transazioni .
Come per qualsiasi sistema parallelo, si applica la legge di Amdahl , con i progettisti di supercomputer che dedicano alcuni dei loro sforzi all'eliminazione di parti di software non parallelizzabili e allo sviluppo di miglioramenti hardware per rimuovere i colli di bottiglia rimanenti.
Da un lato, i supercomputer richiedono spesso diversi megawatt di energia elettrica . Anche questo cibo deve essere di alta qualità. Di conseguenza, producono una grande quantità di calore e quindi devono essere raffreddati per funzionare normalmente. Il raffreddamento (ad esempio il raffreddamento ad aria ) di questi computer pone spesso un problema significativo di condizionamento dell'aria .
D'altra parte, i dati non possono fluire più velocemente della velocità della luce tra due parti di un computer . Quando le dimensioni di un supercomputer superano diversi metri, il tempo di latenza tra alcuni componenti viene conteggiato in decine di nanosecondi . Gli elementi sono quindi predisposti per limitare la lunghezza dei cavi che collegano i componenti. Su Cray-1 o Cray- II , ad esempio, erano disposti in cerchio .
Al giorno d'oggi, questi computer sono in grado di elaborare e comunicare volumi di dati molto grandi in un tempo molto breve. Il progetto deve garantire che questi dati possano essere letti, trasferiti e archiviati rapidamente. In caso contrario, la potenza di calcolo dei processori sarebbe sottoutilizzata ( collo di bottiglia ).
I 20 migliori supercomputer al mondo in formato Giugno 2013.
Tabella della velocità di calcolo (R max ) dei primi supercomputer; Scala logaritmica di 60 anni.
Distribuzione per paese dei primi 500 supercomputer innovembre 2015.
Nel 1993, L' Istituto di fisica della terra di Parigi (PGI) gestisce un computer CM-5/128 che utilizza processori SuperSPARC , è classificato al 25 ° posto nella TOP500 . Tre anni dopo, in1996, L' Istituto per lo sviluppo e le risorse informatiche scientifiche (IDRIS) riesce a raggiungere il 12 ° posto a livello mondiale con T3E costruito da Cray .
A metà2002, I più potenti supercomputer francesi si classificano al 4 ° posto nella TOP500, i processori basati su TERA Alpha a 1 GHz ( AlphaServer SC45 ) e sviluppati da Hewlett-Packard ; apparteneva alla Commissione per l'Energia Atomica (CEA). Nelgennaio 2006Il TERA-10 di Bull ha successo, genera una potenza di calcolo di 60 tera FLOPS e si posizionerà al 5 ° posto nella TOP500 mondiale.
Nel giugno 2008, IDRIS e Blue Gene / P Solution for IBM appare, secondo il test LINPACK , una potenza di 120 teraflop e si aggiudica il 10 ° posto.
Nel novembre 2009, la prima macchina francese si chiamava Jade . Di tipo “ SGI Altix (en) ”, ha sede presso il National Computer Center for Higher Education (CINES) di Montpellier . Il supercomputer è classificato al 28 ° posto nel mondo con 128 teraflop nel test LINPACK. Poco dopo, la configurazione della macchina Jade è stata completata per ottenere una performance di 237 teraflop. La macchina passa agiugno 2010il 18 esima riga della TOP500. È quindi il terzo sistema informatico europeo e il primo francese, destinato alla ricerca pubblica .
Nel novembre 2010Il record francese è detenuto dal TERA-100 di Bull . Situato in ECA in Bruyeres-le-Chatel alle esigenze della simulazione militare nucleare francese , con prestazioni teraflop 1050, questa macchina sale al 6 ° nel mondo e ha vinto il 1 ° posto in Europa. Consiste di 17.296 processori Intel Xeon 7500 ciascuno dotato di otto core e collegati da una rete di tipo InfiniBand .
Nel marzo 2012, Curie , un sistema progettato da Bull per GENCI , installato sul sito del Très Grand Centre de Calcul (TGCC) a Bruyères-le-Châtel, ha una potenza di 1.359 petaflop. Diventa il supercomputer più potente in Francia conquistando il 9 ° posto nella classifica mondiale. È progettato per fornire 2 petaflop.
Nel Gennaio 2013, i sistemi Ada e Turing costruiti da IBM sono installati presso IDRIS a Orsay . La somma della loro potenza supera i petaflop. Queste due macchine sono a disposizione dei ricercatori. Nel marzo 2013 è stato inaugurato il supercomputer Pangea di proprietà dell'azienda Total , diventato il sistema più efficiente mai installato in Francia. La sua potenza di calcolo è di 2,3 petaflops. Equivalente a 27.000 computer desktop insieme, ha ottenuto il 11 ° posto a livello mondiale.
Nel gennaio 2015, sul sito CINES è installato il sistema Occigen , progettato da Bull, Atos technologies, per GENCI; ha una potenza di 2,1 petaflop. Si è piazzato al 26 ° posto nella classifica mondiale della TOP500novembre 2014.
Nel marzo 2016, Total annuncia di aver triplicato la capacità di calcolo del suo supercomputer Pangea , arrivando a una potenza di calcolo di 6,7 petaflop in prestazioni di picco e 5,28 petaflop in potenza utilizzabile. Questo le consente di riconquistare l' 11 ° posto nella TOP500 e di posizionarsi così al vertice del settore industriale mondiale.
L'ascesa dei supercomputer ha visto Linux diventare il sistema operativo che alimenta la maggior parte dei 500 supercomputer più potenti del pianeta, con Unix che perde gradualmente terreno rispetto a Linux, ma per un certo periodo occupa un posto di rilievo nel mercato dei supercomputer (5%).
Windows era gestito solo da due dei 500 supercomputer più potenti del pianeta, o lo 0,4%, mentre BSD era presente su una sola macchina tra i primi 500 , o lo 0,2%. Infine, le altre configurazioni (“ Mixed ”, ovvero un insieme di più tipologie di sistemi operativi) rappresentavano il 4,6%.
Nel novembre 2017, Linux è alla base di tutti i 500 supercomputer più potenti del mondo.