Презентация на тему Суперкомпьютерные технологии

реальная жизнь – лишь тонкая поверхность их пересечения.
О. Муравьева

вычислений

задач, в которых в один и тот же момент

времени могут выполняться одновременно несколько вычислительных операций.
Параллельные вычисления составляют основу суперкомпьютерных технологий и высокопроизводительных расчетов.

не просто использование многопроцессорных (многоядерных) вычислительных систем.
Одновременно выполняемые операции

должны быть направлены на решение общей задачи.
Параллельность ≠ многозадачность.

порядке.
Многозадачный (псевдопаралльный)
для выполнения нескольких задач используется единственный процессор (разделение

времени: в каждый момент времени может исполняться единственная задача).
Параллельный
для выполнения нескольких задач используется несколько процессорных устройств.

порядке.
Многозадачный (псевдопаралльный)
для выполнения нескольких задач используется единственный процессор (разделение

времени: в каждый момент времени может исполняться единственная задача).
Параллельный
для выполнения нескольких задач используется несколько процессорных устройств.

порядке.
Многозадачный (псевдопаралльный)
для выполнения нескольких задач используется единственный процессор (разделение

времени: в каждый момент времени может исполняться единственная задача).
Параллельный
для выполнения нескольких задач используется несколько процессорных устройств.

решения одной и той же задачи
Задача разбивается на подзадачи
Каждый

процессор выполняет свою подзадачу
Конвейерная обработка
Несколько устройств используются для решения различных задач
Задача разбивается на этапы
Каждому устройству сопоставляется этап, который оно выполняет, и два других устройства: поставщик и потребитель
Векторная обработка
Использование специального процессора, который выполняет операцию над векторами как одну команду
Векторно-конвейерная обработка

решения одной и той же задачи
Задача разбивается на подзадачи
Каждый

процессор выполняет свою подзадачу
Конвейерная обработка
Несколько устройств используются для решения различных задач
Задача разбивается на этапы
Каждому устройству сопоставляется этап, который оно выполняет, и два других устройства: поставщик и потребитель
Векторная обработка
Использование специального процессора, который выполняет операцию над векторами как одну команду
Векторно-конвейерная обработка

решения одной и той же задачи
Задача разбивается на подзадачи
Каждый

процессор выполняет свою подзадачу
Конвейерная обработка
Несколько устройств используются для решения различных задач
Задача разбивается на этапы
Каждому устройству сопоставляется этап, который оно выполняет, и два других устройства: поставщик и потребитель
Векторная обработка
Использование специального процессора, который выполняет операцию над векторами как одну команду
Векторно-конвейерная обработка

Обеспечивает сверление 3-х параллельных отверстий для замочного паза.

решения одной и той же задачи
Задача разбивается на подзадачи
Каждый

процессор выполняет свою подзадачу
Конвейерная обработка
Несколько устройств используются для решения различных задач
Задача разбивается на этапы
Каждому устройству сопоставляется этап, который оно выполняет, и два других устройства: поставщик и потребитель
Векторная обработка
Использование специального процессора, который выполняет операцию над векторами как одну команду
Векторно-конвейерная обработка

срабатывающих за 1 такт.
Векторный процессор имеет 10 арифметических устройств

(АУ) и тратит 2 такта на инициализацию векторной команды умножения
Умножим 100 векторов из 30 элементов на число:
скалярный процессор:
4такта*(30*100) чисел = 12 000тактов
конвейерный процессор:
4такта*1число+1такт*(30*100-1)чисел = 3 003тактов
векторный процессор:
(4такта+2иниц.)*((30*100) чисел/10АУ) = 1 800тактов
векторно-конвейерный процессор:
(4такта+2иниц.)* 1АУ+(1такт+2иниц.)*(((30*100) чисел/10АУ)-1) = 903такта

роста производительности последовательных компьютеров.
Резкое снижение стоимости многопроцессорных (параллельных) вычислительных

систем
ПК на базе 4-ядерного процессора Intel Core 2 Quad – 20 GFlops ($1500)
Персональный мини-кластер T-Edge Mini на базе 4-ядерных процессоров Intel Xeon – 240 GFlops ($20000)
Смена парадигмы построения высокопроизводительных процессоров – многоядерность.

откачки нефти и закачки воды
Задача
Путем моделирования определить необходимость бурения

доп. скважин
Модель
Параллелепипед 1000 * 10 000 * 10 000 точек,
В каждой точке – от 5 до 20 функций,
Значение функции – решение систем нелинейных уравнений (200-1000 арифм. операций)
Нестационарный процесс – 100-1000 шагов по времени
Решение
Количество операций: 1011(точек сети) * 10(функций) * 500(операций) * 500(шагов) = 2.5 * 1017
Производительность персонального компьютера: 2.5*109 операций в секунду
Время решения (одной задачи): 2.5*1017/2.5*109 = 108 сек. > 3 года

моделирование изменения климата
Сейсморазведка
Проектирование сложных зданий и строительных сооружений
Синтез новых

материалов

Барселоне

труб при закалке»

for the Next. Decade White Paper. -Intel Corporation, 2005.

с тщательным исследованием возможных вариантов практически в любой сфере

человеческой деятельности с помощью вычислительных экспериментов.
Особые области приложения
Невозможность (недопустимость) натурных экспериментов: изучение процессов при ядерном взрыве или серьезных воздействий на природу.
Изучение влияния экстремальных условий (температур, магнитных полей, радиации и др.) – старение материалов, безопасность конструкций, боевое применение.
Моделирование наноустройств и наноматериалов.
Науки о жизни  – изучение генома человека, разработка новых лекарственных препаратов и др.
Науки о Земле  – обработка ГИС-данных: полезные ископаемые; селевая, сейсмическая и т.п. безопасность, прогнозы погоды, модели изменения климата и др.
Моделирование при разработке новых технических устройств – инженерные расчеты.

страны в современных условиях во многом определяется уровнем развития

суперкомпьютерных вычислительных технологий.
Суперкомпьютерные технологии становятся одним из решающих факторов научно-технического прогресса (как ранее авиация, ракетная техника, космос).

систем.
Модели вычислений и методы анализа сложности.
Параллельные методы вычислений.
Параллельное программирование

(языки, среды разработки, библиотеки).