Supertietokone

Wikipediasta
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
Cray-1-supertietokone 1970-luvulta.

Supertietokone on erään määritelmän mukaan tietokone, joka valmistuessaan on tehokkaimpien tietokoneiden joukossa.[1]

Supertietokoneiden käyttökohde on suurteholaskennassa (engl. High Performance Computing, HPC).[2]

Supertietokoneen laskentateho ilmoitetaan flopseina (engl. floating point operations per second), joka kertoo kuinka monta liukulukuoperaatiota tietokone suorittaa sekunnissa. Yleensä supertietokoneelle ilmoitetaan teoreettinen laskentateho (Rpeak) ja korkein testiohjelmistolla käytännössä saavutettu laskentateho (Rmax). Esimerkiksi Suomessa CSC:n supertietokoneen teoreettinen laskentateho on noin 2,2 teraflopsia ja korkein käytännössä saatu laskentateho noin 1,2 teraflopsia.

Suuren laskentatehon saavuttamiseksi ei välttämättä tarvita kallista erikoisvalmisteista supertietokonetta, vaan useista tavallisista kuluttajien saatavilla olevista tietokoneista voidaan koota klusteri. Esimerkiksi marraskuussa 2004 maailman seitsemänneksi tehokkain supertietokone oli 1 100:sta Applen Xserve-palvelimesta koottu System X -klusteri. Tarkoitukseen kehitetty supertietokone kuten Earth Simulator voi olla moninkertaisesti nopeampi kuin klusterointitekniikka käyttävä.[3]

Supertietokoneen nopeus ei riipu pelkästään suoritintehosta tai suoritinytimien määrästä. Koska supertietokoneessa on yleensä satoja tai tuhansia suorittimia, niiden keskinäisen kommunikaation nopeus (kytkentäverkon nopeus) muodostuu helposti pullonkaulaksi. Kommunikaatioväylätekniikkaa on useita, joista yleensä käytetään yhteistä nimitystä remote direct memory access.

Historia

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Cray-2.

Ensimmäiset varsinaiset supertietokoneet tulivat markkinoille 1960-luvulla. Ensimmäisiä olivat IBM 7030 ja Manchesterin yliopiston Atlas.[1][4] Ensimmäisenä kaupallisena supertietokoneena pidetään Control Data Corporationin (CDC) CDC 6600 -tietokonetta, jota varten termi supertietokone on syntynyt.[1]

Monet tunnetuista supertietokoneista 1960-luvulla olivat Seymour Crayn Control Data Corporation (CDC) -yrityksessä suunnittelemia. CDC johti supertietokonemarkkinoita aina 1970-luvulle, kunnes Cray lähti yrityksestä ja perusti oman yrityksensä, Cray Researchin. Cray valtasi supertietokonemarkkinat uudenlaisilla ratkaisuillaan pitäen kärkisijaa hallussaan 25 vuotta (1965–1990).

1980-luvulla ilmaantui suuri määrä pienempiä kilpailijoita, kuten minitietokoneidenkin kohdalla vuosikymmentä aikaisemmin, mutta monet näistä katosivat 1990-luvun puolivälin ”supertietokoneiden markkinaromahduksessa”. 2010-luvulla supertietokoneet ovat tyypillisesti yksilöllisiä tilaustöitä, jotka ovat perinteisten tietotekniikkayritysten valmistamia, kuten esimerkiksi IBM:n ja HP:n. Kyseiset yritykset ostivat useita 1980-luvun yrityksiä hankkiakseen itselleen kokemusta supertietokoneista. Cray Inc. on edelleen erikoistunut supertietokoneiden valmistukseen.

Vuonna 2004 maailman tehokkain supertietokone oli yhdysvaltalainen IBM Blue Gene/L, joka ohitti Earth Simulatorin noin 70 teraflopsin suorituskyvyllä.[5] BlueGene piti superkoneiden ykkössijaa kunnes vuonna 2008 IBM Roadrunner -supertietokone ohitti sen laskentanopeudessa ensimmäisenä petaflopsin suorituskykyyn yltäneenä.[6][7] Marraskuussa 2010 kiinalainen supertietokone Tianhe-1 oli maailman tehokkain noin 2,5 petaflopsin tehollaan.[8] Ennätyksen rikkoi kesäkuussa 2011 japanilainen K computer 10,51 petaflopsilla ja kesäkuussa 2012 IBM Sequoia 16,32 petaflopsilla.

Vuonna 2016 TOP500-listan ykkössijalla oli kiinalainen Sunway TaihuLight (93 PFLOPS).[9] Marraskuussa 2018 ykkössijalla oli Summit (200 PFLOPS).[10] Kesäkuussa 2020 ykköspaikan otti Fugaku (415,5 PFLOPS).[11] Toukokuussa 2022 nopeimmaksi nousi ensimmäinen eksaluokan supertietokone Frontier.[12] Ensimmäinen eksaluokan supertietokone Euroopassa tunnetaan koodinimellä "Jupiter" ja se asennetaan Saksaan vuonna 2024. Jupiterin budjetti on 500 miljoonaa euroa kuuden vuoden ajalle, joka on vastaavalla tasolla kuin Frontierin.[13]

Eräät supertietokoneet käyttävät GPGPU-teknologiaa laskentakapasiteetin lisäämiseen. Esimerkiksi Oak Ridgen Titan.[14]

Perinteisen simulaatiokäytön ja tieteellisen laskennan lisäksi supertietokoneita käytetään syväoppimisessa ja neuroverkkojen koulutuksessa.[15] Cerebrasin Andromeda sisältää suuren määrän suoritinytimiä, mutta siinä käytetyt ytimet eivät pysty suurteholaskennassa vaadittuun kaksoistarkkuuteen liukulukulaskennassa.[15]

Suomessa

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Marraskuussa 2024 kolme suomalaista tietokonetta oli 500:n nopeimman joukossa: [16]

  1. LUMI [16] Vuonna 2021 Kajaaniin nousi LUMI-tietokone EU:n ja kymmenen EU-maan yhteisprojektina. Sen lasketatehoksi on ilmoitettu 552 petaflopsia.[17] Tietokone nousi TOP500-listan kolmanneksi ja Euroopan nopeimmaksi toukokuussa 2022.[18]
  2. LUMI-C [16]
  3. MAHTI [16] on Tieteen tietotekniikan keskuksen CSC:n Kajaanissa sijaitseva supertietokone, joka vihittiin käyttöön lokakuussa 2020[19].

Suomessa toimii myös Puhti, joka on CSC:n hallinnoima, vuonna 2019 käyttöönotettu laite. Puhti-koneen teoreettinen huipputeho yltää 1,8 petaflopsiin. Tallennustilaa on 4,8 petatavua. Supertietokone sisältää myös tekoälytutkimukseen, tekoälysovelluksille ja muuhun grafiikkasuorittimilla tehtävään laskentaan tarkoitetun osion, jonka teoreettinen laskentateho on 2,7 petaflopsia.[20]

Supertietokoneiden merkityksestä

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Supertietokoneet mahdollistavat uusia asioita. Aikaisemmin liian pitkän aikaa vieneet ongelmat voidaan ratkaista kohtuullisessa ajassa.

Supertietokoneet ovat olleet vientikieltojen merkittäviä kohteita, sillä niissä on uuteen teknologiaan, valtaan ja voimaan, kuten sodankäyntiin liittyviä ominaisuuksia.

Valtioiden supertietokonekeskukset ovat edellä mainituista syistä olleet vuoden 1991 Persianlahden sodasta lähtien informaatiosodankäynnin maaleja. Suomessakin merkittävä supertietokoneiden käyttö, sään laskeminen lienee selvimpiä sotilaallisesti merkittäviä asioita.

Supertietokoneita käytetään muun muassa

  • vaativimman, eli laskennallisesti kompleksisen tieteen ja teknologian tutkimukseen
  • lääkkeiden vaikutuksen simulointiin soluissa ja ihmisessä
  • salakirjoituksen murtamiseen
  • yhä tarkemman tai pidemmän aikavälin sään ennustamiseen
  • vaativimpaan tekniseen suunnitteluun, kuten häivelentokoneiden ominaisuuksien optimointiin
  • ydinräjähdysten simulointiin. Tämä viimeisin kapasiteetti mahdollistaa uuden tyyppisten ydinaseiden rakentamisen ilman ydinkokeita.

Supertietokoneet ovat myös yleisesti yhä tärkeämmän asian, kompleksisuuden hallinnan välineitä.

Laitevalmistajat ja mallit

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tunnettuja valmistajia ovat mm. Cray, Fujitsu, IBM.

Toisinaan supertietokoneet voivat olla yksittäistapauksia tietyn tilaajan tai käyttötarkoituksen mukaan.

Käyttöjärjestelmät

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vuonna 2013 Linux dominoi supertietokoneissa yli 95% osuudella.[21]

Syksyn 2017 supertietokoneiden TOP500-listalla jokainen kone käytti Linuxia.[22] Tätä aiemmalla listalla oli vielä mukana kaksi IBM AIXia käyttävää konetta.[22][23]

Supertietokoneiden käyttöjärjestelmäperheet – 1993–2021 järjestelmien osuudet TOP500-sivuston mukaan.[24]

Kuvia

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
  • Los Alamos Blue Mountain
    Los Alamos Blue Mountain
  • NEC SX-5
    NEC SX-5
  • JAMSTEC Earth Simulator
    JAMSTEC Earth Simulator
  • IBM Blue Gene Q
    IBM Blue Gene Q

Katso myös

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
  1. ↑ a b c William L. Hosch: supercomputer britannica.com. Viitattu 23.10.2021. (englanniksi)
  2. ↑ What is high performance computing? Inside HPC. Viitattu 31.7.2017.
  3. ↑ Zdzislaw Meglicki: Supercomputers and Clusters beige.ucs.indiana.edu. 29.4.2004. Arkistoitu 22.7.2017. Viitattu 15.11.2017.
  4. ↑ Atlas Computer chilton-computing.org.uk. Viitattu 27.8.2017.
  5. ↑ Highlights - November 2004 top500.org. ”The new #1 is DOE's IBM BlueGene/L beta system currently assembled and tested..” Viitattu 16.2.2022. (englanniksi)
  6. ↑ Jonathan Fildes: Supercomputer sets petaflop pace news.bbc.co.uk. 9.6.2008. Viitattu 17.2.2022. (englanniksi)
  7. ↑ Highlights - June 2008 top500.org. Viitattu 17.2.2022. (englanniksi)
  8. ↑ SpaceDaily – Chinese supercomputer named world's fastest
  9. ↑ Sunway TaihuLight – Sunway MPP, Sunway SW26010 260C 1.45GHz, Sunway top500.org. Viitattu 20.1.2017.
  10. ↑ Summit - IBM Power System AC922, IBM POWER9 22C 3.07GHz, NVIDIA Volta GV100, Dual-rail Mellanox EDR Infiniband Top500. Viitattu 26.5.2019. (englanniksi)
  11. ↑ Japan Captures TOP500 Crown with Arm-Powered Supercomputer top500.org. 22.6.2020. Viitattu 8.7.2020. (englanniksi)
  12. ↑ ORNL’s Frontier First to Break the Exaflop Ceiling 30.5.2022. Top500. Viitattu 30.5.2022. (englanniksi)
  13. ↑ Timothy Prickett Morgan: Details Emerge On Europe’s First Exascale Supercomputer nextplatform.com. 5.10.2023. Viitattu 9.10.2023. (englanniksi)
  14. ↑ Titan Cray XK7 Oak Ridge National Laboratory. Viitattu 20.1.2017.
  15. ↑ a b Dylan Martin: Cerebras's supercomputer has more cores than world's fastest iron – with a big catch theregister.com. 15.11.2022. Viitattu 16.11.2022. (englanniksi)
  16. ↑ a b c d TOP500 List - November 2024 | TOP500 www.top500.org. Viitattu 19.11.2024.
  17. ↑ Kajaaniin saatava supertietokone onkin paljon tehokkaampi kuin aluksi tiedettiin – siitä tulee yksi maailman nopeimmista Yle, 2020
  18. ↑ LUMI ranked third on Top500 list of world’s fastest supercomputers – the fastest supercomputer in Europe csc.fi. Arkistoitu 30.5.2022. Viitattu 30.5.2022. (englanniksi)
  19. ↑ Järeä supertietokone Mahti vihitään käyttöön – laskee avaruussäätä, ilmastonmuutosta ja koronavirusta Yle Uutiset. 7.10.2020. Viitattu 19.11.2024.
  20. ↑ Tuomas Linnake: Suomi sai uuden supertietokoneen – yhteyksien yskiessä Ilta-Sanomat. 23.9.2019. Viitattu 19.11.2024.
  21. ↑ Linux continues to rule supercomputers ZDNet. Viitattu 15.5.2017.
  22. ↑ a b ​Linux totally dominates supercomputers ZDNet. Viitattu 15.11.2017.
  23. ↑ All 500 of the World's Top 500 Supercomputers Are Running Linux Slashdot.org. Viitattu 15.11.2017.
  24. ↑ Operating system Family - Systems share Top 500 project.

Aiheesta muualla

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Noudettu kohteesta ”https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=Supertietokone&oldid=22835921”