August 20,2022 Post by : ชาญ อริยสัจจากุล
TOP500 ประวัติศาสตร์และสถาปัตยกรรมและระบบปฏิบัติการการเติบโตอย่างรวดเร็วของประสิทธิภาพของซูเปอร์คอมพิวเตอร์โดยอาศัยข้อมูลจากเว็บไซต์ ลอการิทึม Yแกนประสิทธิภาพการแสดงใน G FLOPS ในช่วงต้นทศวรรษ 1990 จำเป็นต้องมีคำจำกัดความใหม่ของซูเปอร์คอมพิวเตอร์เพื่อสร้างสถิติที่มีความหมาย หลังจากทดลองใช้เมตริกตามจำนวนหน่วยประมวลผลในปี 2535 ความคิดนี้เกิดขึ้นที่มหาวิทยาลัย Mannheimเพื่อใช้รายละเอียดของระบบที่ติดตั้งเป็นพื้นฐาน ในช่วงต้นปี 1993 แจ็คดอนถูกชักชวนให้เข้าร่วมโครงการที่มีเขามาตรฐาน LINPACK เวอร์ชันทดสอบครั้งแรกถูกผลิตขึ้นในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2536 ส่วนหนึ่งมาจากข้อมูลที่มีอยู่บนอินเทอร์เน็ตรวมถึงแหล่งข้อมูลต่อไปนี้: [2] [3]
• "รายชื่อเว็บไซต์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดในโลก" ดูแลโดย Gunter Ahrendt [4] ข้อมูลจากแหล่งข้อมูลเหล่านั้นถูกใช้สำหรับสองรายการแรก ตั้งแต่เดือนมิถุนายน พ.ศ. 2536 TOP500 ได้รับการผลิตทุกสองปีโดยพิจารณาจากเว็บไซต์และการส่งของผู้จัดจำหน่ายเท่านั้น ตั้งแต่ปี 1993 ผลงานของตำแหน่งอันดับ 1 ได้เติบโตขึ้นอย่างต่อเนื่องตามกฎหมายของมัวร์โดยเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุกๆ 14 เดือน ณ เดือนมิถุนายน 2561[อัปเดต], การประชุมสุดยอดเป็นที่เร็วที่สุดที่มี Rpeak [6]ของ 187.6593 P FLOPS สำหรับการเปรียบเทียบนี้มีมากกว่า 1,432,513 ครั้งเร็วกว่าการเชื่อมต่อเครื่อง CM-5/1024 (1,024 แกน) ซึ่งเป็นระบบที่เร็วที่สุดในพฤศจิกายน 1993 (ยี่สิบห้าปีก่อน) กับ Rpeak ของ 131.0 G FLOPS [7]
ส่วนแบ่งของตระกูลสถาปัตยกรรมโปรเซสเซอร์ในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ TOP500 ตามแนวโน้มของเวลา ณ เดือนพฤศจิกายน 2563[อัปเดต]ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทั้งหมดบน TOP500 เป็นแบบ 64 บิตโดยส่วนใหญ่ใช้ซีพียูที่ใช้สถาปัตยกรรมชุดคำสั่งx86-64 (ซึ่ง 459 เป็นIntel EMT64และ 22 เป็นAMD AMD64ตามสถาปัตยกรรมRISC ) ซูเปอร์คอมพิวเตอร์สิบสามเครื่องรวมทั้งหมายเลข 2 และหมายเลข 3 ขึ้นอยู่กับPower ISA ที่ใช้โดยไมโครโปรเซสเซอร์ IBM POWERสามตัวบนชิปSPARC 64 ที่ออกแบบโดยฟูจิตสึ คอมพิวเตอร์เครื่องหนึ่งใช้การออกแบบอื่นที่ไม่ใช่ของสหรัฐอเมริกา PEZY-SC ของญี่ปุ่น (อิงตามARMของอังกฤษ[8] ) เป็นตัวเร่งความเร็วที่จับคู่กับ Xeon ของ Intel ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาการประมวลผลที่แตกต่างกันโดยส่วนใหญ่ใช้หน่วยประมวลผลกราฟิก (GPU) ของNvidiaหรือXeon Phi ที่ใช้ x86 ของ Intel เป็นตัวประมวลผลร่วมได้ครอง TOP500 เนื่องจากประสิทธิภาพที่ดีกว่าอัตราส่วนต่อวัตต์และมักจะให้ประสิทธิภาพที่แน่นอนสูงกว่า ยกเว้นที่ผ่านมาเท่านั้นที่สำคัญดังกล่าวFugaku , Sunway TaihuLightและคอมพิวเตอร์ K Tianhe-2ยังเป็นข้อยกเว้นที่น่าสนใจในขณะที่มันไม่ใช้เครื่องเร่งอนุภาค (เพียงไม่ GPUs) คือXeon พีสหรัฐคว่ำบาตรบล็อกอัพเกรด แต่ยังคงปรับTianhe-2Aเป็นได้เร็วขึ้นด้วยไม่ใช่ US-based Matrix-2000 , [9]เครื่องเร่งความเร็วที่ใช้ประโยชน์ได้ก่อนกำหนด ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ Frontera ซึ่งอยู่ในอันดับที่ 5 ในการเปิดตัวโดยอิงจาก28-core (56-thread) Intel Xeon Platinum ก็เป็นข้อยกเว้นเช่นกันเนื่องจากมีการวัดโดยไม่ได้รับความช่วยเหลือจาก GPU ซึ่งถูกเพิ่มเข้ามาในภายหลัง[10]แต่มีสองระบบย่อยทั้งที่มี Nvidia GPU และหนึ่งในนั้นยังมีซีพียูPOWER9และการระบายความร้อนด้วยของเหลวอื่น ๆ [11] [12] คอมพิวเตอร์สองเครื่องที่ปรากฏตัวครั้งแรกในรายการในปี 2018 นั้นใช้สถาปัตยกรรมที่ไม่เคยเห็นมาก่อนใน Top500 หนึ่งคือสถาปัตยกรรมขนาดเล็ก x86-64 ใหม่จาก Sugon ผู้ผลิตจีนโดยใช้ซีพียูHygon Dhyana (ซึ่งเป็นผลมาจากความร่วมมือกับ AMD และเป็นรุ่นย่อยของAMD EPYC ที่ใช้Zen ) และอยู่ในอันดับที่ 38 [13]และอีกรุ่นคือ ครั้งแรกที่เคยARMใช้เครื่องคอมพิวเตอร์ในรายการ (แล้วอัพเกรดมิถุนายน 2019) - ใช้Cavium ThunderX 2 ซีพียู [14]ก่อนการขึ้นสู่ตำแหน่งของ32 บิตx86และ64- บิตx86-64ในช่วงต้นปี 2000 ตระกูลโปรเซสเซอร์ RISC หลากหลายตระกูลได้สร้างซูเปอร์คอมพิวเตอร์ TOP500 ส่วนใหญ่รวมถึงสถาปัตยกรรม RISC เช่นSPARC , MIPS , PA-RISCและแอลฟา ทุกซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดในทศวรรษที่ผ่านมานับตั้งแต่โลกจำลองซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่มีการใช้ระบบปฏิบัติการบนพื้นฐานของลินุกซ์ ตั้งแต่เดือนพฤศจิกายน 2560[อัปเดต]ทุกซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่จดทะเบียนใช้ระบบปฏิบัติการบนพื้นฐานของลินุกซ์ [15] [16] ตั้งแต่เดือนพฤศจิกายนปี 2015 คอมพิวเตอร์ไม่อยู่ในรายชื่อทำงานของ Windows ในเดือนพฤศจิกายน 2014 Windows Azure [17]คอมพิวเตอร์ระบบคลาวด์ก็ไม่ได้อยู่ในรายชื่อของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุด (อันดับที่ดีที่สุดของมันคือ 165 ในปี 2012) ออกจากเซี่ยงไฮ้ซูเปอร์เซ็นเตอร์ 's เมจิก Cubeเป็นซูเปอร์คอมพิวเตอร์เฉพาะ Windows-based ในรายการ จนหลุดออกจากรายการ มันอยู่ในอันดับที่ 436 จากการปรากฏตัวครั้งสุดท้ายในรายการที่เผยแพร่ในเดือนมิถุนายน 2015 ในขณะที่อันดับที่ดีที่สุดคือ 11 ในปี 2008 [18]ไม่มีคอมพิวเตอร์Mac OSอยู่ในรายชื่ออีกต่อไป มีระบบดังกล่าวมากที่สุดห้าระบบในแต่ละครั้งมากกว่าระบบ Windows หนึ่งระบบที่มาในภายหลังในขณะที่ส่วนแบ่งประสิทธิภาพทั้งหมดสำหรับ Windows สูงกว่า อย่างไรก็ตามส่วนแบ่งประสิทธิภาพสัมพัทธ์ของรายการทั้งหมดนั้นใกล้เคียงกันและไม่เคยสูงสำหรับอย่างใดอย่างหนึ่ง เป็นเวลากว่าทศวรรษแล้วที่ระบบMIPSหลุดออกจากรายการทั้งหมด[19]ในขณะที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์Gyoukouที่ก้าวขึ้นสู่อันดับ 4 ในเดือนพฤศจิกายน 2017 (หลังจากการอัพเกรดครั้งใหญ่) มี MIPS เป็นส่วนเล็ก ๆ ของโปรเซสเซอร์ร่วม การใช้โปรเซสเซอร์ร่วม 2,048 คอร์ (บวก MIPS 8 × 6 คอร์สำหรับแต่ละตัวที่ "ไม่จำเป็นต้องพึ่งพาโปรเซสเซอร์โฮสต์ Intel Xeon E5 ภายนอกอีกต่อไป" [20] ) ทำให้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ประหยัดพลังงานมากกว่า 10 อันดับแรกอื่น ๆ (กล่าวคือเป็นอันดับ 5 ในGreen500และระบบที่ใช้ZettaScaler-2.2อื่น ๆจะมีสามจุดแรก) [21]ที่ 19.86 ล้านคอร์ถือเป็นระบบที่ใหญ่ที่สุด: เกือบสองเท่าของระบบmanycore ที่ดีที่สุดใน TOP500, Sunway TaihuLightของจีนอยู่ในอันดับที่ 3
ตัวเลขด้านล่างแสดงจำนวนคอมพิวเตอร์ใน TOP500 ที่อยู่ในแต่ละประเทศหรือเขตแดนที่ระบุไว้ ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดใน TOP500 ตามประเทศ ซิสเต็มส์อยู่ในอันดับที่ 1 ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2519 ระบบที่เก่าแก่ที่สุดในปัจจุบันคือความพยายามที่นาซ่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ขั้นสูง (NAS) ส่วนที่นาซา ศูนย์วิจัยเอมส์ ครั้งแรกปรากฏในรายการที่ 35 ในเดือนมิถุนายน 2010 โดยมีค่า Rmax 50.3 teraFLOPS อยู่ในอันดับที่ 112. หลังจากการอัปเดตหลายครั้งระบบนี้ได้รับการจัดอันดับให้เป็นไม่ 328 พร้อม Rmax 1.654 teraFLOPS Sunway TaihuLightเป็นระบบที่มี CPU-Cores มากที่สุด (10,649,600) Tianhe-2มีแกน GPU / ตัวเร่งความเร็วมากที่สุด (4,554,752) Fugakuเป็นระบบที่มีการใช้พลังงานมากที่สุดโดยมี 29,900 เมกะวัตต์
ในเดือนพฤศจิกายน 2014 มีการประกาศว่าสหรัฐอเมริกากำลังพัฒนาซูเปอร์คอมพิวเตอร์ใหม่สองเครื่องเพื่อให้เหนือกว่า Tianhe-2 ของจีนในตำแหน่งซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดในโลก คอมพิวเตอร์สองเครื่องคือSierraและSummitแต่ละเครื่องจะเกิน 55 petaflops ของ Tianhe-2 การประชุมสุดยอดที่ทรงพลังกว่าของทั้งสองจะส่งมอบพีตาฟลอปสูงสุด 150–300 ชิ้น [66]ในวันที่ 10 เมษายน พ.ศ. 2558 หน่วยงานรัฐบาลสหรัฐสั่งห้ามขายชิปตั้งแต่ Nvidia ไปจนถึงศูนย์ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในประเทศจีนเนื่องจาก "กระทำการขัดต่อความมั่นคงแห่งชาติ ... ผลประโยชน์ของสหรัฐอเมริกา"; [67]และ Intel Corporation ไม่ให้จัดหาชิป Xeon ให้กับจีนเนื่องจากการใช้งานตามที่สหรัฐฯระบุในการวิจัยอาวุธนิวเคลียร์ - การวิจัยที่กฎหมายควบคุมการส่งออกของสหรัฐฯห้าม บริษัท ในสหรัฐฯไม่ให้มีส่วนร่วม - "กระทรวงพาณิชย์ปฏิเสธโดยระบุว่าเป็น กังวลเกี่ยวกับการวิจัยนิวเคลียร์ที่ทำด้วยเครื่องจักร " [68] เมื่อวันที่ 29 กรกฎาคม 2558 ประธานาธิบดีโอบามาได้ลงนามในคำสั่งผู้บริหารที่สร้างNational Strategic Computing Initiativeเพื่อเรียกร้องให้เร่งพัฒนาระบบExascale (1,000 petaflop) และให้ทุนสนับสนุนการวิจัยในการประมวลผลหลังเซมิคอนดักเตอร์ [69] ในเดือนมิถุนายน 2559 บริษัท ฟูจิตสึของญี่ปุ่นได้ประกาศในที่ประชุม International Supercomputing Conferenceว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์Exascaleในอนาคตจะมีโปรเซสเซอร์ที่ออกแบบเองซึ่งใช้สถาปัตยกรรมARMv8 โครงการ Flagship2020 โดยฟูจิตสึสำหรับ RIKEN วางแผนที่จะทำลายกำแพง exaflops ภายในปี 2020 ผ่านซูเปอร์คอมพิวเตอร์ Fugaku (และ "ดูเหมือนว่าจีนและฝรั่งเศสจะมีโอกาสทำเช่นนั้นและสหรัฐฯก็พอใจ - อย่างน้อยก็ในขณะนี้ - รอจนกว่าจะถึง 2023 จะฝ่าอุปสรรค exaflops." [70] ) โปรเซสเซอร์เหล่านี้ยังจะดำเนินการขยายสถาปัตยกรรมเทียบเท่า ARMv8 เพื่อ HPC-ACE2 ว่าฟูจิตสึมีการพัฒนากับARM Holdings [70] ในเดือนมิถุนายน 2559 Sunway TaihuLight กลายเป็นระบบอันดับ 1 ที่มี 93 petaflop / s (PFLOP / s) ในเกณฑ์มาตรฐาน Linpack [71] ในเดือนพฤศจิกายน 2559 Piz Daint ได้รับการอัปเกรดโดยย้ายจากอันดับที่ 8 ไปเป็นอันดับ 3 และออกจากสหรัฐอเมริกาโดยไม่มีระบบที่อยู่ภายใต้ TOP3 เป็นครั้งที่ 2 [72] [73] Inspurเป็นหนึ่งในผู้ผลิตระบบ HPC รายใหญ่ที่สุดจากเมืองจี่หนานประเทศจีน ณ เดือนพฤษภาคม 2560[อัปเดต], Inspurได้กลายเป็นผู้ผลิตที่สามที่จะได้ผลิตระบบ 64 ทาง - บันทึกที่ได้รับการเข้าใจก่อนหน้านี้โดยไอบีเอ็มและเอชพี บริษัท ได้ลงทะเบียนรายได้กว่า $ 10B และประสบความสำเร็จในการจัดหาระบบ HPC จำนวนหนึ่งให้กับประเทศนอกจีนเช่นซูดานซิมบับเวซาอุดีอาระเบียเวเนซุเอลา Inspur ยังเป็นพันธมิตรด้านเทคโนโลยีรายใหญ่ที่อยู่เบื้องหลังซูเปอร์คอมพิวเตอร์จากประเทศจีน ได้แก่Tianhe-2และTaihuซึ่งเป็นผู้นำใน 2 อันดับแรกของรายชื่อซูเปอร์คอมพิวเตอร์ Top500 จนถึงเดือนพฤศจิกายน 2017 Inspur และSupermicro ได้เปิดตัวแพลตฟอร์มบางตัวที่มุ่งเป้าไปที่ HPC โดยใช้ GPU เช่น SR -AI และ AGX-2 ในเดือนพฤษภาคม 2017 [74] ในเดือนพฤศจิกายน 2017 เป็นครั้งที่สองติดต่อกันที่ไม่มีระบบจากสหรัฐอเมริกาภายใต้ TOP3 # 1 และ # 2 ถูกติดตั้งในจีนระบบในสวิตเซอร์แลนด์อันดับ 3 และระบบใหม่ในญี่ปุ่นคือ # 4 ผลักดันระบบอันดับต้น ๆ ของสหรัฐฯไปที่ # 5 [75] ในเดือนมิถุนายน 2018 Summit ซึ่งเป็นระบบที่ IBM สร้างขึ้นที่ Oak Ridge National Laboratory (ORNL) ในรัฐเทนเนสซีสหรัฐอเมริกาครองอันดับ 1 ด้วยประสิทธิภาพ 122.3 petaflop / s (PFLOP / s) และ Sierra ซึ่งคล้ายกันมาก ระบบที่ Lawrence Livermore National Laboratory, CA, USA ได้อันดับ 3 ทั้งสองระบบนี้ถือเป็นสองจุดแรกในเกณฑ์มาตรฐาน HPCG เนื่องจาก Summit และ Sierra สหรัฐอเมริกากลับมาเป็นผู้นำในฐานะผู้บริโภคประสิทธิภาพ HPC โดยมีประสิทธิภาพการติดตั้งโดยรวม 38.2% ในขณะที่จีนเป็นอันดับสองด้วย 29.1% ของประสิทธิภาพการติดตั้งโดยรวม เป็นครั้งแรกที่ผู้ผลิต HPC ชั้นนำไม่ใช่ บริษัท ในสหรัฐอเมริกา เลอโนโวเป็นผู้นำด้วยการติดตั้งระบบ 23.8% ตามมาด้วย HPE 15.8% Inspur 13.6% Cray 11.2% และ Sugon 11% [76] เมื่อวันที่ 18 มีนาคม 2019 ที่สหรัฐอเมริกากรมพลังงานและIntelประกาศซูเปอร์ exaFLOP แรกที่จะดำเนินการในArgonne National Laboratoryในตอนท้ายของ 2021 คอมพิวเตอร์ชื่อออโรราคือการถูกส่งไปยังอาร์กอนจาก Intel และเครย์ [77] [78] เมื่อวันที่ 7 พฤษภาคม 2019 กระทรวงพลังงานสหรัฐได้ประกาศสัญญากับCrayเพื่อสร้างซูเปอร์คอมพิวเตอร์ "Frontier" ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์ Frontier คาดว่าจะเปิดให้บริการในปี 2564 และด้วยประสิทธิภาพที่มากกว่า 1.5 exaflops จึงน่าจะเป็นคอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดในโลก [79] ในเดือนมิถุนายน 2019 ระบบ TOP500 ทั้งหมดจะส่งมอบ petaflop หรือมากกว่าบนเกณฑ์มาตรฐาน High Performance Linpack (HPL) โดยมีระดับเข้าสู่รายการตอนนี้อยู่ที่ 1.022 petaflops [80]
