Jugene (4 место)

Имея однажды звание второго по быстродействию компьютера в мире, Jugene в Юлихском суперкомпьютерном центре (Jьlich Supercomputing Centre), Германия, базируется на архитектуре IBM Blue Gene/P, в которой используется множество энергоэффективных чипов. Максимальная тактовая частота каждого процессора PowerPC 450 не превышает 850 МГц, что заметно меньше мощности CPU домашней системы.

Однако Jugene "берёт" количеством: 294912 чипов с производительностью 3,4 Гфлопс каждый делают эту машину самой быстродействующей в Европе. Снимок сделан во время обновления ранее в этом году. Модификация должна позволить преодолеть отметку в 1 Пфлопс, текущее значение – 825,5 Тфлопс. Система со 144 Тб памяти и 6 Пб дискового пространства управляется операционной системой CNK/SLES (SuSE Linux Enterprise) 9. Аппаратное обеспечение располагается в 72 стойках с 32 картами в каждой. В свою очередь, на карте расположены 32 узла с 2 Гб памяти. Максимальное энергопотребление достигает 35 кВт на одну стойку.

Kraken (3 место)

Kraken находится в Национальном институте вычислительных наук (National Institute for Computational Sciences) в Национальной лаборатории Оак-Ридж (Oak Ridge National Laboratory), Теннеси. Суперкомпьютер использует возможности шестиядерных процессоров AMD Opteron с тактовой частотой 2,6 ГГц (10,4 Гфлопс), обычно устанавливаемых в серверы и высокопроизводительные рабочие станции, чтобы достичь 831,7 Тфлопс.

Эта система класса Cray XT5-HE с 98128 ядрами является быстрейшей в мире среди управляемых академическими организациями. В октябре было выделено финансирование в размере $10 млн для создания компьютера Nautilus, который должен анализировать выходные данные Kraken. Пиковая производительность суперкомпьютера – 1,03 Пфлопс. Объём оперативной памяти – 129 Тб, дискового пространства – 2,2 Пб. Каждый из 8256 вычислительных узлов включает два Opteron (Istanbul) и 16 Гб памяти.

Это наиболее детализированная симуляция землетрясения из когда-либо проведённых. Kraken производит расчёт последствий изменений в Сан-Андреасском разломе, которых проходит между тихоокеанской и североамериканской плитами преимущественно по территории Калифорнии. Его длина более 1000 км. Моделирование показывает распространение ударных волн.

Jaguar (1 место) – см.конец предыдущей лекции.

Суперкомпьютерный комплекс, поставленный компанией «Т- Платформы» для МГУ им. М.В. Ломоносова, обладает пиковой производительностью 420Тфлопс. Реальная производительность системы на тесте Linpack - 350Тфлопс. Таким образом, эффективность суперкомпьютера, то есть соотношение реальной и пиковой производительности, составляет 83%. Этот показатель на сегодня является одним из самых высоких в мире: аналогичный показатель суперкомпьютера Jaguar, текущего лидера списка ТОП500, составляет лишь 75.46%.

МВС-100K

Межведомственный Суперкомпьютерный Центр РАН, Москва, РФ.

• Пиковая производительность: 95.04 Tflops

• Реальная производительность: 71.28 Tflops

• Cluster Platform 3000 BL460c/BL2x220, Xeon 54xx 3 Ghz

• Интерконнект: Infinband DDR 4x

• Операционная система: Linux

СКИФ МГУ (НИВЦ МГУ, 2008)

Общее количество двухпроцессорных узлов 625 (1250 четырехядерных процессоров Intel Xeon E5472 3.0 ГГц),

• Общий объем оперативной памяти – 5,5 Тбайт,

• Объем дисковой памяти узлов – 15 Тбайт,

• Операционная система Linux,

• Пиковая производительность 60 TFlops, быстродействие на тесте LINPACK 47 TFlops.

Сферы применения суперкомпьютеров

Для каких применений нужна столь дорогостоящая техника, как суперкомпьютеры? Может показаться, что с ростом производительности настольных ПК и рабочих станций, а также серверов, сама потребность в суперЭВМ будет снижаться. Это не так. С одной стороны, целый ряд приложений может теперь успешно выполняться на рабочих станциях, но с другой стороны, время показало, что устойчивой тенденцией является появление все новых приложений, для которых необходимо использовать суперЭВМ.

Определений суперкомпьютерам пытались давать много, иногда серьезных, иногда ироничных, Кен Батчер предложил такой шуточный вариант:

Суперкомпьютер - это устройство, сводящее проблему вычислений к проблеме ввода/вывода. Производительность персональных компьютеров с процессором Pentium-II/300МГц сравнима с производительностью суперкомпь-ютеров начала 70-х годов, но для своего времени это обычный персональный компьютер.

Примеры параллельных вычислительных систем

Суперкомпьютер – это вычислительная система, обладающая предельными характеристиками по производительности среди имеющихся в каждый конкретный момент времени компьютерных систем

Производительность суперкомпьютеров определяется в миллионах (мегафлопс — MFlops), миллиардах (гигафлопс — GFlops), триллионах (терафлопс — TFlors) операций с плавающей точкой в секунду.

Критерий мощности суперкомпьютера на настоящее время установили в США, наложив ограничения на экспорт за границу вычислительных средств, при помощи которых можно проводить численное моделирование ядерных реакций.

Первые суперкомпьютеры появились уже среди компьютеров второго поколения (1955 - 1964), они были предназначены для решения сложных задач, требовавших высокой скорости вычислений. Это LARC фирмы UNIVAC, Stretch фирмы IBM и "CDC-6600“ (семейство CYBER) фирмы Control Data Corporation, в них были применены методы параллельной обработки (увеличивающие число операций, выполняемых в единицу времени), конвейеризация команд (когда во время выполнения одной команды вторая считывается из памяти и готовится к выполнению) и параллельная обработка при помощи процессора сложной структуры, состоящего из матрицы процессоров обработки данных и специального управляющего процессора, который распределяет задачи и управляет потоком данных в системе. Компьютеры, выполняющие параллельно несколько программ при помощи нескольких микропроцессоров, получили название мультипроцессорных систем.

В годы с 1955 по 1961 в США фирмой IBM разрабатывался проект "Stretch", оказавший большое влияние на развитие структуры универсальных компьютеров. В проекте были воплощены все известные к 1960 году структурные принципы повышения производительности, такие как:

• совмещение операций, характерное для мультипрограммирования,

• разделение времени работы различных блоков и устройств, выполняющих одну команду,

• cовмещение во времени подготовки и выполнения нескольких команд одновременно,

• параллельное выполнение нескольких независимых программ.

В 1964 году был создан компьютер CDC6600, а в 1969 году - CDC7600, вошедшие в семейство CYBER. Для повышения быстродействия в суперкомпьютерах семейства CYBER использовались методы конвейерной и параллельной обработки при помощи процессора сложной структуры, состоящего из матрицы процессоров обработки данных и специального управляющего процессора, который распределяет задачи и управляет потоком данных в системе.

В 1972 году был создан сверхпроизводительный компьютер ILIAC4 (США) с конвейерной архитектурой, включавшей 64 процессора. Это был наиболее крупный проект среди компьютеров третьего поколения. Разрабатывали компьютер сотрудники Илинойского университета во главе с Д.Слотником. Компьютер был предназначен для решения системы уравнений в частных производных при помощи итерационных разностных схем. Решение такой задачи может быть ускорено в 64 раза по сравнению с последовательным вычислением на однопроцессорном компьютере. Максимальное быстродействие компьютера составляло 200Млн.операций в секунду.

Приведем параметры суперкомпьютера CONVEX C-3440. Суперкомпьютер включал в себя 4 векторных процессора, 1 процессор ввода-вывода, объем физической памяти составлял 512 Мб, объем виртуальной памяти до 4 Гб, объем памяти на жестких дисках 4,5 Гб, 9-дорожечный накопитель на магнитной ленте, интерфейс Ethernet (10 Мбит/сек), 16-канальный мультип-лексор. Пиковая производительность суперкомпьютера составляла 800 Мфлоп/сек.

До середины 80-х годов в списке крупнейших производителей суперкомпьютеров в мире были фирмы Sperry Univac и Burroughs. Первая известна, в частности, своими мэйнфреймами UNIVAC-1108 и UNIVAC-1110, которые широко использовались в университетах и государственных организациях.

Мэйнфреймы Burroughs от B5000 до B78xx широко применялись в коммерческих, банковских, приложениях. Фирма выпускала и совместимые с ними миникомпьютеры, которые использовались и в нашей стране. Фирма Burroughs вообще отличалась своими разработками в области компьютерных архитектур, ею были разработаны суперкомпьютеры Illiac-IV и BSP.

Основанный на транзисторах UNIVAC 1108 поддерживал до трёх процессоров и более 1 Мб памяти. В качестве устройств памяти использовались интегральные микросхемы. Широко использовались в университетах и государственных организациях. Один из первых непреднамеренных вирусов был связан с этим компьютером. На нем существовала игра Pervading Animal. При помощи наводящих вопросов игра пыталась определить имя животного, задуманного играющим.

В программе была предусмотрена возможность самообучения: если ей не удавалось отгадать задуманное человеком название, игра предлагала модернизировать себя и ввести дополнительные наводящие вопросы. Модифицированная игра записывалась поверх старой версии, а также копировалась и в другие директории — для того, чтобы сделать результат работы доступным и другим пользователям. В результате, через некоторое время все директории на диске содержали копии Pervading Animal.

После слияния Sperry Univac и Burroughs объединенная фирма UNISYS продолжала поддерживать обе линии мэйнфреймов с сохранением совместимости снизу вверх в каждой. Это является ярким свидетельством непреложного правила, поддерживавшего развитие мэйнфреймов - сохранение работоспособности ранее разработанного программного обеспечения.

В 1989 году была пущена в опытную эксплуатацию векторно-конвейерная супер-ЭВМ “Электроника ССБИС” разработки Института проблем кибернетики РАН и предприятий электронной промышленности. Производительность в однопроцессорном варианте составляла 250 MFLOPS, передача данных между массовой интегральной памятью и оперативной памя-тью осуществлялась под управлением специализированного процессора, реализующего произвольные методы доступа. Разработку супер-ЭВМ вели В.А. Мельников, Ю.И. Митропольский, В.З. Шнитман, В.П. Иванников.

В 1990 году в Советском Союзе была введена в эксплуатацию векторно-конвейерная супер-ЭВМ "Эльбрус 3.1" на базе модульных конвейерных про-цессоров (МКП), разработанная в ИТМ и ВТ имени С.А. Лебедева группой конструкторов, в которую входили Г.Г. Рябов, А.А. Соколов, А.Ю. Бяков.

Производительность суперкомпьютера в однопроцессорном варианте составляла 400 MFLOPS.

В 1996 году японская компания Fujitsu пополнила класс суперкомпьютеров новой машиной VPP700, позволяющей подключать до 256 рабочих мест, имеющую производительность 500 миллиардов операций с плавающей точкой в секунду. Этот векторный компьютер был предназначен для научных и технических расчетов. Размер дисковой памяти мог варьироваться от 4 до 512 Гбайт.

В мире суперкомпьютеров известна и компания Intel. Многопроцессорные компьютеры Paragon фирмы Intel в семействе многопроцессорных структур с распределенной памятью стали такой же классикой, как компьютеры фирмы Cray Research в области векторно-конвейерных суперкомпьютеров.

С переходом к распределенным вычислениям и к технологии клиент- сервер ведущие позиции мэйнфреймов были подорваны, но на первых порах распределенная обработка информации оказалась не дешевле, как это предполагалось, а дороже централизованной. Это связано с большими затратами на обслуживание распределенных систем. С другой стороны, переход к идеологии клиент-сервер является сложным процессом, и далеко не все фирмы- потребители смогли с ним сразу справиться. Дороговизна мэйнфреймов и большие затраты на поддержку их системы жизнеобеспечения были их основными недостатками.

Переход на КМОП-технологию вызвал резкое уде-шевление этих компьютеров. Одновременно резко снизились их требования к площадям, системам электропитания и охлаждения. В результате многие мэйнфреймы стали работать в оффисном окружении. Учитывая необходимость в поддержке большого количества работающих на мэйнфреймах при-ложений, можно понять, почему позиции мэйнфреймов на рынке средств вычислительной техники на какое-то время стабилизировались.

При построении суперкомпьютеров обладающих производительностью порядка 1,5 млрд. операций в секунду используются масштабируемые архитектуры с массовым параллелизмом. Суперкомпьютеры строятся как многопроцессорные системы или системы, объединяющие в единую множество высокопроизводительных вычислительных систем.

К данному классу можно отнести компьютеры Intel Paragon, IBM SP1, Parsytec, IBM SP2 и CRAY T3D/T3E. К этому же классу можно отнести и сети обычных компьютеров, которые все чаще рассматривают как дешевую альтернативу дорогим суперкомпьютерам.

Применение унифицированных узлов позволяет легко масштабировать вычислительную систему. Каждый узел компьютера CRAY-T3D включает в себя два процессорных элемента (processing element), сетевой интерфейс (network interface), средство поблочной пересылки (block transfer engine). В частности система CRAY-T3D может быть построена на 32, 64, 128, 256, 512, 1024, или 2048 процессорных элементах.

При построении многопроцессорной системы может использоваться одна из нескольких архитектур, определяющих схему соединения процессорных элементов между собой, схему связей с устройствами ввода/вывода и блоками памяти.

Симметричная мультипроцессорная обработка (SMP) является архитектурой, в которой несколько процессоров разделяют доступ к единственной общей памяти и работают под управлением одной копии операционной системы. В этом случае задания могут распределяться для выполнения на разных процессорах в пределах имеющихся ресурсов, допуская одновременное выполнение нескольких процессов. Главным преимуществом архитектуры SMP, по сравнению с другими подходами к реализации мультипроцессорных систем, является возможность использования ранее разработанных программных приложений.

Современные системы SMP архитектуры состоят, как правило, из нескольких однородных серийно выпускаемых микропроцессоров и массива общей памяти, подключение к которой производится либо с помощью общей шины, либо с помощью коммутатора

Этот фактор существенно сокращает время выхода на рынок и готовность традиционных коммерческих приложений на системах SMP по сравнению с другими мультипроцессорными архитектурами. Основной недостаток архитектуры в том, что такие системы нуждаются в высокой пропускной способности шины памяти. Требования к пропускной способности шины возрастают пропорционально числу процессоров, объединенных в систему и ограничивают возможность наращивания вычислительной мощности системы. Поэтому целесообразно использовать кэш память второго уровня (внешние для процессора буферные запоминающие устройства) для уменьшения нагрузки на шину.

Построение кластерных конфигураций из SMP-компьютеров не дает хороших показателей масштабирования, обычно ограничиваются небольшим числом компьютеров в кластере. Ограничение масштабируемости связано с фиксированной пропускной способностью связывающих гиперузлы магистралей. Более масштабируемые кластероподобные системы можно строить с применением сетевых архитектур, таких как Tandem ServerNet.

Эта система состоит из нескольких процессорных узлов и узлов ввода/вывода, объединенных друг с другом системной сетью ServerNet. Базовым элементом сети ServerNet является маршрутизатор, выполненный в виде отдельной заказной СБИС. Для обеспечения отказоустойчивости предполагается возможность построения двух независимых подсетей ServerNet: X и Y.. Одной из дополнительных возможностей новой архитектуры является наличие специальной шины когерентности, допускающей подключение до четырех ЦП. Эта шина обеспечивает согласованное состояние общей для нескольких процессорных узлов памяти и их кэшей.

Архитектура cc-NUMA является одним из путей улучшения масштабируемости по сравнению с традиционным SMP-подходом. Перспективное на-правление развития МРР-систем с архитектурой сс-NUMA было предложено фирмой Convex (ныне подразделение Hewlett Packard), выпустившей многопроцессорные компьютеры Exemplar SPP1000, SPP1200, SPP1600 и серверы S и X-класса (SPP2000). Особенность архитектуры cc-NUMA в использовании физически распределенной оперативной памяти как единой, но логически разделяемой.

Convex Exemplar SPP1000 :

Компанией SGI разработана новая высокомодульная масштабируемая система с высокой пропускной способностью (архитектура S2MP). Особенности архитектуры S2MP, реализованы в компьютерах SGI Origin и Onyx2.

Основным строительным блоком в архитектуре S2MP является узел. В компьютерах Origin 2000 узлы реализованы в виде отдельных плат, каждая из которых содержит 1 или 2 64-разрядных RISC-микропроцессора.

Системы массового параллелизма выходят на первые позиции, в том числе по производительности. МРР-системы создаются на базе высокопроизводительных стандартных микропроцессоров RISC-архитектуры - тех же, что используются в рабочих станциях и серверах.

Фирмой IBM был разработан суперкомпьютер Deep Blue, как система массового параллелизма. Это, был первый компьютер, победивший чемпиона мира по шахматам. Компьютер Deep Blue разрабатывался первоначально в университете Carnegie Mellon студентами Фенг-хсиунгом Хсу и Марри Кампбеллом на чипсете, использовавшемся в компьютере Sun 3/160.

Проект был принят к исполнению фирмой IBM в 1989, когда Кампбелл пришел работать в фирму. В этом году впервые против чемпиона мира Гарри Каспарова играл компьютер Deep Though. Каспаров легко обыграл компьютер в двух партиях.

К февралю 1997 года была разработана новая шахматная программа и значительно увеличена скорость вычислений компьютера, и тогда "Голубому гиганту" удалось победить Каспарова со счетом 3.5:2.5.

Летом 1995 г. два токийских университета продемонстрировали специализированный (предназначенный для моделирования задач астрофизики) суперкомпьютер GRAPE-4, собранный из 1692 микропроцессоров и обошедшийся всего в 2 млн. долл. Он первым в мире преодолел порог в 1 трлн. оп./с с результатом 1,08 Тфлопс.

Через 15 месяцев компания Cray Research сообщила, что модель Cray T3E-900, насчитывавшая 2048 процессоров, побила рекорд японцев и достигла 1,8 Тфлопс.

В 1997 г. появились сообщения о проекте моделирования  ядерного взрыва в Лос-Аламосской лаборатории - Программа ASCI (Accelerated Strategic Computing Initiative)

• 1996, система ASCI Red, построенная Intel, производительность 1 TFlops,

• 1999, ASCI Blue Pacific от IBM и ASCI Blue Mountain от SGI, производительность 3 TFlops,

• 2000, ASCI White с пиковой производительностью свыше 12 TFlops (реально показанная производительность на тесте LINPACK составила на тот момент 4938 GFlops)

Система ASCI Red фирмы Intel (США, 1997) имеет предельную (пиковую) производительность 1,8 триллионов операций в секунду (1,8 Тфлопс). Система ASCI Red включает в свой состав 9624 микропроцессоров PentiumPro с тактовой частотой 200 Мгц, общий объем оперативной памяти 500 Гбайт и имеет стоимость 50 млн. Долларов.

ASCI White:

• Система с 512-ю симметричными мультипроцессорными (SMP) узлами, каждый узел имеет 16 процессоров,

• Процессоры IBM RS/6000 POWER3 с 64-х разрядной архитектурой и конвейерной организацией с 2 устройствами по обработке команд с плавающей запятой и 3 устройствами по обработке целочисленных команд, они способны выполнять до 8 команд за тактовый цикл и до 4 операций с плавающей запятой за такт, тактовая частота 375 MHz,

• Оперативная память системы – 4 TB,

• Емкость дискового пространства 180 TB

Лидер 2002- 2004 г.г. Earth Simulator содержит 640 процессорных узлов, соединенных между собой через высокоскоростной переключатель. В состав узла входят 8 векторных арифметических процессоров, работающих над общей для каждого узла оперативной памятью, коммуникационный процессор и процессор для операций ввода/вывода. Оперативная память каждого узла разделена на 2048 банков и имеет объем 16 Гбайт. Пиковая производительность одного арифметического процессора равна 8 Гфлопс, поэтому пиковая производительность всего компьютера, объединяющего 640*8=5120 процессоров, равна 40 Тфлопс.

На японском суперкомпьютере Earth Simulator смоделировали рост Вселенной за последние 13 миллиардов лет. Астрофизики проследили за возникновением современных космологических структур - галактик и их кластеров - из газовых "пузырей", которыми космос был наполнен спустя 300 миллионов лет с момента Большого Взрыва.

Система BlueGene:

Первый вариант системы представлен в 2004 г. и сразу занял 1 позицию в списке Top500.

Расширенный вариант суперкомпьютера (ноябрь 2007 г.) по прежнему на 1 месте в перечне наиболее быстродействующих вычислительных систем:

• 212992 двухядерных 32-битных процессоров PowerPC 440 0.7 GHz,

• пиковая производительность около 600 TFlops, производительность на тесте LINPACK – 478 TFlops

Физики из Аргоннской национальной лаборатории (Argonne National Laboratory) в Чикаго воспользовались суперкомпьютером IBM Blue Gene/P, чтобы смоделировать экстремальную физику взрыва сверхновой звезды.

В итоге ученые получили очень интересные визуализированные модели, изображения которых могут представлять не обязательно научную, но и художественную ценность. Абстракции с физическим смыслом.

Компьютерный снимок сверхновой типа Ia (подкатегория цефеид) сразу после момента детонации. Количество высвобождаемой энергии эквивалентно 10^27 водородных бомб, каждая по 10 мегатонн в тротиловом эквиваленте. Эта громадная энергия делает взрывы подобных звезд одними из самых ярких во вселенной, их также используют как индикаторы расстояний в космологии.

Продолжение процесса. Сам взрыв длится менее 5 секунд, но суперкомпьютер использовал более 160 тыс. процессоров и 22 млн. вычислительных часов для его симуляции.

Система RoadRunner:

RoadRunner является наиболее быстродействующей вычислительной системой (2008) и первым в мире суперкомпьютером, производительность которого превысила рубеж 1 PFlops (1000 TFlops): пиковая производительность около 1700 TFlops, производительность на тесте LINPACK – 1026 TFlops, 12960 процессоров IBM PowerXCell 8i и 6480 двух ядерных процессоров AMD Opteron.

Jaguar Cray XT5-HE , обладающий приблизительно на 70% большей вычислительной мощностью по сравнению с Roadrunner, делит вместе с Kraken помещения Национальной лаборатории Оак-Ридж. Впервые суперкомпьютер был продемонстрирован в прошлом году, но его дополнительные 181000 ядер вступили в строй только в нынешнем.

В отличие от большинства американских государственных проектов подобного масштаба Cray XT5-HE не находится под контролем военных. Основное предназначение предыдущих суперкомпьютеров Министерства энергетики, в том числе Roadrunner, - это моделирование различных явлений в области атомной энергетики и ядерных взрывов. Первый номер Top500 также занимается климатическими изменениями, изучением структуры воды и другими научными задачами.

Согласно тесту Linpack, 224162 ядра продемонстрировали производительность 1,759 Пфлопс. Пиковая теоретическая мощность – 2,3 Пфлопс. Каждый вычислительный узел содержит два шестиядерных процессора Opteron с тактовой частотой 2,6 ГГц, 16 Гб памяти и роутер SeaStar 2+ с пропускной способностью 57,6 Гб/с.

Симуляция течений углекислого газа с учётом их поглощения почвой и растениями во время восхода Солнца над Восточной Европой. Поглощение CO2 показано в зелёных и белых цветах и имеет наибольшую силу в тропической зоне. Красный цвет обозначает высвобождение парникового газа в атмосферу. По мере наступления тёмного времени суток лидировать в объёме выбросов начинает территория центральной Африки.

Продолжение следует....

Родился 16 ноября 1922 года в городе Фландро, штат Южная Дакота, а умер 10 ноября 2015 года в городе Пало-Альто, Калифрния, немного не дотянув до 93 лет. Он был главным конструктором и разработчиком легендарных компьютеров – IBM 704, 709, 7030, 7090 и архитектором компьютерного семейства третьего поколения IBM System360. После уйдя из IBM организовал собственную фирму Amdahl Corp. которую называли Красным Гигантом или BIG RED, где в 1975 году создали первый в мире компьютер Amdahl 470 V/6 целиком построенный на БМК, обратите внимание, что старик Сеймур Крей в то время свой CRAY-1 на рассыпухе голимой, используя только элементы 5 ИЛИ/ИЛИ-НЕ сделал. SIC! Прочувствовайте разницу в уровне технологии! Создание семейства IBM/360 оказало огромное влияние на весь ход развития истории. Структуру и архитектуру этих вычислительных машин воспроизвели в многих странах.

Нужно обратить внимание на благотворное влияние агрессивной армии США в его судьбе, ибо он поступил в колледж штата Южная Дакота (будущий университет Южная Дакота) осенью 1941 года и учился здесь до весны 1943 года, когда посреди учебы был отправлен изучать физику и электронику по специальной учебной программе армии США, чем занимался с середины 1944 года по 1946 год, вернувшись в свой колледж получил степень бакалавра как инженер-физик спустя два года. Но не остановился на этом.

В Висконсинском университете в 1950 году он получил задание от своего профессора сообразить на троих вместе с двумя другими выпускниками: может ли внутриядерная сила частиц отразить предельное состояние между тремя простейшими ядерными частицами. В течение месяца Амдал и два его товарища по несчастью работали с арифмометром и логарифмической линейкой, чтобы получить всего две наиболее значимых цифры, и вычислить самый низкий энергетический уровень для любой величины параметров. Они были в печали, когда обнаружили, что существует почти предельное состояние, но не само предельное состояние. Короче говоря, предполагаемая внутриядерная сила не могла адекватно отразить состояние ядра атома. Тогда не зная сомнений Джин Амдал решил построить компьютер для коротких расчетов который он собрал, и был он назван Wisconsin Integrally Synchronized Computer— WISC (Висконсинский интегрально синхронизированный компьютер). Его докторская диссертация была отчетом о разработке этого компьютера.

В феврале 1952 года он получил степень доктора философии по теоретической физике в Висконсинском университете и в июне того же года устроился работать в IBM, где сначала работал над проектированием машин для распознавания символов. Когда Джин перешёл на завод IBM в Поукипси, в штате Нью-Йорк, где делали IBM 701 широко известный в агресивной армии США и близких к ней структурам под именем Defense Calculator. В ноябре 1953 года Амдал назначается главным проектантом компьютера IBM 704, который в основном использовался в мирных целях. Это был первый компьютер, на котором был реализован первый, в общечеловеческом смысле слова, язык программирования высокого уровня FORTRAN. После Джин Амдал становится главным разработчиком следующей машины — IBM 709. Компьютер IBM 709 в архитектурном плане приближался к машинам второго и третьего поколения. В этой машине впервые была применена косвенная адресация и впервые появились каналы ввода-вывода. IBM 709 позже был переведён с ламп на транзисторы и стал называться IBM 7090.

Из-за разногласий с руководством Голубого гиганта во время его работы над Stretch Амдал уходит из IBM. С 1956 года он работает в фирмах Thomson Ramo Wooldridge и Aeronutronic Systems, но в 1960 году возвращается в исследовательский центр IBM в Йорктаун-Хайте, штат Нью-Йорк, где становится директором отдела экспериментальных вычислительных машин, и руководит работами по созданию ставшей легендарной серии System 360. В начале апреля 1964 года фирма IBM объявила о выпуске шести моделей 30, 40, 50, 60, 62, 70 своего семейства IBM System 360. Кроме них к началу продаж IBM выпустила ещё 19 новых систем памяти и 26 устройств ввода-вывода совместимых между собой в рамках этой единой системы. IBM System 360 — это первое семейство, в котором было применено микропрограммирование, что сделало эти различные машины совместимыми между собой. За 6 лет до конца 60-х IBM выпустила более 33 тысяч таких машин.

О время работы над проектом System 360 он написал свою основополагающую статью “Новые концепции в разработке вычислительных систем”, в которой декларировал:

— развитие техники программирования и компилирования для увеличения эффективности и гибкости вычислительных устройств;

— повышение быстродействия вычислительных машин с целью увеличения производительности и снижения стоимости выполняемых операций;

— мультипрограммирование (разделение во времени) и мультиобработка (разделение вычислений) для увеличения количества одновременно используемого оборудования вычислительной системы;

— развитие системы обмена результатами вычислений для большей гибкости в составе и размещении устройств вычислительной системы.

В феврале 1965 года стал членом научного общества IBM, где ему было разрешено заниматься следующие 5 лет любыми проектами, которые ему понравятся. Там он стал директором лаборатории перспективных компьютерных систем в Менло-Парк. В 1969 году Амдал и руководство IBM поссорились из-за стратегии по созданию мейнфреймов. В IBM устанавливали цены на свою технику, исходя из её производительности, а не из затрат на производство, поэтому любое предложение по созданию большого компьютера в компании отклоняли, поскольку его высокая цена исходя из такой ценовой политики сократит рынок, и не оправдает затрат на разработку. Он попросил о встрече с руководителями IBM. “Они изобразили графически на доске, почему IBM была права, что компьютер, который я хочу построить, обойдется им очень дорого”. System 360, которую разработал Амдал, хорошо продавалась, и IBM не имело причин вмешиваться в сбыт. “В основном, я ушел из IBM во второй раз, потому что я хотел работать с большими компьютерами. В случае если бы я остался в IBM, я должен был изменить свою карьеру, не получая личного удовлетворения от работы”.

Летом 1970 года в IBM узнали, что некая компания Compata разработала мини-компьютер, что являлось со стороны Амдала нарушением закона IBM о столкновении интересов. Когда позже разобрались, что данная фирма Compata не имеет ничего общего с фирмой отца Амдала и тоже называвшейся Compata, перед ним извинились, но настаивали на его уходе из Compata. (извените за тавталогию с Compata) В это время Compata переживала финансовые трудности и благородный Джин чувствовал, что должен помочь своему бате. Поэтому он решил уйти из IBM и основать свою собственную фирму Amdahl Corp. Дабы не плодить лишних кривотолков. В октябре 1970 года, Амдал решил создать мэйнфреймы, совместимые по разъемам с IBM, чтобы они могли работать с оборудованием и системами, созданными другими изготовителями. И так появился на свет Big Red. На всех машинах Амдала стоял красивый красный знак “Amdahl”, вместо голубого полосатого, и в течение 15 лет мэйнфреймы его компании были совместимыми по разъемам и софту с компьютерами IBM. Нет сомнений в том, что он хотел этим красным словом что-нибудь сказать голубым гигантам. А чего ещё можно ожидать от человека, фамилия которого происходит от имени великого норвежского троля?

С конца 1971 года Джин Амдал приступил к проектированию и разработке своего первого семейства Amdahl 470. Amdahl 470 V/6 появилась в середине 1975 года и это был первый в мире компьютер четвертого поколения, построенный полностью на БИС и заказных БИС на основе БМК, его производительность была 5,4 млн. операций в секунду, она достигалась за счёт конвейерной обработки команд. Исполнение команд разбивалось на 12 стадий, каждая новая команда выбиралась через два такта длительностью 64 нc, до шести команд одновременно могли находиться в различных стадиях конвейера в случае его бесконфликтной работы.

Оцените баланс цена/производительность, которой удалось найти Амдалу, хоть в его конструкции использовали десятки заказных БИС, и их монтировали на 14 слойные печатные платы по 42 штуки, машина работала с воздушным охлаждением, и была много дешевле CRAY-1, который был собран на обычных ИС по 144 штуки на 5 слойных платах и требовал охлаждения фреоном. Применение в Amdahl 470 V/6 быстродействующей биполярной кэш-памяти емкостью 16 Кбайт сокращало время обращения к основной памяти 8 Мбайт собранной на более медленных МОП микросхемах позволило построить достаточно быструю, более ёмкую и дешёвую систему по сравнению с IBM или CRAY-1 которая увидела свет в следующем году. Этот компьютер Amdahl 470 V/6 имел в 2 раза большую производительность, в 2 раза большую емкость памяти и занимал в 3 раза меньшую площадь чем самый мощный — IBM 370/168 у IBM в то время, и великолепно с ним конкурировал. К весне 1977 года фирма Amdahl Corp. установила полсотни этих компьютеров, ещё понизила цену на 470 V/6 и сделали две новые машины 470 V/5 и 470 V/7, которые были совместимыми с IBM 370/168 и IBM 3033, но были на треть быстрее оных и дешевле при этом.

В ответ на это IBM убедила покупателей, что ее новые мэйнфреймы будут дешевле, чем у любых конкурентов. Fear, uncertainty, and doubt (страх, неуверенность, сомнение) – FUD этот новый акроним в технику ввёл Амдал описывая действия голубых гигантов в отношении своих потенциальных заказчиков. И после этого был логичный шаг в схватке бегемотов, Амдал потерял контроль над Amdahl Corp. продав большую часть своих акций японской фирме Fujitsu. Назвав себя BIG не всегда как правило получается стать настоящим гигантом.

В августе 1980 Амдал основал новое предприятие Trilogy Systems. Её основателями стали трое: Джин Амдал, его сын Карлтон (бывший главный проектировщик Magnuson Computer) и бывший финансист Амдала Клиффорд Мэден, отсюда и логичное название. После этого он попал в больницу, и там разрабатывал проект СБИС для своей новой машины, но к зиме 1983—1984 года, стало ясно, что с оценкой параметров будущего суперкомпьютера Акела Амдал промахнулся, и ему пришлось расстаться с грандиозными планами завоевания рынка. Как следствие весной 1985 года Trilogy приняла решение слиться с Elxsi и пойти по пути нашего МЭП, делать машины совместимые с VAX-11. Новый компьютер от Амдала был мощнее VAX-11, совместим с ним на программном уровне, но стоил дороже родного VAXa. Народ этого не понял, раньше было быстрее и дешевле, а тут ...

В конце концов, фирма Trilogy обанкротилась, a Elxsi стала заниматься ресторанным бизнесом и превратилась в холдинговую компанию.

С 1987 года Амдал работал в фирме Andor System, производящей системы промежуточного уровня, но в 1994 году она также обанкротилась.

В 1994 году Джин Амдал вошёл в совет директоров компании Commercial Data Servers (CDS). Первой разработкой CDS стал небольшой мэйнфрейм CDS 104 с производительностью 7 млн. операций в секунду. Заниматься железом они закончили в 1997 создав ESP/490 с которым конкурировали с IBM System/390. Сейчас эта компания известна как Xbridge Systems и занимается очень серьёзным софтом для работы с базами даных на мейнфреймах. В 2005 году он покинул руководство этой компании.

В ноябре 2004 Амдал был назначен в совет консультантов компании Massively Parallel Technologies про которую ничего к сожалению рассказать не могу. Вскоре после этого к нему в дом пришёл наглый старик Альцгеймер, который каждый день стал привносить в жизнь заслуженного человека много нового и интересного, но не смотря на свою заслуженную дурную славу последнею точку в жизни Джина Амдала поставила банальная пневмония, а не этот наглый старик Альцгеймер.

PS Продолжает действовать выведенный им еще в конце 60-х годов XX века закон – закон Амдала, и как минимум думаю он сможет пережить память большинства легендарных машин созданных этим великим человеком.

ЗАКОН АМДАЛА

Ускорение, которое может быть получено на вычислительной системе из p процессоров при доле последовательных вычислений – α , по сравнению с однопроцессорным решением не будет превышать величины

Из таблицы видно, что только алгоритм, вовсе не содержащий последовательных вычислений (α = 0), позволяет получить линейный прирост производительности с ростом количества вычислителей в системе. Если доля последовательных вычислений в алгоритме равна 25 %, то увеличение числа процессоров до 10 дает ускорение в 3,077 раза (эффективность 30,77 %), а увеличение числа процессоров до 1000 даст ускорение в 3,988 раза (эффективность 0,4 %). Отсюда же очевидно, что при доле последовательных вычислений α общий прирост производительности не может превысить 1 / α. Так, если половина кода — последовательная, то общий прирост никогда не превысит двух.

Достижение параллелизма возможно только при выполнимости следующих требований:

• независимость функционирования отдельных устройств ЭВМ (устройства ввода-вывода, обрабатывающие процессоры и устройства памяти),

• избыточность элементов вычислительной системы

• использование специализированных устройств (например, отдельные процессоры для целочисленной и вещественной арифметики, устройства многоуровневой памяти),

• дублирование устройств ЭВМ (например, использование нескольких однотипных обрабатывающих процессоров или нескольких устройств оперативной памяти),

Дополнительная форма обеспечения параллелизма - конвейерная реализация обрабатывающих устройств

Необходимость параллельных вычислений:

• Опережение потребности вычислений быстродействия существующих компьютерных систем

• Моделирование климата

• Генная инженерия

• Проектирование интегральных схем

• Анализ загрязнения окружающей среды

• Создание лекарственных препаратов и др.

Оценка необходимой производительности – 1012 операций (1 Tflops)

• Теоретическая ограниченность роста производительности последовательных компьютеров

• Резкое снижение стоимости многопроцессорных (параллельных) вычислительных систем

  • ПК на базе четырехядерного процессора Intel Core 2 Quad – 20 GFlops ($1500),

  • Персональный мини-кластер T-Edge Mini на базе четырехядерных процессоров Intel Xeon – 240 GFlops ($20000)

• Смена парадигмы построения высокопроизводительных процессоров - многоядерность

• Принятие обоснованных решений практически в любой сфере человеческой деятельности с необходимостью предполагает проведение расширенного математического моделирования с тщательным исследованием возможных вариантов деятельности с помощью вычислительных экспериментов

• При этом, появление столь радикально возросших возможностей суперкомпьютерных технологий позволяет разрабатывать углубленные математические модели, максимально точно описывающих объекты реального мира, и требующие для своего анализа проведения масштабных вычислений.