СуперЭВМ для геофізиків

СуперЭВМ для геофизиков

Наталья Дубова.

В 1979 року завершено розробка обчислювальної системи ПС-2000.

В ЦУПе остаточно 90-х працював телеметричний обчислювальний комплекс, у якому центральна система базувалася на «Эльбрусе-2», а попереднє опрацювання телеметричним інформації здійснювала система ПС-2000.

Поиск шляхів до рекордної продуктивності ЕОМ вимагає нестандартних рішень. Ми вже розповідали про реалізацію у роки різних принципів паралелізму в архітектурі обчислювальних машин, що зробити черговий ривок продуктивності. Від мільйона операцій на секунду до десятків і сотні мільйонів. Неодноразово згадувалося про те, що користувачами радянських суперЕОМ були такі організації, які вирішували секретні завдання оборони, реалізовували атомну і ядерну програми. Однак у 1979 року у стінах Інституту проблем управління АН СРСР завершується розробка високопродуктивної обчислювальної системи ПС-2000, що призначалася для суто мирних потреб.

Аббревиатура ПС означає «перестраиваемые структури». Так званими однорідними вирішальними полями — структурами з однотипних процессорных елементів, здатних паралельно обробляти дані, — в ИПУ почали проводити дозвілля у кінці 60-х. Лідером цього напряму був нині академік і директори інституту Ивери Варламович Прангишвили. Тодішній директор академік Трапезників дав команді Прангишвили карт-бланш на двох років робіт. Позитивний результат досліджень давав зелену вулицю новому напрямку, відкривав перспективу побудови реальної машини. А негативний, навпаки, продемонстрував б безперспективність такий розробки.

Через двох років на рахунку молодих вчених були теоретично обгрунтовані принципи побудови однорідних вирішальних полів, авторське свідчення, мікроелектронна реалізація однорідних структур, публікації у наукових часописах Nature і доповідь на міжнародному конгресі. А далі починається майже фантастична тим років історія. Одне з учасників розробки Владислав Валентинович Игнатущенко розповідає, що у 1972 року, тлі загального потепління радянсько-американських відносин, інтерес до робіт ИПУ, вже відомих у світі, виявив одне із західних лідерів супервычислений, корпорація Control Data. Остання запропонувала співробітництво на паритетних засадах: корпорація брала він побудову Союзі заводів із виробництва нових дискових носіїв та сучасного елементної бази й трьох обчислювальних центрів колективного користування. У цьому відповідальність за розробку многопроцессорной обчислювальної системи з перестраиваемой структурою повністю лягала на радянських фахівців.

Этим привабливим перспективам не судилося збутися. У змінилася політична ситуація, потепління змінилося похолоданням й досвід роботи було закрито, фактично не розпочавшись. Проте ентузіазм західної фірми щодо вітчизняної розробки не пройшов непоміченим радянських міністерських кріслах, і з 1975 року почався розробка обчислювальної системи ПС-2000 виключно власними силами. Разом з ИПУ у роботі взяли участь Сєверодонецьке НВО «Імпульс».

Замечательно те, що знайдені фахівцями з ИПУ принципи однорідних вирішальних полів не вимагали надпотужною елементної бази щодо створення високопродуктивної паралельної машини. Для ПС-2000 і що виникла з ним системи ПС-3000 електронна промисловість не випустила жодної замовний схеми. У цьому котрі працювали «ширпотребе» обчислювальні комплекси ПС-2000 обганяли дорогі «Эльбрусы», забезпечуючи швидкодія до 200 млн. операцій на секунду. Що Проходили держвипробування вісім досвідчених зразків машини продемонстрували на геофізичних завданнях сумарну продуктивність порядку 1 млрд. операцій на секунду.

Геофизика і було основний сферою застосування ПС-2000. Ця потужна машина дозволила розгребти нарешті поклади даних сейсморозвідки, які у величезні обсяги накопичувалися щорічно. Доступні обчислювальні потужності силу обмеженою продуктивності просто більше не встигали їх обробляти — цього необхідно було швидкодія разів у сто більше, що було разом. Оскільки завдання чудово піддавалися распараллеливанию, їх удалося з великою ефективністю вирішити на багатопроцесорних комплексах ПС-2000. Було зроблено спеціальні експедиційні обчислювальні комплекси ЭГВК ПС-2000, відмінно пристосовані до роботи у умовах геофізичних експедицій, — вони обіймали великої площі, споживали мало енергії і потребували великих витрат на експлуатацію.

В ПС-2000 реалізована архітектура з однією потоком команд і багатьма потоками даних (SIMD). Центральним компонентом системи є мультипроцессор, що включав від 8 до 64 однакових процессорных елементів. Процессорные елементи обробляли безліч потоків даних із програмі із загального модуля управління (один модуль на кожні вісім елементів).

Наиболее повне розвиток принципи перестраиваемости отримали наступній розробці ИПУ, системі ПС-3000, що була завершено до 1982 року. Тут ми вже застосовувалася архітектура безлічі потоків команд і багатьох потоків даних (MIMD). У ПС-3000 апаратно реалізована динамічна перестраиваемость структури машини в залежність від можливостей розпаралелювання конкретного обчислювального процесу. Паралельно могли виконуватися як різні завдання, і фрагменти (галузі) окремої завдання, і навіть скалярні і векторні команди кожної галузі. Система включала чотирьох центральних скалярних процесорів, одну чи дві векторних процесора — звані однорідні вирішальні поля із 8 однотипних процессорных елементів, чотирьох модулів загальної паралельної оперативної пам’яті, до 16 периферійних процесорів. Всі ці ресурси могли перерозподілятися динамічно, тобто безпосередньо під час виконання обчислень, між завданнями, гілками, командами відповідно до їх заздалегідь непередбачуваними вимогами. Це означає динамічну перестраиваемость структури машини. Фактично ПС-3000 автоматично перетворювалася з векторної в асинхронно працюючу систему, выполнявшую різні команди, і навпаки.

В на відміну від своєї попередниці ПС-3000 вирішувала переважно управляючі завдання — її було використати в верхніх рівнях ієрархічних системам управління складними технологічними процесами і виробництвами, для прямого управління складними об'єктами (наприклад, атомними реакторами) у часі й у моделювання складних об'єктів. Розроблялася й така система, ПС-3100, призначену від використання на верхніх рівнях управління атомним реактором.

Ко цієї бочку меду щодо успішної розробки нетрадиційних машин по принципам однорідних вирішальних полів доводиться додати ложку дьогтю. Игнатущенко з гіркотою відзначає, створення цих оригінальних машин не підтримувалося сильної програмістської командою. У результаті системне програмне забезпечення виявилося слабким місцем ПС. Розробники паралельних програм домагалися вражаючих результатів, коли мали безпосередній доступ до всім архітектурним родзинок цих систем, тобто програмуючи лише на рівні машинних команд. Але потужного мови програмування вищого рівня для ПС-2000 не було зроблено, а ПС-3000 распараллелили лише Фортран.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із російського сайту internet.