Zer da Superkonputagailu bat?

Superkonputagailu terminoa 60. hamarkadan sortu zen Control Data Corporation (CDC) konpainiak eraikitako ordenagailuen ezaugarriak zirela eta. Ordenagailu hauek nagusiki Seymour Cray-k diseinatzen zituen. 1974. urtean, Seymour Cray-k CDC utzi eta Cray enpresa sortu zuen. Superkonputagailu hauek berrikuntza ugari zituzten bere garaikideekiko. Paralelismoa kontutan hartzen zuten, eraginkortasun piko oso altuak lortzen zituztelarik, memoria eta biltegiratze sistemak bereziak zituzten ere. Hasiera hartan, superkonputagailuak ordenagailu bakar bat ziren, prozesagailu bakarra eta memoria bakarrarekin. Ondoren, prozesagailu bektorial gutxi batzuk izatera pasa ziren. Prozesagailu hauek oso eraginkorrak ziren Kalkulu Zientifikoan, bektore zein matrize bateko osagai askorekin eragiketak egin baizitzaketen erloju ziklo bakar batean (gaur egun nagusitzen diren prozesagailu eskalarrak datu bakar batekin egiten dituzte eragiketak ).  90. hamarkadararte superkonputagailu hauek ziren ahaltsuenak, eta antzekoak eraikitzen zituzten hainbat konpainia sortu baziren ere, Cray izan zen nagusia. Ordenagailu hauek oso garestiak ziren, hainbat miloi dolaretako kostua zuten, eta oso instituzio gutxi ziren halako baliabideak izan zitzaketenak. Ordenagailu hauek, ordenagailu bakar bat izanik, tamainaz handiak izaten ziren (ikus 1.- Irudia).

1.- Irudia: Cray 2  4 prozesagailu bektorialetako Superkonputagailua (1985). Jatorria infotology.

90. hamarkadan ordea, ehundaka konputagailuz osatutako superkonputagailuak agertu ziren (konputagailu Klusterrak), milaka prozesagailu zituztenak. 1993. urtean top500 zerrenda ere sortu zen, munduko 500 ordenagailu ahaltsuenak biltzen zituen zerrenda. Zerrenda honetako urte bakoitzeko ordenagailu ahaltsuena begiratuz, ikusi daiteke hainbat urtetan prozesagailu bektorial eta eskalarrak izan zirela zerrendako lehenengoak, txandakatuz. 1997. urterarte. Hortik aurrera prozesagailu eskalarrez eraikitako superkonputagailuak gailendu ziren.

Azpiko argazkietan,  top500 zerrendan urteetan zehar, lehengoak izan diren hainbat superkonputagailu erakusten dira. Beraien tamaina denboran zehar nola handitu den ikus daiteke.

2.- Irudia: Connection Machine 5 1024 prozesagailu eskalarretako superkonputagailua (1993). Jatorria infotology.

3.- Irudia: Fujitsu Numerical Wind Superkonputagailua (1994). Superkonputagailu honek 140 prozesagailurekin, 3.680 preozesagailu zituen Intel Paragon XP/S140 superkonputagailua baino azkarragoa zen. Jatorria infotology .

4.- Irudia: K Superkonputagailua 20012. Jatorria infotology.

Gaur egungo superkonputagailuak, beraz, konputagailu klusterrak dira, oinarrizko osagai batzuk dituzte, eta hauek milaka aldiz errepikatuta sortzen dira, unitate horiek, ordenagailu normal baten antzerakoak dira, prozesagailu eraginkorrago bat eta memoria gehiago izaten badute ere.  Unitate guzti hauek sare egoki batez loturik daude, eta eraginkortasun handiko fitxategi sistema bat ere badute, datu irakurketa eta idazketa eraginkorra izan dadin. Askotan, biltegiratze sistema hau bera, beste superkonputagailu bat izan daiteke, datuak kalkulu superkonputagailuari abiadura handian eskura jartzen dizkiona.  Ezaugarri hauek, osagai berdinekin, superkonputagailu txikiagoak eratzeko aukera ematen dute. Honegatik, top500 zerrendan dauden superkonputagailuetaz gain, ugariak dira oso antzeko osagaiekin eratuta dauden superkonputagailuak, tamaina, txikiagoak. >100.000 prozesagailu izan beharrean, milaka batzuk besterik ez dituzte, baina ikertzaile askorentzat nahikoak direnak. Superkonputagailu txikiago hauek eta top500-ekoak  nolabait desberdintzeko, “Eraginkortasun Handiko Konputagailuak” direla esaten da, superkonputagailuak izatera iritsi gabe, naiz eta muga oso lausoa izan.

1.- Taula: Top500 zerrendan lehenengo posiziaon egon diren ordenagailuak (edo beraien familiak).

* 2004-2008 urteetan zehar hainbat Blugene/L egon ziren top500 zerrendan lehengo.

1. Taula begiratuz, aipagarria da ere Azaroak 2010-eko Tianhe-1A superkonputagailuak GPU-ak zituela. GPU-a azken urteotan sortu den teknologia berri bat da, eragiketa grafikoak egiteko erabiltzen diren txartel grafikoetan oinarritua dago. Gaur egungo superkonputagailu hauetako askok horrelako prozesagailu arruntaz gain GPU-ak ere badituzte kalkulu ahalmena asko handitzen dutelarik. GPU-a  prozesagailuaren kanpotik dagoen koprozesagailu  bat bezala uler daiteke, eragiketa matematikoak oso azkar egiten prozesagailu nagusia laguntzen duena. Une honetan lehenengoa den Tianhe-2 ordenagailuak, Intelek sortutako xeon phi koprozesagailuak erabiltzen ditu, GPU-ekin zerikusirik ez dutenak baina bai helburu berdina.

Gaur egungo arazo nagusietako bat, superkonputagailu hauetako batek behar duen energia da. Irtenbide bat mugikorretan edo tabletetan erabiltzen diren prozesagailuak eta GPU-ak erabiltzea izan daiteke. Prozesagailua hauek, ez dira gaur egun konputagailuetan erabiltzen direnak eraginkorrak, energi gutxi behar dute ordea. Honela, adibide moduan, MontBlanc proiektua dago martxan, helburua exascale superkonputagailu bat lortzea da (1 exaFlop/s-tako  ahalmena lukeena) baina gaur egungo konputagailu batek behar duen energia baino 15/30 aldiz gutxiago erabiliz.