Υπερυπολογιστής

Υπερυπολογιστής ονομάζεται ένας υπολογιστής που διαφέρει σημαντικά από τους καθημερινούς προσωπικούς υπολογιστές όσον αφορά στον αριθμό των υπολογισμών κινητής υποδιαστολής που μπορεί να εκτελέσει ανά δευτερόλεπτο. Οι υπερυπολογιστές αποτελούνται συνήθως από εκατοντάδες ή και χιλιάδες επεξεργαστές και χρησιμοποιούνται σε μεγάλα εργαστήρια, μεταξύ άλλων για πολύ απαιτητικές προσομοιώσεις (π.χ. της συμπεριφοράς των αστεριών ενός γαλαξία ή της ατμόσφαιρας σε πλανητική κλίμακα). Η ικανότητα υπολογισμών μετριέται συνήθως με τον όρο Flops (FLoating-point Operations Per Second, υπολογισμοί κινητής υποδιαστολής ανά δευτερόλεπτο). Η υπολογιστική ικανότητα των σημερινών υπερυπολογιστών έχει ξεπεράσει το 1 PetaFlop.
Ο όρος υπερυπολογισμός χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από την εφημερίδα New York World το 1920 σε αναφορά της σε ειδικής κατασκευής ηλεκτρομηχανικές συσκευές αυτοματοποιημένης πινακοποίησης που κατασκεύαζε η IBM για το πανεπιστήμιο Κολούμπια.
Οι πραγματικοί υπερυπολογιστές έκαναν την εμφάνιση τους την δεκαετία του 1960 με βασικό σχεδιαστή τον Σέυμουρ Κρέι (Seymour Cray) που εργαζόταν στην Control Data Corporation (CDC). Κατά τη δεκαετία του 1970 ο Κρέι δημιούργησε τη δική του εταιρεία, την Cray Research, η οποία επικράτησε στον χώρο των υπερυπολογιστών, με δικές του δημιουργίες, για πέντε χρόνια (1985 - 1990). Στην δεκαετία του 1980 μεγάλος αριθμός μικρότερων εταιρειών μπήκαν σε αυτό τον τομέα παράλληλα με την δημιουργία του μικροϋπολογιστή μια δεκαετία νωρίτερα. Πολλές από αυτές τις εταιρείες έκλεισαν στα μέσα τις δεκαετίας του 1990 εξαιτίας αυτού που αποκαλούμε σήμερα κραχ αγοράς υπερυπολογιστών. Επί του παρόντος οι υπερυπολογιστές κατασκευάζονται από μεγάλες παραδοσιακές εταιρείες υπολογιστών, όπως η ΙΒΜ και HP που εξαγόρασαν τις μικρότερες. Οι υπερυπολογιστές είναι συνήθως ειδικές και μοναδικές μεγάλες κατασκευές. Η Cray Research εξακολουθεί να κατασκευάζει υπερυπολογιστές. Στους καινούριους υπερυπολογιστές Cray, όπως και στον Roadrunner της IBM χρησιμοποιούνται, οι επεξεργαστές Opteron της εταιρείας AMD.
Το Πολυτεχνείο της Βιρτζίνια χρησιμοποίησε το 2003 για πρώτη φορά υπολογιστές της Apple για να κατασκευάσει τον υπερυπολογιστή του. Δημιούργησε ένα δίκτυο με 1100 Power Mac G5 (διπλού επεξεργαστή), το οποίο έγινε γνωστό με το ψευδώνυμο Big Mac. Αυτά τα μοντέλα της σειράς προσωπικών υπολογιστών Power Macintosh, με τον επεξεργαστή PowerPC G5 της IBM, ήταν μακράν ταχύτεροι και πιο αξιόπιστοι από τους επεξεργαστές της Intel ή της AMD για PC αρχιτεκτονικής x86. Το εγχείρημα κόστισε 5,2 εκατομμύρια δολάρια και έγινε ο τρίτος γρηγορότερος υπερυπολογιστής (17,6 TeraFlops) ανάμεσα σε πολύ ακριβότερους. Κύριο εμπόδιο στην επέκτασή του ήταν η μεγάλη θερμότητα που παραγόταν από το σύνολο των μονάδων γι' αυτό και αργότερα οι G5 αντικαταστάθηκαν με λιγότερο ενεργοβόρους εξυπηρετητές της Apple. H επιτυχία του Bic Mac έστρεψε το ενδιαφέρον της Apple προς την αγορά των διακομιστών και πολλά εκπαιδευτικά ιδρύματα στην κατασκευή φθηνών και αποδοτικών υπερυπολογιστών.
Οι υπερυπολογιστές, αν και πολλές φορές ταχύτεροι από τους οικιακούς υπολογιστές, δεν εκτελούν ταυτόχρονα πολλά προγράμματα. Είναι κατασκευασμένοι για να εκτελούν συνήθως μία εργασία με τη μεγαλύτερη δυνατή ταχύτητα. Αυτή είναι και η βασική τους διαφορά απέναντι στους μεγάλους ή κεντρικούς υπολογιστές (mainframes).

Οι υπερυπολογιστές σήμερα

Σύγχρονες κατασκευές υπερυπολογιστών, σχεδόν κατά κανόνα χρησιμοποιούν χιλιάδες κοινούς μικροεπεξεργαστές σε παράλληλη διάταξη για να επιτύχουν πολύ υψηλές ταχύτητες επεξεργασίας. Ένας από αυτούς τους υπερυπολογιστές, είναι ο Blue Gene/L, περιέχει 65536 μικροεπεξεργαστές και έχει πετύχει μέγιστη ταχύτητα 596 TFlops (terra-flops δηλαδή τρισεκατομμύρια).
Η IBM κατασκεύασε επίσης τον πιο ισχυρό έως σήμερα υπολογιστή με το όνομα Roadrunner. Xρησιμοποιεί τους αντίστοιχους με τον BlueGene/L τυπικούς επεξεργαστές και επιπλέον 16000 οκταπύρηνους Cell της IBM, οι οποίοι βρίσκονται στις παιχνιδομηχανές Sony Playstation 3. H συνολική επεξεργαστική ισχύς είναι τέσσερις φορές μεγαλύτερη από αυτήν του BlueGene/L και ξεπερνάει το ένα PetaFlop (1000 TeraFlop = 1 PetaFlop, δεκάκις τρισεκατομμύρια ή 10¹⁵ Flop). Είναι εγκατεστημένος στο Λος Άλαμος του Νέου Μεξικού με σκοπό την προσομοίωση πυρηνικών δοκιμών. Η εγκατάστασή του ολοκληρώθηκε το 2008 και καταλαμβάνει χώρο 1100 τετραγωνικών μέτρων.
Με την εξάπλωση των ευρυζωνικών δικτύων πολλοί οικιακοί υπολογιστές μπορούν να συνδεθούν σε κεντρικούς διακομιστές μέσω Διαδικτύου και λειτουργώντας αθροιστικά να επιτύχουν υψηλή υπολογιστική ισχύ (υπολογιστικό πλέγμα). Δύο σημαντικές προσπάθειες προς την κατεύθυνση αυτή είναι η πλατφόρμα ενδιάμεσου λογισμικού BOINC του πανεπιστημίου Μπέρκλεϊ της Καλιφόρνιας και το Folding@Home του Πανεπιστημίου Στάνφορντ, με χρήση των επεξεργαστών Cell του Playstation 3. Στο Folding@Home τα στατιστικά δείχνουν για τους χρήστες Playstation 3 μια μέση ταχύτητα στα 560 TFLOPS ενώ για Windows 186 TFLOPS. Το BOINC είναι πολυδιάστατο εγχείρημα με βασική εφαρμογή το SETI@Home. Η συνολική μέση ταχύτητά του είναι 550 TeraFlops.