Высокопроизводительные вычисления ( HPC ) используют суперкомпьютеры и компьютерные кластеры для решения сложных вычислительных задач.
HPC объединяет системное администрирование (включая знания о сетях и безопасности) и параллельное программирование в междисциплинарную область, которая сочетает в себе цифровую электронику , компьютерную архитектуру , системное программное обеспечение , языки программирования , алгоритмы и вычислительные методы. [1] Технологии HPC — это инструменты и системы, используемые для внедрения и создания высокопроизводительных вычислительных систем. [2] Недавно [ когда? ] , системы высокопроизводительных вычислений перешли от суперкомпьютеров к вычислительным кластерам и сетям . [1] Из-за необходимости создания сетей в кластерах и сетях технологии высокопроизводительных вычислений продвигаются [ кем? ] за счет использования свернутой магистральной сети , поскольку архитектуру свернутой магистральной сети легко устранять неполадки, а обновления можно применять к одному маршрутизатору, а не к нескольким.
Этот термин чаще всего ассоциируется с вычислениями, используемыми для научных исследований или вычислительной науки . Связанный с этим термин, высокопроизводительные технические вычисления (HPTC), обычно относится к инженерным приложениям кластерных вычислений (таким как вычислительная гидродинамика , а также создание и тестирование виртуальных прототипов ). HPC также применяется в таких бизнес- приложениях, как хранилища данных , бизнес- приложения (LOB) и обработка транзакций .
Термин «высокопроизводительные вычисления» (HPC) возник после термина «суперкомпьютеры». [3] HPC иногда используется как синоним суперкомпьютеров; но в других контекстах «суперкомпьютер» используется для обозначения более мощного подмножества «высокопроизводительных компьютеров», а термин «суперкомпьютер» становится подмножеством «высокопроизводительных вычислений». [4] Вероятность возникновения путаницы в использовании этих терминов очевидна.
Поскольку большинство современных приложений не предназначены для технологий HPC, а модернизированы, они не предназначены и не тестируются для масштабирования на более мощные процессоры или машины. [2] Поскольку сетевые кластеры и гриды используют несколько процессоров и компьютеров, эти проблемы масштабирования могут нанести вред критически важным системам в будущих суперкомпьютерных системах. Таким образом, либо существующие инструменты не отвечают потребностям сообщества высокопроизводительных вычислений, либо сообщество высокопроизводительных вычислений не знает об этих инструментах. [2] Вот несколько примеров коммерческих технологий высокопроизводительных вычислений:
В правительственных и исследовательских учреждениях ученые моделируют создание галактик, термоядерную энергию и глобальное потепление, а также работают над созданием более точных краткосрочных и долгосрочных прогнозов погоды. [5] Десятый по мощности суперкомпьютер в мире в 2008 году, IBM Roadrunner (расположенный в Лос-Аламосской национальной лаборатории Министерства энергетики США ) [ 6] моделировал производительность, безопасность и надежность ядерного оружия и сертифицировал его функциональность. [7]
TOP500 включает в себя 500 самых быстрых высокопроизводительных компьютеров в мире по результатам теста High Performance LINPACK (HPL). Не все существующие компьютеры ранжируются либо потому, что они не соответствуют требованиям (например, они не могут выполнить тест HPL), либо потому, что их владельцы не предоставили оценку HPL (например, потому, что они не хотят, чтобы размер их системы стал общедоступной информацией). по соображениям обороны). Кроме того, использование одного теста LINPACK является спорным, поскольку ни один единственный метод не может проверить все аспекты высокопроизводительного компьютера. Чтобы помочь преодолеть ограничения теста LINPACK, правительство США поручило одному из его создателей, Джеку Донгарре из Университета Теннесси, создать набор эталонных тестов, включающий LINPACK и другие, под названием HPC Challenge. Этот развивающийся пакет использовался в некоторых закупках HPC, но, поскольку его нельзя свести к одному числу, он не смог преодолеть рекламное преимущество менее полезного теста TOP500 LINPACK. Список TOP500 обновляется два раза в год: один раз в июне на Европейской конференции по суперкомпьютерам ISC и еще раз на конференции по суперкомпьютерам в США в ноябре.
Многие идеи новой волны сетевых вычислений изначально были заимствованы у HPC.
Традиционно HPC использует локальную инфраструктуру, инвестируя в суперкомпьютеры или компьютерные кластеры. За последнее десятилетие популярность облачных вычислений выросла, поскольку они предлагают компьютерные ресурсы в коммерческом секторе независимо от их инвестиционных возможностей. [8] Некоторые характеристики, такие как масштабируемость и контейнеризация, также вызвали интерес в научных кругах. [9] Однако вопросы безопасности в облаке, такие как конфиденциальность данных, по-прежнему учитываются при выборе между облачными или локальными ресурсами HPC. [8]