Быстродействие компьютеров и параллельные вычисления
Ни для кого не является секретом, что лучшие в мире процессоры для компьютерной техники разрабатываются и производятся в США. К ним относятся компоненты таких ведущих мировых брендов, как Intel, AMD, IBM. Вычислительная техника развивается быстрыми темпами и сегодняшние образцы персональных компьютеров (ПК) во много раз превосходят своих вчерашних собратьев по производительности, объему оперативной и постоянной памяти, а также по возможностям программного обеспечения и периферийного оборудования.
Увеличение быстродействия ПК – это важная и актуальная проблема, потому что существуют задачи с большим массивом данных, которые нужно быстро обработать. Среди них научное моделирование, прогнозирование и проектирование. Например, задача о предсказании погоды на основании обработки данных, собранных со спутников и метеорологических станций, разбросанных по всему земному шару, или моделирование ядерного взрыва, расшифровка криптограмм и так далее. Быстродействие компьютеров, применяемых в военной технике, имеет первостепенное значение, ведь в современных условиях от этого зависит исход поединка противоборствующих систем вооружения или единиц боевой техники. Что касается ПК, то для него актуальна обработка изображений с высоким разрешением, включая высококачественное видео.
Производительность компьютера напрямую зависит от возможностей центрального процессора, граничная частота обработки данных которого задает максимальное быстродействие. Скорость работы единичных процессоров зависит от ограничений существующей технологии их изготовления. В процессе развития любая технология достигает своего предела. Для получения лучших параметров изделия требуется переход на новую технологию. Как правило, для отработки новой технологии нужны дополнительные финансовые средства.
Но есть еще один известный путь увеличения быстродействия компьютеров без изменения технологии. Это параллельный принцип вычислений. Его суть заключается в том, что вычислительная задача разбивается на несколько независимых фрагментов, и каждый из них обрабатывается своим ПК. После завершения работы полученные решения объединяются и, если необходимо, производятся окончательные вычислительные операции. Именно так и поступали во времена, когда технические возможности компьютеров не были столь мощными, как сегодня. Машинное время отдельных ПК, удаленных друг от друга, можно суммировать с помощью сети Интернет.
В настоящее время принцип параллельности не только не забыт, но и начал усиленно развиваться. Все вычислительные мощности сосредотачивают в одном месте, даже в одной стойке, где на базе обычных стандартных процессоров с не очень высокими параметрами создают сверхмощные компьютеры. Этот принцип получил название многопроцессорных систем. Современные суперкомпьютеры имеют кластерную архитектуру, а самые лучшие их образцы содержат более чем 100 тысяч единичных процессоров. Быстродействие таких компьютеров уже перешагнуло порог в 1000 триллионов операций в секунду. Что касается России, то Межведомственному суперкомпьютерному центру РАН принадлежит мультиядерная система, которая по данным на конец 2008 занимала 35-ю строчку мирового рейтинга. Суперкомпьютер МВС-100K имеет 7920 ядер и пиковую производительность 95 триллионов операций в секунду. Сегодня это самая мощная вычислительная система в СНГ.
Существующие технологии производства процессоров для ПК практически уже достигли своего предела развития. Были созданы компоненты с максимальной тактовой частотой порядка нескольких гигагерц. Дальнейшее совершенствование процессоров без перехода на новый уровень, новую технологию, невозможно. Поэтому в современных ПК для увеличения быстродействия решения вычислительных задач также стали применять принцип параллельной работы. Например, двухъядерный процессор Intel Core 2 Duo или четырехъядерный AMD Phenom X4. В 2011 году было освоено производство 8-ядерных процессоров для ПК и 16-ядерных для профессиональных серверов.
Однако параллельная работа большого количества ядер приводит к усложнению схемы, дополнительным расходам на обслуживающий чипсет микросхем, на установку источника питания повышенной мощности. Поэтому количество единичных процессоров или ядер в ПК вряд ли разумно поднимать свыше 10–12 штук, так как это усложнит систему охлаждения, приведет к увеличению стоимости ПК и к повышению затрат на его эксплуатацию. Для рядовых пользователей это неприемлемо.
Именно поэтому ведётся параллельная работа над производством доступных серийных компьютерных систем, которые не без успеха применяются для решения современных локальных и веб задач. К таковым можно отнести сервер Lenovo — фирменная сборка, отличающаяся коэффициентом производительности и энергосбережения. Комплектация компьютера позволяет развернуть веб-инструментарий или организовать офисный доступ для сотрудников, и с каждой текущей проблемой сервер от компании Lenovo справляется без заминок!
