Незаменимых сегодня нет

В ноябре прошлого года по различным каналам СМИ прошла серия сообщений, что Министерство торговли США отказалось предоставить экспортные лицензии двум крупнейшим американским компьютерным компаниям, заблокировав таким образом продажу ими вычислительной техники российскому Министерству атомной энергетики. По информации Journal of Commerce, компьютеры были предназначены для исследовательских лабораторий Арзамас-16 и Челябинск-70, где с их помощью планировалось моделировать ядерные взрывы в рамках соблюдения Договора о полном запрещении ядерных испытаний. Журнал Wall Street Journal отмечал, что Белый Дом весьма настороженно отреагировал на запрос российских ядерщиков, адресованный секретарю энергетического ведомства США, по поводу закупок трех суперкомпьютеров, предназначенных для мониторинга. Как уже неоднократно бывало, поводом к этому послужило опасение, что суперкомпьютерные системы станут использоваться для других, военных, целей.

Напомним, что в недалеком советском прошлом многие ограничения КОКОМ было довольно просто обойти. Скорее всего, можно найти обходной маневр и теперь. Но для нас не это самое главное - предметом рассмотрения данной статьи станет следующий тезис: сегодня в области высокопроизводительных вычислительных систем имеется достаточно большой выбор альтернативных решений, и российскому потребителю есть из чего выбирать, независимо от того, хотят этого или нет надзиратели из-за океана.

Дабы не отягощать ваше внимание данными многочисленных benchmarks и рассуждениями о ценовых преимуществах тех или иных компьютерных систем, построим классификацию всех машин, претендующих на принадлежность к классу высокопроизводительных комплексов, на основе принадлежности конкретной системы к определенной архитектуре.

В таблице все наиболее распространенные на сегодняшний день компьютерные системы сгруппированы по этому признаку и, в зависимости от комплектации, разбиты еще на три группы.

Современные высокопроизводительные компьютерные системы

При желании, конфигурации большинства из указанных в таблице компьютеров можно довести до пределов производительности, за которыми начинают действовать принятые администрацией США ограничения на экспорт высоких технологий.

Теперь, построив всех игроков рынка высокопроизводительных систем в алфавитном порядке, кратко разберем возможности каждой группы компьютеров и рассмотрим их перспективы.

Системы от Digital

Линия DEC AlphaServers по мнению ряда аналитиков, сейчас переживает расцвет своих потенциальных возможностей - недавно прошла уже третья по счету модернизация 8400 за счет установки процессора 437 МГц; в два раза возросла производительность 8200/8400 благодаря увеличению числа процессоров на каждой процессорной плате; вдвое больше стала емкость оперативной памяти 8400 и 4100/4000; появились новые модели серверов класса 4000 5/300 и 400. Несмотря на то что процессор Alpha сегодня самый быстрый, приверженность архитектуре SMP не позволяет достигать высот масштабирования и производительности, к которым поднялись, например, IBM SP или SGI Origin. Максимальная конфигурация для серверов AlphaServer - 24 процессора. Как следствие этого, компания ищет выход в кластерных решениях и дальнейшем увеличении пропускной способности системной шины до 3,2 Гбайт/с для серверов 8200/8400.

Кластеры TruCluster ориентированы на использование в качестве серверов баз данных, Internet-серверов, коммуникационных и файловых серверов, а основу архитектуры их построения составляют GIGAswitch и Memory Channel. Первый представляет собой коммутируемую магистраль FDDI (100 одновременных соединений с пропускной способностью 12 Мбайт/с). Эти кластеры в полной мере нельзя назвать масштабируемыми параллельными системами, например, невозможен доступ к произвольному участку памяти на удаленном узле без ожидания завершения выполнения процесса, работающего на нем в данный момент. Тем не менее, учитывая популярность суперсерверов, их высокую производительность, достигаемую малыми усилиями - меньшим числом процессоров, - можно использовать эти системы в приложениях, заведомо не потребующих существенного масштабирования.

Системы HP/Convex

В области высокопроизводительных систем у компании HP имеются серверы классов К и Т, построенные на процессорах PA-7200, а недавно появился и PA-8000. Пропускная способность HP-HPC (High Performance Channel) составляет 80 Мбайт/с. ОС HP-UX к середине этого года будет полностью 64-разрядной с поддержкой как соответствующей файловой системы, так и виртуального адресного пространства. Настоящий триумф ждет линии суперсерверов HP после появления процессора PA-9000, способного (правда, через метакод и трансляцию "на лету") выполнять все приложения, доступные сегодня для процессора Intel. По мнению аналитиков, компьютерные системы на базе PA-9000/Merced станут своеобразным мостом от домашних систем к суперкомпьютерам, демонстрируя невиданные до сих пор возможности масштабирования.

Переход на процессор PA 8000 ознаменовался также включением в состав когорты суперсерверов компании HP новых систем классов S и X, именуемых, в терминологии Convex, SPP 2000. Основу архитектуры составляют гиперузлы из 16 процессоров, через коммутируемую магистраль подключенные к узлам памяти. Конфигурация SPP 2000 допускает использование до 512 процессоров при пропускной способности шины 8 Гбайт/с для узла из 16 процессоров. Полностью сконфигурированный гиперузел способен вводить и выводить данные со скоростью 2 Гбайт/с.

Компьютеры IBM

В классе суперкомпьютерных систем компания IBM предлагает системы RS 6000 SP, представляющие собой компьютер с распределенной памятью и несколькими типами модулей-узлов (сегодня их может быть от 2 до 512), соединенных через магистраль Omega. Размер оперативной памяти для SMP серверов IBM составляет 2 Гбайт. Как следует из данных Top500 и результатов тестирования по NAS NPB-А, наряду с SGI Origin2000 эти системы являются наиболее масштабируемыми и быстродействующими из всех универсальных суперкомпьютеров, имеющихся сегодня на рынке. Ближе всего к ним сейчас компьютер HP класса X, для которого пока имеются данные только на конфигурацию из 16 процессоров. Следует отметить, что сегодня SP обладает самой широкой инсталляционной базой - по состоянию на осень прошлого года было продано 1515 систем RS6000 SP с общим числом узлов 16 тыс., причем более 1000 систем нашли свое применение в коммерческих приложениях, а остальные - в научно-исследовательских. Правда, большинство программ, работающих на этих системах, - суть последовательные коды, созданные для SMP серверов RS6000.

Суперкомпьютеры Silicon Graphics

Особенности архитектуры S2MP, свободной от недостатков SMP, позволяют строить масштабируемые конфигурации от 1 до 128 процессоров с оперативной памятью от 4 до 256 Гбайт. При этом производительность ввода/вывода составляет от 2,56 до 82 Гбайт/с, что дает возможность полнее использовать потенциал всех процессоров. Емкость памяти на дисках может достигать 14 Тбайт SCSI плюс 54 RAID и 58 Тбайт для оптоволокна. Все компьютеры класса Origin предназначены для работы не только с существующими высокоскоростными сетевыми устройствами и накопителями, но и, благодаря производительности каждого канала (800 Мбайт/с), позволяют управлять перспективными интерфейсами типа Super HIPPI, Gigabit Ethernet и будущими версиями ATM.

Суперсерверы компании Sun

В апреле прошлого года компания Sun вывела на рынок семейство серверов UltraEnterprise, первые из которых уже плодотворно работают сегодня в России. Все семейство принадлежит к классу SMP-систем, использующих процессор UltraSPARC и технологию коммутируемых переключателей Ultra Port Architecture. Однако, несмотря на приемлемую цену данных систем (что пока достаточно важно для отечественных пользователей), принадлежность к архитектуре SMP не позволяет значительно расширять конфигурацию. Конструктив 64-разрядного UltraEnterprise Server - это максимум 30 процессоров, 30 Гбайт оперативной памяти и 10 Тбайт памяти на дисках. Вместе с тем новая разработка Starfire, ставшая первым плодом совместной деятельности с Cray Research Bussines Systems Divisions, имеет возможности масштабирования вплоть до 64 процессоров, 16 Гбайт оперативной памяти и 20 Тбайт памяти на дисках. Другим недостатком, присущим системам с симметричной мультипроцессорной архитектурой, можно назвать невостребованность высокой производительности процессора вследствие неадекватных возможностей ввода/вывода. Полностью 64-разрядная файловая система для данных компьютеров будет готова в середине этого года, а работа с виртуальным 64-разрядным адресным пространством станет возможна к началу 1998 года.

Скоро ожидается выход новых процессоров UltraSPARC II и III с тактовыми частотами 300 и 450 МГц, соответственно. Предполагаемая производительность по тестам SPECint95 и SPECfp95 составит 11 и 18, 25 и 40, соответственно. Операционная система Solaris, принадлежащая сегодня к одному из наиболее распространенных клонов ОС Unix, в начале этого года будет поддерживать работу с 64- и 32-разрядными прикладными интерфейсами и файловой системой размером до 1Тбайт. Особо следует отметить возможности архитектуры Starfire: пропускная способность системной шины 12,5 Гбайт/с, полностью 64-магистральный коммутируемый переключатель, быстродействие ввода/вывода 3,2 Гбайт/с через 32 шины SBus.

Системы на основе архитектуры NUMA

Данная архитектура вобрала в себя все преимущества SMP и MPP: она позволяет строить конфигурации из сотен процессоров, оставаясь в едином адресном пространстве. Собственно говоря, уже упомянутая S2MP является одной из реализаций cc-NUMA. Конкретные модели, использующие сегодня идеологию NUMA, - это достаточно хорошо известные российским пользователям компьютеры Sequent NUMA-Q, Data General NUMALiiNE и Tandem ServerNet. Например, Sequent NUMA-Q, построенный на базе Pentium Pro, может иметь до 252 процессоров, а пропускная способность соединения между блоками из четырех процессоров составляет 1 Гбайт/с. Правда, возможности ввода/вывода для этих машин упираются в ограничения PCI - 133 Мбайт/с. Тем не менее компания Sequent продемонстрировала, что на базе самых распространенных сегодня микропроцессоров можно строить самые современные суперкомпьютерные архитектуры.

Кто еще?

Для производителей, работающих на ниве ПК, архитектура SMP достаточно нова, поэтому весьма ограничены сегодня возможности компьютеров, имеющих от одного до четырех процессоров Intel. Все серверы Compaq сегодня никак нельзя назвать масштабируемым: Prosignia 300 - только один процессор, 1500 - это всегда ограничение в два процессора, а 5000 - в 4 процессора. Нельзя даже провести модернизацию 5000 на 5000R, имеющую стоечную конфигурацию. Кроме того, наиболее распространенная для машин этого класса ОС - NT, способна более-менее устойчиво функционировать только с четырьмя процессорами; пройдет еще не один год, пока пользователи ПК получат ОС, способную стабильно работать с десятками процессоров, подобно SGI Cellular IRIX, HP UX или Digital Unix. Хотя Compaq уже начинает присматриваться к кластерной технологии, успехи компании пока более чем скромны - 50 Мбайт/с на одно межузловое соединение в ПК-кластерах против, например, 1,6 Гбайт/с для CrayLink. Тем не менее, особенно после завершения проекта HP PA-9000, можно будет строить глубоко масштабируемые системы, начиная от традиционных ПК и далее к суперкомпьютерам. При этом возможность осуществления какого-либо надзора за мощностью вычислительных конфигураций окажется весьма маловероятной.

Послесловие

Таким образом, сегодня российскому пользователю, действительно заинтересованному в суперкомпьютерной технике, есть из чего выбирать. Имеющиеся на рынке системы обладают примерно одинаковыми возможностями и позволяют строить достаточно расширенные конфигурации. В связи с этим стоит подчеркнуть, что разного рода протекционистские высказывания и внешние запреты, периодически порождаемые западным истеблишментом, вряд ли способны помешать отечественным научным и деловым кругам конфигурировать парк своей вычислительной техники в соответствии только со своими запросами и планами. Необходимо добавить, что практически неограниченные возможности масштабирования, присущие, например, таким архитектурам, как S2MP и другим, использующим технологию cc-NUMA, создают дополнительное пространство для маневрирования.