सुपर कंप्यूटर: Difference between revisions

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For other uses, see सुपर कंप्यूटर (disambiguation).
ब्लू जीन/पी सुपरकंप्यूटर इंटेरेपिड सामान्य डेटा सेंटर एयर कंडीशनिंग का उपयोग करके 164,000 प्रोसेसर कोर चलाता है, जो उच्च गति वाले टोरस इंटरकनेक्ट से जुड़े 40 रैक/अलमारियों में समूहीकृत है।[1][2]
प्रत्येक वर्ष शीर्ष 1 सुपरकंप्यूटर की कंप्यूटिंग शक्ति, फ्लॉप में मापी जाती है


सुपर कंप्यूटर सामान्य प्रयोजन कंप्यूटर की तुलना में उच्च स्तर का प्रदर्शन करने वाला कंप्यूटर है। सुपर कंप्यूटर का प्रदर्शन सामान्यतः मिलियन इंस्ट्रक्शन प्रति सेकंड (एमआईपीएस) के अतिरिक्त फ्लोटिंग-पॉइंट ऑपरेशंस प्रति सेकंड (फ्लॉप्स) में मापा जाता है। 2017 के पश्चात् से, ऐसे सुपर कंप्यूटर उपिस्थित होते हैं जो 1017 फ्लॉप्स (सौ क्वाड्रिलियन फ्लॉप्स, 100 पेटाफ्लॉप्स या 100 पीएफएलओपीएस) से अधिक प्रदर्शन कर सकते हैं। [3] इसकी तुलना के लिए, डेस्कटॉप कंप्यूटर का प्रदर्शन सैकड़ों गीगाफ्लॉप्स (1011) से लेकर दसियों टेराफ्लॉप्स (1013) तक होता है। [4] [5] नवंबर 2017 से, विश्व के सभी सबसे तेज़ 500 सुपर कंप्यूटर लिनक्स-आधारित ऑपरेटिंग सिस्टम पर चलते हैं। [6] तथा इससे तेज़, अधिक शक्तिशाली और तकनीकी रूप से उत्तम एक्सास्केल सुपर कंप्यूटिंग बनाने के लिए संयुक्त राज्य अमेरिका, यूरोपीय संघ, ताइवान, जापान और चीन में अतिरिक्त शोध किया जा रहा है। [7]

सुपरकंप्यूटर कम्प्यूटेशनल विज्ञान के क्षेत्र में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, और क्वांटम यांत्रिकी , मौसम पूर्वानुमान, जलवायु अनुसंधान , तेल और गैस अन्वेषण, कम्प्यूटेशनल रसायन शास्त्र (संरचनाओं और गुणों की गणना) सहित विभिन्न क्षेत्रों में कम्प्यूटेशनल रूप से गहन कार्यों की विस्तृत श्रृंखला के लिए उपयोग किया जाता है। यह रासायनिक यौगिकों, जैविक मैक्रोमोलेक्यूल्स , पॉलिमर और क्रिस्टल), और भौतिक सिमुलेशन (जैसे ब्रह्मांड के प्रारंभिक क्षणों के सिमुलेशन, हवाई जहाज और अंतरिक्ष यान वायुगतिकी , परमाणु हथियारों का विस्फोट और परमाणु संलयन ) होते हैं। वह क्रिप्ट विश्लेषण के क्षेत्र में आवश्यक होते हैं। [8]

सुपरकंप्यूटर 1960 के दशक में प्रस्तुत किए गए थे, और अनेक दशकों तक सबसे तेज़ सीमोर क्रे द्वारा कंट्रोल डेटा कॉर्पोरसन (सीडीसी), क्रे रिसर्च और उसके नाम या मोनोग्राम वाली पश्चात् की कंपनियों द्वारा बनाए गए थे। इस प्रकार की पूर्व मशीनें अत्यधिक ट्यून किए गए पारंपरिक डिजाइन के होते थे जो उनके अधिक सामान्य-उद्देश्य वाले समकालीनों की तुलना में अधिक तेज़ी से चलती थीं। उस समय के दशक में, समानांतर कंप्यूटिंग की बढ़ती मात्रा को जोड़ा गया था, जिसमें से चार सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट विशिष्ट थे। 1970 के दशक में, डेटा के बड़े सारणियों पर कार्य करने वाले सदिश प्रोसेसर प्रभावी हो गए थे। इसका उल्लेखनीय उदाहरण 1976 का अत्यधिक सफल क्रे -1 है। सदिश कंप्यूटर 1990 के दशक में प्रमुख डिजाइन बने रहे। तब से लेकर आज तक, हजारों ऑफ-द-शेल्फ प्रोसेसर वाले बड़े मापदंड पर समानांतर (कंप्यूटिंग) सुपर कंप्यूटर आदर्श बन गए हैं। [9][10]

अमेरिका लंबे समय से सुपरकंप्यूटर क्षेत्र में अग्रणी रहा है | यह पहला क्रे के क्षेत्र में लगभग निर्बाध प्रभुत्व के कारण, और इसके पश्चात् में यह विभिन्न प्रौद्योगिकी कंपनियों के माध्यम से होता हैं। जापान ने 1980 और 90 के दशक में इस क्षेत्र में बड़ी प्रगति की, और चीन इस क्षेत्र में तेजी से सक्रिय हो गया था। मई 2022 तक, टॉप 500 सुपरकंप्यूटर सूची में सबसे तेज़ सुपरकंप्यूटर अमेरिका में फ्रंटियर (सुपरकंप्यूटर) है, जिसका लिनपैक बेंचमार्क स्कोर 1.102 एक्साफ्लॉप/एस है, जिसके पश्चात् फुगाकू (सुपरकंप्यूटर) है। [11] शीर्ष 10 में अमेरिका के पांच देश हैं; चीन के पास दो हैं; जापान, फ़िनलैंड और फ़्रांस में एक-एक है। [12] जून 2018 में, टॉप 500 सूची में सम्मिलित सभी संयुक्त सुपरकंप्यूटरों ने 1 एक्साफ्लॉप्स का आंकड़ा तबड़ दिया। [13]


इतिहास

Main article: सुपरकंप्यूटिंग का इतिहास
आईबीएम 7030 से परिपथ बोर्ड
सीडीसी 6600। सिस्टम कंसोल के पीछे प्लस-साइन आकार के कैबिनेट की दो भुजाएँ हैं जिनमें कवर विवृत हैं। मशीन के प्रत्येक हाथ में चार ऐसे रैक थे। दाईं ओर कूलिंग प्रणाली है।
डॉयचेस संग्रवर्तमानय में संरक्षित क्रे-1

1960 में, यूनीवैक ने यूनीवैक एलएआरसी (एलएआरसी) का निर्माण किया हैं, जिसे आज अमेरिकी नौसेना अनुसंधान और विकास केंद्र के लिए पहला सुपर कंप्यूटरों में से माना जाता है। यह अभी भी नई उभरती डिस्क ड्राइव तकनीक के अतिरिक्त हाई-स्पीड ड्रम मेमोरी का उपयोग करता है।[14] इसके अतिरिक्त, पहला सुपर कंप्यूटरों में आईबीएम 7030 स्ट्रेच था। आईबीएम 7030 आईबीएम द्वारा लॉस अलामोस नेशनल लेबोरेटरी के लिए बनाया गया था, जिसने 1955 में किसी भी उपिस्थित कंप्यूटर की तुलना में 100 गुना तेज कंप्यूटर का अनुरोध किया था। आईबीएम 7030 ने ट्रांजिस्टर कंप्यूटर, चुंबकीय कोर मेमोरी, पाइपलाइन (कंप्यूटिंग) निर्देश, मेमोरी कंट्रोलर के माध्यम से डेटा को प्रीफ़ेच किया और इसमें अग्रणी रैंडम एक्सेस डिस्क ड्राइव सम्मिलित थे। आईबीएम 7030 1961 में पूर्ण हुआ और प्रदर्शन में सौ गुना वृद्धि की चुनौती को पूर्ण नहीं करने के अतिरिक्त, इसे लॉस अलामोस नेशनल लेबोरेटरी द्वारा खरीदा गया था। इंग्लैंड और फ्रांस के ग्राहकों ने भी कंप्यूटर खरीदा, और यह आईबीएम 7950 हार्वेस्ट का आधार बन गया हैं, जो क्रिप्टैनालिसिस के लिए बनाया गया सुपरकंप्यूटर है। [15]

1960 के दशक की प्रारंभ में तीसरा अग्रणी सुपरकंप्यूटर प्रोजेक्ट मैनचेस्टर के विक्टोरिया विश्वविद्यालय में एटलस (कंप्यूटर) था, जिसे टॉम किलबर्न के नेतृत्व वाली टीम ने बनाया था। उन्होंने एटलस को 48 बिट्स के लाख शब्दों के लिए मेमोरी स्पेस रखने के लिए डिज़ाइन किया था, किन्तु क्योंकि ऐसी क्षमता के साथ चुंबकीय संचय अवहनीय था, एटलस की वास्तविक कोर मेमोरी केवल 16,000 शब्द की थी, जिसमें ड्रम 96,000 शब्दों के लिए मेमोरी प्रदान करता था। एटलस ऑपरेटिंग सिस्टम चुंबकीय कोर और ड्रम के मध्य पृष्ठों के रूप में डेटा की एक्स्चेंज (कंप्यूटिंग) करता है। एटलस ऑपरेटिंग सिस्टम ने सुपरकंप्यूटिंग के लिए टाइम-शेयरिंग भी प्रस्तुत किया, जिससे कि सुपर कंप्यूटर पर समय में से अधिक प्रोग्राम निष्पादित किए जा सकें। [16] एटलस, फेरांती और मैनचेस्टर विश्वविद्यालय के मध्य संयुक्त वेंचर था और इसे माइक्रोसेकंड प्रति निर्देश, लगभग मिलियन निर्देश प्रति सेकंड तक की प्रसंस्करण गति पर संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। [17]

सीमोर क्रे द्वारा डिज़ाइन किया गया सीडीसी 6600 , 1964 में समाप्त हुआ था और इसमें जर्मेनियम से सिलिकॉन ट्रांजिस्टर में संक्रमण को चिह्नित किया गया था। सिलिकॉन ट्रांजिस्टर अधिक तेज़ी से चल सकते थे और सुपरकंप्यूटर डिज़ाइन में रेफ्रीजेरेशन को प्रारंभ करके ओवरहीटिंग की समस्या को समाधान किया गया था। [18] इस प्रकार, सीडीसी6600 विश्व का सबसे तेज कंप्यूटर बन गया। यह देखते हुए कि 6600 ने अन्य सभी समकालीन कंप्यूटरों को लगभग 10 गुना उत्तम प्रदर्शन किया, इसे सुपरकंप्यूटर प्रस्तुत किया गया और सुपरकंप्यूटिंग मार्केट को परिभाषित किया गया, जब सौ कंप्यूटर प्रत्येक 8 मिलियन डॉलर में बेचे गए। [19][20][21][22]

क्रे ने 1972 में अपनी कंपनी क्रे बनाने के लिए सीडीसी छोड़ दिया। [20] सीडीसी छोड़ने के चार वर्ष पश्चात्, क्रे ने 1976 में 80 मेगाहर्ट्ज क्रे-1 दिया था, जिससे यह इतिहास के सबसे सफल सुपर कंप्यूटरों में से बन गया। [23][24] क्रे-2 को 1985 में प्रयुक्त किया गया था। इसमें आठ सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट (सीपीयू) थे, कंप्यूटर लिक्विड कूलिंग और इलेक्ट्रॉनिक्स कूलेंट लिक्विड फ्लोरीनर्ट को सुपरकंप्यूटर आर्किटेक्चर के जरिए पंप किया गया था। यह 1.9 गीगाफ्लॉप तक पहुंच गया, जिससे यह गीगाफ्लॉप बैरियर को तबड़ने वाला प्रथम सुपरकंप्यूटर बन गया था । [25]


बड़े मापदंड पर समानांतर डिजाइन

Main articles: सुपरकंप्यूटर आर्किटेक्चर and समानांतर कंप्यूटर हार्डवेयर
बड़े मापदंड पर समानांतर ब्लू जीन / एल का कैबिनेट, स्टैक्ड ब्लेड सर्वर दिखा रहा है, प्रत्येक में अनेक प्रोसेसर हैं

1970 के दशक में क्रे-1 के प्रदर्शन को गंभीरता से चुनौती देने वाला एकमात्र कंप्यूटर इलियक IV था। यह मशीन बड़े मापदंड पर समानांतर कंप्यूटर का प्रथम समाधान वास्तविक उदाहरण था, जिसमें अनेक प्रोसेसर बड़ी समस्या के विभिन्न भागों को समाधान करने के लिए साथ कार्य करते थे। सदिश प्रणालियों के विपरीत, जिन्हें डेटा की एकल धारा को जितनी शीघ्रता से हो सके चलाने के लिए डिज़ाइन किया गया था, इस अवधारणा में, कंप्यूटर इसके अतिरिक्त डेटा के भिन्न-भिन्न भागों को पूर्ण प्रकार से भिन्न प्रोसेसर में फीड करता है और फिर परिणामों को इसमें फिर से जोड़ता है। इलियक के डिजाइन को 1966 में 256 प्रोसेसर के साथ अंतिम रूप दिया गया था और 1970 के दशक में क्रे-1 के 250 एमएफएलओपीएस की तुलना में 1 जीएफएलओपीएस तक की गति प्रदान करता है। चूंकि, विकास की समस्याओं के कारण केवल 64 प्रोसेसर बनाए गए, और सिस्टम कभी भी लगभग 200 एमएफएलओपीएस से अधिक तेज़ी से कार्य नहीं कर सका हैं, जबकि क्रे की तुलना में बहुत बड़ा और अधिक सम्मिश्र था। और समस्या यह थी कि सिस्टम के लिए सॉफ्टवेयर लिखना कठिन था, और इससेअधिकतम प्रदर्शन प्राप्त करना गंभीर प्रयास की स्तिथि थी।

किन्तु इलियक IV की आंशिक सफलता को व्यापक रूप से सुपरकंप्यूटिंग के भविष्य की ओर संकेत करते हुए देखा गया। क्रे ने इसके विरोध में तर्क दिया हैं, प्रसिद्ध रूप से चुटकी लेते हुए कि यदि आप खेत की जुताई कर रहे थे, तब आप किसका उपयोग करेंगे? दो मजबूत ऑक्सेन या 1024 चिकन?[26] किन्तु 1980 के दशक के प्रारंभ में, अनेक टीमें हजारों प्रोसेसर के साथ समानांतर डिजाइन पर कार्य कर रही थीं, विशेष रूप से कनेक्शन मशीन (सेमी) जो एमआईटी में शोध से विकसित हुई थी। इसमें सेमी-1 ने डेटा साझा करने के लिए कंप्यूटर नेटवर्क में साथ जुड़े 65,536 सरलीकृत कस्टम माइक्रोप्रोसेसरों का उपयोग किया। और इसमें अनेक अद्यतन संस्करणों का पालन किया गया था| यह सेमी-5 सुपरकंप्यूटर व्यापक समानांतर प्रोसेसिंग कंप्यूटर है जो प्रति सेकंड अनेक अरब अंकगणितीय संचालन करने में सक्षम होते है।[27]

1982 में, ओसाका विश्वविद्यालय के लिंक्स-1 कंप्यूटर ग्राफिक्स सिस्टम ने 514 माइक्रोप्रोसेसरों के साथ एक बड़े मापदंड पर समानांतर प्रसंस्करण आर्किटेक्चर का उपयोग किया, जिसमें 257 ज़िलॉग Z8000 सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट और 257 आईएपीएक्स 86 | 86/20 फ्लोटिंग-पॉइंट यूनिट प्रोसेसर सम्मिलित थे। | इसका उपयोग मुख्य रूप से यथार्थवादी 3डी कंप्यूटर ग्राफिक्स प्रस्तुत करने के लिए किया गया था।[28] 1992 से फुजित्सू का वीपीपी500 असामान्य है, क्योंकि उच्च गति प्राप्त करने के लिए, इसके प्रोसेसर गाएएस का उपयोग करते हैं, जो सामान्यतः इसकी विषाक्तता के कारण माइक्रोवेव अनुप्रयोगों के लिए आरक्षित सामग्री है।[29] फुजित्सू के संख्यात्मक पवन सुरंग सुपरकंप्यूटर ने प्रति प्रोसेसर 1.7 फ्लॉप हैं | गीगाफ्लॉप्स (जीफ्लॉप) की अधिकतम गति के साथ 1994 में शीर्ष स्थान प्राप्त करने के लिए 166 सदिश प्रोसेसर का उपयोग किया गया था।[30][31] हिताची एसआर2201 ने 1996 में 600 Gफ्लॉप का अधिकतम प्रदर्शन प्राप्त किया, जिसमें 2048 प्रोसेसर का उपयोग किया गया था, जो तेज़ त्रि-आयामी क्रॉसबार स्विच नेटवर्क के माध्यम से जुड़ा हुआ था।[32][33][34] इंटेल पैरागॉन में विभिन्न विन्यासों में 1000 से 4000 इंटेल i860 प्रोसेसर हो सकते थे और 1993 में इसे विश्व में सबसे तेज़ कंप्यूटर में स्थान दिया गया था। पैरागॉन बहु निर्देश, बहु डेटा मशीन थी जो प्रोसेसर को उच्च गति द्वि-आयामी जालक के माध्यम से जोड़ती थी, जिससे प्रक्रियाओं को संदेश पासिंग इंटरफ़ेस के माध्यम से संचार करते हुए, भिन्न-भिन्न नोड्स पर निष्पादित करते थे। [35]

सॉफ्टवेयर विकास की समस्या बनी रही हैं, किन्तु सीएम श्रृंखला ने इस विवाद पर अधिक शोध किया हैं। इवांस एंड सदरलैंड ES-1, मास्पर , एनसीयूबीई , इंटेल आईपीएससी और गुडइयर एमपीपी सहित अनेक कंपनियों द्वारा कस्टम हार्डवेयर का उपयोग करते हुए इसी प्रकार के डिजाइन बनाए गए थे। किन्तु 1990 के दशक के मध्य तक, सामान्य-उद्देश्य वाले सीपीयू प्रदर्शन में इतना सुधार हो गया था कि कस्टम चिप का उपयोग करने के अतिरिक्त सुपर कंप्यूटर को व्यक्तिगत प्रसंस्करण इकाइयों के रूप में उपयोग करके बनाया जा सकता था। 21 वीं सदी के अंत तक, हजारों कमोडिटी सीपीयू वाले डिजाइन मानक थे, जिसमें पश्चात् की मशीनें जीपीजीपीयू को मिश्रण में जोड़ती थीं। [9][10]

टॉप500 का सीपीयू शेयर
ब्लू जीन, क्रे XT3, आदि जैसे सिस्टम द्वारा उपयोग किए जाने वाले त्रि-आयामी टोरस इंटरकनेक्ट का आरेख।

बड़ी संख्या में प्रोसेसर वाले सिस्टम सामान्यतः दो में से यह रास्ता स्वीकारते हैं। यह ग्रिड कंप्यूटिंग दृष्टिकोण में, वितरित, विविध प्रशासनिक डोमेन के रूप में व्यवस्थित अनेक कंप्यूटरों की प्रसंस्करण शक्ति का इवेंट के अनुसार उपयोग किया जाता है जब भी कोई कंप्यूटर उपलब्ध होता है। तब यह अन्य दृष्टिकोण में, अनेक प्रोसेसर दूसरे के समीप कंप्यूटर क्लस्टर में उपयोग किए जाते हैं। इस प्रकार के केंद्रीकृत बड़े मापदंड पर समानांतर प्रणाली की गति और स्मूथनेस इंटरकनेक्ट बहुत महत्वपूर्ण हो जाता है और आधुनिक सुपर कंप्यूटरों ने इन्फिनिबैंड सिस्टम को बढ़ाने से लेकर त्रि-आयामी टोरस इंटरकनेक्ट तक के विभिन्न विधियों का प्रयोग किया गया है। [36] [37] केंद्रीकरण के साथ संयुक्त मल्टी-कोर प्रोसेसर का उपयोग उभरती हुई दिशा है, उदा जैसा कि साइक्लोप्स64 प्रणाली में है। [38] [39]

जीपीजीपीयू की व्यय, प्रदर्शन और ऊर्जा दक्षता में सुधार हुआ है। सामान्य-उद्देश्य ग्राफिक्स प्रोसेसिंग यूनिट (जीपीजीपीयू) में सुधार हुआ है, तियान्हे-आई और नेबुला (कंप्यूटर) जैसे अनेक पेटाफ्लॉप सुपरकंप्यूटर ने उन पर विश्वास करना प्रारंभ कर दिया है।[40] चूँकि, के कंप्यूटर जैसी अन्य प्रणालियाँ पारंपरिक प्रोसेसर जैसे स्पार्क- आधारित डिज़ाइनों का उपयोग करना क्रियान्वित रखती हैं और सामान्य प्रयोजन के उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग अनुप्रयोगों में जीपीजीपीयू की समग्र प्रयोज्यता वार्तालाप का विषय रही है, जबकि जीपीजीपीयू को ट्यून किया जा सकता है। विशिष्ट बेंचमार्क पर अच्छा स्कोर करने के लिए, प्रतिदिन के एल्गोरिदम के लिए इसकी समग्र प्रयोज्यता तब तक सीमित हो सकती है जब तक कि एप्लिकेशन को ट्यून करने के लिए महत्वपूर्ण प्रयास नहीं किए जाते।[41] चूंकि, जीपीयू भूमि प्राप्त कर रहे हैं, और 2012 में जगुआर सुपरकंप्यूटर सुपरकंप्यूटर को जीपीयू के साथ सीपीयू को रेट्रोफिट करके टाइटन (सुपरकंप्यूटर) में परिवर्तित दिया गया था। [42][43][44]

उच्च-प्रदर्शन वाले कंप्यूटरों में अपग्रेड की आवश्यकता से प्रथम समाधान लगभग तीन वर्ष का अपेक्षित जीवन चक्र होता है।[45] ग्यौकोऊ सुपरकंप्यूटर इस प्रकार से भिन्न है कि यह बड़े मापदंड पर समानांतर डिज़ाइन और लिक्विड इमर्शन कूलिंग दोनों का उपयोग करता है।

विशेष उद्देश्य सुपर कंप्यूटर

इसमें अनेक विशेष-उद्देश्य प्रणालियाँ डिज़ाइन की गई हैं, जो समस्या के लिए ही समर्पित हैं। यह विशेष रूप से प्रोग्राम किए गए क्षेत्र में प्रोग्राम की जा सकने वाली द्वार श्रंखला चिप या यहां तक ​​कि कस्टम एप्लिकेशन-विशिष्ट एकीकृत परिपथ के उपयोग की अनुमति देता है, जिससे सामान्यता इसका त्याग करके उत्तम मूल्य/प्रदर्शन अनुपात की अनुमति मिलती है। विशेष प्रयोजन के सुपरकंप्यूटर के उदाहरणों में बेले (शतरंज मशीन) सम्मिलित हैं,[46] डीप ब्लू (शतरंज कंप्यूटर),[47] और हाइड्रा (शतरंज) [48] शतरंज खेलने के लिए, खगोल भौतिकी के लिए गुरुत्वाकर्षण पाइप ,[49] एमडीग्रेप-3 प्रोटीन संरचना पूर्वानुमान और आणविक गतिशीलता के लिए,[50] और डेटा एन्क्रिप्शन मानक सिपेर को तबड़ने के लिए डीप क्रैक हैं | [51]


ऊर्जा उपयोग और ताप प्रबंधन

See also: कंप्यूटर कूलिंग and ग्रीन500
समिट (सुपरकंप्यूटर) सुपरकंप्यूटर नवंबर 2018 तक विश्व का सबसे तेज सुपरकंप्यूटर था।[52] 14.668 जीफ्लॉप्स/वाट की मापा विद्युत दक्षता के साथ यह विश्व में तीसरा सबसे अधिक ऊर्जा कुशल भी है।[53]

दशकों के अवधि, अधिकांश केंद्रीकृत सुपर कंप्यूटरों के लिए ऊष्मा घनत्व का प्रबंधन प्रमुख विवाद बना रहा है।[54][55][56] प्रणाली द्वारा उत्पन्न ऊष्मा की बड़ी मात्रा के अन्य प्रभाव भी हो सकते हैं, उदा अन्य सिस्टम घटकों के जीवनकाल को कम करना हैं।[57] सिस्टम के माध्यम से फ्लोरिनर्ट को पंप करने से लेकर हाइब्रिड लिक्विड-एयर कूलिंग सिस्टम या सामान्य वातानुकूलन तापमान के साथ एयर कूलिंग तक, गर्मी प्रबंधन के लिए विविध दृष्टिकोण होते हैं। [58][59] विशिष्ट सुपर कंप्यूटर बड़ी मात्रा में विद्युत शक्ति का उपभोग करता है, जो लगभग सभी गर्मी में परिवर्तित हो जाती है, जिसके लिए कूलिंग की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, तियान्हे-1ए 4.04 मेगावाट (मेगावाट) विद्युत की खपत करता है।[60] सिस्टम को विद्युत और कूल करने के निवेश में महत्वपूर्ण हो सकती है, उदा। $0.10/किलोवाट पर 4 मेगावाट $400 प्रति घंटा या लगभग $3.5 मिलियन प्रति वर्ष है।

आईबीएम ब्लेडसेंटर या एचएस20 ब्लेड सर्वर

गर्मी प्रबंधन सम्मिश्र इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में प्रमुख विवाद है और विभिन्न विधियों से शक्तिशाली कंप्यूटर सिस्टम को प्रभावित करता है।[61] सुपरकंप्यूटिंग में थर्मल डिज़ाइन पावर और सीपीयू पावर अपव्यय विवाद पारंपरिक कंप्यूटर कूलिंग तकनीकों से आगे निकल जाते हैं। हरित संगणना के लिए सुपरकंप्यूटिंग पुरस्कार इस विवाद को दर्शाते हैं।[62][63][64]

हजारों प्रोसेसरों की साथ पैकिंग अनिवार्य रूप से महत्वपूर्ण मात्रा में ऊष्मा घनत्व उत्पन्न करती है जिससे निपटने की आवश्यकता होती है। क्रे-2 कंप्यूटर कूलिंग था, और इसमें फ्लोरिनर्ट कूलिंग वॉटरफॉल का उपयोग किया गया था, जिसे दबाव में मॉड्यूल के माध्यम से विवश किया गया था।[58] चूंकि, जलमग्न तरल कूलिंग दृष्टिकोण ऑफ-द-शेल्फ प्रोसेसर के आधार पर बहु-कैबिनेट सिस्टम के लिए व्यावहारिक नहीं था, और सिस्टम X (सुपरकंप्यूटर) में विशेष कूलिंग प्रणाली जो तरल कूलिंग के साथ संयुक्त एयर कंडीशनिंग को लिबर्ट के साथ संयोजन के रूप में विकसित किया गया था। (कंपनी)।[59] ब्लू जीन सिस्टम में, आईबीएम ने गर्मी घनत्व से निपटने के लिए सोच समझ कर कम पावर प्रोसेसर का उपयोग किया हैं। [65] आईबीएम पावर 775 , 2011 में क्रियान्वित किया गया था, जिसमें पानी के कूल होने की आवश्यकता वाले अवयवों को सूक्ष्मता से पैक किया गया है।[66] आईबीएम एक्वासर सिस्टम ऊर्जा दक्षता प्राप्त करने के लिए गर्म पानी के कूलिंग का उपयोग करता है, पानी का उपयोग इमारत को गर्म करने के लिए भी किया जाता है।[67][68]

कंप्यूटर सिस्टम की ऊर्जा दक्षता को सामान्यतः फ्लॉप प्रति वाट के संदर्भ में मापा जाता है। 2008 में, आईबीएमद्वारा रोडरनर (सुपरकंप्यूटर) 3.76 प्रदर्शन प्रति वाट| M फ्लॉप/ W पर संचालित था।[69][70] नवंबर 2010 में, आईबीएम ब्लू जीन या ब्लू जीन/क्यू|ब्लू जीन/क्यू 1,684 एमएफएलओपीएस/डब्ल्यू तक पहुंच गया हैं | [71][72] और जून 2011 में ग्रीन 500 सूची में शीर्ष दो स्थानों पर न्यूयॉर्क में ब्लू जीन मशीनों (2097 एमएफएलओपीएस/डब्ल्यू प्राप्त करने वाली) का कब्जा था, नागासाकी में डीजीआईएमए (कंप्यूटर क्लस्टर) 1375 एमएफएलओपीएस/डब्ल्यू के साथ तीसरे स्थान पर था। [73] क्योंकि तांबे के तार सुपरकंप्यूटर में ऊर्जा को विवश हवा की तुलना में बहुत अधिक विद्युत घनत्व के साथ स्थानांतरित कर सकते हैं या रेफ्रिजरेंट अपशिष्ट गर्मी को दूर कर सकते हैं,[74] व्यर्थ गर्मी को दूर करने के लिए कूलिंग सिस्टम की क्षमता सीमित कारक है। [75][76] As of 2015, अनेक उपिस्थित सुपर कंप्यूटरों में मशीन की वास्तविक अधिकतम मांग की तुलना में अधिक मूलभूत फ्रेम क्षमता होती है – डिजाइनर सामान्यतः सुपरकंप्यूटर द्वारा उपभोग की जाने वाली सैद्धांतिक अधिकतम विद्युत शक्ति से अधिक को संभालने के लिए पारंपरिक रूप से विद्युत और कूलिंग मूलभूत फ्रेमों को डिजाइन करते हैं। भविष्य के सुपर कंप्यूटरों के लिए डिज़ाइन शक्ति-सीमित हैं – समग्र रूप से सुपरकंप्यूटर की थर्मल डिज़ाइन शक्ति, वह राशि जो विद्युत और कूलिंग अवसंरचना संभाल सकती है, अपेक्षित सामान्य विद्युत की खपत से कुछ अधिक होती है, किन्तु इलेक्ट्रॉनिक हार्डवेयर की सैद्धांतिक अधिकतम विद्युत खपत से कम है।[77]



सॉफ्टवेयर और सिस्टम प्रबंधन

ऑपरेटिंग सिस्टम

Main article: सुपर कंप्यूटर ऑपरेटिंग सिस्टम

20वीं सदी के अंत से, सुपरकंप्यूटर ऑपरेटिंग सिस्टम में सुपरकंप्यूटर आर्किटेक्चर में परिवर्तन के आधार पर बड़े परिवर्तन हुए हैं।[78] जबकि प्रारंभिक ऑपरेटिंग सिस्टम गति प्राप्त करने के लिए प्रत्येक सुपरकंप्यूटर के अनुरूप कस्टम थे, इन-हाउस ऑपरेटिंग सिस्टम से लिनक्स जैसे सामान्य सॉफ़्टवेयर के अनुकूलन के लिए प्रवृत्ति दूर हो गई है।[79]

चूंकि आधुनिक बड़े मापदंड पर समानांतर सुपरकंप्यूटर सामान्यतः अनेक प्रकार के लोकेल (कंप्यूटर हार्डवेयर) का उपयोग करके अन्य सेवाओं से संगणनाओं को भिन्न करते हैं, वह सामान्यतः भिन्न-भिन्न नोड्स पर भिन्न-भिन्न ऑपरेटिंग सिस्टम चलाते हैं, उदा के लिए सीएनके ऑपरेटिंग सिस्टम या कंप्यूट नोड्स पर नोड लिनक्स की गणना करें जैसे लघु और कुशल लाइटवेट कर्नेल ऑपरेटिंग सिस्टम का उपयोग करना हैं, किन्तु सर्वर और आई/ओ नोड्स पर लिनक्स-डेरिवेटिव जैसे बड़े सिस्टम का उपयोग करना हैं। [80][81][82]

जबकि पारंपरिक बहु-उपयोगकर्ता कंप्यूटर सिस्टम में कार्य निर्धारण , वास्तव में, प्रसंस्करण और परिधीय संसाधनों के लिए टास्क शेड्यूलिंग समस्या है, बड़े मापदंड पर समानांतर सिस्टम में, जॉब मैनेजमेंट सिस्टम को कम्प्यूटेशनल और संचार संसाधनों दोनों के आवंटन को प्रबंधित करने की आवश्यकता होती है, इसके साथ ही साथ जब हजारों प्रोसेसर उपिस्थित होते हैं तब अपरिहार्य हार्डवेयर विफलताओं से शालीनतापूर्वक निपटते हैं। [83]

चूंकि अधिकांश आधुनिक सुपर कंप्यूटर लिनक्स-आधारित ऑपरेटिंग सिस्टम का उपयोग करते हैं, इसमें प्रत्येक निर्माता का अपना विशिष्ट लिनक्स-डेरिवेटिव होता है, और इसमें कोई उद्योग मानक उपिस्थित नहीं होता है, आंशिक रूप से इस तथ्य के कारण कि हार्डवेयर आर्किटेक्चर में अंतर के लिए ऑपरेटिंग सिस्टम को प्रत्येक हार्डवेयर डिज़ाइन में अनुकूलित करने के लिए परिवर्तन की आवश्यकता होती है। [78][84]


सॉफ्टवेयर टूल्स और मैसेज पासिंग

Main article: कंप्यूटर क्लस्टर में संदेश भेजना
See also: समानांतर कंप्यूटिंग and समानांतर प्रोग्रामिंग मॉडल
एएलएमए सहसंबंधक का वाइड-एंगल दृश्य [85]

सुपरकंप्यूटर के समांतर आर्किटेक्चर प्रायः अपनी गति का लाभ उठाने के लिए विशेष प्रोग्रामिंग तकनीकों के उपयोग को निर्देशित करते हैं। वितरित प्रसंस्करण के लिए इसमें सॉफ़्टवेयर टूल में मानक अप्लिकेशन प्रोग्रामिंग अंतरफलक जैसे संदेश पासिंग इंटरफ़ेस सम्मिलित होते है[86] और पैरेलल वर्चुअल मशीन, वर्चुअल टेप लाइब्रेरी और बियोवुल्फ़ (कंप्यूटिंग) जैसे विवर्त स्रोत सॉफ्टवेयर होता हैं।

सबसे सामान्य परिदृश्य में, समानांतर वर्चुअल मशीन और संदेश पासिंग इंटरफेस जैसे शिथिल रूप से जुड़े क्लस्टर और ओपनएमपी जैसे वातावरण को मजबूत समन्वित साझा मेमोरी मशीनों के लिए उपयोग किया जाता है। जिस मशीन पर इसे चलाया जाएगा, उसके इंटरकनेक्ट विशेषताओं के लिए एल्गोरिथम को अनुकूलित करने के लिए महत्वपूर्ण प्रयास की आवश्यकता होती है | इसका उद्देश्य किसी भी सीपीयू को अन्य नोड्स से डेटा पर प्रतीक्षा करने में समय व्यर्थ करने से रोकना होता है। जीपीजीपीयू में सैकड़ों प्रोसेसर कोर होते हैं और इन्हें सीयूडीए या ओपनसीएल जैसे प्रोग्रामिंग मॉडल का उपयोग करके प्रोग्राम किया जाता है।

इसके अतिरिक्त, समानांतर कार्यक्रमों को डिबग और परीक्षण करना अधिक कठिन होता है। ऐसे अनुप्रयोगों के परीक्षण और डिबगिंग के लिए उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग अनुप्रयोगों का परीक्षण करने की आवश्यकता है।

वितरित सुपरकंप्यूटिंग

अवसरवादी दृष्टिकोण

Main article: ग्रिड कंप्यूटिंग
इंटरनेट पर अनेक व्यक्तिगत कंप्यूटरों को जोड़ने वाले ग्रिड कंप्यूटिंग सिस्टम का उदाहरण आर्किटेक्चर

अवसरवादी सुपरकंप्यूटिंग नेटवर्क ग्रिड कंप्यूटिंग का रूप है जिससे अनेक शिथिल युग्मन वॉलंटियर कंप्यूटिंग मशीनों का सुपर वर्चुअल कंप्यूटर बहुत बड़े कंप्यूटिंग कार्य करता है। ग्रिड कंप्यूटिंग को अनेक बड़े मापदंड पर एम्बर्रास्सिंगली समानांतर समस्याओं पर प्रयुक्त किया गया है जिनके लिए सुपरकंप्यूटिंग प्रदर्शन स्केल की आवश्यकता होती है। चूंकि, मूल ग्रिड और क्लाउड कंप्यूटिंग दृष्टिकोण जो स्वयंसेवी कंप्यूटिंग पर विश्वास करते हैं, पारंपरिक सुपरकंप्यूटिंग कार्यों जैसे द्रव गतिशील सिमुलेशन को संभाल नहीं सकते हैं। [87]

सबसे तेज़ ग्रिड कंप्यूटिंग सिस्टम Voling@home (F@h) स्वयंसेवी कंप्यूटिंग परियोजनाओं की सूची है। As of April 2020, F@h ने x86 प्रोसेसिंग पावर के 2.5 एक्साफ्लॉप की सूचना दी। इसमें से 100 Pफ्लॉप का योगदान विभिन्न जीपीयू पर चल रहे ग्राहकों द्वारा और शेष विभिन्न सीपीयू सिस्टम से दिया जाता है।[88] नेटवर्क कंप्यूटिंग के लिए बर्कले ओपन इंफ्रास्ट्रक्चर (बीओआईएनसी) प्लेटफॉर्म अनेक स्वयंसेवी कंप्यूटिंग परियोजनाओं की होस्टिंग करता है। As of February 2017, बीओआईएनसी ने नेटवर्क पर 762 हजार से अधिक सक्रिय कंप्यूटर (होस्ट) के माध्यम से 166 से अधिक पेटाफ्लॉप की प्रसंस्करण शक्ति दर्ज की गई हैं। [89]

As of October 2016, ग्रेट इंटरनेट मेर्सेन प्राइम सर्च (जीआईएमपीएस) ने मेर्सन प्राइम सर्च को 1.3 मिलियन से अधिक कंप्यूटरों के माध्यम से लगभग 0.313 P फ्लॉप वितरित किया। [90] [1] जीआईएमपीएस के ग्रिड कंप्यूटिंग दृष्टिकोण का समर्थन करता है, जो 1997 से आरंभिक स्वयंसेवी कंप्यूटिंग परियोजनाओं में से होता है।

क्वासी ओप्पोर्तुनिस्टिक दृष्टिकोण

Main article: क्वासी ओप्पोर्तुनिस्टिक सुपरकंप्यूटिंग

क्वासी-अवसरवादी सुपरकंप्यूटिंग वितरित कंप्यूटिंग का रूप है जिसके द्वारा अनेक नेटवर्क वाले भौगोलिक रूप से फैले हुए कंप्यूटरों के सुपर वर्चुअल कंप्यूटर कंप्यूटिंग कार्य करते हैं जो विशाल प्रसंस्करण शक्ति की मांग करते हैं।[91] क्वासी-अवसरवादी सुपरकंप्यूटिंग का उद्देश्य वितरित संसाधनों को कार्यों के असाइनमेंट पर अधिक नियंत्रण प्राप्त करके और सुपरकंप्यूटिंग नेटवर्क के अंदर भिन्न-भिन्न सिस्टम की उपलब्धता और विश्वसनीयता के बारे में सूचना का उपयोग करके ग्रिड कंप्यूटिंग की तुलना में सेवा की उच्च गुणवत्ता प्रदान करना है। चूंकि, ग्रिड-वार आवंटन समझौतों, सह-आवंटन उप-प्रणालियों, संचार टोपोलॉजी-जागरूक आवंटन तंत्र, दोष सहिष्णु संदेश पासिंग लाइब्रेरी और डेटा प्री-कंडीशनिंग के कार्यान्वयन के माध्यम से ग्रिड में समानांतर कंप्यूटिंग सॉफ्टवेयर की मांग के क्वासी-अवसरवादी वितरित निष्पादन को प्राप्त किया जाना चाहिए। [91]


उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग क्लाउड

क्लाउड कंप्यूटिंग ने अपने वर्तमान के और तेजी से विस्तार और विकास के साथ वर्तमान के वर्षों में उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग (एचपीसी) उपयोगकर्ताओं और डेवलपर्स का ध्यान आकर्षित किया है। क्लाउड कंप्यूटिंग क्लाउड में उपलब्ध सेवाओं के अन्य रूपों जैसे सेवा के रूप में सॉफ़्टवेयर, सेवा के रूप में प्लेटफ़ॉर्म, और सेवा के रूप में मूलभूत फ्रेमों की प्रकार ही एचपीसी-ए-ए-सर्विस प्रदान करने का प्रयास करती है। एचपीसी उपयोगकर्ता विभिन्न कोणों में क्लाउड से लाभान्वित हो सकते हैं जैसे कि स्केलेबिलिटी, ऑन-डिमांड संसाधन, तेज़ और सस्ती होती हैं। दूसरी ओर, एचपीसी अनुप्रयोगों को स्थानांतरित करने में भी अनेक चुनौतियाँ हैं। इस प्रकार की चुनौतियों के अच्छे उदाहरण क्लाउड में वर्चुअलाइजेशन ओवरहेड, संसाधनों की मल्टी-टेनेंसी और नेटवर्क विलंबता विवाद हैं। इन चुनौतियों पर नियंत्रण पाने और एचपीसी को क्लाउड में अधिक यथार्थवादी संभावना बनाने के लिए वर्तमान में अधिक शोध किया जा रहा है। [92][93][94][95]

2016 में, पेंगुइन कंप्यूटिंग, समानांतर कार्य, आर-एचपीसी, अमेज़न वेब सर्विसेस , यूनीवा, सिलिकॉन ग्राफिक्स इंटरनेशनल ,पुनर्स्केल , सबलकोर, और गोमपुट ने एचपीसी क्लाउड कंप्यूटिंग की प्रस्तुति प्रारंभ की हैं। पेंगुइन ऑन डिमांड (पीओडी) क्लाउड कोड धातु निष्पादित करने के लिए बेयर-मेटल कंप्यूट मॉडल है , किन्तु प्रत्येक उपयोगकर्ता को वर्चुअलाइज्ड लॉगिन नोड दिया जाता है। पीओडी कंप्यूटिंग नोड गैर-वर्चुअलाइज्ड 10 गीगाबिट ईथरनेट |10 जीबीआईटी/एस ईथरनेट या क्यू.डी.आर इन्फिनिबैंड नेटवर्क के माध्यम से जुड़े हुए हैं। पीओडी डेटा केंद्र से उपयोगकर्ता कनेक्टिविटी 50 एमबीटी/एस से लेकर 1 जीबीआईटी/एस तक होती है।[96] अमेज़न के ईसी2 इलास्टिक कंप्यूट क्लाउड का संकेत देते हुए, पेंगुइन कम्प्यूटिंग का तर्क है कि कंप्यूट नोड्स का वर्चुअलाइजेशन एचपीसीके लिए उपयुक्त नहीं है। पेंग्विन कम्प्यूटिंग ने यह भी आलोचना की है कि एचपीसी क्लाउड्स ने उन ग्राहकों को कंप्यूटिंग नोड्स आवंटित किए हैं जो बहुत दूर हैं, जिससे कुछ एचपीसी अनुप्रयोगों के प्रदर्शन को प्रभावित करने वाली विलंबता हो सकती है। [97]


प्रदर्शन माप

योग्यता बनाम क्षमता

सुपरकंप्यूटर सामान्यतः क्षमता कंप्यूटिंग के अतिरिक्त क्षमता कंप्यूटिंग में अधिकतम लक्ष्य रखते हैं। क्षमता कंप्यूटिंग को सामान्यतः कम से कम समय में बड़ी समस्या को समाधान करने के लिए अधिकतम कंप्यूटिंग शक्ति का उपयोग करने के बारे में सोचा जाता है। प्रायः क्षमता प्रणाली आकार या सम्मिश्रता की समस्या को समाधान करने में सक्षम होती है जो कोई अन्य कंप्यूटर नहीं कर सकता हैं, उदा के लिए बहुत ही सम्मिश्र मौसम सिमुलेशन अनुप्रयोग हैं। [98]

क्षमता कंप्यूटिंग, इसके विपरीत, सामान्यतः कुछ बड़ी समस्याओं या अनेक लघु समस्याओं को समाधान करने के लिए कुशल निवेश प्रभावी कंप्यूटिंग शक्ति का उपयोग करने के बारे में सोचा जाता है। [98] आर्किटेक्चर जो प्रत्येक कार्यों के लिए अनेक उपयोगकर्ताओं का समर्थन करने के लिए स्वयं को उधार देते हैं, उनमें बहुत अधिक क्षमता हो सकती है, किन्तु सामान्यतः उन्हें सुपर कंप्यूटर नहीं माना जाता है, यह देखते हुए कि वह भी सम्मिश्र समस्या का समाधान नहीं करते हैं।[98]


प्रदर्शन मेट्रिक्स

See also: लिनपैक बेंचमार्क and ग्रिड कंप्यूटिंग §  सबसे तेज़ वर्चुअल सुपर कंप्यूटर
शीर्ष सुपरकंप्यूटर गति: लघुगणक मापक गति 60 वर्ष से अधिक

सामान्यतः, सुपरकंप्यूटर की गति को फ्लॉप (फ्लोटिंग-पॉइंट ऑपरेशंस प्रति सेकेंड) में मापा जाता है और बेंचमार्क (कंप्यूटिंग) , और मिलियन निर्देश प्रति सेकंड (मिलियन निर्देश प्रति सेकेंड) के संदर्भ में नहीं, जैसा कि सामान्य प्रयोजन के कंप्यूटर के स्तिथियों में होता है। .[99] इन मापों का उपयोग सामान्यतः SI उपसर्ग जैसे टेरा- के साथ किया जाता है, जो शॉर्टहैंड Tफ्लॉप (1012 फ्लॉप, उच्चारित टेराफ्लॉप्स), या पेटा- , शॉर्टहैंड Pफ्लॉप (10) में संयुक्त15 फ्लॉप, स्पष्ट पेटाफ्लॉप्स।) पेटास्केल सुपरकंप्यूटर क्वॉड्रिलियन (1015) (1000 ट्रिलियन) फ्लॉप। एक्सास्केल कंप्यूटिंग, एक्साफ्लॉप (Eफ्लॉप) रेंज में प्रदर्शन की गणना कर रही है। एफ्लॉप्स क्विंटिलियन (1018) फ्लॉप ( मिलियन Tफ्लॉप)।

कोई एकल संख्या कंप्यूटर सिस्टम के समग्र प्रदर्शन को प्रतिबिंबित नहीं कर सकती है, फिर भी लिनपैक बेंचमार्क का लक्ष्य यह अनुमान लगाना है कि कंप्यूटर कितनी तेजी से संख्यात्मक समस्याओं को समाधान करता है और यह उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।[100] फ्लॉप माप या तब प्रोसेसर के सैद्धांतिक फ्लोटिंग पॉइंट प्रदर्शन के आधार पर उद्धृत किया जाता है (निर्माता के प्रोसेसर विनिर्देशों से प्राप्त किया गया है और टॉप500 सूचियों में आरपीक के रूप में दिखाया गया है), जो सामान्यतः वास्तविक वर्कलोड, या लीनपीक से प्राप्त प्राप्त करने योग्य थ्रूपुट चलाते समय अस्वीकार्य है। बेंचमार्क और टॉप500 सूची में आरमैक्स के रूप में दिखाया गया है।[101] लीनपीक बेंचमार्क सामान्यतः बड़े मैट्रिक्स का LU अपघटन करता है।[102] लीनपीक प्रदर्शन कुछ वास्तविक विश्व की समस्याओं के लिए प्रदर्शन का कुछ संकेत देता है, किन्तु जरूरी नहीं कि यह अनेक अन्य सुपरकंप्यूटर वर्कलोड की प्रसंस्करण आवश्यकताओं से मेल खाता हो, उदाहरण के लिए अधिक मेमोरी बैंडविड्थ की आवश्यकता हो सकती है, या उत्तम पूर्णांक कंप्यूटिंग प्रदर्शन की आवश्यकता हो सकती है, या आवश्यकता हो सकती है। प्रदर्शन के उच्च स्तर को प्राप्त करने के लिए उच्च प्रदर्शन I/O प्रणाली।[100]


टॉप 500 सूची

Main article: TOP500
Further information: सबसे तेज़ कम्प्यूटरों की सूची and सुपरकंप्यूटिंग का इतिहास
विश्व के शीर्ष 20 सुपर कंप्यूटर (जून 2014)

1993 से, सबसे तेज़ सुपर कंप्यूटरों को उनके लिनपैक बेंचमार्क परिणामों के अनुसार टॉप500 सूची में स्थान दिया गया है। सूची निष्पक्ष या निश्चित होने का दावा नहीं करती है, किन्तु यह किसी भी समय उपलब्ध सबसे तेज़ सुपर कंप्यूटर की व्यापक रूप से उद्धृत वर्तमान परिभाषा है।

यह उन कंप्यूटरों की वर्तमान नई सूची है जो टॉप500 के शीर्ष पर दिखाई दिए,[103] औरअधिकतम स्पीड को आरमैक्स रेटिंग के रूप में दिया जाता है। 2018 में, लेनोवो 117 इकाइयों के उत्पादन के साथ टॉप500 सुपर कंप्यूटरों के लिए विश्व का सबसे बड़ा प्रदाता बन गया।[104]

टॉप 10 पोजीशन नवंबर 2022 में 60वें टॉप 500 में से [105]
रैंक (प्रीवियस) आरमैक्स

आरपीक

(पेटा फ्लॉप)

नाम मॉडल सीपीयू कोर एक्सेलेरेटर (जैसे जीपीयू) कोर इंटरकनेक्ट मैन्युफैक्चरर साइट

कंट्रीज

वर्ष ऑपरेटिंग

सिस्टम

1 Steady 1,102.00

1,685.65

फ्रॉन्टियर एचपीई क्रे इएक्स235ए 591,872

(9,248 × 64-कोर अनुकूलित 3rd जनरेशन ईपीवाईसी 64 सी @2.0 गीगाहर्ट्ज)

36,992 × 220 एएमडी इंस्टिंक्ट एमआई250एक्स स्लिंगशॉट-11 एचपीई ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी United States 2022 लिनक्स (एचपीई क्रे ओएस)
2 Steady 442.010

537.212

फुगाकू सुपरकंप्यूटर फुगाकू 7,630,848

(158,976 × 48-कोर फुजित्सू ए64एफएक्स @2.2 गीगाहर्ट्ज)

0 टोफू इंटरकनेक्ट डी फुजित्सू कम्प्यूटेशनल विज्ञान के लिए रिकेन केंद्र Japan 2020 लिनक्स (आरएचईएल)
3 Steady 309.10

428.70

लूमि एचपीई क्रे इएक्स235ए 150,528

(2,352 × 64-कोर अनुकूलित 3rd जनरेशन ईपीवाईसी 64सी @2.0 गीगाहर्ट्ज)

9,408 × 220 एएमडी इंस्टिंक्ट एमआई250एक्स स्लिंगशॉट-11 एचपीई यूरोएचपीसी जेयू European Union,

स्थान: कजानी, फ़िनलैंड

2022 लिनक्स (एचपीई क्रे ओएस)
4 New entry 174.70

255.75

लियोनार्डो बुलसेक्वाना एक्सएच2000 110,592

(3,456 × 32-कोर ज़ीऑन प्लैटिनम 8358 @2.6 गीगाहर्ट्ज)

13,824 × 108 एनवीडिया एम्पीयर ए 100 एनवीडिया एचडीआर100 इन्फिनिबैंड एटोज़ यूरोएचपीसी जेयू European Union,

स्थान: बोलोग्ना, इटली।

2022 लिनक्स
5 Decrease (4) 148.600

200.795

समित आईबीएम पावर सिस्टम एसी 922 202,752

(9,216 × 22-कोर आईबीएम

पावर9 @3.07 गीगाहर्ट्ज)

27,648 × 80 एनवीडिया टेस्ला वी 100 इन्फिनिबैंड ईडीआर आईबीएम ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी  United States 2018 लिनक्स (आरएचईएल 7.4)
6 Decrease (5) 94.640

125.712

सिएरा आईबीएम पावर सिस्टमएस922L\एलसी 190,080

(8,640 × 22-कोर आईबीएम

पावर9 @3.1 गीगाहर्ट्ज)

17,280 × 80 एनवीडिया टेस्ला वी 100 इन्फिनिबैंड ईडीआर आईबीएम लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी United States 2018 लिनक्स (आरएचईएल)
7 Decrease (6) 93.015

125.436

सनवे ताइहुलाइट सनवे एमपीपी 10,649,600

(40,960 × 260-कोर सनवह SW26010 @1.45 गीगाहर्ट्ज)

0 सनवे[106] एनआरसीपीसी वुक्सी में राष्ट्रीय सुपरकंप्यूटिंग केंद्र  China[106] 2016 लिनक्स (राइज ओएस 2.0.5)
8 Decrease (7) 70.87

93.75

पर्लमटर एचपीई क्रे इएक्स235 एन ? × ?-कोर एएमडी एपिक 7763 64-कोर @2.45 गीगाहर्ट्ज ? × 108 एनवीडिया एम्पीयर ए100 स्लिंगशॉट-10 एचपीई एनईआरएससी  United States 2021 लिनक्स (एचपीई क्रे ओएस)
9 Decrease (8) 63.460

79.215

सेलिन एनवीडिया 71,680

(1,120 × 64-कोर एएमडी एपिक 7742 @2.25 गीगाहर्ट्ज)

4,480 × 108 एनवीडिया एम्पीयर ए 100 मेलानॉक्सएचडीआर इन्फिनिबैंड एनवीडिया एनवीडिया  United States 2020 लिनक्स (उबुन्टु 20.04.1)
10 Decrease (9) 61.445

100.679

तियान्हे-2ए टीएच-आईवीबी-एफईपी 427,008

(35,584 × 12-कोर इंटेल ज़ीऑनE5–2692 वी2 @2.2 गीगाहर्ट्ज)

35,584 × आव्यूह-2000[107] 128-कोर टीएच एक्सप्रेस-2 एनयूडीटी गुआंगज़ौ में राष्ट्रीय सुपरकंप्यूटर केंद्र  China 2018[108] लिनक्स (काइलिन)

अनुप्रयोग

सुपरकंप्यूटर अनुप्रयोग के चरणों को निम्नलिखित तालिका में संक्षेपित किया जा सकता है |

दशक उपयोग और सम्मिलित कंप्यूटर
1970s मौसम का पूर्वानुमान, वायुगतिकीय अनुसंधान(क्रे-1). [109]
1980s संभावित विश्लेषण, [110] विकिरण परिरक्षण मॉडलिंग [111] (सीडीसी साइबर).
1990s ब्रूट फ़ोर्स कोड ब्रेकिंग (ईएफएफ डीईएस क्रैकर). [112]
2000s नियमबद्ध आस्टेप के विकल्प के रूप में 3डी परमाणु परीक्षण सिमुलेशन परमाणु नॉन-प्रोलाइफरेशन संधि (एएससीआई क्यू). [113]
2010s आणविक गतिशीलता सिमुलेशन (तियान्हे-1ए) [114]
2020s आउटब्रेक के निवारण/विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया अनुसंधान के लिए वैज्ञानिक अनुसंधान [115]

आईबीएम ब्लू जीन/पी कंप्यूटर का उपयोग मानव सेरेब्रल कॉर्टेक्स के लगभग प्रतिशत के समान अनेक कृत्रिम न्यूरॉन्स का अनुकरण करने के लिए किया गया है, जिसमें लगभग 9 ट्रिलियन कनेक्शन वाले 1.6 बिलियन न्यूरॉन्स हैं। ही शोध समूह ने चूहे के मस्तिष्क की संपूर्णता के समान अनेक कृत्रिम न्यूरॉन्स का अनुकरण करने के लिए सुपरकंप्यूटर का उपयोग करने में भी सफलता प्राप्त की जाती है ।[116]

आधुनिक मौसम का पूर्वानुमान भी सुपर कंप्यूटर पर निर्भर करता है। राष्ट्रीय समुद्री और वायुमंडलीय संचालन मौसम के पूर्वानुमानों को अधिक स्पष्ट बनाने में सहायता करने के लिए करोड़ों टिप्पणियों को क्रंच करने के लिए सुपर कंप्यूटर का उपयोग करता है।[117]

2011 में, सुपरकंप्यूटिंग में लिफाफे को आगे बढ़ाने में चुनौतियों और कठिनाइयों को आईबीएम द्वारा ब्लू वाटर्स पेटास्केल प्रोजेक्ट के परित्याग द्वारा रेखांकित किया गया था।[118]

उन्नत सिमुलेशन और कंप्यूटिंग प्रोग्राम वर्तमान में संयुक्त राज्य परमाणु संग्रहण को बनाए रखने और अनुकरण करने के लिए सुपरकंप्यूटर का उपयोग करता है।[119]

2020 की प्रारंभ में, कोविड-19 विश्व में सामने और केंद्र में था। सुपरकंप्यूटर ने ऐसे यौगिकों को खोजने के लिए विभिन्न सिमुलेशन का उपयोगकिया जो संभावित रूप से प्रसार को रोक सकते थे। ये कंप्यूटर भिन्न-भिन्न प्रक्रियाओं को मॉडल करने के लिए अनेक समानांतर चल रहे सीपीयू का उपयोग करके दसियों घंटे तक चलते हैं।[120][121][122]

ताइवानिया 3 ताइवानी सुपरकंप्यूटर है जिसने COVID-19 से लड़ने में वैज्ञानिक समुदाय की सहायता की। इसे 2020 में लॉन्च किया गया था और इसकी क्षमता लगभग दो से तीन पेटाफ्लॉप्स की है।

विकास और प्रवृत्तियाँ

नवंबर 2015 में विभिन्न देशों के मध्य टॉप 500 सुपर कंप्यूटरों का वितरण

2010 के दशक में, चीन, संयुक्त राज्य अमेरिका, यूरोपीय संघ और अन्य लोगों ने 1 एक्सास्केल कंप्यूटिंग (1018 या क्विंटिलियन फ्लॉप) सुपरकंप्यूटर हैं। [123] सांडिया नेशनल लेबोरेटरीज के एरिक पी. डेबेनेडिक्टिस ने सिद्धांत दिया है कि ज़ेटाफ्लॉप (1021 या सेक्सटिलियन फ्लॉप) कंप्यूटर की आवश्यकता पूर्ण मौसम पूर्वानुमान को पूर्ण करने के लिए होती है, जो दो सप्ताह की समय अवधि को स्पष्ट रूप से कवर कर सकता है।[124][125][126] इस प्रकार के सिस्टम 2030 के आसपास बनाए जा सकते हैं।[127]

अनेक मोंटे कार्लो विधि यादृच्छिक रूप से जेनरेट किए गए डेटासेट को संसाधित करने के लिए समान एल्गोरिदम का उपयोग करती हैं; विशेष रूप से, परिवहन परिघटना, यादृच्छिक चाल , टकराव, और न्यूट्रॉन, फोटॉन, आयन, इलेक्ट्रॉन आदि की ऊर्जा और संवेग जमाव का वर्णन करने वाले पूर्णांक-विभेदक समीकरण। माइक्रोप्रोसेसरों के लिए नेक्स्ट स्टेप त्रि-आयामी एकीकृत परिपथ में हो सकता है; और मोंटे कार्लो के लिए विशेषज्ञता, अनेक परतें समान हो सकती हैं, डिजाइन और निर्माण प्रक्रिया को सरल बनाना था।[128]

मुख्य रूप से विद्युत की बढ़ती खपत के कारण उच्च प्रदर्शन वाले सुपर कंप्यूटरों के संचालन की निवेश में वृद्धि हुई है। 1990 के दशक के मध्य में 100 किलोवाट की सीमा में शीर्ष 10 सुपर कंप्यूटर की आवश्यकता थी, 2010 में शीर्ष 10 सुपर कंप्यूटर की आवश्यकता 1 और 2 मेगावाट के मध्य थी।[129] दारपा द्वारा कमीशन किए गए 2010 के अध्ययन ने एक्सास्केल कंप्यूटिंग को प्राप्त करने में सबसे व्यापक चुनौती के रूप में विद्युत की खपत की पहचान की।[130] उस समय प्रति वर्ष मेगावाट ऊर्जा की खपत में लगभग 1 मिलियन डॉलर व्यय होते थे। सुपरकंप्यूटिंग सुविधाओं का निर्माण आधुनिक मल्टी-कोर सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट द्वारा उत्पादित गर्मी की बढ़ती मात्रा को प्रभावी रूप से दूर करने के लिए किया गया था। 2007 और 2011 के मध्य सुपरकंप्यूटरों की ग्रीन 500 सूची की ऊर्जा खपत के आधार पर, 2011 में 1 एक्साफ्लॉप वाले सुपरकंप्यूटर को लगभग 500 मेगावाट की आवश्यकता होगी। जब भी संभव हो ऊर्जा बचाने के लिए उपिस्थिता हार्डवेयर के लिए ऑपरेटिंग सिस्टम विकसित किए गए थे।[131] समानांतर अनुप्रयोग के निष्पादन के अवधि उपयोग में नहीं आने वाले सीपीयू कोर को कम-शक्ति वाले स्थानों में रखा गया, जिससे कुछ सुपरकंप्यूटिंग अनुप्रयोगों के लिए ऊर्जा की बचत हुई।[132]

वितरित सुपरकंप्यूटर अवसंरचना के माध्यम से संसाधनों के बंडलिंग की ओर रुझान में सुपरकंप्यूटरों के संचालन की बढ़ती निवेश प्रेरक कारक रही है। राष्ट्रीय सुपरकंप्यूटिंग केंद्र सबसे पहला अमेरिका में उभरे, उसके पश्चात् जर्मनी और जापान में। यूरोपीय संघ ने सुपरकंप्यूटिंग अनुप्रयोगों को पोर्टिंग, स्केलिंग और अनुकूलित करने में यूरोपीय संघ के वैज्ञानिकों का समर्थन करने के लिए सेवाओं के साथ सतत पैन-यूरोपीय सुपरकंप्यूटर आधारभूत संरचना बनाने के उद्देश्य से यूरोप में उन्नत कंप्यूटिंग के लिए साझेदारी (पीआरएसीई) लॉन्च की।[129] आइसलैंड ने विश्व का पहला शून्य-उत्सर्जन सुपरकंप्यूटर बनाया। रिक्जेविक, आइसलैंड में थोर डेटा सेंटर में स्थित, यह सुपरकंप्यूटर जीवाश्म ईंधन की अतिरिक्त अपनी शक्ति के लिए पूर्ण प्रकार से नवीकरणीय स्रोतबं पर निर्भर करता है। ठंडी जलवायु भी सक्रिय कूलिंग की आवश्यकता को कम करती है, जिससे यह कंप्यूटर की विश्व में सबसे हरित सुविधाओं में से बन जाती है।[133]

सुपरकंप्यूटर हार्डवेयर की फंडिंग भी निरंतरता कठिन होती जा रही थी। 1990 के दशक के मध्य में शीर्ष 10 सुपरकंप्यूटरों पर निवेश लगभग 10 मिलियन यूरो किया गया था जबकि 2010 में शीर्ष 10 सुपर कंप्यूटरों के लिए 40 से 50 मिलियन यूरो के मध्य के निवेश की आवश्यकता थी।[129] 2000 के दशक में राष्ट्रीय सरकारों ने सुपरकंप्यूटरों को वित्तपोषित करने के लिए भिन्न-भिन्न रणनीतियां बनाईं गई। यूके में राष्ट्रीय सरकार ने पूर्ण प्रकार से सुपर कंप्यूटरों को वित्तपोषित किया और उच्च प्रदर्शन कंप्यूटिंग को राष्ट्रीय वित्त पोषण एजेंसी के नियंत्रण में रखा गया था। जर्मनी ने मिश्रित फंडिंग मॉडल विकसित किया था , जिसमें स्थानीय राज्य फंडिंग और संघीय फंडिंग सम्मिलित थी।[129]



उपन्यास में

Main article: एआई टेकओवर

अनेक विज्ञान कथा लेखकों ने ऐसे कंप्यूटरों के ऐतिहासिक निर्माण से पूर्व और पश्चात् में सुपर कंप्यूटरों को अपने कार्यों में चित्रित किया है। इस प्रकार की अधिकांश कथाएँ मनुष्यों के उन कंप्यूटरों के साथ संबंधों से संबंधित हैं जो वह बनाते हैं और अंततः उनके मध्य संघर्ष की संभावना के साथ विकसित होते हैं। फिक्शन में सुपरकंप्यूटर के उदाहरणों में एचएएल 9000, मल्टीवाक , द मशीन स्टॉप्स, जीएलएडीओएस, द एविटेबल कॉन्फ्लिक्ट, वल्कन हैमर, कोलोसस (उपन्यास), वॉरगेम्स और लिस्ट ऑफ माइनर द हिचहाइकर गाइड टू द गैलेक्सी कैरेक्टर्स या डीप थॉट सम्मिलित हैं।

यह भी देखें


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