СУПРЕНУМ

Для проверки этой статьи нужны дополнительные цитаты . Помогите улучшить эту статью , добавив ссылки на надежные источники . Материалы без источников могут быть оспорены и удалены. Найти источники:  "SUPRENUM" – новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( май 2023 г. ) ( Узнайте, как и когда удалять это сообщение )

SUPRENUM ( нем . SUPerREchner für NUMerische Anwendungen , англ. super-computer for numeric applications ) — немецкий исследовательский проект по разработке параллельного компьютера, проводившийся с 1985 по 1990 год. Это была масштабная работа, направленная на развитие национального опыта в области массивно-параллельной обработки как на аппаратном, так и на программном уровне.

Хотя компьютер Suprenum-1 был самым быстрым в мире массивно-параллельным MIMD- компьютером в 1992 году ^[1] , проект был запущен и считается коммерческим провалом.

Финансируемый Федеральным министерством исследований и технологий (BMFT) , проект SUPRENUM начался в 1985 году и финансирование BMFT продолжалось до 1990 года, когда был доступен полностью сконфигурированный 256-узловой прототип машины Suprenum-1. Запуску проекта в 1985 году предшествовала фаза определения, длившаяся более года, в течение которой собирались идеи, формировались концепции и выбирались партнеры по проекту.

Проект был двухступенчатым, из которых был сделан только первый шаг. В частности, было запланировано следующее: ^[2]

• Подпроект Suprenum 1: производство высокоскоростного MIMD- компьютера
• Подпроект Suprenum 2: расширение основных приложений и алгоритмических классов обслуживания для включения сложных и динамических структур сеток; адаптивные процедуры, зависящие от данных, нерегулярные и высокоразмерные сетки, методы Монте-Карло, основанные на структурах сеток, несетевые приложения и т. д., разработка инновационных языковых концепций, которые поддерживают автоматическое распределение нагрузки (в частности, с динамическими структурами сеток) для многопроцессорной структуры, исследование альтернативных структур взаимосвязей (другие топологии, сети переменных взаимосвязей), в частности, в отношении динамических структур сеток и стратегий автоматического распределения нагрузки, новые процессорные технологии ( VLSI , GaAs и т. д.).

Мандат, сопровождающий финансирование, заключался в создании проекта, который включал бы как исследовательскую, так и коммерческую сторону. С этой целью в Бонне была основана компания SUPRENUM Supercomputer GmbH . В обязанности SUPRENUM Supercomputer GmbH входило управление всем предприятием, участие в разработке программного обеспечения, координация разработки программного обеспечения, а также использование и маркетинг результатов проекта. Коммерческая цель требовала привлечения компаний с производственным опытом. Исследовательские аспекты требовали участия различных университетских и государственных исследовательских лабораторий. Окончательная команда состояла примерно из 15 групп из различных учреждений по всей Германии, включая несколько крупных компаний, а также небольшую компанию SUPRENUM Supercomputer GmbH . ^[1] Они были ^[3]

• четыре (или пять, соответственно) крупных исследовательских института: GMD ( нем . Gesellschaft für Mathematik und Datenverarbeitung , английский: общество математики и информатики ), оба их офиса в Санкт-Августине и Берлине , KfA ( нем . KernForschungsAnstalt, Jülich , английский: институт) для ядерных исследований в Юлихе ), KfK ( нем .: KernForschungszentrum Karlsruhe , английский: центр ядерных исследований в Карлсруэ ), DLR
• пять университетов: Дармштадт, Бонн, Брауншвейг, Дюссельдорф, Эрланген-Нюрнберг
• два промышленных потребителя: Dornier , Kraftwerk Union
• две компании: Krupp Atlas Elektronik GmbH , Stollmann GmbH.
• и Супренум ГмбХ

Были поставлены следующие задачи: ^[2]

• В области прикладного программного обеспечения: DLR , Dornier GmbH , GMD, Kernforschungsanlage Jülich GmbH (KFA), Kernforschungsanlage Karlsruhe GmbH (KfK), Kraftwerk Union AG и Университет Дюссельдорфа.
• В области языкового уровня: GMD, Технический университет Дармштадта и Боннский университет.
• В области систем: GMD, Krupp Atlas Elektronik GmbH, Stollmann GmbH, Технический университет в Брауншвейге и Университет Эрланген-Нюрнберг.

В то время как исследовательская группа по параллельным численным методам в Санкт-Августине предоставила ноу-хау для приложений (решение уравнений в частных производных), Немецкое общество математики и обработки данных GMD FIRST ( нем . Forschungszentrums für Innovative Rechnersysteme und -technologie , англ. Research centre for innovation computer systems and technologies ) в Берлине предоставило необходимые ноу-хау в области проектирования аппаратного обеспечения и операционных систем. В проекте приняли участие в общей сложности 15 исследовательских групп в академических учреждениях по всей Германии. Участие промышленности было ограничено производством оборудования на заводе Krupp Atlas Elektronik .

Было отправлено всего пять систем. ^[4]

С 12 июля 2010 года компания SUPRENUM Supercomputer GmbH прекратила свое существование. ^[5]

После завершения проекта SUPRENUM в 1991 году из остатков SUPRENUM GmbH была образована компания Pallas GmbH ^[6]. В 2003 году компания продала свое подразделение высокопроизводительных вычислений корпорации Intel .

В отличие от тогдашних вездесущих обычных векторных компьютеров (например, архитектура NEC SX , Cray Y-MP ), SUPRENUM-1 как один из первых преследовал цель массивно-параллельного дизайна. Однако конкуренты, такие как Thinking Machines Corporation, быстро догоняли.

Suprenum-1 был спроектирован как многокомпьютерная система MIMD с массовым параллелизмом и был основан на распределенной аппаратной архитектуре.

Он масштабировался до 256 вычислительных узлов, организованных в кластеры. Узлы кластера были разделены на пять функциональных блоков. Из 20 узлов для выполнения прикладных программ были доступны 16 прикладных узлов. Один резервный узел служил для отказоустойчивых целей. В дополнение к этим ориентированным на приложения узлам, дисковый узел предоставлял услуги дискового ввода-вывода, а диагностический узел предоставлял услуги технического обслуживания. И, наконец, взаимосвязь различных кластеров, а также взаимосвязь с хост-машинами, стала возможной благодаря узлу связи, который фактически служит шлюзом между шиной кластера и шиной SUPRENUM. ^[7]

Первый выпуск состоял из 320 узлов (256 узлов приложений и 64 узлов обслуживания).

Основными компонентами каждого прикладного узла были 32-разрядный микропроцессор Motorola 68020, работающий с тактовой частотой 20 МГц, 8 Мбайт основной памяти, защищенной 2-битной логикой обнаружения ошибок и 1-битной логикой исправления ошибок, а также четыре сопроцессора: ^[8]

• Блок управления страничной памятью (PMMU) Motorola 68851 проверял права доступа и нарушение страниц при доступе к памяти узла со стороны ЦП или в начале прямого доступа к памяти (DMA) .
• Блок с плавающей точкой (FPU) Motorola 68882 выполнял скалярную арифметику с плавающей точкой.
• Векторный блок с плавающей точкой (VFPU) состоял из набора микросхем Weitek WTL2264/2265 и 64 Кбайт быстрой статической памяти (векторный кэш). Пиковая производительность составляла 10 МФлопс для однооперационных вычислений с плавающей точкой двойной точности и 20 МФлопс в случае цепочечных операций. Пиковая производительность достигалась даже в том случае, если один из двух операндов считывался из основной памяти с помощью DMA , при условии использования постоянного приращения.
• Коммуникационный блок (CU) представлял собой микропрограммируемый сопроцессор, который отвечал за передачу данных между основной памятью узла и другими узлами в системе. ЦП инициировал коммуникацию. Затем коммуникационный блок обрабатывал всю передачу данных, включая запрос шины, передачу с проверками протокола и освобождение шины. Функции коммуникационного блока реализовывались в основном с помощью вентильных матриц и гибридных модулей.

Чистая производительность каждого узла приложения была указана в 4 Мфлопс. В результате для релиза SUPRENUM была рассчитана чистая производительность в 1 Гфлопс.

16 кластеров были соединены сетью шин 200 Мбит/с. Шины были организованы в виде прямоугольной сетки с 4 горизонтальными и 4 вертикальными шинами (глобальные шины). Каждый кластер состоял из 16 процессоров, соединенных быстрой шиной, вместе с устройствами ввода-вывода для связи с глобальной шинной сеткой, с диском и хост-компьютерами. Для каждого кластера был выделенный диск. Отдельные узлы могли обеспечивать до 20 Мфлопс (64-битная цепочка) или 10 Мфлопс (64-битная расцепленная) вычислительной мощности. ^[9]

Высокая пропускная способность шинной сети сделала Suprenum-1 интересной машиной для широкого спектра приложений, включая те, которые требуют дальнего общения. Между удаленными узлами никогда не требовалось более трех шагов общения. SUPRENUM поддерживал модель общения «отправка/прием». Основное отличие заключается в том, что SUPRENUM Fortran был расширением стандартного Fortran, в котором управление задачами и общение были включены в язык, а не реализованы через библиотечные вызовы, как в iPSC. SUPRENUM также поддерживает расширения массивов Fortran 90, которые используют векторное оборудование. Программное обеспечение SUPRENUM характеризовалось лучшей поддержкой научных приложений, которую можно было найти среди различных поставщиков распределенной памяти MIMD. Усилия, вложенные в разработку библиотек высокоуровневых сеточных и коммуникационных примитивов, значительно облегчили усилия по переносу приложений на компьютер, а также обеспечили существенную высокоуровневую переносимость на другие системы, поскольку коммуникационная библиотека могла быть реализована в терминах низкоуровневых примитивов на любой распределенной системе. ^[10]

Помимо разработки аппаратного обеспечения, программное обеспечение Suprenum-1 развивалось на многих уровнях:

• Операционная система
• Векторизирующие компиляторы
• Передача сообщений
• Приложения

Операционной системой для Suprenum-1 была PEACE (Process Execution And Communication Environment), новая операционная система, разработанная специально для проекта. PEACE была разработана с самого начала для поддержки эффективной передачи сообщений с малой задержкой, а также многозадачности. Хотя PEACE казалась удовлетворительной операционной системой, задержка сообщений никогда не была такой низкой, как хотелось бы. Типичные накладные расходы на задержку составляют порядка 1 миллисекунды. Хотя асинхронная связь была целью проектирования SUPRENUM, мы так и не смогли наложить связь на вычисления в Suprenum-1 из-за конфликта почтовых ящиков в PEACE.

В качестве основного результата был разработан элементарный и «первый в своем роде» компилятор Fortran . Основанный на Fortran 77 , он уже предоставлял некоторые возможности тогдашнего готовящегося стандарта Fortran 90. Он также использовал библиотеку связи PARMACS («параллельные макросы»). В отличие от вышеупомянутого компилятора FORTRAN, модель программирования PARMACS явно основана на передаче сообщений . Но опять же, финансирование проекта было прекращено до того, как компилятор достиг зрелости. Он трансформировался в проект SUPERB ^[11] (SUprenum parallelyER Bonn) («Венский Фортран»).

В таблице ^[12] ниже приведено сравнение Suprenum-1 с другими системами MPP того времени:

Из-за высокой стоимости разработки, превышающей 160 миллионов ^[13] немецких марок , и отсутствия успеха в маркетинге, проект все чаще подвергался критической оценке и сравнивался с другими неудачными исследованиями ( реактор-размножитель , Transrapid ). Поэтому Федеральное министерство исследований и технологий отказалось от финансирования запланированной второй фазы развития коммерческого проекта. Это решение затормозило коммерческий успех, поскольку оно отрицало наличие системы-преемника, на которую могли бы положиться потенциальные клиенты. Преемственность является важнейшим условием для разработки программного обеспечения или прикладного промышленного использования.

Оглядываясь назад, особенно критикуется недостаточное участие промышленности. Однако, как исследовательский проект, SUPRENUM был успешным. Участвующие учреждения приобрели уважаемый опыт в параллельных вычислениях , что привело к европейскому проекту GENESIS. PEACE служил операционной системой для некоммерческой архитектуры MANNA. SUPRENUM также повлиял на разработку других параллельных компьютеров, таких как Meiko CS-2, который был результатом европейского проекта GENESIS.

Проект SUPRENUM дал начало многим успешным предприятиям, например GENESIS , SUPERB, Pallas GmbH, Manna, PPPE и RAPS. Pallas, по сути, можно рассматривать как продолжение всех программных аспектов SUPRENUM, и как таковой показывает, что эта часть SUPRENUM была коммерчески успешной. Проект GMD FIRST Manna также является продолжением операционной системы и некоторых архитектурных аспектов SUPRENUM, снова очень успешным, хотя на этот раз в исследовательской среде.

Также машина Meiko CS-2, изначально разработанная в рамках GENESIS, включала в себя многие элементы конструкции Suprenum-2 из SUPRENUM, и действительно, в какой-то момент были серьезные планы по слиянию Meiko и SUPRENUM. К сожалению, эта концепция была в конечном итоге отвергнута акционерами SUPRENUM GmbH, которые в то время также решили выйти из SUPRENUM. Наконец, прикладная сторона SUPRENUM превратилась в GENESIS, позже PPPE и RAPS, так что снова этот аспект SUPRENUM показал себя как имеющий долгосрочную жизнеспособность.

Принимая во внимание все эти достижения в широком спектре вычислительных технологий, можно сделать вывод, что SUPRENUM был весьма успешным, даже несмотря на то, что не достиг всех целей, изначально поставленных правительством.

• Парсайтек
• Корпорация «Мыслящие машины»
• Мейко Сайентифик
• МасПар
• Вольфганг Хэндлер

• Проекты GENESIS и SUPRENUM Оливер А. МакБрайан, 1994
• Распределенная операционная система PEACE и ее пригодность для архитектур передачи сообщений MIMD В. Шредер, 1988
• PEACE: Распределенная операционная система для архитектуры передачи сообщений MIMD В. Шредер, 1988
• Ретроспектива Мангеймской суперкомпьютерной конференции в честь ее 15-летия У. Хармс, 2000 г.
• Konzepte und Beispiele Paraller Rechnerarchitekturen (VII): Speedup mit Pyramidenkonzept fast 100 Prozent на Computerwoche.de (немецкий)