По каким основным признакам можно отличить мэйнфреймы от других современных компьютеров
Термин «мэйнфрейм» в последние годы обычно ассоциируется с занимавшими огромные помещения вычислительными машинами 80-х годов, безвозвратно ушедшими в прошлое на многих российских предприятиях, внедривших для решения своих задач сети персональных компьютеров. Согласно одному из прогнозов Gartner Group, последний мэйнфрейм предполагалось выключить в 1993 году. Срок этот давно истек, но рынок мэйнфреймов остается стабильным и их продажи ежегодно растут.
езусловно, решение многих задач автоматизации предприятий с помощью персональных компьютеров, RISC-серверов, архитектуры «клиент-сервер» и современных средств разработки приложений оказывается намного дешевле, чем использование мэйнфреймов. Однако, как показала практика, внедрение персональных компьютеров рентабельно далеко не во всех случаях, особенно если речь идет о крупных организациях, где на первый план выходят вопросы хранения больших объемов данных, их целостности, надежности обслуживающих их приложений. И в этих случаях применение мэйнфреймов может оказаться удачной альтернативой набору из персональных компьютеров и RISC-серверов.
Несмотря на нынешнюю популярность ПК и RISC-серверов, мэйнфреймы активно используются на многих предприятиях. Мало того, корпорация IBM, родоначальница данной категории средств вычислительной техники, не только продолжает их выпускать, но и разрабатывает новые модели. Причина приверженности IT-отделов крупных компаний к «большим» ЭВМ заключается в развитых возможностях защиты данных, в высоком быстродействии, в наличии средств резервного копирования и восстановления после сбоев, в поддержке виртуальных машин то есть во всем том, к чему производители перcональных компьютеров и серверов приблизились только сегодня.
Что такое мэйнфрейм — общее понятие в информатике простыми словами
Мэйнфрейм — это многопользовательская вычислительная система, которая имеет центральный блок со сверхбольшой вычислительной мощностью и значительными информационными ресурсами.
К нему присоединяется несколько рабочих мест с минимальной оснащенностью (видеотерминал, клавиатура, мышь).
Основным разработчиком таких систем считается IBM.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
Что такое суперкомпьютер?
Суперкомпьютер — это высокопроизводительная компьютерная система главного бластера, которая лучше, чем все остальные компьютерные системы в мире. Суперкомпьютеры обладают способностью выполнять миллиарды вычислений в секунду и способны обрабатывать данные в 100 раз быстрее, чем обычные компьютеры, используемые в повседневной жизни во всем мире. Больше внимания уделяется скорости обработки и ускорению. Он предназначен для обеспечения все большей и большей емкости и мощности для точной обработки данных, причем в минимальные сроки. Они полностью способны выполнять сложные вычисления и могут одновременно обрабатывать гигантский диапазон данных. Они оснащены быстрой памятью, а также высококачественным программным и аппаратным обеспечением. Это самые тяжелые и высокопроизводительные машины в мире.
Производительность
Настало время сравнить производительность суперкомпьютеров и мэйнфреймов в TFLOPS. А чтобы было интереснее, подберем им компаньонов из числа обыкновенных компьютерных устройств, которые можно встретить в обыденной жизни.
Сравнение производительности в Linpack
Немного истории
ервые мэйнфреймы были выпущены корпорацией IBM в апреле 1964 года: именно тогда была разработана архитектурная концепция семейства System/360 (S/360). Это был самый дорогостоящий проект в истории вычислительной техники на его выполнение было затрачено более 5 млрд. долл. Данный проект был направлен на разработку всесторонне продуманного комплекса решений в области аппаратуры, программного обеспечения, технологии производства, организации распространения и технического обслуживания семейства компьютеров, различных по производительности и цене. System/360 стало первым большим семейством компьютеров, позволявшим использовать взаимозаменяемое программное обеспечение и периферийное оборудование. Вместо того чтобы приобретать новую систему по мере роста потребностей и увеличения бюджета, владельцы мэйнфреймов данной серии теперь могли просто наращивать вычислительные возможности по частям, добавляя или заменяя лишь необходимые аппаратные средства. В рамках System/360 предлагался выбор из 5 процессоров, 44 периферийных устройств и 19 комбинаций питания, быстродействия и памяти. Пользователь мог эксплуатировать те же самые магнитные ленты и дисковые накопители с процессорами, различающимися по производительности в 100 раз. Сейчас взаимозаменяемость компонентов и возможность наращивания мощности за счет добавления ресурсов кажется обычным делом, но до появления S/360 ничего подобного не было каждый компьютер был уникальным устройством и все они были несовместимы между собой. Именно поэтому серия System/360 считается одним из величайших технологических достижений ХХ века. Отметим, что выпуск этой серии оказал заметное влияние и на развитие отечественной вычислительной техники: IBM-совместимые мэйнфреймы успешно выпускались в нашей стране в 70-х и 80-х годах.
Для ЭВМ серии System/360 и последующей за ней System/370 сразу же появлялись наиболее передовые решения, приводящие к повышению производительности, такие как средства динамического преобразования адресов, способность устройства управления обнаруживать все операции, допускающие одновременное исполнение, многопроцессорность на основе общей оперативной памяти, межпроцессорная сигнализация, опережающий просмотр команд для динамического предсказания логических переходов, поддержка многозадачности, страничная организация памяти. Первый компилятор языка высокого уровня и первый экранный редактор также были созданы для ЭВМ именно этих серий.
Часть оборудования ЭВМ IBM System/360 (1964 г.)
Модельный ряд мэйнфреймов IBM постоянно совершенствовался: в 70-х годах появились модели, использовавшие большие интегральные схемы и полупроводниковую память, затем появились модели с векторной обработкой данных.
Компьютеры System/360/370 известны как универсальные. Они одновременно могли использоваться для научно-инженерных расчетов и обработки изображений, поддерживать базы данных терабайтных объемов, обслуживать локальные и глобальные сети. По сравнению с появившимися в 70-х годах микрокомпьютерами, эти машины были сравнительно объемными, но прогресс в технологии, приведший к появлению персональных ЭВМ, в еще большей степени повлиял на развитие «больших» машин. В конце 80-х начале 90-х годов IBM продолжила эволюционное развитие линии мэйнфреймов на основе новой архитектуры ESA (Enterprise System Architecture) данная серия мэйнфреймов получила название System/390. В 90-х годах число различных моделей стремительно росло, появились модели, использующие КМОП-технологию (КМОП комплементарный металл-оксидный полупроводник). В середине 90-х годов были выпущены модели, поддерживающие объединение мэйнфреймов в кластеры и резервирование процессоров. В 1998 году была анонсирована модель S/390 Integrated Server, отличающаяся относительно небольшими габаритами (112Ѕ89Ѕ52 см) и весом (100 кг).
Заключение
Я, если можно так сказать, кратко попытался взглянуть на историю развития самых быстрых вычислительных машин и те цифры, которыми они оперировали. Возможно, через 10-20 лет любой смартфон или компьютер достигнут той же производительности, что и занимающий сейчас первое место в TOP-500 Sunway TaihuLight, если не превзойдут его. Поживем-увидим.
И, конечно, мне бы хотелось собрать свой собственный мэйнфрейм и дополнительно его разогнать, поскольку информации о разгоне этих машин на просторах интернета я не встречал . Может быть, когда-то это и удастся реализовать…
До скорых встреч!
Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен или telegram-канал @overclockers_news - это удобные способы следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
Суперкомпьютер и мэйнфреймы - самые мощные компьютеры. Но их можно отличить по задачам, которые они выполняют. С одной стороны, где суперкомпьютер фокусируется на быстром вычислении сложных математических операций. С другой стороны, мэйнфрейм-компьютер выступает в роли сервера и поддерживает большую базу данных, обширные устройства ввода-вывода и мультипрограммирование . Давайте обсудим некоторые различия между суперкомпьютером и мэйнфреймом с помощью сравнительной таблицы, показанной ниже.
Заключение:
Суперкомпьютеры - самый большой, самый быстрый и самый дорогой компьютер. Вычисления на мэйнфреймах менее мощные, чем на суперкомпьютерах.
Мэйнфреймы — это коммерческие компьютеры профессионального уровня, которые работают как сервер и используются в крупных организациях, где данные обрабатываются в большом количестве и к которым одновременно получают доступ сотни и тысячи пользователей. Суперкомпьютер — это самый быстрый компьютер из всех, который способен выполнять миллиарды вычислений в секунду и обрабатывать данные в 100 раз быстрее, чем обычные компьютеры, такие как обычные персональные компьютеры. Мэйнфреймы предназначены для работы с тысячами пользователей, одновременно получающих доступ к системе, тогда как суперкомпьютеры предназначены для более быстрой и эффективной обработки данных.
Процессоры суперкомпьютеров
Как вы уже могли заметить, процессоры для суперкомпьютеров использовались разные:
- Набор бесчисленного множества микросхем на печатной плате;
- Серийно выпускаемые и свободно встречающиеся в обыденной рознице модели;
- Специально изготовленные для построения суперкомпьютеров.
Последние представляют наибольший интерес. Как правило, такие решения содержат несколько процессорных ядер на одной подложке, кристаллы которых, если удастся снять защитное крепление, засверкают всеми цветами радуги. Приведу несколько таких примеров.
Выше на снимке можно увидеть процессор IBM Power5+ в упаковке QCM (Quad Chip Module). Его восемь ядер работают на частоте 1.8 ГГц, а рядом с ними расположены 72 Мбайт кэш-памяти третьего уровня (L3 Cache).
У Pentium Pro похожая упаковка, но единственное процессорное ядро и кэш второго уровня (L2) находятся на разных кристаллах.
А так выглядит IBM Power4 CPU без теплораспределительной крышки:
Корпус процессора изготовлен из прочной керамики, и отсоединить такую же керамическую крышку – дело далеко не простое. Приходится использовать грубую силу и специальный инструмент.
По мере продвижения прогресса количество кристаллов под крышкой таких процессоров увеличивалось, а сами размеры CPU росли. Они обзаводились массивными стальными рамками, причем некоторые модели предоставляли возможность подключения водяного охлаждения.
Выше на фото представлен процессор IBM Z10, выпущенный специально для мэйнфреймов в 2008 году. Этот «модульник» включает пять четырехъядерных CPU с частотой 4.4 ГГц, а также два контроллера памяти. Кэш-память второго уровня равна 3 Мбайт для каждого ядра; в дополнение к ней в зависимости от модели может быть еще от 40 до 48 Мбайт кэш-памяти третьего уровня. Размеры такого процессора впечатляют.
Ниже можно увидеть еще одного «монстра» - IBM Z196.
Данный процессор представляет собой многочиповый модуль и был специально разработан IBM для своих супермашин еще в 2010 году. Чип площадью 512.3 мм 2 состоит из 1.4 миллиарда транзисторов. Технология производства – 45 нм, тактовые частоты – до 5.2 ГГц.
Помимо 24 Мбайт общего кэша L3, на процессорном модуле есть два специальных выделенных чипа-компаньона, называемых Shared Cache. Каждый из них добавляет кэш-память L4 на 96 Мбайт, что суммарно увеличивает общий объем L4 кэша до 192 Мбайт.
Ну а далее нас ждут просто настоящие исполины:
Для удобства установки таких процессоров используются готовые модули с ручкой.
Разобрать такой процессорный модуль непростая задача, порою для этой процедуры нужно обладать набором инструментов, представленных ниже на снимке, и даже газовая горелка не помешает.
Кстати, метод с тисками, применимый для десктопных ЦП, тут не пройдет. В качестве примера приведем разборку IBM Power4 в картинках:
Современные модели мэйнфреймов
овременные модели мэйнфреймов IBМ, являющиеся развитием линии S/390, носят название еServer zSeries. Эти серверы основаны на архитектуре z/Architecture, которая представляет собой расширение архитектуры ESA. Данная архитектура позволяет обеспечить полноценную поддержку 64-разрядной реальной и виртуальной памяти, поддерживает кластеризацию (до 640 процессоров) и виртуальные машины, позволяющие выполнять до сотни экземпляров других операционных систем (например, Linux), позволяет устранять проблемы, связанные с недостатком адресуемой памяти, и с помощью интеллектуального диспетчера ресурсов (Intelligent Resource Director, IRD) может автоматически направлять имеющиеся ресурсы на решение наиболее приоритетных задач.
Новейший сервер из этого семейства IBM zSeries 990 (z990) обладает расширенным набором функций для построения центров обработки данных, обработки транзакций и интеграции приложений.
Серверы семейства zSeries ориентированы на обеспечение высочайшего уровня доступности приложений. Они отличаются высокой надежностью и наделены средствами самонастройки и самовосстановления, обладают встроенными механизмами предотвращения неисправностей, высокой отказоустойчивостью. Технология наращивания вычислительных ресурсов по требованию (Capacity Upgrade on Demand), реализованная в серверах этой серии, позволяет без нарушения работы системы устанавливать дополнительные центральные процессоры, устройства внутреннего сопряжения, иное аппаратное обеспечение. Отметим, что средний срок наработки на отказ мэйнфреймов этой серии оценивается в 15 лет.
Современный мэйнфрейм IBM eServer zSeries 990 (2004 г.)
Поскольку безопасность данных становится важнейшим фактором современной IT-индустрии, мэйнфреймы семейства zSeries содержат встроенный аппаратный программируемый криптографический адаптер, позволяющий выполнять SSL-операции и операции шифрования с открытым ключом.
Мэйнфрейм дома
Можно ли использовать такую машину как суперкомпьютер дома? А почему бы и нет. Главное – желание, а мэйнфрейм найдется .
Масса и размеры IBM z890 немаленькие, ведь это не персональный компьютер. При габаритах 79 х 158 х 195 см и массе 680 кг данное вычислительное устройство нелегко транспортировать и разместить в помещении. Но нет ничего невозможного.
После операции по транспортировке в подвал мэйнфрейм был собран и подключен.
В результате благодаря публикации автора эксперимента в интернете его пригласили в IBM сначала на экскурсию, а затем попросили прочитать лекцию, поскольку 19-тилетний подросток обладал такими знаниями по мэйнфреймам производства IBM, которыми не могут похвастать некоторые специалисты.
А в последующем ему предложили совмещать дальнейшую учебу и работу в IBM. Так что иногда простое увлечение перерастает в профессию. Фотографии процесса сборки и транспортировки можно посмотреть по ссылке.
Сравнительная таблица
Мэйнфрейм компьютер | Суперкомпьютер | |
Определение | Мэйнфрейм — это высокопроизводительный компьютер профессионального уровня, используемый в крупных организациях для одновременной работы с тысячами одновременных пользователей. Обычно он работает как сервер и обслуживает широкий круг клиентов. | Суперкомпьютер — это высокопроизводительный компьютер, обладающий в тысячи раз большей скоростью и вычислительной способностью, чем обычные компьютеры. |
Назначение и функции | Компьютеры мэйнфреймов сконструированы таким образом, чтобы они могли запускать несколько программ одновременно, запускать несколько приложений и выполнять несколько задач, имея дело с тысячами пользователей, обращающихся к серверу одновременно. | Выполняйте миллионы больших вычислений за секунды. Для эффективной, действенной и точной обработки и получения результата. Работает с огромными необработанными данными и быстро преобразует их в полезную информацию. |
Преимущества | Тысячи клиентов заключают сделку одновременно, экономит время, повышает эффективность, обеспечивает гибкость, сохраняет большой объем данных, доступ к тысячам пользователей. | Экономит время, будучи эффективным и действенным, Высокий уровень точности, Чрезвычайная скорость обработки, возможность обрабатывать больше данных за меньшее время, Связь без потоков. |
Используется в | Крупные коммерческие организации, такие как банки, станции правительственной базы данных, военные организации, организации здравоохранения, электронная коммерция, электронный бизнес и т. Д. | Космические центры, такие как НАСА, станции прогнозирования погоды, научные лаборатории и атомные электростанции. |
Применение мэйнфреймов в качестве серверов и хранилищ данных
Итак, мэйнфрейм — это компьютер, который может поддерживать большое количество приложений и одновременно обслуживать тысячи пользователей.
Такая вычислительная система может служить как сервер и как хранилище данных.
Мэйнфрейм как сервер — это некий программный компонент, который выполняет сервисные, обслуживающие функции по запросу клиента. Он может выступать как файл-сервер, на котором хранятся все файловые ресурсы локальной компьютерной сети.
Также серверы могут функционировать без личного участия человека, но при этом должна быть обеспечена надежность устройства, т.к. она должна обслуживать клиентов круглосуточно. Для этого на серверах есть элементная база, где происходит дублирование системы, и есть более надежная оперативная память с большим временем наработки на отказ.
Самым главным достоинством серверов является их производительность, которая зависит от:
- типа и производительности процессоров;
- от объема и типа оперативной памяти;
- от производительности дисковой подсистемы.
Мэйнфрейм как сервер должен быть обеспечен такими функциями, как мониторинг и диагностика, которые позволяют управлять им на расстоянии.
Мэйнфрейм как хранилище данных — это центральное хранилище, где происходит обработка данных. К нему подключаются устройства с менее мощной производительностью, такие как рабочие станции и терминалы. Такое хранилище позволяет пользователям сделать лишь одну копию коммерческих данных, которая увеличивает вероятность его актуальности.
История появления, каково их будущее
Точкой отсчета в истории создания мэйнфреймов можно считать 1964 год, когда появилась первая уникальная компьютерная система IBM System/360. Это был самый масштабный в то время проект, на который потрачено корпорацией порядка 5 тысяч долларов.
В 1980-х годах System/360 занимала лидирующие позиции на рынке.
В 1993 г. происходит кризис рынка мэйнфреймов. Они начинают терять актуальность, т.к. на рынке появляются более современные и усовершенствованные серверы, такие как: Unix и PC. Преимущество которых состояло в том, что они применяли технологии создания микросхем. Следовательно, сократились расходы на электричество.
Мэйнфреймы занимали огромные площади, в то время, когда Unix- и PC-серверы имели размеры настольных станций. Также к минусам таких вычислительных систем можно отнести дороговизну и не совместимость с другими платформами.
Оценка ситуации компанией IBM позволила усовершенствовать систему мэйнфреймов, которая впоследствии стала производительней и менее энергозатратнее. Технология биполярностей заменена на технологию КМОП, т.е. на набор полупроводниковых технологий построения интегральных микросхем и соответствующую ей схемотехнику микросхем. Подавляющее большинство современных цифровых микросхем построено именно на технологии КМОП.
Мэйнфреймы на базе КМОП быстро набирали производительность и уменьшались в габаритах. Далее такие системы перешли на 64-разрядную архитектуру z/Architecture, которая могла поддерживать на одной платформе более сотни серверов с различными операционными системами.
Сегодня самой современной моделью мэйнфреймов IBM считается eSeries zSeries. Новейший сервер из этого семейства — IBM zSeries 990 (z990) — обладает расширенным набором функций для построения центров обработки данных, обработки транзакций и интеграции приложений. Они обладают высокой надежностью, встроенными механизмами предотвращения неисправностей и обеспечены функциями самонастройки и самовосстановления.
Определение суперкомпьютера
Суперкомпьютеры являются самыми большими, самыми быстрыми и самыми дорогими компьютерами в мире. Прежде чем углубляться в детали, давайте обсудим историю суперкомпьютеров. Компания, которая поставила первый суперкомпьютер в мире, - Cray Inc. Сеймур Крэй разработал первый суперкомпьютер Cray 1, выпущенный в 1976 году . Несмотря на то, что он работал так же быстро, как наши сегодняшние домашние компьютеры, Cray 1 был самым успешным суперкомпьютером своего времени. Весил он около 5, 5 тонн .
Наши сегодняшние суперкомпьютеры оптимизированы по размерам и стали быстрее предыдущих. На сегодняшний день самым быстрым суперкомпьютером в мире является Sunway TaihuLight в материковом Китае . Основным направлением работы суперкомпьютера является ускорение сложных математических вычислений.
Основное назначение суперкомпьютера - выполнение миллиардов операций с плавающей запятой всего за секунду . Теперь вы можете представить скорость суперкомпьютера. Большинство современных суперкомпьютеров имеют операционную систему Linux, где каждый производитель обладает своей специфической производной от Linux .
В основном суперкомпьютеры используются для прогнозирования погоды, квантовой механики, исследований ядерной энергии, неврологических исследований и таких сложных операций, которые требуют быстрого выполнения.
Что такое мэйнфрейм-компьютер?
Мэйнфрейм — это профессиональная компьютерная система высокого класса, используемая в крупных организациях для одновременной работы с тысячами одновременных пользователей. Мэйнфреймы чрезвычайно эффективны в отношении работы и одновременного запуска на них нескольких программ и приложений. Обычно в качестве серверов работают мэйнфреймы. Это очень мощные серверы для организации или бизнеса, поскольку они обладают способностью справляться с огромным количеством клиентов и одновременно работающих пользователей. Компьютеры мэйнфреймов не только обрабатывают тысячи запросов и запросов от клиентов, но также являются достаточно мощными и эффективными с точки зрения гибкости, точности и эффективности для одновременного выполнения различных видов задач. Мэйнфрейм-компьютеры обладают замечательной гибкостью в отношении оказания помощи и способны работать с большим количеством различных ОС (операционных систем). Они используются в крупных организациях, основанных на данных, и в коммерческих компаниях, в которых сотни и тысячи клиентов должны одновременно выполнять свои многочисленные запросы.
Особенности и характеристики современных мэйнфреймов
Современные мэйнфреймы обладают такими особенностями, как:
- Надежность. Время наработки на отказ оценивается в 12-15 лет.
- Повышенная устойчивость систем. Мэйнфреймы могут изолировать и исправлять большинство аппаратных и программных ошибок за счет дублирования и замены составных элементов.
- Обеспечение целостности данных. Средства резервного копирования способны эффективно защищать данные.
- Рабочая нагрузка. Рабочая нагрузка мэйнфреймов составляет 80-90% от их максимальной производительности, т.е. система будет работать бесперебойно.
- Пропускная способность. Операционная система не зависает на вводе и выводе даже во время максимальной нагрузки.
- Масштабирование.
- Вертикальное: система обеспечивается линейкой процессоров с производительностью от 5 до 200 MIPS и наращиванием до 12 центральных процессоров в одном компьютере.
- Горизонтальное: реализуется объединением ЭВМ в Sysplex (многомашинный кластер, который с точки зрения пользователя выглядит как единый компьютер).
- Программное: при таком масштабировании на одном мэйнфрейме может быть задействовано бесконечное число различных серверов, изолированных друг от друга. Но при этом все взаимодействуют как единая система, в котором применяется продукт Tivoli, позволяющий производить мониторинг всей системы как по отдельности, так и объединенно.
Определение мэйнфрейма
Мэйнфреймы - это также большие, быстрые и дорогие компьютеры, но они меньше, медленнее и дешевле, чем суперкомпьютеры. Несколько компаний начали производство мэйнфреймов в 1950-1970 годах . Но самой успешной и доминирующей на сегодняшний день является корпорация IBM (International Business Machines).
Мэйнфрейм, само название которого описывает, что это шкаф с центральным процессором, который управляет большим количеством оборудования ввода / вывода . Мэйнфрейм-компьютеры поддерживают большую базу данных, обширное оборудование ввода-вывода и мультипрограммирование одновременно. Мэйнфрейм-компьютер выступает в роли сервера и обслуживает одновременно нескольких пользователей.
Мэйнфреймы можно масштабировать как для аппаратного, так и для программного обеспечения, то есть они могут поддерживать дополнительное оборудование ввода-вывода и могут одновременно работать с несколькими операционными системами. Одно из преимуществ мэйнфреймского компьютера состоит в том, что он может работать годами без перерыва. Из-за своей экономической эффективности мэйнфреймы используются только крупной организацией, такой как банки, авиакомпании, финансы, здравоохранение и т. Д.
Программное обеспечение для мэйнфреймов
Операционные системы
Из операционных систем для данной платформы отметим z/OS, созданную для новой 64-разрядной архитектуры z/Architecture и являющуюся дальнейшим развитием ОС OS/390. В этой операционной системе наиболее полно использованы новые возможности указанной архитектуры.
Помимо этого IBM выпускает для данной платформы операционную систему z/VM, позволяющую решить задачу построения мультисистемных решений для операционных систем типа z/OS, OS/390, TPF, VSE/ESA, CMS, Linux для S/390 или Linux для zSeries с помощью создания виртуальных машин. Для монитора виртуальных машин и гостевых операционных систем поддерживается 64-разрядная адресация.
Одним из важных элементов стратегии IBM в области электронного бизнеса, охватывающей все выпускаемые корпорацией серверные платформы, является поддержка Linux. В декабре 1999 года в IBM завершились работы по переносу Linux в S/390. Диалект Linux for S/390 является самостоятельной операционной системой и не требует для своей работы наличия другой ОС.
Для этой аппаратной платформы имеется также ряд операционных систем других производителей.
Ключевые различия между суперкомпьютером и мэйнфреймом
- Суперкомпьютер известен быстрым вычислением сложных математических операций; он выполняет миллиарды операций с плавающей запятой за секунду. Мэйнфреймы выступают в роли сервера; он поддерживает большую базу данных, многопользовательский и многопрограммный, в основном для крупных бизнес-транзакций.
- Первый успешный суперкомпьютер Cray1 был изобретен Seymour Cray в 1976 году. IBM является наиболее успешным и доминирующим производителем мэйнфреймов.
- Суперкомпьютер - самый быстрый компьютер в мире, тогда как; мэйнфрейм-компьютер также быстрее, но меньше, чем суперкомпьютер.
- Суперкомпьютер - самый большой компьютер. Тем не менее, мэйнфрейм компьютер также большой, но меньше, чем суперкомпьютер.
- Суперкомпьютеры дороже мэйнфреймов.
- Современный суперкомпьютер работает на Linux или его производных вариантах. Однако мэйнфрейм-компьютер может работать с несколькими операционными системами как с единым целым.
Сравнительная таблица
Основа для сравнения | Суперкомпьютер | ЭВМ |
---|---|---|
основной | Суперкомпьютеры быстро выполняют большие и сложные математические вычисления. | Мэйнфреймы выступают в роли сервера, хранят большую базу данных и одновременно обслуживают большое количество пользователей. |
Изобретение | Первый успешный суперкомпьютер был изобретен Seymour Cray в 1976 году Cray 1. | IBM изобрела первый успешный компьютер для мэйнфреймов и до сих пор является доминирующей компанией по производству компьютеров для мэйнфреймов. |
скорость | Суперкомпьютер может выполнять миллиарды операций с плавающей запятой за секунду. | ЭВМ могут одновременно выполнять миллионы команд. |
Размер | Суперкомпьютеры являются крупнейшими компьютерами в мире. | Мэйнфреймы также большие, но несколько меньше суперкомпьютера. |
расходы | Суперкомпьютеры - самые дорогие компьютеры в мире. | Мэйнфреймы также дороги, но дешевле, чем суперкомпьютеры. |
Операционная система | Современные суперкомпьютеры имеют операционную систему Linux и производные варианты операционной системы Linux. | Мэйнфрейм-компьютер имеет возможность запуска нескольких операционных систем. одновременно. |
Иное программное обеспечение
Средства управления системой, поддержки безопасности и инструменты резервного копирования серверов zSeries производятся как самой IBM, так и другими компаниями, например Computer Associates. СУБД для данной платформы производят IBM (DB2 Universal Database, IMS), Software AG (ADABAS), Oracle. Для данной платформы существует и J2EE-совместимый сервер приложений WebSphere Application Server for z/OS.
Для серверов zSeries разработаны офисные и издательские пакеты, средства графики, трехмерного моделирования, САПР, трансляторы с различных языков высокого уровня, включая FORTRAN, PL/1, COBOL, PASCAL, BASIC/VM, SmallTalk, средства разработки, пакеты математической статистики, ПО для научных исследований, средства автоматизации управления производством, средства автоматизации банковской деятельности. В целом список имеющегося программного обеспечения для данной платформы весьма внушителен.
Итак, вопреки неутешительным прогнозам Gartner Group, мэйнфреймы активно производятся, совершенствуются и используются, хотя вследствие дороговизны этих устройств их применение будет экономически эффективно для решения отнюдь не любой задачи.
В каких случаях действительно необходимы именно мэйнфреймы? Как правило, их использование рентабельно при высоких требованиях к производительности (от 100 млн. операций в секунду) и к защищенности от несанкционированного доступа и сбоев, при необходимости централизованного хранения и обработки больших объемов данных. И конечно, при наличии средств, достаточных для реализации указанных требований.
Кроме обычных ПК, встречаются и более производительные варианты в виде серверов с двумя или даже четырьмя процессорными разъемами. А что еще быстрее? Ответ на вопрос приводит к отдельному классу вычислительных машин: суперкомпьютерам и мэйнфреймам. Как он развивался, каким был в прошлом и чего достиг сейчас, какими цифрами производительности оперировал и можно ли использовать такие машины дома?
В 1999 году назрел апгрейд Intel ASCI Red и тендер опять выиграла Intel. Благодаря этому событию на свет появился уникальный процессор с разъемом Socket 8 и мощью Pentium II – Pentium II OverDrive с частотою 333 МГц.
«Заряженный» Intel ASCI Red версии 2.0 с 9632 процессорами после апгрейда обеспечил производительность на уровне 2.38 TFLOPS в тесте Linpack. Такие качественные характеристики позволили Intel ASCI Red удерживать звание самого быстрого суперкомпьютера с июня 1997 до июня 2000 года.
реклама
Но процессорных мощностей никогда не бывает мало, и поэтому по заказу правительства США в рамках развития суперкомпьютерных технологий при третьем этапе программы «Advanced Simulation and Computing Program – ASCI» был объявлен тендер на построение еще более мощного суперкомпьютера.
Здесь стоит отметить, что каждый этап программы предполагал увеличение мощности нового суперкомпьютера относительно предыдущего примерно в 2.5 раза. И на сей раз честь быть творцом нового покорителя терафлопсов выпала IBM. В феврале 1998 года было официально объявлено, что компания IBM получила контракт на постройку нового суперкомпьютера, который будет называться ASCI White.
15 августа 2001 года он был официально сдан заказчику и установлен в Ливерморской национальной лаборатории.
Что же представлял собою ASCI White, который стоил 110 миллионов долларов? Это кластер из SMP-серверов, состоящий из 512 машин, связанных новой коммуникационной технологией «Colony» с пропускной способностью около 500 Мбайт/с.
Суммарное количество процессоров IBM Power3 с тактовой частотою 375 МГц равнялось 8192 экземплярам. В распоряжении суперкомпьютера находились 6 Тбайт оперативной памяти и 160 Тбайт дискового пространства. Размеры ASCI White были сопоставимы с площадью двух баскетбольных площадок, а масса всего оборудования составляла 106 тонн.
Общая длина кабелей для соединения компонентов достигла 64.3 км. Для их укладки пришлось надстроить пол на высоту 60 см для возможности прокладки шлейфов.
Потребляемая мощность ASCI White составляла 3 МВт электроэнергии, и еще столько же требовалось на охлаждение. Вся эта мощь показала результат в тесте Linpack в 7.3 TFLOPS.
реклама
В 2002 году майка лидера вновь ушла в Страну восходящего солнца. По заказу японского правительства компания NEC построила суперкомпьютер с реальной мощностью 35.86 TFLOPS. Модель с названием «Earth Simulator» («Симулятор Земли») была разработана специально для японского агентства науки и технологии для проведения климатических, тектонических, атмосферных и других расчетов.
По факту была построена маленькая модель нашей планеты для прогнозирования различных природных явлений и катастроф.
NEC Earth Simulator получился в пять раз быстрее IBM ASCI White и в три с половиной раза дороже (на разработку было потрачено 350 миллионов долларов США). Для его установки был построен двухэтажный павильон 65 метров в длину и 50 в ширину.
640 узлов с восемью векторными процессорами и 16 гигабайтами оперативной памяти в каждом узле суммарно объединяли 5120 процессоров и 10 терабайт оперативной памяти. Частота каждого процессора составляла 500 МГц, но некоторые его компоненты поддерживали работу на частоте 1 ГГц.
Система памяти на жестких дисках состояла из моделей HDD суммарным объемом 700 Тбайт, плюс к этому объему добавлялась ленточная библиотека StorageTek 9310 объемом 1.6 петабайт. Количество потребляемой энергии – 6.4 МВт; и это без учета затрат на охлаждение, поэтому рядом была построена небольшая подстанция на 20 Мвт.
Для соединения всех компонентов потребовалось 83 200 кабелей суммарной длиной 2400 км. Скорость двунаправленной передачи данных по каждому каналу, соединяющему процессорные узлы с переключателем, равнялась 12.3 Гбайт/с. В 2009 и далее в 2015 году NEC выпустила второе и третье поколение «Симулятора Земли». К слову, последнее поколение Earth Simulator обеспечивает производительность 35.61 TFLOPS.
Первым суперкомпьютером, впервые в истории преодолевшим порог в один петафлопс, стал IBM Roadrunner, построенный, что естественно, самой IBM и установленный в Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) для исследований в области ядерного вооружения в 2008 году. Кроме того, это был первый гибридный суперкомпьютер, использующий одновременно две различные процессорные архитектуры.
В состав IBM Roadrunner входили, гармонично работая друг с другом 6 480 двухъядерных процессоров AMD Opteron 2210 с частотой 1.9 ГГц и 12 960 процессоров IBM PowerXCell 8i с частотой 3.2 ГГц (наподобие тех, что использовались в Sony PlayStation 3).
Этот суперкомпьютер, как и Intel ASCI Red, изготавливался из общедоступных комплектующих – в его состав вошли блейд-серверы IBM Model QS22, которые разместились в 278 шкафах. Для связи использовалось 10 000 соединений Infiniband и около 90 км волоконно-оптического кабеля.
реклама
Суммарный объем оперативной памяти этого монстра равнялся 98 терабайт, масса – 226 тонн, потребляемая мощность – 3.9 Мвт, на разработку ушло более 120 миллионов долларов США.
Стандартная обработка (например, ввода / вывода файловой системы) происходит процессорами AMD Opteron, математические и процессорные вычисления обрабатываются процессорами Cell. IBM Roadrunner работал с программным обеспечением Linux с открытым исходным кодом Red Hat.
Но уже с 2008 года началась гонка за покорение петафлопс. В конце 2009 года суперкомпьютер Cray XT5 (известный как «Jaguar») в тесте Linpack показал производительность в 1.759 PFLOPS. В 2010 суперкомпьютер из Китайской Народной Республики Tianhe-1A обеспечил производительность в 2.57 PFLOPS. В 2011 японский суперкомпьютер K Computer продемонстрировал результат в 8.16 квадриллиона операций в секунду. Но нам более интересен суперкомпьютер с названием Titan, построенный компанией Cray.
По сути суперкомпьютер Titan или Cray XK7 был апгрейдом Jaguar, который работал в национальной лаборатории Министерства энергетики США.
Обновление ценой в 60 миллионов долларов включало 18 688 шестнадцатиядерных AMD Opteron 6274 (Socket G34, микроархитектура – Bulldozer, цена на момент анонса – $639) c частотою 2.2 ГГц и 18 688 серверных GPU Nvidia Tesla K20X (микроархитектура – Kepler, стоимость на момента анонса – $3199, близкий игровой аналог – GeForce GTX Titan первого поколения). Мощность одной Tesla K20X с шестью гигабайтами памяти на борту составляла 1.31 TFLOPS.
Такое разнородное соседство компонентов позволило продемонстрировать впечатляющую производительность в 17.6 PFLOPS.
Суммарный объем оперативной памяти Titan’a составлял 710 Тбайт, объем дисковой подсистемы был равен 40 Пбайт, а потребление электроэнергии было на уровне 8.2 МВт.
В настоящее время Titan, выпущенный Cray, несмотря на прошедшие с момента его запуска до наших дней пять с половиной лет, занимает пятую строчку мирового рейтинга TOP-500. И на данный момент времени пятерка лидеров выглядит следующим образом:
Первую строчку занимает суперкомпьютер из Китая с умопомрачительным количеством вычислительных ядер – Sunway TaihuLight, который в тесте Linpack продемонстрировал результат 93 PFLOPS!
В основе данной машины лежат китайские разработки: используются 260-ти ядерные 64-битные RISC-процессоры собственного производства с тактовой частотой 1.45 ГГц. Sunway TaihuLight в общей сложности задействует 10 миллионов процессорных ядер, при этом каждое ядро способно выполнять несколько инструкций.
Объем оперативной памяти составляет 1.31 Пбайт, потребляемая мощность – 15 МВт. Суммарный объем дискового пространства равен 20 Пбайт. Конструктивно суперкомпьютер состоит из 40 стоек с водяным охлаждением с пиковой производительностью каждой стойки в 3 PFLOPS.
Суперкомпьютер Sunway TaihuLight является разработкой специалистов Национального исследовательского центра параллельных компьютерных вычислений и технологий и установлен в Национальном суперкомпьютерном центре в Уси. Для разработки данного устройства было затрачено 273 миллиона долларов.
Сейчас Китай строит новый высокопроизводительный компьютер следующего поколения – Tianhe-3, который будет как минимум в десять раз быстрее, чем Sunway TaihuLight.
Будущий суперкомпьютер должен преодолеть новый рубеж производительности в 1 эксафлопс (1 000 000 000 000 000 000, миллион триллионов) операций с плавающей запятой в секунду. Предположительно, строительство закончится в 2020 году, осталось дождаться этого момента.
Читайте также: