מחשב-על

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
מחשב העל קריי 2, המחשב המהיר בעולם בשנים 1985-1989

מחשב־על הוא מושג יחסי לתקופה, המתאר מחשב הנמצא בשורה הראשונה של המחשבים בעולם, מבחינת יכולות החישוב העוצמתיות שלו. לרוב יכולות אלו באות לביטוי ביכולת לבצע חישובים מסוג מסוים במהירות גבוהה במיוחד. מחשבי על לא נמכרים לציבור אלא משמשים למחקרים, אוניברסיטאות ותאגידים גדולים.

מחשב העל החזק בעולם לשנת 2014 הוא טיהנהה-2 (Tianhe-2) מתוצרת סין, שעוצמתו 34 פטהפלופס. במקום השני ממוקם טיטאן האמריקאי עם עוצמתו של כ-17 פטהפלופס.

ההתפתחות של מחשבי העל[עריכת קוד מקור | עריכה]

תחילה התייחסה הגדרה זו למחשבים בעלי מעבד יחיד מהיר במיוחד, לאחר מכן נכללו בה מחשבים שמהירותם מושגת באמצעות מעבדים רבים הפועלים במקביל לביצועה של משימה אחת, וכעת מורכבים מחשבי־על מאשכולות של מחשבים מרובי מעבדים. עיבוד וקטורי, כלומר ביצוע פעולת חישוב על נתונים רבים בבת-אחת, הוא מאפיין נוסף הקיים באחוז מסוים ממחשבי-על. הגדרה מחויכת למושג זה מיוחסת לסימור קריי, המתכנן הבולט ביותר של מחשבי־על במאה העשרים:

"A supercomputer is a device for turning compute-bound problems into I/O-bound problems."

ובתרגום לעברית: "מחשב על הוא מתקן להפיכת בעיות חישוביות לבעיות של קלט-פלט". כלומר, מהירות החישוב איננה המחסום במחשב שכזה, אלא המהירות שבה מסוגלים להזין לו את הנתונים ולקבל תוצאות.

משימות של מחשבי על[עריכת קוד מקור | עריכה]

מחשבי־על משמשים למשימות עתירות חישובים, כגון חיזוי מזג אוויר, מודלים של תהליכים כימיים, סימולציה של ניסויים בנשק גרעיני, פענוח צפנים ועוד. חישובים אלה נעשים בדרך כלל באריתמטיקה של נקודה צפה, ולכן מהירותם של מחשבי-על נמדדת ב-FLOPS, כמות הפעולות בנקודה צפה שמבצע המחשב בשנייה.

הארכיטקטורה המקבילית של מחשבי-על מכתיבה שימוש במהדרים שנוצרו במיוחד לסביבה זו, ובפרט בגרסאות מיוחדות של Fortran.

דוגמאות למחשבי על[עריכת קוד מקור | עריכה]

מחשב העל BlueGene/L של יבמ עם כ-250,000 מעבדים

בין יצרנים של מחשבי־על, ובפרט בין ארצות הברית ליפן, מתקיימת תחרות על המקום הראשון. בתחילת 2002 כבש את ראש הטבלה מחשב־על יפני מתוצרת NEC, העוסק בחקר האקלים ומורכב מ־640 אשכולות של מחשבים שלכל אחד מהם 8 מעבדים וקטוריים וזיכרון בגודל 16GB. מחשב זה פועל באמצעות גרסה מיוחדת של מערכת ההפעלה UNIX. נכון ליוני 2003, עוצמת החישוב של מחשב־על זה, שהיא ‏‏35TFLOPS[1], שקולה לזו של ארבעת הבאים אחריו גם יחד‏[2]. בשנת 2005 כבש את הפסגה המחשב BlueGene/L מתוצרת יבמ, המותקן במעבדת לורנס ליוורמור בארצות הברית ומשמש לסימולציה של נשק גרעיני. עוצמת החישוב של מחשב־על זה, שהיא 280TFLOPS‏[3], גדולה מזו של ארבעת הבאים אחריו גם יחד. שלוש שנים לאחר מכן בשנת 2008 המחשב Roadrunner עקף את קודמיו עם 1PFLOPS‏[4]. ולאחריו טיהנהה-1 הסיני, הגיע לתוצאה של כ-2.5PetaFLOPS/s. בסוף שנת 2011 התואר מחשב העל המהיר ביותר שייך למחשב ה-K של חברת פוג'יטסו היפנית שהופך לראשון בהיסטוריה שחוצה את קו ה-10 קוודריליון חישובים בשנייה. המחשב מורכב מ-864 מארזים המכילים 88,128 מעבדי SPARC64 VIIIfx שמונה ליבתיים מבית פוג'יטסו, שמסתכמים ב-705,024 ליבות עיבוד.

הארגון המחזיק במספר הגדול ביותר של מחשבי־על הוא ארגון הביון האמריקני, NSA.

מחשבי על וירטואלים[עריכת קוד מקור | עריכה]

התפתחותה של רשת האינטרנט הביאה ליצירה של "מחשבי־על וירטואליים". אין אלה מחשבי־על במשמעות הפשוטה של מושג זה, אך הם מהווים תחליף מסוים למחשבי־על. הכוונה לרתימת הזמן הפנוי של אלפי מחשבים אישיים, במסגרת פרויקט של חישוב מבוזר קהילתי, לשם ביצוע משימות עתירות חישוב. דוגמה לכך היא המשימה של חיפוש מספרים ראשוניים ענקיים. עד לשנת 1996 התגלו מספרים כאלה על ידי מחשבי־על (בעיקר מתוצרת CDC או Cray), והחל משנה זו התגלו מספרים כאלה על ידי מחשבי פנטיום ביתיים שהופעלו באלפיהם באמצעות האינטרנט.

דוגמה נוספת למחשוב על מבוסס שיתוף אינטרנטי הוא פרויקט Seti@home שבאמצעות עשרות אלפי משתמשים בו זמניים מפענח קרינת רדיו אסטרונומית בניסיון למצוא תבניות תבוניות.

מחשבים מרכזיים מול מחשבי-על[עריכת קוד מקור | עריכה]

מחשבים מרכזיים גדולים מתאפיינים אף הם בעוצמת חישוב גבוהה, ולמעשה קודם ליצירתם של מחשבי-על מובהקים שימשו מחשבים מרכזיים מהירים במיוחד‏[5] למשימות שמאוחר יותר ניתנו למחשבי-על. לפיכך ההבחנה בין מחשבי-על ובין מחשבים מרכזיים אינה פשטנית, אך כללית ניתן לומר שמחשבי-על מתמקדים בפתרון בעיות המוגבלות במהירות החישוב של המחשב בעוד שמחשבים מרכזיים מתמקדים בפתרון בעיות המוגבלות בקצב פעולות הקריאה/כתיבה ואמינות. עקב כך:

  • התכנות למחשבי-על חייב להתחשב בסביבה מרובת מעבדים ולכן הוא מסובך ודורש תוכנה ייחודית. לעומת זאת קיומם של מעבדים מקבילים מעטים במחשב מרכזי, נסתר מעיני המתכנת‏[6].
  • מחשבי-על מוכוונים לביצועים אופטימליים עבור חישובים מסובכים המתבצעים בעיקר בזיכרון המחשב בעוד שמחשבים מרכזיים מוכוונים לביצועים אופטימליים של חישובים פשוטים הכוללים כמויות עצומות של מידע חיצוני המאוחזר ממסדי נתונים‏[7].
  • מחשבי-על משרתים בעיקר צרכים של אנשי מדע וצבא, בעוד שמחשבים מרכזיים נועדו לשרת צרכים של חברות מסחריות ומוסדות ציבוריים. מטלות כדוגמת חיזוי מזג האוויר, ניתוח מבנה חלבונים ומימוש תמונות דיגיטליות‏[8] מתאימות ליישום במחשבי-על בעוד שסליקה של כרטיסי אשראי, חישוב שכר, ניהול חשבונות בנקים והכנת פוליסות ביטוח הן מטלות המותאמות למחשבים מרכזיים.
  • מחשבי-על מפעילים לעתים קרובות משימות הסובלות הפסקה (לדוגמה חיזוי של ההתחממות העולמית ומחקר אקדמי). על מחשבים מרכזיים מופעלים שירותים שאינם יכולים לשאת הפסקות והם עובדים לעתים שנים ברציפות לדוגמה: קניית כרטיסי טיסה ועיבוד פעילות בכרטיס אשראי.
  • לעתים קרובות נבנים מחשבי-על המוכוונים למטרה אחת או מטרות אחדות בלבד. עקב כך, רוב מחשבי-העל הם תכנון חד-פעמי, בעוד שמחשבים מרכזיים הם לרוב סדרה של דגמים השונים רק בעוצמה, בגודל הזיכרון ובקיבולת החיבור לציוד חיצוני.
  • מחשבים מרכזיים שומרים בקפדנות על ההשקעה בתוכנה ישנה‏[9] בנוסף לתמיכה בתוכנות חדשות. במחשבי-העל אין תמיכה בתאימות לדגמים ישנים מכיוון שתמיכה כזו באה בדרך כלל על חשבון הביצועים.
  • במחשבים מרכזיים יש בדרך כלל כמה מעבדי שירות המסייעים למעבדים המרכזיים בבצוע פעולות כדוגמת, הצפנה, ניהול קלט/פלט, ניהול זיכרון, סינכרון בין מחשבים ועוד. לכן מספר המעבדים במחשבים מרכזיים הוא למעשה גבוה מהמספר שבו נוקבים בדרך כלל. בתכנון של מחשבי-על לא נעשה שימוש בכמות כזו של מעבדי סיוע שכן הם אינם מוסיפים לעוצמת החישוב הגולמית.

מחשבי על בישראל[עריכת קוד מקור | עריכה]

מכיוון שישראל אינה חתומה על האמנה לאי הפצת נשק גרעיני, במשך שנים רבות הטילה ארצות הברית הגבלות קשות על יצוא מחשבי־על לישראל, מחשש שאלה ישמשו לפיתוח נשק גרעיני.

במסגרת צה"ל פועלים מספר מחשבים עתירי עיבוד, שנרכשו בכספי הסיוע האמריקאי ופעילותם מפוקחת על ידי נציגי ארצות הברית.

במסגרת מחב"א, מרכז החישוב הבינאוניברסיטאי, פועלת יחידה לחישובים עתירי עיבוד, המפעילה מחשבי־על אחדים לשימושם של החוקרים בישראל.

ברשימת טופ500 מחשבי־על המהירים ביותר לשנת 2005 הופיעו תשעה מחשבים הנמצאים בישראל, כולם בתעשיית המוליכים למחצה. בשנת 2007, לא הופיע ברשימה זו מחשבי־על בישראל. בשנת 2009 הופיע מחשב אחד, תוצרת יבמ, ובשנת 2011 הופיעו שלושה מחשבים מתוצרת יבמ.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ כלומר 35,000 מיליארד פעולות בשנייה
  2. ^ אשר כולם מחשבים אמריקניים
  3. ^ כלומר 280,000 מיליארד פעולות בשנייה
  4. ^ 1,000,000 מיליארד פעולות בשנייה
  5. ^ כגון 360/90 מסדרת IBM System/360 ו-370/195
  6. ^ לכן גם תוכנה ישנה יכולה ליהנות מתוספת מעבדים למחשב מרכזי
  7. ^ "סביבת עבודה מעורבת"
  8. ^ rendering
  9. ^ אפילו עד שנות ה-60 במקרה של חברת יבמ