Wat is een supercomputer?

De term "supercomputer" verwijst naar een computer die op een hoger prestatieniveau werkt dan een standaardcomputer. Vaak betekent dit dat de architectuur, de middelen en de componenten van supercomputers hen extreem krachtig maken, waardoor zij kunnen presteren op of in de buurt van de hoogst mogelijke operationele snelheid voor computers. 

Supercomputers bevatten de meeste belangrijke onderdelen van een gewone computer, waaronder ten minste één processor, randapparatuur, aansluitingen, een besturingssysteem en diverse toepassingen. Het grote verschil tussen een supercomputer en een standaardcomputer is de verwerkingskracht.

Traditioneel waren supercomputers afzonderlijke, supersnelle machines die voornamelijk werden gebruikt door ondernemingen en wetenschappelijke organisaties die een enorme rekenkracht nodig hadden voor zeer snelle berekeningen. De supercomputers van vandaag kunnen echter bestaan uit tienduizenden processoren die miljarden of zelfs triljoenen berekeningen per seconde kunnen uitvoeren.

Tegenwoordig worden supercomputers onder meer gebruikt voor weersvoorspellingen, operationele controle van kernreactoren en cryptologie. Nu de kosten van supercomputers zijn gedaald, worden moderne supercomputers ook gebruikt voor marktonderzoek, online gaming en virtuele en augmented reality-toepassingen.

Een korte geschiedenis van de supercomputer

In 1964 creëerden Seymour Cray en zijn team van ingenieurs bij Control Data Corporation (CDC) de CDC 6600, de eerste supercomputer. Destijds was de CDC 6600 10 keer sneller dan gewone computers en drie keer sneller dan de volgende snelste computer - de IBM 7030 Stretch - die berekeningen uitvoerde met snelheden tot 3 mega floating-point operations per seconde (FLOPS). Hoewel dat naar huidige maatstaven langzaam is, was het toen snel genoeg om een supercomputer genoemd te worden. 

Seymour Cray en zijn team staan bekend als de "vader van de supercomputers" en leidden de supercomputersector met de CDC 7600 in 1969 (160 megaFLOPS), de Cray X-MP in 1982 (800 megaFLOPS) en de Cray 2 in 1985 (1,9 gigaFLOPS).

Andere bedrijven probeerden vervolgens supercomputers betaalbaarder te maken en ontwikkelden massaal parallelle verwerking (MPP). In 1992 bouwden Don Becker en Thomas Sterling, aannemers bij NASA, de Beowulf, een supercomputer die bestaat uit een cluster van samenwerkende computereenheden. Het was de eerste supercomputer die het clustermodel gebruikte.

De huidige supercomputers gebruiken zowel centrale verwerkingseenheden (CPU's) als grafische verwerkingseenheden (GPU's) die samenwerken om berekeningen uit te voeren. De Fugaku supercomputer, gevestigd in Kobe, Japan, bij het RIKEN Center for Computational Science, is volgens de TOP500 de snelste supercomputer ter wereld, met een verwerkingssnelheid van 442 petaFLOPS.

Supercomputers vs. gewone pc’s

De supercomputers van vandaag bundelen rekenkracht om aanzienlijk hogere prestaties te leveren dan een enkele desktop of server om complexe problemen op het gebied van techniek, wetenschap en bedrijfsleven op te lossen.

In tegenstelling tot gewone personal computers bestaan moderne supercomputers uit enorme clusters van servers, met één of meer CPU's gegroepeerd in rekenknooppunten. Compute nodes bestaan uit een processor (of een groep processoren) en een geheugenblok en kunnen tienduizenden nodes bevatten. Deze knooppunten zijn onderling verbonden om te communiceren en samen te werken om specifieke taken uit te voeren, terwijl processen worden verdeeld over of gelijktijdig worden uitgevoerd door duizenden processoren. 

Hoe de prestaties van supercomputers worden gemeten

FLOPS worden gebruikt om de prestaties van een supercomputer te meten en voor wetenschappelijke berekeningen waarbij floating-point-berekeningen worden gebruikt, d.w.z. getallen die zo groot zijn dat ze in exponenten moeten worden uitgedrukt.

FLOPS zijn een nauwkeurigere maatstaf dan een miljoen instructies per seconde (MIPS). Zoals hierboven vermeld, kunnen sommige van de snelste supercomputers van vandaag meer dan honderd quadriljoen FLOPS (petaFLOPS) presteren.

Hoe werkt een supercomputer?

Een supercomputer kan duizenden knooppunten bevatten die via parallelle verwerking met elkaar communiceren om problemen op te lossen. Maar er zijn eigenlijk twee benaderingen van parallelle verwerking: symmetrische multiprocessing (SMP) en massaal parallelle verwerking (MPP). 

In SMP delen de processoren het geheugen en de /O-bus of het datapad. SMP staat ook bekend als tightly coupled multiprocessing of wordt een "shared everything system" genoemd.

MPP coördineert de verwerking van een programma tussen meerdere processoren die tegelijkertijd aan verschillende delen van het programma werken. Elke processor gebruikt zijn eigen besturingssysteem en geheugen. MPP-processoren communiceren via een berichteninterface waarmee berichten tussen processoren kunnen worden verzonden. MPP kan complex zijn en vereist kennis van de wijze waarop een gemeenschappelijke database moet worden gepartitioneerd en het werk over de processoren moet worden verdeeld. Een MPP-systeem staat bekend als een "losjes gekoppeld"- of "gedeeld niets"-systeem.

Een voordeel van SMP is dat organisaties meer gebruikers sneller kunnen bedienen door de workload dynamisch over de computers te verdelen. SMP-systemen worden geschikter geacht dan MPP-systemen voor online transactieverwerking (OTP), waarbij veel gebruikers toegang hebben tot dezelfde database (bv. eenvoudige transactieverwerking). MPP is beter geschikt dan SMP voor toepassingen die meerdere databanken parallel moeten doorzoeken (bv. beslissingsondersteunende systemen en toepassingen voor datawarehouses).

Soorten supercomputers

Supercomputers vallen uiteen in twee categorieën: voor algemene doeleinden en voor speciale doeleinden. Binnen deze categorieën kunnen supercomputers voor algemene doeleinden worden onderverdeeld in drie subcategorieën:

Supercomputers voor algemene doeleinden

• Vectorverwerkingscomputers: De meeste supercomputers in de jaren '80 en begin jaren '90 waren vectorcomputers. Ze zijn tegenwoordig niet meer zo populair, maar de huidige supercomputers hebben nog steeds CPU's die enige vectorverwerking gebruiken.
• Strak verbonden clustercomputers: Dit zijn groepen verbonden computers die samenwerken als een eenheid en omvatten massaal parallelle clusters, director-gebaseerde clusters, clusters met twee knooppunten en clusters met meerdere knooppunten. Parallelle en director-gebaseerde clusters worden gewoonlijk gebruikt voor krachtige verwerking, terwijl clusters met twee of meer knooppunten worden gebruikt voor fouttolerantie.
• Commoditycomputers: Deze omvatten regelingen van talrijke standaard personal computers (PC's) die verbonden zijn door lokale netwerken met hoge bandbreedte en lage latentie (LAN's).

Supercomputers voor speciale doeleinden 

Supercomputers voor speciale doeleinden zijn supercomputers die zijn gebouwd om een bepaalde taak of een bepaald doel te bereiken. Zij maken gewoonlijk gebruik van toepassingsspecifieke geïntegreerde schakelingen (ASIC's) voor betere prestaties (Deep Blue en Hydra werden bijvoorbeeld beide gebouwd voor het spelen van spelletjes zoals schaken). 

Use cases supercomputer

Gezien hun duidelijke voordelen hebben supercomputers een brede toepassing gevonden op gebieden zoals engineering en wetenschappelijk onderzoek. Use cases zijn onder meer:

• Weer- en klimaatonderzoek: Om de gevolgen van extreme weersomstandigheden te voorspellen en inzicht te verkrijgen in klimaatpatronen, zoals in het systeem van de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)
• Olie- en gasexploratie: Om enorme hoeveelheden geofysische seismische data te verzamelen om olievoorraden te helpen vinden en ontwikkelen.
• Luchtvaart- en auto-industrie: Vluchtsimulatoren en gesimuleerde auto-omgevingen ontwerpen, en aerodynamica toepassen voor de laagste luchtweerstandscoëfficiënt.
• Onderzoek naar kernfusie: Om kernfusiereactoren en virtuele omgevingen te bouwen voor het testen van kernexplosies en wapenballistiek
• Medisch onderzoek: Ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen, therapieën voor kanker en zeldzame genetische aandoeningen, en behandelingen voor COVID-19, alsmede voor onderzoek naar het ontstaan en de evolutie van epidemieën en ziekten.
• Realtime toepassingen: Om de online spelprestaties op peil te houden tijdens toernooien en nieuwe spelreleases wanneer er veel gebruikers zijn.

Supercomputers en HPC

Supercomputing wordt soms synoniem gebruikt met high-performance computing (HPC). Het is echter nauwkeuriger om te zeggen dat supercomputing een HPC-oplossing is, verwijzend naar de verwerking van complexe en grote berekeningen die door supercomputers worden gebruikt.

Met HPC kunt u data-intensieve berekeningen synchroniseren op meerdere supercomputers in een netwerk. Daardoor kunnen complexe berekeningen met grotere datasets in veel minder tijd worden uitgevoerd dan met gewone computers. 

Schaalbare opslag voor supercomputers

De supercomputers van vandaag worden op allerlei gebieden voor uiteenlopende doeleinden gebruikt. Enkele van 's werelds beste technologiebedrijven ontwikkelen AI-supercomputers in afwachting van de rol die zij kunnen spelen in de snel groeiende metaverse.

Als gevolg daarvan moeten opslagoplossingen niet alleen snelle opvraging van data voor extreem hoge rekensnelheden ondersteunen, maar ook schaalbaar genoeg zijn om de eisen van grootschalige AI-workloads met hoge prestaties aan te kunnen.

Voor virtuele en augmented reality-technologieën zijn veel data nodig. Net als ondersteunende technologieën, zoals 5G, machine learning (ML), het internet of things (IoT) en neurale netwerken.

Pure Storage® FlashArray//XL levert top-tier prestaties en efficiëntie voor enterprise workloads, terwijl FlashBlade® de meest geavanceerde all-flash-opslagoplossing op de markt is. Beide bieden een schaalbare, robuuste opslagoplossing die de snelste supercomputers van vandaag kan aandrijven.

Ze zijn beide beschikbaar via Pure as-a-Service™, een managed storage-as-a-service (STaaS)-oplossing met een eenvoudig abonnementsmodel dat u de flexibiliteit biedt om de opslagcapaciteit naar behoefte te schalen. 

Betaal alleen voor wat u gebruikt, krijg wat u nodig heeft wanneer u het nodig heeft, en blijf modern zonder onderbreking. Neem vandaag contact met ons op om meer te weten te komen.