고성능 컴퓨터를 뭐라고 부르나요?

"슈퍼컴퓨터" 및 "슈퍼컴퓨터"라고도 알려진 고성능 컴퓨터는 주로 다른 컴퓨터로는 해결할 수 없는 어려운 문제를 해결하는 데 사용됩니다. 일반적으로 매우 빠른 컴퓨팅 속도, 거대한 저장 용량 및 매우 높은 통신 기능을 나타냅니다. 대역폭. 컴퓨터의 한 종류. 고성능 컴퓨터의 주요 특징은 엄청난 데이터 저장 용량과 극도로 빠른 데이터 처리 속도라는 두 가지 측면이다. 이를 통해 사람이나 일반 컴퓨터가 할 수 없는 다양한 분야의 작업을 수행할 수 있다.

이 튜토리얼의 운영 환경: Windows 7 시스템, Dell G3 컴퓨터.

슈퍼컴퓨터, 슈퍼컴퓨터라고도 알려진 고성능 컴퓨터는 첨단 기술의 정점이자 21세기 가장 중요한 과학 분야 중 하나로 세계적으로 인정받고 있습니다.

고성능 컴퓨터(HPC, 슈퍼컴퓨터라고도 함)는 주로 다른 컴퓨터로는 해결할 수 없는 어려운 문제를 해결하는 데 사용됩니다. 일반적으로 컴퓨팅 속도가 매우 빠르고, 저장 용량이 크며, 매우 높은 컴퓨터 유형을 말합니다. 통신 대역폭.

주요 특징은 두 가지 측면입니다. 거대한 데이터 저장 용량과 극도로 빠른 데이터 처리 속도로 사람이나 일반 컴퓨터로는 수행할 수 없는 다양한 분야의 작업을 수행할 수 있습니다.

고성능 컴퓨팅은 컴퓨터 과학 및 공학의 "왕관"으로 간주되며, 최근 몇 년간 국가에서는 국가 차원의 연구 개발 계획을 자주 출시해 왔습니다.

1. 고성능 컴퓨팅은 중요한 과학기술 방향입니다.

고성능 컴퓨터(HPC, 고성능 컴퓨터, 슈퍼컴퓨터라고도 함)는 국가의 중요한 도구입니다. 핵폭발 시뮬레이션, 석유 저장소 시뮬레이션부터 기상 이변 예측까지 고성능 컴퓨팅은 국가 안보와 평온을 보호합니다. 따라서 고성능컴퓨팅은 국가 간 종합적인 힘을 측정하는 기준 중 하나가 되었으며, 국력의 상징으로 여겨지기도 합니다. 2020년부터 14차 5개년 계획과 새로운 인프라를 통해 우리나라의 고성능 컴퓨팅 센터 건설이 급속한 성장의 시기로 진입했습니다. 고성능 컴퓨팅 센터.

1.1. 고성능 컴퓨팅이란?

고성능 컴퓨팅이란 여러 컴퓨팅 노드를 구성하고 네트워크를 통해 함께 연결하고 협력하여 더욱 강력한 성능을 갖춘 컴퓨터를 구성하는 것을 의미하며 일반적으로 매우 빠른 컴퓨팅 속도, 막대한 저장 용량 및 극도로 높은 컴퓨팅 성능을 의미합니다. 성능. 통신 대역폭이 높은 컴퓨터 유형입니다. 고성능 컴퓨팅을 사용하면 전체 컴퓨터 클러스터가 동일한 작업을 수행하여 복잡한 문제를 더 빠르게 해결할 수 있습니다. 고성능 컴퓨터는 종종 하나의 작업(또는 제한된 수의 작업)을 수행합니다. 모든 컴퓨터 리소스는 동일한 작업에 사용됩니다. 동일한 문제를 해결하려면 클러스터에 있는 서로 다른 컴퓨터의 통신 기능이 매우 좋아야 합니다.

그림 1: 고성능 컴퓨팅 노드 상호 연결의 개략도

고성능 컴퓨터는 컴퓨터와 네트워크의 조합입니다. 인터넷이 외부와 별도의 컴퓨터를 연결한다고 가정하면 클러스터는 네트워크를 내부화하고 네트워크를 시스템 내 여러 컴퓨터 간의 통신 브리지로 만듭니다. 클러스터를 창의적으로 발명한 최초의 사람은 "고성능 컴퓨팅의 아버지"로 알려진 Seymour Cray였습니다. 1960년대에는 특별히 설계된 고가의 메인프레임 컴퓨터에서만 고성능 컴퓨팅이 가능했습니다. 이러한 메인프레임은 높은 작동 주파수를 달성하기 위해 복잡한 회로가 필요하므로 설계 및 생산 주기가 매우 깁니다.

Seymour Cray는 병렬 처리가 컴퓨터 성능을 향상시키는 효과적인 방법이라고 제안했습니다. 1964년에는 세이모어 크레이(Seymour Cray)가 개발한 CDC 6600이 나왔다. 그는 여러 개의 일반 프로세서를 연결해 이들 프로세서를 함께 작동하게 했다. 정부와 과학 연구 부서에서는 원래 메인프레임을 대체하기 위해 새로운 고성능 컴퓨터를 구입하기 시작했습니다. 고성능 컴퓨터는 달 착륙 프로그램과 같은 대규모 과학 연구 프로젝트에 지울 수 없는 공헌을 했으며, 수년 동안 고성능 컴퓨팅 기술과 산업의 지속적인 발전과 번영을 가져왔습니다.

지난 60년 동안의 고성능 컴퓨팅의 진화는 간단히 크레이 시대와 멀티 컴퓨터 시대의 두 단계로 나눌 수 있습니다.

(1) 크레이 시대. 1960년대부터 1990년대 초반까지 30년은 '크레이 시대'라고 불린다. 크레이는 단일 메모리 벡터 머신의 기술 혁신을 주도하며 첫 30년 동안 고성능 컴퓨팅 시장을 정의하고 주도했다. 처음 30년간의 개발은 "Dingtian"에 초점을 맞춰 국가 전략 부서에만 서비스를 제공했습니다.

(2) 멀티컴퓨터 시대. 1990년대부터 현재까지 지난 30년은 마이크로프로세서의 등장과 산업 표준 하드웨어의 대중화로 인해 여러 범용 컴퓨팅과 심지어 상용 컴퓨팅까지 대규모 상호 연결이 이루어지면서 '멀티 컴퓨터 시대'라고 불린다. 구성 요소는 확장 가능해졌습니다. 시스템 아키텍처의 기술 혁신은 현재까지 고성능 컴퓨팅의 개발을 지배해 왔습니다. 향후 30년 동안 고성능 컴퓨터는 국가 전략 응용 프로그램의 최고 성능 요구 사항을 충족할 것입니다. 동시에 "위치"가 개발의 주요 목표가 되었으며 고성능 컴퓨팅 응용 프로그램의 대중화가 이루어졌습니다. 두 번째 단계의 두드러진 특징.

1.2. 고성능 컴퓨팅이 중요한 이유는 무엇입니까?

고성능 컴퓨팅은 컴퓨터 과학 및 공학의 "왕관"입니다. 고성능 컴퓨팅은 컴퓨터 기술의 원천 중 하나입니다. 하둡(Hadoop) 등 병렬 프로그래밍 도구, RDMA 등 원격 통신 기술 등 인터넷 산업이 의존하고 있는 데이터센터의 핵심 기술은 대부분 여기서 파생됐다. 따라서 고성능 컴퓨터는 컴퓨터 과학 및 공학의 "왕관"으로 간주됩니다. 국가들은 종종 국가 차원에서 연구 개발 계획을 시작합니다. 중국이 여러 차례 고성능 컴퓨팅 세계 TOP500에 포함된 이후, 미국은 2015년부터 국립국방기술대학(국립방위기술대학교), 우시(无锡) 등을 포함해 다수의 중국 고성능 컴퓨팅 관련 기관이나 기업을 기업 목록에 포함시켰다. 강남 컴퓨팅 기술 연구소, Sugon, Shenwei 등. 그러나 우리나라의 전반적인 고성능 컴퓨팅 역량은 미국과 여전히 큰 격차가 있습니다.

따라서 자율적이고 제어 가능한 고성능 컴퓨팅을 개발하는 것이 중요합니다.

2. 고성능 컴퓨팅의 기술적 장벽이 높습니다.

고성능 컴퓨팅의 핵심 기능은 64비트 배정밀도 부동 소수점 컴퓨팅 기능입니다. 고성능 컴퓨팅은 범용 컴퓨팅 능력으로, 그 설계 목표는 더욱 강력한 고정밀 컴퓨팅 기능과 함께 완전하고 복잡한 컴퓨팅 기능을 제공하는 것입니다. 고성능 컴퓨팅 성능을 측정하기 위해 업계에서 널리 사용되는 린팩(Linpack) 테스트는 고성능 컴퓨팅의 '배정밀도 부동 소수점 컴퓨팅 능력', 즉 64비트 부동 소수점 수의 계산 능력을 테스트한다. (FP64)는 고정밀 수치 계산입니다. 바이너리로 표현되는 수치 정밀도에는 단정밀도(32비트, FP32), 반정밀도(16비트, FP16), 정수형(INT8, INT4 등) 등이 있습니다. 자릿수가 높을수록 두 값의 변화를 더 넓은 범위의 값 내에서 반영할 수 있어 더 정확한 계산이 가능하다는 뜻이다.

고성능 컴퓨팅은 일반 데이터 센터 및 지능형 컴퓨팅 센터보다 기본 칩 성능 요구 사항이 더 높습니다. 컴퓨팅 센터의 종류는 다양하며 크게 데이터 센터, 고성능 컴퓨팅 센터, 지능형 컴퓨팅 센터 등으로 나눌 수 있으며 모두 클라우드 형태로 서비스를 제공할 수 있습니다. 인공지능 요구 사항의 실현을 예로 들면 추론, 훈련, 시뮬레이션은 AI의 세 가지 주요 작업입니다.

이 차원에서는 칩의 적용 상한이 기본 구조에 따라 결정되며 소프트웨어 최적화로도 개선할 수 없습니다. 칩 수준에서 보면 기본 칩이 CPU+전용 AI 칩을 사용하는 경우 AI 추론 및 훈련 작업만 완료할 수 있지만 시뮬레이션은 완료할 수 없습니다. AI 칩은 배정밀도 부동 소수점 연산을 구현할 수 없기 때문에 배정밀도 부동 소수점 연산에는 주로 선형 대수 방정식을 푸는 작업이 포함되며 과학적 문제, 사회적 문제 등 자연의 많은 문제가 궁극적으로 선형 대수로 변환될 수 있습니다. 방정식 풀이 문제.

고성능 컴퓨팅의 아키텍처 설계와 소프트웨어도 똑같이 중요합니다. 칩은 고성능 컴퓨팅의 중요한 부분이지만 고성능 컴퓨팅 기술의 전부는 아닙니다. 고성능 컴퓨팅은 단순히 CPU를 쌓는 것이 아니다. 아키텍처 설계, 초고속 인터넷, 병렬 파일 시스템, 스토리지 어레이 등에 결함이 있으면 CPU를 아무리 쌓아도 고성능 컴퓨팅 성능을 향상시킬 수 없다. 컴퓨팅 성능이 향상되고 애플리케이션 프로젝트의 규모와 복잡성이 증가함에 따라 고성능 컴퓨터는 병렬 파일 시스템에 대한 성능 요구 사항이 점점 더 높아지고 있습니다. 고성능 컴퓨팅의 기술적 파급 효과는 매우 분명합니다. 서버는 고성능 컴퓨팅 인터커넥트 기술, CPU 기술, 운영체제 기술, 병렬 소프트웨어 설계 기술 등을 순조롭게 도입할 수 있기 때문에 고성능 컴퓨팅의 축적은 자연스럽게 서버 산업으로 흘러넘칠 수 있다.

3. 고성능 컴퓨팅 시장은 매우 번영하고 있습니다

3.1 고성능 컴퓨팅은 주로 어떤 시나리오에서 사용됩니까?

고성능 컴퓨팅은 병렬 컴퓨팅이 필요한 작업에 적합하며 응용 시나리오는 계속 확장됩니다. 고성능 컴퓨팅의 주요 응용 시나리오는 항공기 설계, 핵 시뮬레이션 실험, 성운 시뮬레이션, 코드 해독 등의 수치 시뮬레이션 시나리오로 나누어집니다. 그리고 인공지능.

항공기 등 엔지니어링 설계의 많은 조건은 측정이 불가능하고 계산 및 시뮬레이션만 가능하기 때문에 미국은 고성능 컴퓨팅 수출에 매우 신중합니다. 고성능 컴퓨팅 애플리케이션은 과거의 고정밀화에서 점점 더 넓은 방향으로 발전하고 있습니다. 고성능 컴퓨팅의 발전, 특히 사용 비용의 지속적인 하락으로 인해 그 적용 분야도 국가 전략적 중요성이 있는 핵무기 개발, 정보 보안, 석유 탐사 등 과학 컴퓨팅 분야에서 더 넓은 주요 전장으로 급속히 확대되고 있습니다. 제약, 유전자 시퀀싱, 애니메이션 렌더링, 데이터 마이닝, 재무 분석, 인터넷 서비스 등과 같은 국가 경제

2021년 11월 중국 TOP100 고성능 컴퓨터의 산업 응용 분야 중 Linpack 성능 점유율을 보면, 컴퓨팅 서비스, 고성능 컴퓨팅 센터, 인공 지능, 과학 컴퓨팅 및 기타 분야가 고성능 컴퓨팅의 주요 사용자입니다. 특히, AI 분야는 강한 성장세를 보이고 있습니다.

그림 6: 중국 TOP100 산업 응용 분야 점유율(2021.11)

3.2. 고성능 컴퓨팅 시장 규모는 얼마나 됩니까?

14차 5개년 계획과 새로운 인프라는 고성능 컴퓨팅을 급속한 성장의 시기로 이끌고 있습니다. 우리나라 고성능컴퓨팅센터 건립은 주로 부처(지자체)간 협력협약을 통해 고성능컴퓨팅센터 건립계획을 수립하는 것으로, 과학기술부가 국가과학을 대신해 주관성과 목표를 설정한다. 및 기술 전략. 지방 정부는 고성능 컴퓨팅 센터가 지역 과학 기술 발전, 인재 수집, 과학 기술 혁신, 경제 발전 촉진을 위한 기능적 매개체가 될 수 있기를 바라고 있습니다. 2021년 3월 우리나라의 '14차 5개년 계획'에서는 '국가 통합 빅데이터 센터 시스템 구축을 가속화하고, 컴퓨팅 파워의 전반적인 지능형 파견을 강화하며, 다수의 국가 허브 노드를 구축하고, "계획에 따르면 고성능 컴퓨팅 센터는 허페이(Hefei), 란저우(Lanzhou), 샤먼(Xiamen), 타이위안(Taiyuan) 등에 설립될 예정입니다.

"동부 디지털 및 서부 컴퓨팅" 프로젝트의 시행으로 서부 지역의 고성능 컴퓨팅 센터 개발이 더욱 촉진될 것으로 예상됩니다. 2022년 2월, 국가발전개혁위원회는 베이징-천진-허베이, 장강 삼각주, 광동-홍콩-마카오 Greater Bay Area, 청두-충칭, 내몽골, 구이저우, 간쑤, 닝샤 등 10개국 데이터 센터 클러스터를 계획하고 있습니다. 이로써 국가통합 빅데이터센터 시스템의 전체 배치 설계가 완성됐다. 이는 '동부 데이터 및 서부 계산' 프로젝트의 공식 출범을 의미한다. 서쪽은 풍력발전과 태양광발전이 풍부하고 에너지가 풍부하며 연평균 기온이 상대적으로 낮아 컴퓨팅 센터의 생존에 매우 적합하지만, 고성능 컴퓨팅 사업에는 실시간 통신 수요가 높지 않습니다. 미래에는 고성능 컴퓨팅 센터가 중요한 캐리어의 레이아웃을 최적화하는 기반이 될 것으로 예상됩니다.

매년 평균 5개의 새로운 고성능 컴퓨팅 센터가 건설되는 것을 기준으로 대규모 고성능 컴퓨팅 센터에 대한 투자가 연간 20억 위안 이상이 될 것으로 예상하고 있으며, 이는 고성능 컴퓨팅 센터의 시장 규모입니다. 정부가 계획하는 컴퓨팅 센터는 연간 100억 위안에 도달할 것입니다.

중국의 전체 고성능 컴퓨팅 시장은 2022년에 400억 위안을 초과할 것입니다. 정부 계획 외에도 알리바바, 텐센트 등 많은 인터넷 거대 기업들이 고성능 컴퓨팅 구축을 적극적으로 전개하고 있습니다. 텐센트를 예로 들면, 2020년 6월 공식적으로 착공한 양쯔강 삼각주 인공지능 고성능 컴퓨팅 센터는 450억 위안 이상을 투자해 완공 후 다양한 대규모 AI 알고리즘 계산, 머신러닝을 수행할 예정이다. , 이미지 처리, 과학 컴퓨팅 및 엔지니어링. 또한, 금융기관, 사업자 등에서도 자체 고성능 컴퓨팅을 적극적으로 전개하고 있습니다. Guanyan Tianxia의 예측에 따르면 중국 고성능 컴퓨팅 산업의 전체 시장 규모는 2022년에 400억 위안을 초과할 것이며, 2021년부터 2025년까지 CAGR은 약 13%에 달할 것입니다.

4. 고성능 컴퓨팅 시장의 경쟁 구도는 안정적입니다

Lenovo, Sugon, Inspur는 시장 점유율 기준으로 3위를 차지하고 있습니다. 중국 고성능컴퓨팅 TOP100에 포함된 주요 기업의 시스템 수 통계를 보면, 2002년 이전에는 TOP100에 주로 외국계 HP와 IBM이 있었고, 이후에는 중국의 Lenovo, Sugon, Inspur가 주요 기업이었습니다.

Zhongke Sugon은 1998년 확장 가능한 클러스터 아키텍처를 갖춘 863 프로젝트 "Sugon 2000" 슈퍼 서버를 완성했습니다. 2001년 "Sugon 3000" 슈퍼 서버를 완성한 후 2005년부터 시장 경쟁이 시작되어 Sugon 2010~2019년에 뛰어난 성능을 보여주었습니다. , 설치대수 기준 시장점유율 1위를 10년 연속 차지해 2019년에는 약 40%를 차지했다.

Inspur는 2012년에 "863 프로젝트" 내결함성 서버 프로젝트를 완료한 후 2014년에 상당한 개선을 보이기 시작했습니다.

2014년 IBM의 X86 HPC 제품 라인 인수를 통해 Lenovo의 시장 점유율은 2021년까지 TOP100 설치 대수 1위를 달성했습니다.

레노버, 인스퍼, 수곤 중 칩 등 하드웨어부터 소프트웨어 시스템까지 국내에서 독자적인 지적재산권을 생산한 업체는 수곤뿐이다.

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