Süper Bilgisayarlar
Bir süper bilgisayarı tanımlayan en önemli özellikler,sahip olduğu mikroişlemci sayısı ve işlem gücüdür. Günümüzde üretilen süper bilgisayarların büyük bir bölümünde onbinlerce mikroişlemci var ve saniyede trilyonlarca işlemi kolaylıkla gerçekleştirebiliyorlar.
Süper bilgisayarların işlem gücü FLOPS(Floating Point Operation Per Second)adı verilen bir birimle ölçülüyor.(Bu,normal bilgisayarlardaki Hz e denk gelir.)Bir bilgisayarın işlem gücü büyük ölçüde o bilgisayarın sahip olduğu mikroişlemcinin hızına bağlıdır.Fakat günümüzde üretilen mikroişlemcilerin işlemci hızının doğal bir sınırı olduğundan,yüksek işlem gücü gerektiren sistemlerde belirli bir performansa erişmenin sırrı o sistemde binlerce hatta onbinlerce mikroişleciyi birbirine paralel ve uyumlu çalıştırabilmekte yatıyor.
Tek bir sistemdeki binlerce mikroişlemciyi birbirine paralel ve uyumlu çalıştırabilmek ise hayli zor bir süreç.Bu ancak özenle geliştirilmiş yazılımlar yoluyla gerçekleştirilebiliyor.
Bu yazılımlar,bir yandan o sistemdeki mikroişlemciler arasındaki görev dağılımını büyük bir hız ve özenle yaparken diğer yandan da bu mikroişlemcilerin ihtiyacı olan kaynakları(Örneğin ana bellek)onlara ihtiyaçları olduğu anda verip daha sonra ortaya çıkan sonuçları doğru şekilde birleştirmek zorundalar.Sonuç olarak,bu sürecin mikrişlemci tabanında ""pipelining" olarak adlandırılan ve bir mikroişlemcide birçok işlemin birbirine paralel olarak yapılmasını sağlayan süreçten onbinlerce kat daha karmaşık bir süreç olduğunu söyleyebiliriz.
Günümüzdeki süper bilgisayarları mimari açısından ikiye ayırabiliriz:Skaler işlemciler ve vektör işlemciler.Farklı mimarı yapılarda olan bu iki süper bilgisayar grubundan vektör işlemci grubuna giren süper bilgisayarın en önemli özelliği birçok veri kümesi üzerinde ayni anda işlem yapabilme yeteneğiyken,skaler işlemciler birbiriyle uyumlu olarak çalışan binlerce standart mikroişlemciden oluşur.Skaler işlemci grubuna giren süper bilgisayarlar ayni zamanda cluster(Küme)olarak da adlandırılır.Standart bileşenlerden meydana geldikleri için hayli ekonomik bir yapıda olan bu cluster ların tek önemli dezavantajı ise programlanmalarındaki zorluktur.(Binlerce mikroişlemcinin birbiriyle uyum içinde çalışması ve sonra elde edilen sonuçların birbiriyle birleştirilmesi hiç de kolay bir iş değildir.)Fakat bu teknik zorluk bile son yıllarda cluster ların yıldızının daha da parlamasına engel olamamıştır.(Günümüzdeki en güçlü ve ekonomik süper bilisayarların büyük çoğunluğunu cluster grubundan süper bilgisayarlar oluşturuyor.)Cluster ların programlanmasında en çok kullanılan programlama dilleri ise Fortran ve C.
Başlıca Kulanım Alanları
Üretim maliyetleri genelde yüzmilyonlarca avroyu bulan süper bilgisayarların en önemli kullanım alanlarının başında sivil ve askeri alanda benzetim(Simülasyon) amaçlı kullanılmaları geliyor.Bu kapsamda süper bilgisayarlar en yoğun olarak nükleer enerji araştırmalarında(Yeni nesil atom bombalarının yapımı,nükleer patlama ve etkilerinin araştırılması),finans dünyasında (Ekonomik risk analizleri,borsa tahminleri)iklim modeleme araştırmalarında(hava durumu tahminleri ve volkan patlamalarının önceden tahmin edilmesi),astrofizik(Yıldızların iç yapılarının incelenmesi),savunma sanayi(Kriptoloji,şifre oluşturulması ve kırılması,savaş oyunları benzetimi,füze yörüngesi izleme),havacılık ve uzay sanayi(Yeni model otomobil,hava ve uzay taşıtlarının modellenmesi,otomobil çarpışma testleri) ve tıp alanında(İlaç tasarımı,DNA yapısının ve protein özelliklerinin araştırılması) kullanılıyor.
Süper bilgisayarların işlem güçlerinin artırılması amacıyla da araştırma ve geliştirme çalışmalarına günümüzde özellikle Japonya da,Çin de ve ABD de yoğun bir şekilde devam ediliyor ve bu çalışmalara her yıl milyarlarca avroluk dev bütçeler ayrılıyor.
Dünyanın En Hızlı 10 Süper Bilgisayarı
Dünyanın en hızlı 500 süper bilgisayarı ve bunların bulunduğu merkezlerin listesi 1993 yılından itibaren her altı ayda bir Top500 başlıklı bir liste kapsamında belirleniyor ve değişimli olarak biri Almanya da(Uluslararası Süper Bilgisayarlar Konferansı) ve biri ABD de(süper Bilgisayarlar Konferansı) düzenlenen iki süper bilgisayarlar konferansında açıklanıyor.Fakat sadece askeri ve istihbarat amaçlı olduklarından varlığı resmi olarak açıklanmayan ve bu nedenle Top500 listesine alınmayan veya alınsa bile kullanım amacı açıklanmayan süper bilgisayarlar da olabileceğini unutmamak gerekir(Örneğin Top500 deki 66 süper bilgisayarın kullanım amacı belirtilmemiştir.)Süper bilgisayarların hız ölçümlerinin yapılmasında "Linpack Karşılaştırmalı Değerlendirmesi" başarım ölçütü olarak alınıyor.
Ayrıca bu söz konusu Top500 listesi haricinde her altı ayda bir de süper bilgisayarların harcadıkları enerjiye göre sınıflandırıldığı Green500 adlı ikinci bir liste yayınlanıyor.Bu listede o dönem Top500 e girmiş bulunan bilgisayarlar enerji harcamalarına göre bir kere daha sınıflandırılıyor.
Top500 listesi en son Kasım 2011 de yayımlandı.Bu listenin en güncel haline göre dünyanın en hızlı on süper bilgisayarı şunlar:
1. K Computer(Japonya): Fujitsu tarafından üretilen ve dünyanın en hızlı süper bilgisayarı olan K Computer,Haziran 2011 den beri listedeki yerini koruyor.Her biri 8 çekirdekli toplam 88.128 adet SPARC64-VIII mikroişlemciye sahip K Computer,Linux işletim sistemiyle çalışıyor.Fiziksel ve kimyasal hesaplamaların yapılması amacıyla üretilen K Computer,10.510 TFlops hızıyla saniyede 10 trilyondan fazla yüzer nokta işlemi(Floating Point Operations) gerçekleştirebiliyor.(1 teraFlops/sn=1.10 üzeri oniki Flops/sn,yani saniyede 1 trilyon yüzer nokta işlemi yapabilme yeteneğidir.)
2. Tianhe-1A(Çin): 2566 TFlops,kimyasal ve fiziksel hesaplama(Petrol analizi,yeni uçak modellenmesi) amacıyla geliştirilen bu süper bilgisayar da linux işletim sistemi ile çalışıyor.
3. Cray XT5-HE(ABD): 1759 TFlops,ABD nin ünlü sper bilgisayar firması Cray Inc. tarafından üretiliyor.İşletim sistemi olarak linux kullanan bu süper bilgisayarın kullanım alanı yeni enerji kaynaklarının ve teknolojilerinin geliştirilmesi.
4. Nebulae TC3600(Çin): awning,1271 TFlops,Linux.
5. HP ProLiant(Japonya),NEC/HP,1192 TFlops,Linux.
6. Cray XE6 6136(ABD),Cray Inc.1110 TFlops,Linux.
7. SGI Altix ICE(ABD),SGI,1088 TFlops,Linux.
8. Cray XE6 6172(ABD),Cray Inc.,1054 TFlops,Linux.
9. Bull bullx(Fransa),Bull,1050 TFlops,Linux.
10. IBM Roadrunner(ABD),IBM,1042 TFlops,Linux.
Yukarıdaki listede de görüldüğü gibi Top500 listesinde ik ona giren süper bilgisayarların beşi ABD den,ikisi Japonya dan,diğer ikisi Çin den ve biri Fransa dan.Her ne kadar sahip olunan süper bilgisayar sayısı açısından ABD şu anda açık arayla listenin zirvesine yerleşmiş olsa da,K Computer ie Japonya dünyanın en hızlı süper bilgisayarına sahip olmaya devam ediyor.Listedeki yeni ve çok önemli diğer bir faktör ise Çin.Son yıllarda süper bigisayarlar alanında da hızla boy göstrmeye başlayan Çin,iki süper bilgisayarla yine ilk ona girerek başarılarına başarı katmaya devam ediyor.
Linux un ve Unix in Zaferi
Unix in ve Linux un önlenemeyen yükselişi burada da gözler önüne seriliyor.Dünyanın en hızlı 500 süper bilgisayarından sadece biri(Yüzde 0.2)Windows(Windows HPC 2008)işletim sistemi ile çalışırken 57 si(Yüzde 91.4) Linux(SUSE,Redhat vb.),30 u(Yüzde 6)ise Unix(Örneğin AIX) ve türevi işletim sistemleriyle çalışıyor.
Deep Blue den Watson a
Son yıllarda hayatımıza giren süper bilgisayarlar bilimsel hesaplamaların dışında artık günlük hayatımızda insanları doğrudan ilgilendiren sansasyonel başarılara da imza atıyor.Örneğim IBM tarafından geliştirilen satranç bilgisayarı DEEP Blue,1996 yılında düzenlenen bir satranç turnuvasında dünya şampiyonu Garri Kasparov u yenerek tarihe bir dünya satranç şampiyonunu yenen ilk bilgisayar olarak geçti.2011 yılında ise yine IBM tarafından üretilen Watson adlı süper bilgisayar bir bilgi yarışmasında iki kıdemli yarışmacıyı,hem de büyük bir farkla yenmeyi başararak yarışmadaki bir milyon dolarlık ödülü almaya hak kazandı.Üstelik,Watson un yetenekleri bununla da bitmiyor:Gelen haberlere göre Watson şu anda Almanya da otobanlardaki trafik tıkanıklıklarının önceden tahmin edilmesinde yine büyük bir başarıyla kullanılıyor.
Türkiye İlk Defa Top500 Süper Bilgisayarlar Listesinde
Türkiye,2004 yılından itibaren yürütülen ve Devlet Planlama Teşkilatı(DPT)tarafından desteklenen Ulusal Yüksek Başarımlı Hesaplama Merkezi(UYBHM)Projesi kapsamında HP teknolojilerine dayalı bir süper bilgisayar ile 2006 yılında ilk kez 353.sıradan en güçlü süper bilgisayarlar listesine girdi.
Türkiye de bu alanda özellikle İTÜ UYBHM çalışmalar yapıyor.Ulusal Yüksek Başarımlı Hesaplama Merkezi Projesi nde yer alan bu süper bilgisayar,560 işlemciden uluşuyor ve saniyede 1 trilyon işlem yapabiliyor.Kamu kaynakları(DPT) ile gerçekleştirilen bu proje sayesinde,akademik ve endüstriyel araştırmalara hesaplama gücü sunmanın ötesinde bu alanda uzamn insan kaynağı ve bilgi birikiminin sağlanması,yüksek başarımlı bilişim uygulamaları için bir sinerji merkezi oluşturulması amaçlanıyor.
Sonuç
IBM in süper bilgisayarlar alanında her zamanki gibi yenilmez olmaya devam ettiğini görüyoruz.Son yıllarda ürettiği diğer süper bilgisayarların yanı sıra Deep Blue ve Watson ile hayli ses getiren başarılara imza atan IBM i daha uzun bir süre hiç kimsenin tahtından edemeyeceği ortada.Bu durum Linux ve Unix işletim sistemleri için de geçerli:Bu iki işletim sistemi süper bilgisayar alanında da rakipsiz görünüyor.(Hatırlanacağı gibi Top500 e giren sistemlerden yalnızca biri Windows ile çalışıyor.)Linux dan ve Unix den hiçbir zaman ayrı düşünülemeyen efsane programlama dili C ise,performansından ve Linux un ve Unix in bu alandaki ezici üstünlüğünden dolayı süper bilgisayarların programlanmasında kullanılan dillerin en başında geliyor.
ABD,Japonya ve Çin ile karşılaştırıldığında Avrupa Birliği, gerek sahip olduğu süper bilgisayar sayısı, gerekse üretim açısından hayli sönük.Bu şu anda sadece bir süper bilgisayara sahip ülkemiz açısından da geçerli tabii,ama bu durumun TUBİTAK ın son yıllarda gerçekleştirdiği atılımlarla uzun vadede ülkemiz lehine değişeceği ümit ediliyor.
Fakat her ne kadar dünyadaki süper bilgisayarların büyük çoğunluğu ABD de(Yüzde 52.6)bulunsa da,ABD,Çin ve Japonya karşısındaki üstünlüğünü göreceli olarak kaybetmeye devam ediyor.En son Çin in hem de kendi geliştirdiği mikroişlemci mimarisine sahip iki sistemini dünyanın ilk on süper bilgisayarı içine sokmayı başarmasıyla,Top500 tarihinde bir ilk yaşanıyor ve böylece zirvedeki Amerikan ve Japon mikroişlemci üstünlüğü de kırılıyor.
Sonuç olarak Uzak Doğu,ABD ve Avrupa yı geçmeye devam ederek süper bilgisayar alanını yavaş ama emin adımlarla Batı nın tekelinden çıkarıyor.
Alıntıdır.Kaynak:
Bilim ve Teknik Aylık Popüler Bilim Dergisi,Mayıs 2012,Yıl 45,Sayı 534,Sayfa 63-66,Süper Bilgisayarlar
