ЖУРНАЛ «СТА» №2/2016

ных и квазиконтактных методов фо- толитографии; переход к «сухой» тех- нологии формирования топологии. ● 1980-е годы (с учётом имеющихся достижений): 3 ≤ l 0 ≤ 1,5 мкм; переход к системным принципам проектиро- вания, «сухой» литографии и низко- температурным процессам синтеза структур, электронолитографическо- му синтезу фотошаблонов. ● 1990-е годы: 1,5 ≥ l 0 ≥ 0,5 мкм; пол- ностью системное проектирование; фотолитография достигает пределов и частично вытесняется в наиболее ответственных топологических слоях электронолитографией и рентгеноли- тографией. ● 2000-е годы: геометрические пределы миниатюризации элементов в серий- ном производстве; высокопроизводи- тельные системы электронно- и рент- генолучевого синтеза топологии; проектирование элементов на кван- тово-механическом уровне с исполь- зованием современных технологий. ЭВМ М-13 представляла собой чет- вёртое поколение программно-совме- стимых многопроцессорных вычисли- тельных систем, узлы и устройства ко- торых строились по модульному прин- ципу с реализацией основных техноло- гий, изложенных в этом и предыдущем разделе. К этому периоду можно отне- сти законченный цикл работ по созда- нию семейства ЭВМ М-10, М-13. ЭВМ М-13 обладала гибкостью в организа- ции вычислений и комплексирования, повышенной производительностью и сопряжением с источниками обрабаты- ваемой информации. Техническим зада- нием на вычислительный комплекс до- полнительно к ЭВММ-13 предусматри- валась разработка специального про- цессора для цифровой обработки сигна- лов – процессора обработки функций, который в дальнейшем был включён не- посредственно в состав ЭВММ-13. Это решение дало отсчёт развитию направ- ления цифровой обработки сигналов в НИИВК, которое с учётом накопленно- го многолетнего опыта активно разви- вается по сей день. По оценкам Инсти- тута прикладной математики АНСССР, быстродействие ЭВММ-10 в 64-разряд- ном формате превосходило БЭСМ-6 в 3,6–4,6 раза, ЭВМ ЕС-1060 – в 3–5,6 раза, ЭВМ «Эльбрус-1-1» в 2,4 раза. Ос- новные характеристикиМ-13 обоснова- ны в материалах трудов Б.А. Головкина, являющегося одним из авторов ТЗ [4]. ● 2010-е годы: создание и развитие оте- чественной аппаратно-программной платформы, отвечающей требова- ниям технологической независимо- сти и информационной безопасно- сти. Разработанные решения по соз- данию аппаратно-программной плат- формы опираются на использование отечественного семейства ЭВМ «Эль- брус» и его модификаций. Дорожная карта микропроцессоров «Эльбрус» предполагает развитие двух направле- ний. Первое – это создание высоко- производительных многоядерных микропроцессоров с использованием для изготовления зарубежных техно- логических производств. Второе – освоение производства ранее выпу- щенных микропроцессоров на отече- ственных полупроводниковых фаб- риках. В это время в АО «НИИВК» начаты работы по созданию высоко- производительной платформы двой- ного назначения с использованием отечественного семейства «Эльбрус» и российской элементной базы. Согласование функциональной, фи- зической и технологической основ мик- роэлектроники, конечно, не случайно. Оно означает, что дальнейшее развитие микроэлектроники будет носить си- стемный характер. Пределы здесь долж- ны формулироваться в виде соотноше- ний, а не абсолютных величин (подоб- но тому, как в теоретической физике предельные соотношения даются с по- мощью принципа неопределённости). Р АЗВИТИЕ СУПЕРКОМПЬЮТЕРНЫХ АРХИТЕКТУР Основную задачу суперкомпьютерной отрасли можно сформулировать как не- обходимость объединения большого числа вычислительных элементов для синхронизированной работы с общими данными, то есть для решения научно- технических задач с использованием массового параллелизма при решении прикладных задач. В 1990-е годы обсуж- дение развития суперкомпьютерных технологий велось в терминах выбора между двумя типами систем. SMP ( Sym- metric Multiprocessing ) – архитектура многопроцессорных компьютеров, в ко- торой два или более одинаковых про- цессоров подключаются к общей памя- ти и, следовательно, имеют доступ к об- щим данным. Альтернативой была мас- сивно-параллельная архитектура MPP ( Massive Parallel Processing ) – класс архи- тектур параллельных вычислительных систем, состоящих из отдельных узлов, память которых физически разделена, и поэтому в процессе решения задачи не- обходим обмен данными между узлами. В результате развития обе технологии перестали конкурировать и заняли каж- дая своё место в архитектуре современ- ных суперкомпьютеров. Технологические возможности нара- щивания производительности SMP-си- стем ограничены проблемой доступа к общей памяти. Однако развитие подоб- ных устройств – современных много- ядерных процессоров и графических процессоров (GPU) – проходит доста- точно интенсивно. Ранее речь шла о де- сятках ядер, работающих с общими данными, сегодня (с появлением GPU) речь идёт уже о тысячах. В результате подобная многоядерная комбинация процессора и специального ускорителя образует высокопроизводительный вы- числительный элемент. Дальнейший путь наращивания про- изводительности – а сегодня это путь к эксафлопсу – лежит на следующем мас- штабном уровне объединения сотен ты- сяч отдельных вычислительных элемен- тов (узлов) в системы, содержащие мил- лионы вычислительных ядер. Для ре- шения этой задачи определяющим яв- ляется использование адекватной ком- мутационной сети (интерконнекта), объединяющей систему в единое целое. «Сердце» современного суперком- пьютера – коммутационная сеть (или интерконнект) – проявляется на трёх уровнях: ● оборудование и топология сети, то есть принцип физического объедине- ния узлов каналами обмена данных; ● системное программное обеспечение, реализующее стандартные процедуры обмена данными (один–одному, один–всем, все–всем и т.п.); ● алгоритмы параллельного решения математической задачи, основанные на указанном системном программ- ном обеспечении. Возможные варианты аппаратного оборудования сети можно с некоторой долей огрубления разделить на два класса: ● объединение узлов коммутатором или единой шиной данных; ● объединение узлов непосредственно друг с другом, коммутация осуществ- ляется самими узлами. По возможной топологии эти классы представлены следующими наиболее распространёнными вариантами: ● топология «толстое дерево»; ● топологии типа «решётка» и «много- мерный тор». 86 СТА 2/2016 РАЗ РА БОТ КИ / НАУ ЧНЫЕ ИССЛ Е ДОВ АНИЯ www.cta.ru