Сколько операций в секунду может выполнять современный процессор сотни тысячи миллионы миллиарды

Обновлено: 06.07.2024

Терафлопс (TFLOPS) — величина, используемая для измерения производительности компьютеров, показывающая, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет данная вычислительная система. 1 терафлопс = 1 триллион операций в секунду = 1000 миллиардов операций в секунду. Обычно имеются в виду операции над плавающими числами размера 64 бита в формате IEEE 754.

TFLOPS = 1012 FLOPS = 103 GFLOPS

Чтобы найти пиковую производительность ЭВМ R, терафлопс, нужно тактовую частоту F, МГц, умножить на число процессоров (процессорных ядер) n, домножить на количество инструкций с плавающей запятой на такт (4 для процессоров Core2 — 2 операции Float Multiple Add) и поделить на 1******0:

Так, например, пиковая производительность компьютера на базе двухъядерного процессора AMD Phenom 9500 sAM2+ с тактовой частотой 2,2 ГГц равна:

2200 МГц × 2 ядра × 4×10-6 = 17,6 млрд операций в секунду = 0,0176 терафлопс.

Для четырехядерного процессора Core 2 Quad Q6600:

2400 МГц × 4 ядра × 4×10-6 = 38,4 млрд операций в секунду = 0,0384 терафлопс.

Скопипастено с Википедии

Т.е. находите нужные данные для своего процессора, подставляете их в формулу и находите кол-во операций в секунду.

Для моего Intel Pentium 4:
3000 х 1 х 2 х 10-6 = 6 млрд операций в секунду = 0.006 терафлопс.

В конце прошлого века для описания мощных и производительных вычислительных машин применялся термин «суперкомпьютер». Такие устройства стоили очень дорого и были довольно громоздкими. Иногда суперкомпьютер занимал несколько комнат и требовал специальный температурный режим для работы.

Для оценки производительности и сравнения таких вычислительных машин ввели термин «FLOPS»

Самые мощные суперкомпьютеры

Суперкомпьютер Cray 1

Вычислительная машина Cray 1, которая одной из первых заслужила титул «суперкомпьютера», была создана в 1974 году. Её производительность оценивалась в 180 миллионов операций в секунду.

Суперкомпьютеры NEC SX-2 (слева) и М-13 (справа)

Порог в 1 миллиард флопс (1 Гигафлопс) был преодолен уже в 1983 году. На тот момент рекордсменами считались суперкомпьютеры NEC SX-2 (производительность 1.3 Гфлопс) и М-13 академика Карцева (2.4 Гфлопс).

Суперкомпьютер ASCI Red

В середине 90-х вычислительная мощность суперкомпьютеров вычислялась уже триллионами флопс. Граница 1 Тфлопс была впервые преодолена в 1996-ом компьютером ASCI Red.

Суперкомпьютер IBM Roadrunner

1 квадриллион флопс (1 Петафлопс) покорился суперкомпьютеру IBM Roadrunner в 2008 году, аналитики полагают, что к 2020 году появятся экзафлопсные компьютеры, способных выполнять 1 квинтиллион операций с плавающей точкой в секунду.

Суперкомпьютер Sunway TaihuLight

C 1993 ведется международный рейтинг Top500 для оценки и сравнения производительности суперкомпьютеров. Сейчас топ возглавляет китайская разработка Sunway TaihuLight с вычислительной мощностью 93 петафлопс, запущенная в июне 2016 года.

Современные компьютеры и игровые консоли

Большая вычислительная мощность с 90-х годов становится доступна в домашних и офисных компьютерах.

Популярный процессор 1999-2000 годов Intel Pentium III 500—1000 МГц имел производительность до 1-2 гигафлопс.
В 2010 топовые модели были на уровне AMD Athlon II X4 640 3,0 ГГц с мощностью до 37,4 гигафлопс.
Относительно современный Intel Core i7 (Haswell) с частотой 3,0-3,5 ГГц бьет планку в 350 гигафлопс.

Современные игровые консоли имеют такую производительность: Microsoft Xbox One — 1,23 терафлопса, Sony PlayStation 4 — 1,84 терафлопса, Nintendo Wii U — 352 гигафлопса.

Мобильные гаджеты в нашем кармане

Процессоры в последних моделях iPhone и iPad имеют мощность, которая измеряется в десятках и сотнях Гигафлопс. Новинка 2011-го года – Apple A5, который был «сердцем» iPhone 4S, iPad 2, iPad Mini, Apple TV 3 и iPod Touch пятого поколения, выдавал до 16 Гигафлопс.

Представленный в 2014 году Apple A8 (iPhone 6/ 6 Plus, iPad mini 4 и Apple TV 4) может похвастаться показателем уже в 115 Гигафлопс.

Начинка нового iPhone 7 и iPhone 7 Plus (процессор A10 Fusion) выжимает более 400 Гигафлопс.

Если сравнить эти показатели с суперкомпьютерами 80-90х, то видим, что iPhone 4S сопоставим с самыми мощными вычислительными устройствами конца 80-х годов, а топовая техника начала 90-х по производительности не далеко ушла от современного iPhone 7.

К чему все это

Увлеченные презентациями новых iPhone и iPad, в постоянных сравнениях Apple и Samsung, в череде анонсов Xiaomi и Meizu мы просто перестали обращать внимание на простые вещи. Всего за 10-20 лет технологии шагнули вперед настолько, что гаджеты, помещающиеся в кармане джинсов, можно сравнивать с компьютерами, которые не поместились бы в нашей квартире.

5 лет назад Стив Джобс показал iPhone, который превосходил суперкомпьютеры 80-х, а в сентябре 2016-го Тим Кук представил смартфон, который мощнее любого домашнего компьютера из нашего детства.

Очень интересно, как будут развиваться технологии дальше. Увидим ли мы еще больший скачок в производительности или пик роста мощности мы наблюдали в последние годы? Сможет ли условный iPhone 10 сравниться с представленным недавно MacBook Pro?

(5.00 из 5, оценили: 2)

я не говорю про рекорды вычисления а простые цыфры к примеру процов

AMD Athlon X2 Dual-Core 7850 и Intel® Core™ i7 (на соответствующим ему железе и ОС)

я не говорю про кеш и другие тех данные, но предположим что они +/- одинаковые

Время для компьютеров течет не так, как для людей. То, что человеческим мозгом воспринимается как мгновение, для компьютеров растягивается на долгие эпохи. Данная статья — это метафора, в попытке осознать этот простой и в общем-то очевидный факт.

Инфляция временных единиц

Для большинства программистов прикладного уровня время, которым измеряется производительность программ, останавливается на масштабе миллисекунд: ну какая разница, будет ли элемент в браузере рендериться 50 или 200 микросекунд, если это всё равно ничтожно малое значение? Какая разница, выполняется ли запрос в базу данных за 200 или за 500 микросекунд, если сетевые издержки на порядок больше? Безусловно, есть области программирования, где приходится спуститься на уровень наносекунд и единичных тактов, но в большей своей части программисты не думают такими временными понятиями. Я предлагаю подумать.

Компьютерная секунда

Я предлагаю подумать, как выглядела бы работа современного компьютера, если бы каждому такту процессора соответствовала одна секунда в субъективном мироощущении каких-нибудь существ, которые, как мы знаем, и управляют всей техникой ("гарантийные человечки" или, на современный лад, "фиксики"). Для таких человечков частота процессора будет равно ровно 1 Hz.

Я пишу эту статью на ноутбуке с восьмиядерным процессором базовой частотой в 2.4 GHz, то есть один такт раз в

0,4 наносекунды (округление очень грубое). Это значение и будет нашей "компьютерной секундой".

Что же происходит за время, равное такой секунде?

Восемь ядер процессора успевают выполнить несколько элементарных операций вроде сложения чисел.

Свет проходит около 12 сантиметров (в вакууме).

За пять секунд процессор может получить данные из кэша первого уровня.

Компьютерная минута

Этот промежуток времени интереснее. За минуту может произойти многое. По человеческим меркам эта минута равна примерно 24 наносекундам.

Что же может произойти за компьютерную минуту?

Электрический сигнал пройдет всю длину кабеля от компьютера до монитора.

За две минуты произойдет обращение к данным в оперативной памяти.

За несколько минут JVM сможет сделать объект String из маленького массива байтов.

Компьютерный час

На этом этапе мы переходим от человеческих наносекунд к микросекундам: компьютерный час равен 1.44 мкс.

Может выполниться пузырьковая сортировка небольшого массива, когда-то написанная мной в образовательных целях. (вдумайтесь: если процессор каждую секунду делает по простому действию, то для сортировки маленького массива ему понадобятся часы!)

За десяток-другой часов процессор может запросить и получить данные у достаточно производительного SSD.

Компьютерный год

Предлагаю перескочить через сутки и месяцы и сразу перейти к годам (

12мс), за год может произойти очень много разных событий:

Запрос, обрабатываемый базой данных несколько месяцев, можно считать быстрым.

Примерно раз в компьютерный год должно меняться изображение на мониторе, чтобы соответствовать частоте 60 Hz.

Около трех лет уходит на выполнение пинга 8.8.8.8 (три года, Карл! человек за это время может пешком дойти до сервера и вернуться!)

Десяток лет может пройти от нажатия на клавиатуру до появления символа на экране монитора.

Компьютерное столетие

Именно на таком уровне (человеческие секунды) мы общаемся с компьютером. Например, главная страница Хабра будет загружаться около пяти столетий. Вдумайтесь! Полтысячи лет! Если во времена Шекспира начать, секунда за секундой, работать над загрузкой страницы, работа всё ещё может быть не закончена в XXI веке!

Надеюсь, что данный мысленный эксперимент вам показался настолько же захватывающим и невероятным, как и мне. Многие вещи становятся более понятными и осязаемыми, если перевести их в компьютерные секунды. Например, читая "Операционные системы" Танненбаума, я недоумевал, как компьютер может вообще успевать что-то делать, если переключение в/из ядра ОС — такая сложная операция? Но если перевести это в "компьютерное" время, то это всего-то час труда раз в пару месяцев.

Грамотное определение производительности

Предположим, что вы более-менее разобрались в ситуации, но все равно не можете понять, какой из процессоров лучше? Возьмем ту же ситуацию с Intel Core i7 8700k, который вполне реально разогнать до 4,9 ГГц на воздушном охлаждении, и AMD Ryzen 7 2700X и его 4,3 ГГц в режиме оверклокинга. Казалось бы – выбор в пользу «синих» очевиден, но на практике «красный» лагерь рвет и мечет.

И вот тут уже на помощь приходят те самые бенчмарки, тесты и сравнения двух популярных моделей в реальных рабочих приложениях и синтетике. Одним из наиболее наглядных вариантов выступает бенчмарк Cinebench r15, который показывает статистику модели как в стоке, так и под несколькими видами разгона:

автоматический;
ручной;
экстремальный (издевательства оверклокеров под жидким азотом).

Много полезной информации можно найти на профильных Youtube-каналах и ресурсах типа Sisoftware Sandra

Чем суперкомпьютер отличается от обычного?

Суперкомпьютеры называют «числодробилками» или «числогрызами»: они нужны для супербыстрых вычислений. Главное отличие в том, что обычный компьютер выполняет задачи последовательно, хотя и на высокой скорости — вплоть до доли секунды, поэтому мы этого не замечаем. Суперкомпьютер делает это одновременно и обрабатывает огромный массив данных.

Для этого им нужны тысячи супермощных процессоров. В результате вычисления, на которые у мощного игрового компьютера уйдет неделя, суперкомпьютер выполняет за день. Однако важно, чтобы программы работали корректно, с учетом технических особенностей машины. Иначе то, что корректно работает на 100 процессорах, сильно замедлится на 200.

Современные смартфоны работают так же быстро, как самый мощный суперкомпьютер 1994 года.

Суперкомпьютеры работают на специальном ПО. Например, у Fugaku операционная система Red Hat Enterprise Linux 8 c гибридным ядром, состоящим из одновременно работающих ядер Linux и McKernel. В качестве программных средств используют API — то есть интерфейсы или платформы для программирования — и открытое ПО, которое позволяет создавать виртуальные суперкомпьютеры на базе обычных. Часто суперкомпьютер — это несколько высокомощных компьютеров, которые объединены высокоскоростной локальной сетью.

Обычно производительность компьютеров оценивается во флопсах (FLOPS — FLoating-point Operations Per Second) — то есть количестве операций над числами с плавающей точкой в секунду. Для суперкомпьютеров сначала использовали мегафлопсы — MIPS, количество миллионов операций в секунду, а с 2008 года петафлопсы — то есть количество миллионов миллиардов вычислений в секунду. К примеру, у суперкомпьютера Fugaku производительность составляет 415 петафлопс, а у Summit — 148.

Современные компьютеры и игровые консоли

Большая вычислительная мощность с 90-х годов становится доступна в домашних и офисных компьютерах.

Популярный процессор 1999-2000 годов Intel Pentium III 500—1000 МГц имел производительность до 1-2 гигафлопс.
В 2010 топовые модели были на уровне AMD Athlon II X4 640 3,0 ГГц с мощностью до 37,4 гигафлопс.
Относительно современный Intel Core i7 (Haswell) с частотой 3,0-3,5 ГГц бьет планку в 350 гигафлопс.

Нанокомпьютер, квантовый компьютер и суперкомпьютер: в чем разница?

Все это — вычислительные устройства с выдающимися характеристиками.

Нанокомпьютер — это компьютер микроскопических размеров. Он запрограммирован на определенные химические свойства и поведение. Он может быть очень мощным и высокопроизводительным, но пока что не таким, как суперкомпьютер. В будущем они смогут заменить обычные устройства, так как потребляют намного меньше энергии.

Группа инженеров и ученых из Гарвардского университета и компании Mitre создала простейший нанокомпьютер, который состоит из множества крошечных проводников диаметром 15 нанометров (нанометр = 1 миллиардная метра). Их ядро из германия, а внешняя оболочка — из кремния.

Свой нанокомпьютер есть и у IBM, но уже покрупнее: 1х1 мм. Это полноценный ПК с процессором, памятью и блоком питания. По производительности его можно сравнить с x86-совместимыми процессорами из 1990-х годов. Его можно будет применять для работы с ИИ, сортировки данных, логистики, обнаружения краж.

Квантовый компьютер — это устройство, которое работает по принципам квантовой механики. Он обрабатывает данные не в битах, а в кубитах, которые одновременно равны 0 и 1. В теории, такой компьютер может обрабатывать все возможные состояния одновременно.

Пока что квантовые компьютеры существуют в виде концепций и моделей. Одна из таких принадлежит «Росатому»: проект рассчитан на срок до 2024 года и предполагает финансирование ₽24 млрд.

Как изменять тактовую частоту процессора?

Понятие «оверклокинг» 4 означает повышение тактовой частоты процессора с целью увеличения вычислительной мощности. Процессоры Intel® с суффиксом K в названии имеют разблокированный «множитель», что дает удобные возможности разгона при использовании системной платы, поддерживающей оверклокинг.

Оверклокинг может повысить частоту кадров 5 даже при использовании высокопроизводительных процессоров, таких как Intel® Core™ i9 последнего поколения. Узнайте больше о том, как добиться стабильного разгона и наиболее эффективно использовать имеющиеся аппаратные средства, здесь.

К чему все это

(5.00 из 5, оценили: 2)

я не говорю про рекорды вычисления а простые цыфры к примеру процов

AMD Athlon X2 Dual-Core 7850 и Intel® Core™ i7 (на соответствующим ему железе и ОС)

я не говорю про кеш и другие тех данные, но предположим что они +/- одинаковые

Какой компьютер является мощнейшим на сегодняшний день?

В конце июня 2020 года был опубликован ежегодный рейтинг из 500 самых мощных суперкомпьютеров в мире. Первую строчку в нем занял японский Fugaku. Он в 2,8 раз мощнее, чем прошлогодний лидер — Summit от IBM (он теперь на втором месте). Впервые рейтинг возглавил компьютер на базе процессоров ARM.

Fugaku разработала компания Fujitsu — та самая, что выпускала популярную фото- и видеотехнику Fuji. Разработки велись на базе Института Кобе в составе Института физико-химических исследований (RIKEN). Концепцию придумали еще в 2010 году, а на создание и сборку ушло более шести лет.

Пишут, что Fugaku сможет помочь в борьбе с коронавирусом. Но на самом деле суперкомпьютеры способны решать самые амбициозные задачи, которые приходят нам в голову.

Чем суперкомпьютер отличается от обычного?

Современные смартфоны работают так же быстро, как самый мощный суперкомпьютер 1994 года.

Кто придумал суперкомпьютер?

Сам термин появился в конце 1960-х годов в Ливерморской национальной лаборатории США и компании-производителе компьютеров CDC. Но впервые о «супервычислениях» заговорили еще в 1920-х годах, когда IBM собрала для Колумбийского университета свой табулятор — первую ЭВМ, работавшую на перфокартах.

Первой супер-ЭВМ считают Cray-1, созданную в 1974 году. Ее разработал Сеймур Крей — американский инженер в области вычислительной техники и основатель компании Cray Research. Cray-1 выполняла до 180 млн операций в секунду.

За основу Крэй уже имеющиеся разработки — компьютеры CDC 8600 и CDC STAR-100. Он построил процессор, который быстро выполнял и скалярные и векторные вычисления: предшественники хорошо справлялись либо с первыми, либо со вторыми.

Скалярные вычисления — те, где используется одна характеристика, величина и знак. В векторных используют вектора, то есть величину и направление (угол).

Для этого инженер использовал небольшие модули памяти, расположенные близко к процессору, чтобы увеличить скорость. Так был создан новый принцип работы с памятью — «регистр-регистр». Центральный процессор берет и записывает данные в регистры, а не в память, как у предыдущих моделей — это тоже увеличило скорость обработки. Сам процессор состоял из 144 тыс. микросхем, которые охлаждались фреоном.

Cray-1 впервые презентовали в 1975-м, и за нее тут же начали биться ведущие лаборатории США, занимающиеся сложными вычислениями. В 1977-м компьютер достался Национальному центру атмосферных исследований, где проработал 12 лет. Cray-1 можно было арендовать для работы за $7 500 в час или $210 тыс. в месяц.

В 1980-х годах Крэй выпустил еще две модели суперкомпьютеров нового поколения, включая многопроцессорный Cray X-MP. Начиная с 1990-х лидерство перехватили NEC, Hewlett-Packard и IBM, причем компьютеры последней регулярно занимают верхние строчки того самого ТОП-500.

Где и для чего используют суперкомпьютеры?

Главная задача суперкомпьютеров — выполнять максимум вычислений за минимум времени. Это полезно для многих областей: начиная от создания лекарств и заканчивая разработками новых продуктов и технологий,

Суперкомпьютер Fugaku изучает пути распространения вируса и его диагностику. Для этого он обрабатывает данные статистики, коэффициент заражения вируса, его состав и модель поведения. А еще ему поручат прогнозирование и симуляцию природных катастроф, разработку и совершенствование «зеленых» технологий.

Есть суперкомпьютеры, которые работают с одним-единственным приложением, которое задействует всю память. Например, для прогнозирования изменений погоды и климата или моделей ядерных испытаний. В будущем это позволит отказаться от реальных испытаний опасного оружия и исключить риски взрывов или утечек при долгом хранении.

Великобритания выделит $1,6 млрд на создание мощнейшего в мире суперкомпьютера для прогнозирования погоды и климатических изменений.

Министерство энергетики США и Аргоннская национальная лаборатория, совместно с Intel и Cray, обещают в 2021 году представить суперкомпьютер Aurora для исследований в области ядерного оружия. Он будет выполнять 1 квинтиллион операций в секунду и обойдется в $500 млн.

Но суперкомпьютеры не просто вычисляют, а моделируют реальность. То есть просчитывают все возможные варианты развития событий и строят прогнозы. Поэтому с их помощью астрономы и астрофизики воспроизводят самые разные события и процессы во Вселенной.

В марте этого года астрономы из Технологического университета Суинберна (Австралия) и Калифорнийского технологического университета (США) смоделировали на суперкомпьютере эволюцию Млечного Пути. Для этого они использовали все данные о звездных скоплениях в нашей галактике.

Нанокомпьютер, квантовый компьютер и суперкомпьютер: в чем разница?

Все это — вычислительные устройства с выдающимися характеристиками.

Какое будущее ждет суперкомпьютеры?

Очевидно, что производительность суперкомпьютеров будет разгоняться до космических цифр, их размеры — уменьшаться, а потребление энергии — сокращаться. Но самое интересное кроется в задачах, которые они смогут решать.

Эксперты считают, что через 15 лет симуляции отойдут на второй план, а машинное обучение позволит суперкомпьютерам выполнять глубокую аналитику данных. В итоге их будут применять везде: от разработки бесконечных аккумуляторов до лекарства от рака.

Читайте также: