FLOPS

FLOPS (акроним от Шаблон:Lang-en, произносится как флопс) — величина, используемая для измерения производительности компьютеров, показывающая, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет данная вычислительная система.

Поскольку современные компьютеры обладают высоким уровнем производительности, более распространены производные величины от FLOPS, образуемые путём использования стандартных приставок системы СИ: мегафлопс (MFLOPS, 10⁶FLOPS), гигафлопс (GFLOPS, 10⁹ FLOPS), терафлопс (TFLOPS, 10¹² FLOPS), петафлопс (PFLOPS, 10¹⁵ FLOPS) и эксафлопс (EFLOPS, 10¹⁸ FLOPS).

Флопс как мера производительности

Как и большинство других показателей производительности, данная величина определяется путём запуска на испытуемом компьютере тестовой программы, которая решает задачу с известным количеством операций и подсчитывает время, за которое она была решена. Наиболее популярным тестом производительности на сегодняшний день является программа LINPACK, используемая, в том числе, при составлении рейтинга суперкомпьютеров TOP500.

Одним из важнейших достоинств показателя флопс является то, что он до некоторых пределов может быть истолкован как абсолютная величина и вычислен теоретически, в то время как большинство других популярных мер являются относительными и позволяют оценить испытуемую систему лишь в сравнении с рядом других. Эта особенность даёт возможность использовать для оценки результаты работы различных алгоритмов, а так же оценить производительность вычислительных систем, которые уже не существуют или находятся в разработке.

Границы применимости

Несмотря на кажущуюся однозначность, в реальности флопс является достаточно плохой мерой производительности, поскольку неоднозначным является уже само его определение. Под «операцией с плавающей запятой» может скрываться масса разных понятий, не говоря уже о том, что существенную роль в данных вычислениях играет разрядность операндов, которая также нигде не оговаривается. Кроме того, величина флопс подвержена влиянию очень многих факторов, напрямую не связанных с производительностью вычислительного модуля, таких как: пропускная способность каналов связи с окружением процессора, производительность основной памяти и синхронность работы кэш-памяти разных уровней.

Всё это, в конечном итоге, приводит к тому, что результаты, полученные на одном и том же компьютере при помощи разных программ, могут существенным образом отличаться, более того, с каждым новым испытанием разные результаты можно получить при использовании одного алгоритма. Отчасти эта проблема решается соглашением об использовании однообразных тестовых программ (той же LINPACK) с осреднением результатов, но со временем возможности компьютеров «перерастают» рамки принятого теста и он начинает давать искусственно заниженные результаты, поскольку не задействует новейшие возможности вычислительных устройств. А к некоторым системам общепринятые тесты вообще не могут быть применены, в результате чего вопрос об их производительности остаётся открытым.

Так, например, 24 июня 2006 года общественности был представлен суперкомпьютер MDGrape-3, разработанный в японском исследовательском институте RIKEN (Йокогама), с рекордной теоретической производительностью в 1 Пфлопс. Однако данный компьютер не является компьютером общего назначения и приспособлен для решения узкого спектра конкретных задач, в то время как стандартный тест LINPACK на нём выполнить невозможно в силу особенностей его архитектуры.

Также, высокую производительность на специфичных задачах показывают графические процессоры современных видеокарт и игровые приставки. К примеру, заявленная производительность игровой приставки Xbox 360 составляет 1 Тфлопс, а приставки PlayStation 3 и вовсе 2 Тфлопс, что ставит их в один ряд с суперкомпьютерами начального уровня. Столь высокие показатели обеспечиваются тем, что операции с трёхмерной графикой, которые они в основном выполняют, очень хорошо поддаются распараллеливанию, что с успехом используется в графических процессорах. Однако эти процессоры не в состоянии выполнять большинство задач общего назначения, и их производительность не поддаётся оценке теста LINPACK и сравнению с другими системами.

Причины широкого распространения

Несмотря на большое число существенных недостатков, показатель флопс продолжает с успехом использоваться для оценки производительности, базируясь на результатах теста LINPACK. Причины такой популярности обусловлены, во-первых, тем, что флопс, как говорилось выше, является абсолютной величиной. А, во-вторых, очень многие задачи инженерной и научной практики, в конечном итоге, сводятся к решению систем линейных алгебраических уравнений, а тест LINPACK как раз и базируется на измерении скорости решения таких систем. Кроме того, подавляющее большинство компьютеров (включая суперкомпьютеры), построены по классической архитектуре с использованием стандартных процессоров, что позволяет использовать общепринятые тесты с большой достоверностью.

Обзор производительности реальных систем

Из-за высокого разброса результатов теста LINPACK, приведены примерные величины, полученные путём осреднения показателей на основе информации из разных источников. Производительность игровых приставок и распределённых систем (имеющих узкую специализацию и не поддерживающих тест LINPACK) приведена в справочных целях в соответствии с числами, заявленными их разработчиками. Более точные результаты с указанием параметров конкретных систем можно получить, например, на сайте The Performance Database Server.

Суперкомпьютеры

• Компьютер ENIAC, построенный в 1946 году, при массе 27 т и энергопотреблении 150 кВт, обеспечивал производительность в 300 флопс
• IBM 709 (1958) — 5 Мфлопс
• Cray-1 (1974) — 160 Мфлопс
• Cray Y-MP (1988) — 2,3 Гфлопс
• ASCI Red (1993) — 1 Тфлопс
• Blue Gene/L (2006) — 280,6 Терафлопс

Суперкомпьютеры СНГ

• СКИФ Cyberia (Томск) — 8,94 Терафлопс
• МВС-100k (Москва) — 7,68 Терафлопс
• MBC-6000IM (Москва) — 1,64 Терафлопс

Персональные компьютеры

• IBM PC/XT (1983) — 0,0069 Мегафлопс
• ПК на основе процессора Intel 80386 (1985) с тактовой частотой 40 МГЦ — 0,6 Мфлопс
• Intel Pentium 75 МГц (1993) — 7,5 Мфлопс
• Intel Pentium II 300 МГц (1997) — 50 Мфлопс
• Intel Pentium III 1 ГГц (1999) — 320 Мфлопс
• AMD Athlon 64 2,211 ГГц (2003) — 840 Мфлопс<ref>При использовании нестандартной версии LINPACK, реализующей все преимущества 64-битного процессора, это число поднимается до 1 Гфлопса</ref>
• Intel Core 2 Duo 2,4 ГГц (2006) — 1,3 Гфлопс

Карманные компьютеры

• КПК на основе процессора Samsung S3C2440 400 МГц (архитектура ARM) — 1,3 мегафлопс
• Intel XScale PXA270 520 МГц — 1,6 Мфлопс
• Intel XScale PXA270 624 МГц — 2 Мфлопс

Распределённые системы

• BOINC — 577 Тфлопс
• SETI@home — 261 Тфлопс
• Climate Prediction — 62 Тфлопс
• Rosetta@home — 50 Тфлопс
• Folding@home — 799 Тфлопс

Игровые приставки

• Sega Dreamcast — 1,4 Гфлопс
• Microsoft Xbox — 1,5 Гфлопс
• Sony PlayStation 2 — 6,2 Гфлопс
• Sony PlayStation Portable — 2,6 Гфлопс
• Nintendo Gamecube — 10,5 Гфлопс
• Microsoft Xbox 360 — 1 Тфлопс
• Sony PlayStation 3 — 2 Тфлопс

Человек и калькулятор

Калькулятор неслучайно попал в одну категорию вместе с человеком, поскольку хотя он и является электронным устройством, содержащим процессор, память и устройства ввода/вывода, режим его работы кардинально отличается от режима работы компьютера. Калькулятор выполняет одну операцию за другой с той скоростью, с какой их запрашивает человек-оператор. Время, проходящее между операциями, определяется возможностями человека и существенно превышает время, которое затрачивается непосредственно на вычисления. Можно сказать, что в среднем производительность обычного карманного калькулятора составляет 10 флопс.

Человек, пользуясь лишь ручкой и бумагой, выполняет операции с плавающей запятой очень медленно и, часто, с большой ошибкой. Говоря о производительности нашего вычислительного аппарата, придётся использовать такие единицы как миллифлопс и даже микрофлопс. Тем не менее, человек в реальном времени может выполнять столь сложные операции, как синтез и распознавание речи и образов, координацию в пространстве и множество других, недоступных даже самым мощным суперкомпьютерам.

Примечания

<references/>

См. также

• MIPS

Ссылки

• TOP500 Рейтинг суперкомпьютеров TOP500 Шаблон:Ref-en
• The Performance Database Server Большая база данных производительности вычислительных систем Шаблон:Ref-en
• Roy Longbottom's PC Benchmark Collection Подборка тестовых программ для ПК (включая LINPACK) и результатов испытаний Шаблон:Ref-en
• Linpack CPU Benchmark for Pocket PC Версия LINPACK для КПК Шаблон:Ref-en