Самые мощные суперкомпьютеры в мире. Новый рейтинг TOP500 суперкомпьютеров

Не все вообще понимают, зачем нам нужны какие то дорогущие суперкомпьютеры. Может это понты и лишняя трата денег? Попробуем разобраться…

Опубликован новый рейтинг Top500 самых мощных суперкомпьютеров мира. На этот раз американская машина взяла первое место, подвинув китайского «коллегу». Компания IBM запустила самый мощный суперкомпьютер Summit, который был создан по заказу Национальной лаборатории Ок-Ридж Министерства энергетики США. Производительность его системы оценивалась в 200 петафлопс (200 квадриллионов операций в секунду). Пока Китай и США борются за «медали», российские машины …

… довольствуются лишь местом в восьмом десятке. Илья Плеханов рассказывает о вычислительной гонке и о новых возможностях крупнейших стран мира с их мощными машинами.

После стандартного теста Linpack, который фиксирует рабочую производительность суперкомпьютера, реальный показатель американского Summit составил 122,3 петафлопс, а производительность бывшего чемпиона, китайского Sunway TaihuLight — 93 петафлопс. Так СШA вернули себе пальму первенства в самых производительных суперкомпьютерах, которую уступили Китаю в 2013 году.

Новый американский Summit состоит из 4 608 двухпроцессорных серверов IBM AC922 на базе 22-ядерных процессоров IBM Power9, в каждом из которых работает 6 графических процессоров NVIDIA Tesla V100. Для внутренних соединений используется сеть Mellanox dual-rail EDR InfiniBand с пропускной способностью 200 Гбит/с на каждый сервер. Суперкомпьютер работает под управлением операционной системы Red Hat Enterprise Linux 7.4. Издание MIT Technology Review сообщает, что Summit весит больше, чем пассажирский авиалайнер, и занимает помещение площадью в 2 теннисных корта.

Еще до окончательного завершения создания системы исследователи запустили вычисления по сравнению геномов, в ходе которых зафиксировали производительность Summit в 1,88 эксафлопс. По словам Томаса Захарии, директора Национальной лаборатории Ок-Ридж, это первый случай в истории, когда был преодолен барьер в 1 эксафлопс. Зимой Китай грозился к концу этого года запустить компьютер с производительностью в 1 эксафлопс, то есть квинтильон (10 в 18-й степени) операций в секунду, а в США ранее было выделено $258 млн на создание суперкомпьютера с производительностью более 1 эксафлопс к 2021 году. Разработку, как было заявлено в 2017 году, ведут шесть американских компаний - Hewlett-Packard, IBM, Intel, NVIDIA, Cray и AMD.

Звук работающего суперкомпьютера

Символ мощи страны

Появление очередного суперкомпьютера - это своего рода престижная веха и показатель того, что может страна, есть ли у нее ресурсы и умение, бюджет от сотен миллионов долларов до свыше миллиарда на создание суперкомпьютера, есть ли энергетические мощности для питания, инженерные решения для отвода тепла, есть ли свои процессоры, квалифицированные кадры и так далее. Министр энергетики США Рик Перри так прокомментировал появление Summit:

Сегодняшний запуск суперкомпьютера Summit демонстрирует американское лидерство в области научных инноваций и развития технологий. Это будет иметь огромное влияние на исследования в сфере энергетики, научные открытия, экономическую конкурентоспособность и национальную безопасность.

Именно вопрос национальной безопасности можно считать ключевым, так как в США в крайней мере обеспокоены намерением Китая стать лидером в области искусственного интеллекта. Это ведь означает применение ИИ и в военной сфере.

Ушедший на второе место китайский Sunway TaihuLight был прорывом для Китая в создании собственной вычислительной и элементной базы. Процессоры Sunway TaihuLight базируются на архитектуре локальной ShenWei, созданной в государственном Шанхайском центре разработки высокопроизводительных интегральных схем (Shanghai High Performance IC Design Center). Система межпроцессорного соединения узлов, известная под названием Sunway Network, также была разработана в Китае. Кроме того, Sunway TaihuLight имеет собственную реализацию программного стандарта для параллельного программирования - операционную систему SunWay Raise OS 2.0.5 на базе Linux. То есть Китай смог преодолеть зависимость от американских элементов и введенные ограничения на поставки высокотехнологичной продукции с 2015 года.

В России в 2009 году в МГУ установили суперкомпьютер «Ломоносов», который содержит 6 654 вычислительных узла, более 94 000 процессорных ядер, обладает пиковой производительностью 1,37 Пфлопс. Реальная производительность системы на тесте Linpack равна 674 Тфлопс, что позволило ему занять в июне 2011 года 13–е место в списке Top500 самых производительных компьютеров мира.

В марте 2018 года в МГУ объявили, что закончена разработка и началась опытная эксплуатация нового раздела суперкомпьютера «Ломоносов-2» с пиковой производительностью 1,8 Пфлопс, что в будущем позволит ему подойти вплотную к рубежу в 5 Пфлопс. Новый раздел суперкомпьютера базируется на многоядерных процессорах Intel Skylake и графических процессорах NVidia Pascal P100 с аппаратной поддержкой высокоскоростного интерфейса NVLink.

В марте сотрудники Объединенного института ядерных исследований в подмосковном городе Дубна представили новый суперкомпьютер «Говорун», который будет использоваться для обработки данных, получаемых с будущего коллайдера тяжелых ионов NICA. Производительность «Говоруна» составляет 1 петафлопс. Суперкомпьютер построен на базе 72-ядерных процессоров Intel Xeon Phi 7290 и Intel Xeon Gold 6154.

Суперкомпьютеры в России появляются, но не такой производительности, чтобы попадать в рейтинг Top500. В январе этого года исполняющий тогда обязанности руководителя ЦКП «Сибирский Суперкомпьютерный Центр» ИВМиМГ СО РАН Игорь Черных заявил:

Суперкомпьютеры в России производят несколько компаний, наиболее известные - РСК, «Т-Платформы». Однако наша компонентная база на 99% импортная. Одно из последних мест в мире по производству и поставкам занимает РФ. За рубеж суперкомпьютеры почти не поставляются.

По мнению директора по корпоративным коммуникациям группы компаний РСК Олега Горбачева, ситуация могла бы исправить национальная программа:

Для развития производства нам как раз и нужна национальная программа. США и Китай львиную долю этих систем в рейтинге имеют именно потому, что у них есть национальная программа, потому что есть государственное понимание, что это нужно, и все это расписано в программах и подкреплено в бюджетах.

Задачи суперкомпьютера

Суперкомпьютер нужен для того, чтобы работать с огромным количеством данных и переменных — с информацией, измеряемой в эксабайтах (10 в 18-й степени байт), и в иоттабайтах (10 в 24-й степени байт). И дело не только в объемах, но и в скорости. Например, вычисления метеорологических условий окажутся бессмысленны, если будут длиться дольше, чем наступление того или иного погодного явления.

Другой вопрос, что трудности возникают не столько с количеством операций в секунду, а с проработкой тех алгоритмов, которые требуют таких скоростей и такого количества процессоров. То есть технические возможности совершенствуются, но им нужны и математические модели, программная начинка - понимание, как и что именно считать.

Доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник ИПМ им. М.В. Келдыша Андрей Кулешов объясняет, в чем специфика использования суперкомпьютерной техники:

Разработанное для маломощных машин и эффективно на них функционирующее программное обеспечение совершенно не годится для суперкомпьютеров, особенно гибридных архитектур, где вместе с обычными процессорами используются, например, графические ускорители. Без создания специальных алгоритмов, которые предназначены для работы на этих вычислительных архитектурах, возможности суперкомпьютеров реализовать не удастся.

Поэтому российские ученые считают, что отставание России от США и Китая в петафлопсах не так страшно. Ключ к эффективному использованию машин — высокий математический уровень и класс специалистов в области программного обеспечения в России.

Что делают сейчас

Например, испанский суперкомпьютер MareNostrum (так называли Средиземное море древние римляне-язычники) находится в помещении бывшей христианской часовни Торре Жирона и используется для вычислений генной инженерии, астрофизиками, при создании новых лекарств и прогнозировании погоды.

Но не все зациклено только на масштабных научных изысканиях. Бизнес также активно применяет суперкомпьютеры. Например, компания Ford использует мощные машины при выполнении crash-тестов, когда автомобили разбиваются о препятствие и необходимо снимать, замерять и анализировать массу параметров. Использование суперкомпьютера позволяет сокращать количество разбиваемых реальных автомобилей и затраты на тесты на треть, экономя миллионы долларов.

Компания DuPont при помощи суперкомпьютеров синтезировала новый материал — невоспламеняемый, стойкий к коррозии и низкотоксичный. За одну неделю были проведены необходимые расчеты на суперкомпьютере, на которые в общеq сложности потратили около $5 тысяч. Исследование «по старинке» обошлось бы как минимум в $50 тысяч и в три месяца работы.

С 1990 года партнер турнира «Уимблдон» в области технологий — американская компания IBM, которая предоставляет организаторам первенства суперкомпьютер Watson. С его помощью анализируют социальные сети, чтобы выявлять позитивные и негативные настроения болельщиков, выдавать комментаторам любые сравнительные данные из архивов, автоматизировать маркетинг и PR в интернете.

Французская компания Total при нефтеразведке применяет суперкомпьютер для анализа информации о недрах. Моделирование позволяет не прибегать к бурению, когда есть сомнения в наличии нефти. В одном таком случае отказ от бурения сэкономил компании около $80 млн.

Что касается нового американского суперкомпьютера, некоторые проекты получат доступ к нему уже в этом году для моделирования субатомного поведения материалов, выявления факторов, вызывающих онкологические заболевания, и изучения взаимодействия белков и клеточных систем. Основным заказчиком в 2019 году будет министерство энергетики, которое использует его для своих вычислений в области альтернативной энергии. Summit будет также использоваться в применении искусственного интеллекта в 2019 году.

С помощью российского суперкомпьютера группа мехмата МГУ и Институт прикладной математики РАН получили результаты по численному моделированию формирования и развития концевых вихрей на сверхзвуковых режимах, обрабатывались сейсмические данные, для нужд РКК «Энергия» были проведены расчеты обтекания космического корабля при торможении в атмосфере и посадки на поверхность Земли. На «Ломоносове» также была решена задача о массотеплообмене для перспективного ядерного реактора. В апреле ученые физического факультета МГУ исследовали разные типы реакций полимеризации с помощью компьютерного моделирования на суперкомпьютере «Ломоносов-2».

Весной этого года стало известно, что «Росатом» и «Роскосмос» начинают испытывать в виртуальной реальности в рамках моделирования на суперкомпьютере двигатели для новой российской сверхтяжелой ракеты. Проект начался еще в 2014 году и обошелся почти в 270 млн рублей. 30 января 2018 года подписан акт о приемке работ по разработке софта для виртуальных тестов.

Что могут в будущем

Вариантов много. Суперкомпьютеры могут быть использованы для увеличения точности метеопрогнозов, диагнозов, для выявлении связи между генами и раковыми заболеваниями, для моделирования турбулентности, процессов горения, для разработки новых материалов, новых лекарств, для моделирования работы новой техники, расчета деформаций твердых тел с учетом процессов разрушения, контроля над дронами, моделирования применения современных вооружений, для анализа данных от спутников и беспилотников, криптографии, моделирования воздействия электромагнитного излучения на композиционные материалы (в частности, на покрытия летательных аппаратов), моделирования работы мозга и так далее.

Суперкомпьютеры также будут задействованы при профилировании личности и внедрении систем распознавания лиц, мониторинге активности и социального рейтинга в Китае. По некоторым прогнозам, суперкомпьютеры смогут точно смоделировать погодную систему Земли целиком после достижения ими производительности, превышающей 1 зетафлопс (1000 эксафлопс). Появление таких машин ожидают к 2030 г.

Кто имеет доступ

Важна не только производительность лучшего суперкомпьютера, но и общее количество машин в стране и их доступность. Чем больше вычислительных центров, чем больше организаций и институтов могут получить доступ к ним, тем больший спектр задач может быть решен.

В России возможностями только одного суперкомпьютерного комплекса Московского университета сегодня пользуются 2 500 специалистов из 20 подразделений МГУ, более 100 институтов Российский академии наук, более 100 университетов России.

Согласно данным проекта Top500, страной с наибольшим числом сверхмощных вычислительных машин на июнь этого года является Китай: ему принадлежит 206 суперкомпьютеров из рейтинга (шесть месяцев назад была 201 система). В то же время США сократили свою долю в рейтинге со 143 систем до 124. Но можно отметить, что по совокупной производительности всех систем в стране США на этот раз обогнали Китай. Американская общая производительность составляет 38,2% от всей производительности Top500, а китайская - 29,1%.

После Китая и США по количеству суперкомпьютеров в рейтинге идут Япония (36 систем), Великобритания (22 системы), Германия (21 система), Франция (18 систем).

У России четыре суперкомпьютера в рейтинге — на один больше, чем в предыдущем списке шесть месяцев назад. «Ломоносов-2» занял 72-е место, компьютер в Росгидромете — 172-е, «Ломоносов» — 326-ю позицию, суперкомпьютер в Курчатовском институте — 458-ю строчку рейтинга.

А дальше передовые страны будут работать над преодолением физических ограничений существующих суперкомпьютеров. Компании сосредоточатся на создании таких технологий, как кремниевая фотоника, нейроморфные и квантовые вычисления, создание биокомпьютеров и клеточных компьютеров. Например, компанией IBM в 2014 году по первым направлениям были открыты научно-исследовательские программы с объемом финансирования в $3 млрд.

Ускорение разработки новых материалов и технологий с помощью суперкомпьютеров по разным направлениям может в итоге дать совокупный гигантский толчок к развитию стран и их технологическом отрыве от конкурентов. Стремительный рост производительности компьютеров называют даже революцией в развитии цивилизации.

источники
https://ruposters.ru/news/29-06-2018/superkompyuternii-prestizh

Первый суперкомпьютер Atlas появился в начале 60-х годов и был установлен в Манчестерском университете. Он был в разы менее мощный, чем современные домашние компьютеры. В нашем обзоре собрана «десятка» самых мощных в истории суперкомпьютеров. Правда в связи с быстро развивающимися в этой сфере технологиями устаревают эти мощные машины в среднем за 5 лет..

Производительность современных суперкомпьютеров измеряется в петафлопсах - единице измерения, показывающей, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет компьютер. Сегодня речь пойдет о десяти самых дорогих современных суперкомпьютерах.

1. IBM Roadrunner (США)

$ 130 млн
Roadrunner был построен IBM в 2008 году для Национальной лаборатории в Лос-Аламосе (Нью-Мексико, США). Он стал первым в мире компьютером, чья средняя рабочая производительность превысила 1 петафлопс. При этом он был рассчитан на максимальную производительность в 1,7 петафлопса. Согласно списка Supermicro Green500, в 2008 году Roadrunner был четвертым по энергоэффективности суперкомпьютером в мире. Списан Roadrunner был 31 марта 2013 года, после чего его заменили меньшим по размерам и более энергоэффективным суперкомпьютером под названием Cielo.

2. Vulcan BlueGene/Q (США)

$ 100 млн
Vulcan – суперкомпьютер, состоящий из 24 отдельных блоков-стоек, который был создан IBM для Министерства энергетики и установлен в Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора, штат Калифорния. Он имеет пиковую производительность в 5 петафлопсов и в настоящее время является девятым по скорости суперкомпьютером в мире. Vulcan вступил в строй в 2013 году и сейчас используется Ливерморской национальной лабораторией для исследований в области биологии, физики плазмы, климатических именений, молекулярных систем и т. д.

3. SuperMUC (Германия)

$ 111 млн
SuperMUC в настоящее время является 14-м по скорости суперкомпьютером в мире. В 2013 году он был 10-м, но развитие технологий не стоит на месте. Тем не менее, он в данный момент является вторым по скорости суперкомпьютером в Германии. SuperMUC находится в ведении Лейбницкого суперкомпьютерного центра при Баварской академии наук рядом с Мюнхеном.

Система была создана IBM, работает на оболочке Linux, содержит более 19000 процессоров Intel и Westmere-EX, а также имеет пиковую производительность чуть более 3 петафлопсов. SuperMUC используется европейскими исследователями в областях медицины, астрофизики, квантовой хромодинамики, вычислительной гидродинамики, вычислительной химии, анализа генома и моделирования землетрясений.

4. Trinity (США)

$ 174 млн
Можно было бы ожидать, что подобный суперкомпьютер (учитывая то, для чего он строится) должен быть безумно дорогим, но благодаря развитию технологий стало возможным удешевление цены Trinity. Правительство США собирается использовать Trinity для того, чтобы поддерживать эффективность и безопасность ядерного арсенала Америки.

Trinity, который строится в настоящее время, станет совместным проектом Сандийской национальной лаборатории и Лос-Аламосской национальной лаборатории в рамках программы Прогнозного моделирования и вычислительной обработки данных Национальной администрации по ядерной безопасности.

5. Sequoia BlueGene/Q (США)

$ 250 млн
Суперкомпьютер Sequoia класса BlueGene/Q был разработан IBM для Национальной администрации по ядерной безопасности, в рамках программы Прогнозного моделирования и вычислительной обработки данных. Он был запущен в эксплуатацию в июне 2012 года в Ливерморской национальной лаборатории и стал на тот момент самым быстрым суперкомпьютером в мире. Сейчас он занимает третье место в мире по скорости (теоретический пик производительности Sequoia - 20 петафлопсов или 20 триллионов вычислений в секунду).

Стабильно компьютер работает при 10 петафлопсах. Используется Sequoia для поддержки различных научных приложений, изучения астрономии, энергетики, человеческого генома, изменения климата и разработки ядерного оружия.

6. ASC Purple и BlueGene / L (США)

$ 290 млн
Эти два суперкомпьютера работали вместе. Они были построены IBM и установлены в 2005 году в Ливерморской национальной лаборатории. Из эксплуатации они были выведены в 2010 году. На момент создания ASC Purple занимал 66-е место по скорости в списке топ-500 суперкомпьютеров, а BlueGene / L был предыдущим поколением модели BlueGene / Q.

ASCI Purple был построен для пятого этапа программы Прогнозного моделирования и вычислительной обработки данных Министерства энергетики США, а также Национальной администрации по ядерной безопасности. Его целью являлась симуляция и замена реальных испытаний оружия массового уничтожения. BlueGene/L использовали для прогнозирования глобального изменения климата.

7. Sierra и Summit (США)

$ 325 млн
Nvidia и IBM скоро помогут Америке вернуть лидирующие позиции в области сверхскоростных суперкомпьютерных технологий, научных исследований, а также экономической и национальной безопасности. Оба компьютера будут закончены в 2017 году.

В настоящее время самым быстрым суперкомпьютером в мире является китайский Tianhe-2, который способен достигнуть мощности в 55 петафлопсов, что в два раза больше, чем устройство, находящееся на втором месте в списке. Sierra будет выдавать более чем 100 петафлопсов, в то время как Summit сможет развить 300 петафлопсов.

Sierra, которая будет установлена в Ливерморской национальной лаборатории, будет обеспечивать безопасность и эффективность ядерной программы страны. Summit заменит устаревший суперкомпьютер Titan в национальной лаборатории Oak Ridge и будет предназначаться для тестирования и поддержки научных приложений по всему миру.

8. Tianhe-2 (Китай)

$ 390 млн
Китайский Tianhe-2 (что переводится как "Млечный путь-2") является самым быстрым суперкомпьютером в мире. Компьютер, разработанный командой из 1300 ученых и инженеров, находится в Национальном суперкомпьютерном центре в Гуанчжоу. Он был построен китайским Оборонным научно-техническим университетом Народно-освободительной армии Китая. Tianhe-2 способен выполнять 33 860 триллионов вычислений в секунду. К примеру, один час расчетов суперкомпьютера эквивалентен 1000 годам работы 1,3 миллиарда человек. Используется машина для моделирования и анализа правительственных систем безопасности.

9. Earth Simulator (Япония)

$ 500 млн
"Симулятор Земли" был разработан японским правительством еще в 1997 году. Стоимость проекта составляет 60 млрд иен или примерно $ 500 млн. Earth Simulator был завершен в 2002 году для агентства аэрокосмических исследований Японии, Японского научно-исследовательского института по атомной энергии и Японского центра морских и наземных исследований и технологий.

ES был самым быстрым суперкомпьютером в мире с 2002 по 2004 годы, а служит он и поныне для работы с глобальными климатическими моделями, для оценки последствий глобального потепления и оценки проблем геофизики коры Земли.

10. Fujitsu K (Япония)

$ 1,2 млрд
Самый дорогой в мире суперкомпьютер всего лишь четвертый по скорости в мире (11 петафлопсов). В 2011 году он был самым быстрым суперкомпьютером в мире. Fujitsu K, расположенный в Институте передовых вычислительных технологий RIKEN, примерно в 60 раз быстрее, чем Earth Simulator. На его обслуживание уходит порядка $ 10 млн в год, а использует суперкомпьютер 9,89 МВт (сколько электроэнергии используют 10 000 загородных домов или один миллион персональных компьютеров).

Стоит отметить, что современные учёные шагнули так далеко, что уже появились .

До Марса человечество так и не долетело, лекарство от всех болезней еще не изобретено, автомобили не летают, но, тем не менее, существуют области, в которых люди достигли небывалых высот. Вычислительная мощность компьютеров – одна из таких. Для начала разберемся, что же является ключевым параметром при оценке этой характеристики суперкомпьютеров. Флопс – величина, показывающая число операций с плавающей запятой, которое ЭВМ может выполнить за секунду. На основании этого показателя и был составлен наш рейтинг самых мощных компьютеров в мире, по данным 2019 года.

Рейтинг был представлен на конференции International Supercomputing Conference, топ-500 суперкомпьютеров был составлен учеными-математиками Национальной лаборатории имени Лоуренса и Университета штата Теннесси.

10 Trinity – производительность 8,1 Пфлоп/сек

9 Mira – 8,6 Пфлоп/сек

8 K Computer – 10,5 Пфлоп/сек

7 Oakforest-Pacs – 13,6 Пфлоп/сек

6 Cori – 14 Пфлоп/сек

5 Sequoia – 17,2 Петафлопс

4 Titan – 17,6 Пфлоп/сек

3 Piz Daint – 19,6 Петафлопс

2 Tianhe-2 – 33,9 Петафлопс

1 Sunway TaihuLight – 93 Петафлопс

Опыт использования компьютера сегодня совсем непохож на несколько десятилетий назад. Скорость компьютерных систем ежегодно увеличивалась в несколько раз. Транзисторы еще кажется совсем недавно имели размер спичечного коробка, а сейчас стали настолько маленькими что могут миллиардами помещаться в процессоре. Центральный процессор современного ноутбука может выполнять больше 20 миллиардов операций в секунду, согласитесь число намного выше чем в 70-x годах.

Новые научные области требуют все больше вычислительной мощности. Современное прогнозирование погоды, моделирование ядерных испытаний, моделирование клеток на молекулярном уровне и даже имитация человеческого мозга с каждым днем требуют все больше и больше от мощных суперкомпьютеров.

Существует очень много компаний которые конкурируют между собой в создании самого мощного суперкомпьютера в мире. В процессе такой своеобразной гонки инженеры разрабатывают, модифицируют много частей и компонентов компьютера. Большинство из них очень похожи на компоненты обычного настольного компьютера.

Центральный процессор: Современные суперкомпьютеры часто объединяют десятки тысяч потребительских процессоров в массивы.

Охлаждение: Мощные суперкомпьютеры потребляют очень много энергии. Например, для нормальной роботы Tianhe 2 нужно столько энергии сколько потребляет небольшой город. Большая часть этой энергии выделяется как тепло, поэтому инженеры должны позаботится о том чтоб их суперкомпьютеру для нормальной работы было достаточно прохладно.

Транзисторы: Чем больше транзисторов на интегральной схеме, тем больше ее вычислительная мощность и способность выполнять большее количество операций.

Fujitsu’s K

Fujitu’s K был первым мощным суперкомпьютером, который когда-либо сломал десять барьеров petaFLOPS в ноябре 2011 года. Буква “K” в названии означает японское слову «kei» или 10 квадриллионов. Для получения такой производительности Fujitu’s K состоит из 80 тысяч процессоров объединенных специальными разъёмами с высокой скоростью передачи данных. Чтобы избежать перегрева на каждый процессор установили систему водяного охлаждения.

Oakforest-PACS

Самый мощный суперкомпьютер Японии Oakforest-PACS сломал 25 барьеров petaFLOP. Создан в сотрудничестве Токийского университета, Университетом Цукуба и Fujistu Limited. Такой большой производительности удалось достичь благодаря новому поколению процессоров Xeon Phi от Intel. Сейчас суперкомпьютер используют для обучения методам высокопроизводительных вычислений.

Cori (NERSC)

Этот суперкомпьютер был назван в честь первой американской женщины которая выиграла Нобелевскую премию Герти Кори. Создан национальным научно-исследовательским вычислительным центром по энергетике вблизи Окленда. В теории скорость которую может достичь Кори составляет 29,1 petaFLOPS.

Sequoia

Sequoia суперкомпьютер специально построенный для измерения рисков ядерной войны. Его скорость достигает 17,2 petaFLOPS, и он считается пятым самым мощным суперкомпьютером в мире. Создан национальной лабораторией Лоуренса Ливермора в Калифорнии.

Titan

Titan является самый известным суперкомпьютером на западе. Находится он в Национальной лаборатории Oak Ridge в Теннесси. Долгое время был самым мощным суперкомпьютером в мире, пока Tianhe-2 не обогнал его в 2013 году. Titan первый кто объединил в себе процессоры AMD Opteron и графические процессоры NVIDIA Tesla, таким образом его скорость достигает 27 petaFLOPS.

Tianhe-2

Tianhe-2 ранее был известен как MILKYWAY-2 был разработан Национальным университетом технологий обороны Китая. Стал самым мощным суперкомпьютером в мире в 2013 году когда обогнал своего конкурента Titan. На сегодняшний день он стоит на третьем месте. Максимальная скорость достигает 33,86 petaFLOPS. Такая огромная производительность благодаря 16 тысячам узлов которые состоят из Intel Ivy Bridge и Xeon Phi. Китай создал этот суперкомпьютер специально для моделирования разных приложения безопасности.

Piz Daint (2017)

Piz Daint – мощный швейцарский суперкомпьютер в 2016 году получил крупное обновление. Модификация позволила увеличить производительность в три раза, таким образом Piz Daint получил скорость 25,3 petaFLOPS. Таким образом сейчас этот суперкомпьютер самый мощный за пределами Азии. В скором времени ученые планируют подключить его к Большому адронному коллайдеру.

Sunway TaihuLight

Самым мощным суперкомпьютером в мире на 2017 год является Sunway TaihuLight. Его пиковая мощность достигает невероятных 125 petaFLOPS. Базируется он в Национальном суперкомпьютерном центре в Уси . Общее количество узлов в нем достигает 10,6 миллионов. Всю эту невероятную мощность ученые используют для моделирования климата и земных систем.

У термина «суперкомпьютер» есть два толкования - серьезное официальное и шуточное. Первое толкование предложено Джорджом Майклом и Сиднеем Фернбахом, работавшими в Ливерморской национальной лаборатории и компании CDC в 1960-х: вычислительная система, которая многократно превосходит по производительности типичные компьютеры своего времени. Второй вариант толкования «суперкомпьютера» (шуточный) - любой компьютер, созданный Сеймуром Крэйем, пионером суперкомпьютеростроения, создавшим компанию Cray Inc, которая по сей день лидирует в этой отрасли.

У термина «суперкомпьютер» есть два толкования – серьезное официальное и шуточное. Первое толкование предложено Джорджом Майклом и Сиднеем Фернбахом, работавшими в Ливерморской национальной лаборатории и компании CDC в 1960-х: вычислительная система, которая многократно превосходит по производительности типичные компьютеры своего времени. Второй вариант толкования «суперкомпьютера» (шуточный) – любой компьютер, созданный Сеймуром Крэйем, пионером суперкомпьютеростроения, создавшим компанию Cray Inc., которая по сей день лидирует в этой отрасли.

Процесс монтажа суперкомпьютера Cray-1 (1978 год)

Что нам стоит «суперкомп» построить?

Современные суперкомпьютеры, в отличие от «вычислительных монстров» 1970-1980-х годов, представляют собой не цельные ПК, а сотни или даже тысячи объединенных в локальную сеть монтажных шкафов со стоечными серверами. Каждый узел включает один или несколько центральных процессоров, опционально сопроцессоры (графические ускорители, а точнее ускорители вычислений), модули оперативной памяти, системы энергопитания и жидкостного охлаждения и, конечно же, Ethernet-адаптер для подключения к общей суперкомпьютерной сети.

Для эффективной работы суперкомпьютера требуется операционная система (как правило, специально адаптированная версия Linux) и прикладное программное обеспечение, способное распараллеливать глобальную задачу на сотни тысяч или даже миллионы простых задач (процессов). В обслуживании крупнейших суперкомпьютеров мира задействованы до полусотни человек: ученые, программисты, инженеры.

Рейтинги TOP500 и Green500

Список мощнейших суперкомпьютеров на планете TOP500 обновляется дважды в год (в июне и ноябре) и публикуется на сайте www.top500.org . Новейшая редакция ТОР500 (июнь 2014) стала 43-тей в истории . Измеряют быстродействие суперкомпьютеров с помощью бенчмарка Linpack, которая тестирует подопытного решением плотных систем линейных алгебраических уравнений. Параллельно с TOP500 ведется рейтинг самых энергоэффективных вычислительных систем мира – Green500 .

1. Tianhe-2 (Китай)

Как минимум до ноября 2014 года будет оставаться непобедимым китайский «вычислительный монстр» Tianhe-2, название которого переводится как «Млечный путь». Производительность суперкомпьютера компании Inspur, установленного в Оборонном научно-техническом университете НОАК в городе Чанша, равняется 33,86 PFLOPS, а энергопотребление – 17,81 МВт. Достичь столь высокого быстродействия удалось благодаря наличию 3,12 млн. вычислительных ядер, вот только не все из них являются процессорными.

Архитектура у Tianhe-2 – гибридная, то есть включает как 12-ядерные центральные процессоры Intel Xeon E5-2692, так и 57-ядерные сопроцессоры Intel Xeon Phi 31S1P. Оперативной памяти у данного суперкомпьютера суммарно 1 Пбайт. Кому и, главное, когда удастся отобрать пальму первенства у Tianhe-2, пока не известно, ведь преимущество над вторым местом рейтинга у него аж двукратное.

2. Titan (США)

Американский суперкомпьютер Titan с производительностью 17,59 PFLOPS и энергопотреблением 8,21 МВт – далеко не единственное творение компании Cray Inc., установленное в Окриджской национальной лаборатории (они издавна сотрудничают). Используется в Titan связка из 16-ядерных центральных процессоров AMD Opteron 6274 (суммарное количество ядер 0,56 млн. штук) и ускорителей вычислений NVIDIA Tesla K20X, каждый с 2688 ядрами CUDA. Объем оперативной памяти равняется 0,7 Пбайт. До запуска в эксплуатацию Tianhe-2 в июне 2013 года именно Titan был мощнейшей вычислительной системой на планете.

3. Sequoia (США)

Бронзовым призером новейшего рейтинга TOP500 с показателями 17,17 PFLOPS и 7,89 МВт является еще один «американец» – суперкомпьютер Sequoia. Он построен компанией IBM на базе собственных же 16-ядерных процессоров Power BQC по заказу Ливерморской национальной лаборатории. В отличие от вышеупомянутых Tianhe-2 и Titan, никаких сопроцессоров у Sequoia нет, поэтому все 1,57 млн. его ядер – процессорные. В плане же объема ОЗУ данный суперкомпьютер является абсолютным рекордсменом – 1,57 Пбайт. С июня по ноябрь 2012 года Sequoia был номером один в мире.

4. K computer (Япония)

Еще один экс-чемпион – японский K computer (10,51 PFLOPS; 0,7 млн. ядер; 1,4 Пбайт ОЗУ), лидировавший в рейтинге ТОП500 на протяжении 2011 года. За строительство суперкомпьютера для Института физико-химических исследований в городе Кобе отвечала компания Fujitsu, выбор которой пал не на привычные процессоры Intel и AMD x86_64, и даже не на IBM Power, а на собственные 8-ядерные SPARC64 VIIIfx. Единственным крупным производителем чипов архитектуры SPARC, помимо Fujitsu, является компания Oracle, поглотившая серверный бизнес Sun Microsystems. Съедающий 12,66 МВт электричества K computer является самым неэнергоэффективнным в топ-десятке (меньше 1 PFLOPS на 1 МВт).

5. Mira (США)

По заказу Аргоннской национальной лаборатории компанией IBM построен суперкомпьютер Mira, своей архитектурой напоминающий вышеупомянутый Sequoia. Его производительность равняется 8,59 PFLOPS (786 тыс. процессорных ядер), а энергопотребление – 3,94 МВт.

6. Piz Daint (Швейцария)

Мощнейшая в Европе вычислительная система Piz Daint (имечко еще то!) была запущена компаний Cray Inc. во второй половине 2013 года в Швейцарском национальном суперкомпьютерном центре. В данном научном учреждении помимо Piz Daint, производительность которого оценивают в 6,27 PFLOPS, размещено еще три участника ТОР500. Впрочем, суперкомпьютеры частенько «гнездятся стаями» (другие примеры – Окриджская и Ливерморская национальные лаборатории, США). Архитектура Piz Daint включает процессоры Intel и «видеокарты» NVIDIA.

7. Stampede (США)

Компания Dell, в отличие от IBM и Cray Inc., хорошо знакома обывателю своими настольными ПК и ноутбуками. Но в то же время они занимаются производством серверов и даже строительством суперкомпьютеров. Седьмое место в рейтинге ТОР500 – вычислительная система Stampede от компании Dell. Производительность суперкомпьютера, установленного в Техасском центре передовых компьютеров, равняется 5,17 PFLOPS. Схема строения – аналогична Tianhe-2 (центральные процессоры и сопроцессоры от Intel).

8-9. JUQUEEN (Германия) и Vulcan (США)

Суперкомпьютеры JUQUEEN (5,01 PFLOPS) и Vulcan (4,29 PFLOPS) – очередные творения компании IBM. Размещены они в Исследовательском центре Юлих (Германия) и Ливерморской национальной лаборатории (США) соответственно.

10. Безымянный Cray XC30 (США)

Единственным новичком в обновленном рейтинге ТОП500 (июнь 2014) стал пока безымянный суперкомпьютер с производительностью 3,14 PFLOPS, созданный по заказу Правительства США. Построен он на базе суперкомпьютерной платформы Cray XC30, которая применяется в вышеупомянутом Piz Daint.

В сухом остатке

Суперкомпьютеры способны не только анализировать большие объемы статистических данных, но и моделировать различные ситуации и явления. Именно поэтому они незаменимы для экономических расчетов, физических, химических и биологических экспериментов, прогнозирования погоды и природных катаклизмов.

Кроме того, суперкомпьютеры представляют собой предметы национальной гордости. Так, в США размещено 232 суперкомпьютера из ТОР500 (год назад было 252), в Китае – 76 (предыдущее количество 66), в Великобритании и Японии – по 30. Мощнейший же украинский суперкомпьютер, установленный в НТУУ «Киевский политехнический институт», к сожалению, давно не модернизировался, поэтому в число ТОР500 не входит.