Мощные суперкомпьютеры (в народе «числодробилки») выполняют важнейшую роль при исследованиях в сфере химии, физики, биологии, прогнозируют погоду, землетрясения, участвуют в военных разработках и многое другое. Это монстры титанических вычислений, они способны выполнять квадриллионы операций в секунду. Все это кажется таким далеким для простого жителя планеты. Однако мы постоянно сталкиваемся с результатами их работы. Начиная с быстрого поиска нужной информации в Интернете и заканчивая разработками в сфере транспорта, медицины, промышленности и пр.
Что такое суперкомпьютер
Вычислительные системы, которые по своим характеристикам и скорости обработки данных сильно превосходят обычные компьютеры и называются суперкомпьютерами. Такие машины состоят из большого количества многоядерных процессоров, соединенных в одной общей схеме, что позволяет значительно повысить производительность.
Основная идея суперкомпьютера заключается в выполнении массовой параллельной обработки данных, в процессе которой задачи разделяются на части и одновременно обрабатываются сотнями и десятками тысяч процессоров. Еще одна отличительная черта супер ЭВМ – это огромные размеры. Элементы техники размещаются в нескольких помещениях и занимают целые этажи.
Первый суперкомпьютер был собран в США в 1974 г и назывался Cray-1. Поддержка векторных операций позволяла ему выполнять до 180 млн вычислений. Большинство таких машин и сегодня собираются в Штатах, а им на пятки наступает Китай и Япония.
Читайте также: Из чего состоит компьютер
Единицы измерения производительности суперкомпьютеров
Скорость обработки данных обычных компьютеров измеряется в MIPS – количество операций за секунду, выражается в миллионах. Однако суперкомпьютеры чаще работают с вещественными цифрами высокой точности, а не с целыми числами. Поэтому вычислительная мощность таких систем измеряется в флопсах. FLOPS – это количество операций, выполняемых машиной за секунду с плавающей запятой в числах.
Скорости вычислений в 1 гигафлопс (1 млрд флопс) удалось достигнуть на суперкомпьютере NEC SX-2 еще в 1983 году.
Планку в 1 терафлопс пробила система ASCI Red в 1996 году.
1 петафлопс или квадриллион флопс достигла машина IBM Roadrunner уже в 2008 году.
Мощностью в 1 экзафлопс (или квинтиллион флопс) будет обладать такая техника уже в ближайшие год-два.
Читайте также: Первый компьютер: как происходила эволюция
Рейтинг самых быстрых суперкомпьютеров
Список суперкомпьютеров мира начнем с тех, чьи показатели наиболее низкие. В ТОП-10 вошла техника с самыми высокими вычислительными мощностями. Они применяются в крупнейших мировых организациях для решения важнейших математических задач. В рейтинге модели ранжированы по мощности оборудования.
10. Voyager-EUS2
Замыкающим в десятке стал суперкомпьютер от Microsoft Azure, размещенный на территории США. В основу архитектуры лег 48-ми ядерный процессор AMD EPYC с тактовой частотой 2.45 ГГц. Он работает в связке с графическим процессором NVIDIA A100 на 80 Гб.
Мощность суперкомпьютера составила 30.05 петафлопс.
9. HPC5 DELL
Система построена крупной нефтегазовой компанией Италии и находится в центре обработки данных Eni. Архитектура построена на процессорах Intel Xeon Gold с суммарным числом ядер 669 760 штук. Работает в связке с графическими ускорителями NVIDIA Tesla V100.
Общая мощность машины составляет 35.54 ПФлопс, теоретически с нее можно выжать 51.7 петафлопс.
8. JUWELS BOOSTER MODULE BULLSEQUANA XH2000
Суперкомпьютер от компании Atos относится к новым представителям данного класса техники. Он установлен в Германии на территории Юлихского исследовательского центра. В Европе это мощнейшая система.
В основу архитектуры модуля JUWELS лег процессор от AMD и графические чипы NVIDIA A100, такие же, как и у Selene из 6 места. Суммарное количество ядер компьютера составляет 449 280.
Мощность машины 44.1 петафлопс. В теории 70.9.
7. TIANHE-2A TH-IVB-FEP
На седьмом месте обосновалась система от Оборонного научно-технического университета Китая НОАК. Находится она в Национальном суперкомпьютерном центре в городе Гуанчжоу. Основная задача – моделирование, анализ и работа с системами госбезопасности.
Архитектура машины построена на процессорах Intel Xeon с графическими ускорителями NUDT Matrix-2000 DSP. Суммарное количество ядер у компьютера 4 981 760 штук. С 2013 по 2015 года Тяньхэ-2A занимала лидирующие строчки рейтингов по мощности.
Производительность суперкомпьютера 61.4 петафлопс (в перспективе 100.6)
6. SELENE NVIDIA
Мощнейшая система разработана и активно используется NVIDIA Corp, которая известна своими видеокартами для ПК. В июне 2020 года компания представила суперкомпьютер с искусственным интеллектом своей разработки, а уже спустя месяц завершила строительство и запустила машину. Сфера применения – разработка и тестирование программ, систем и микросхем, а также работы с ИИ.
В основе архитектуры чипы Nvidia DGX A100 SuperPOD с процессорами AMD EPYC. Суммарное число ядер составляет 555 520.
Вычислительная мощность – 63.4 ПФлопс.
5. Perlmutter NERSC
Еще один новичок вошел в десятку лучших. Это разработка от Nvidia и AMD, находится он в Национальном вычислительном центре энергетических исследований в Беркли. Система с искусственным интеллектом используется для моделирования вселенной, картографии, помогает в исследованиях субатомных взаимодействий при поиске новых источников энергии и пр. В основу архитектуры лег процессор AMD EPYC с видеоускорителем Nvidia A100 на тензорных ядрах.
Его суммарная вычислительная мощность составляет 70.87 петафлопс.
4. SUNWAY TAIHULIGHT SUNWAY MPP
Очередной китайский суперкомпьютер разработан по проекту Национального исследовательского центра параллельной вычислительной техники и технологий. Находится он в городе Гуанчжоу на территории Национального суперкомпьютерного центра Уси. Архитектура машины построена на процессорах Sunway SW26010. Общее количество ядер – 10 649 600.
Суммарная производительность 93.1 петафлопс, при этом перспективная составляет 1125.4.
3. SIERRA IBM POWER SYSTEMS S922LC
Закрывает тройку мощнейших суперкомпьютеров модель, разработанная Ливерморской национальной лабораторией им. Лоуренса в Калифорнии США. Ее работа контроль надежности и безопасности ядерного вооружения страны. Также техника используется в исследованиях лазерной термоядерной реакции.
В основе системы лежат процессоры Power9 с графическими ускорителями NVIDIA Tesla V100. Суммарное количество ядер – 1 572 480.
Производительность суперкомпьютера составляет 94.64 петафлопс.
2. SUMMIT IBM POWER SYSTEMS AC92
Второй в мире по мощности компьютер на 2021 год – это Summit. Создатели машины получили Нобелевскую премию по суперкомпьютерам. Находится он на территории Национальной лаборатории Ок-Ридж в штате Теннесси США. С его помощью проводятся исследования в области энергетики, нейронной физики и материаловедения.
Машина является самой быстрой на территории Америки. В основе архитектуры лежат процессоры Power9 с суммарным количеством ядер 2 414 592 и графические чипы NVIDIA Tesla V100.
Вычислительная мощность оборудования составляет 148.6 ПФлопс.
SUPERCOMPUTER FUGAKU
И самый мощный компьютер на сегодня – Fugaku. Это разработка японской компании Fujitsu, находится система в Центре вычислительных наук в городе Кобе. По заявлениям директора центра, добиться огромной производительности им удалось за счет использования техники на полную мощность. В основе архитектуры лежат процессоры Arm A64FX с общим количеством ядер 7 630 848 штук.
Вычислительная производительность суперкомпьютера 442 петафплоса, что почти в 3 раза выше, чем у второго места.
А на каком же месте мы
Российские суперкомпьютеры также вошли в ТОП-500. Один из лидеров по нашей стране оказалась система от компании Яндекс под названием «Червоненкис». Она заняла 19 место среди 500 машин со всего мира. Стоит отметить, что даже это является большим прорывом для Яндекса. Ведь в июне 2021 Червоненкис занимал лишь 61 строчку.
И это еще не все, в ТОП500 вошли еще 2 суперкомпьютера российской разработки – это «Галушкин» и «Ляпунов». Они разместились на 36 и 40 строчках. Все машины назвали в честь советских ученых.
Наша техника в рейтинг вошла впервые. Червоненкис и Галушкин работают с июня этого года, а Ляпунов был запущен в декабре прошлого. У представителя 19 места суммарная производительность составила 21.53 петафлопс, машина имеет 199 вычислительных узла. Компьютер имеет почти 25.5 тысяч ядер и 199 терабайт оперативной памяти. При таких мощностях он потребляет 583 кВт/ч.
Но справедливости ради следует упомянуть, что российского в их «начинке» ничего нет. Основу их архитектуры составляют серверные американские процессоры AMD Epyc и графические ускорители Nvidia A100.
В рейтинге суперкомпьютеров по общей вычислительной мощности всех систем страны, Россия находится на 8 месте, а по пиковой производительности на 9. По числу такой техники в ТОПе 500 мы заняли 9 место и делим его с Южной Кореей. Сегодня в нашей стране работает уже 7 суперкомпьютеров, а это на 4 больше, чем в 2020 году. Три новые системы разработаны и запущены компанией Яндекс.