Персональный компьютер или ноутбук можно встретить практически в каждом доме. Те, кто покупает передовые процессоры и видеочипы последних моделей, считают, что у них дома стоит самый мощный компьютер в мире, по крайней мере, по характеристикам. Однако персональным компьютерам ещё очень далеко до суперкомпьютеров. Вот где кроется истинная мощь! Эти машины — монстры титанических вычислений, способные обрабатывать квадриллион операций в секунду. Они кажутся чем-то далёким среднестатистическому жителю нашей планеты, хотя на самом деле мы очень часто сталкиваемся с результатами их работы. Начиная с возможности быстро находить информацию в Интернете и заканчивая разработкой новых медицинских препаратов и летательных транспортных средств, которыми мы все активно пользуемся…
Нужны ли нам супер мощные компьютеры?
Впервые термин «суперкомпьютеры» был использован в 60-х годах прошлого века. Это были основные вычислительные машины, применяемые для различных академических, правительственных и научных проектов США. В 90-е годы вовсю шла речь о «крахе суперкомпьютеров», поскольку многие компании ушли с этого рынка. Но, например, компания Cray, которая ещё с 60-х годов выпускала высокопроизводительные компьютеры, и до нашего времени продолжает свои разработки.
Изначально суперкомпьютеры служили в военных целях, с их помощью происходила разработка ядерного оружия. Сейчас они востребованы там, где используется компьютерное моделирование и требуется обработка огромных массивов данных в реальном времени. Если задача может быть решена методом перебора большого числа значений, такие устройства показывают высокую эффективность в её решении.
Суперкомпьютеры, или как их ещё называют, «число дробилки», в наше время используются в следующих науках и направлениях:
- биология;
- физика;
- метеорология;
- криптография;
- лингвистика;
проектирование в машиностроении, строительстве, авиастроении;
искусственные нейросети и искусственный интеллект и т.д.
Развитие информационных технологий и устройств со сверхвысокими вычислительными возможностями привело к появлению таких наук, как вычислительная химия, вычислительная лингвистика и др.
Благодаря эффективной работе самых мощных суперкомпьютеров в мире мы получаем точные прогнозы погоды и революционные медицинские возможности. В частности, возможность диагностирования и лечения рака. С их помощью удаётся быстро обрабатывать миллионы историй болезней и диагнозов, выявлять новые закономерности течения болезни, вследствие чего — создавать новые методики лечения. Расчёт огромного количества химических соединений позволяет создавать основу для производства инновационных медицинских препаратов.
Более стремительному развитию экстремально мощных компьютеров и системных блоков способствует диджитализация и эпоха цифровой экономики. На разработку и создание суперкомпьютеров выделяются многомиллионные суммы, вследствие чего производительность таких машин заметно возрастает с каждым годом.
Как измеряется производительность суперкомпьютеров?
Вычислительные способности самых мощных компьютеров мира в 2021 году измеряются во — количестве операций с числами с плавающей точкой в секунду. Обычно для компьютеров используют MIPS — количество операций в секунду, выраженное в миллионных числах, но так как «число дробилки» чаще всего работают с вещественными числами высокой точности вместо целых чисел, именно FLOPS является оптимальной мерой вычисления. Это путь и приблизительный, но объективный критерий сравнения мощных компьютерных систем.
Производительность в 1 миллиард флопс в секунду, то есть 1 Гигафлопс была достигнута суперкомпьютером NEC SX-2 в 1983 году
1 триллион флопс в секунду, то есть 1 Тфлопс «пробит» в 1996 году машиной ASCI Red
1 квадриллион флопс, то есть 1 Петафлопс превышен моделью IBM Roadrunner в 2008 г.
1 квинтиллион операций в секунду будут способны выполнять экзафлопсные компьютеры к 2021-2022 годам.
Так какой же компьютер самый мощный в мире прямо сейчас?
ТОП-10
10. DAMMAM-7 CRAY CS-STORM
Замыкает первую десятку новая компьютерная система от Saudi Aramco, крупнейшей в мире компании, которая занимается добычей нефти, с капитализацией в $2,458 трлн. 80% доходов в бюджет Саудовской Аравии поступает именно от деятельности этой компании, поэтому неудивительно, что она располагает такими огромными вычислительными ресурсами.
В системе HPE Cray CS-Storm используются процессоры Intel Gold Xeon и графические чипы Nvidia Tesla V100. Производительность достигает 22,4 петафлопс в бенчмарке HPL. Теоретическая пиковая производительность (такие величины измеряет популярнейший проект Top500) — 55,4 Петафлопс в секунду. Количество ядер процессора — 672 520.
9. FRONTERA DELL C6420
Frontera используется с 2019 года в вычислительном центре Университета Техаса. Ранее занимала 8-ю строчку, но в последней редакции Top500 понизилась на 1 позицию. Благодаря 448 448 ядрам процессора Intel Platinum Xeon этот один из самых крутых компьютеров в мире достигает 23,5 пфлопс на бенчмарке HPL. Теоретический потенциал — 38,7 PFlop/s.
Суперкомпьютер Frontera служит для проведения исследований в различных областях науки, включая те, что связаны с квантовой механикой, выпуском лекарств, ликвидацией вирусов и физикой чёрных дыр.
8. HPC5 DELL
Суперкомпьютер Dell PowerEdge HPC5 принадлежит крупнейшей итальянской нефтегазовой компании Eni S.p.A (капитализация по состоянию на 2019 год — 50 млрд евро) и расположен в центре обработки данных Eni. HPC5 — одна из самых мощных и устойчивых компьютерных систем в мире, используется в основном для исследования новых источников энергии.
Обладая производительностью в 35,45 петафлопс (в теории — 51,7), эта система — мощнейшая в нашем рейтинге самых мощных суперкомпьютеров мира в 2021 году, которые используются в коммерческих целях на объекте заказчика. Работает на процессорах Intel Xeon Gold (в общей сумме 669 760 ядер) и графических ядрах NVIDIA Tesla V100.
7. JUWELS BOOSTER MODULE BULLSEQUANA XH2000
Компьютер JUWELS, созданный компанией Atos, является новейшим представителем в списке. BullSequana недавно был установлен в Юлихском исследовательском центре (Германия, основан 11 декабря 1956) и является самой мощной системой в Европе с производительностью в 44,1 петафлопс HPL (в потенциале — 70,9!).
Основанная на модульной системной архитектуре, JUWELS работает на процессорах AMD и графических чипах NVIDIA A100 (на таких же, как Selene, которая располагается на 5-й строчке рейтинга). Суперкомпьютер имеет 449 280 ядер и показатель HPL 44,1 PFLOP/s, что делает его самым быстрым в Европе. Является частью модульной системы, второй модуль JUWELS на базе Xeon размещён отдельно, в Top500 он располагается на позиции №44. Модули интегрируются с помощью пакета программного обеспечения ParTec Modulo Cluster.
6. TIANHE-2A TH-IVB-FEP
Со скоростью в 61,4 петафлопс модель Tianhe-2A (она же MilkyWay-2A) размещается на шестой позиции. Разработана Оборонным научно-техническим университетом Китая НОАК (NUDT) и установлена в Национальном суперкомпьютерном центре в Гуанчжоу. Теоретическая суммарная производительность равна примерно 100,6 Пфлопс.
Тяньхэ-2A работает на процессорах Intel Xeon (4 981 760 ядер) и ускорителях NUDT Matrix-2000 DSP. Используется для моделирования, систем анализа и приложений государственной безопасности. Занимал 1-е место в мире с июня 2013 года по ноябрь 2015 года.
5. SELENE NVIDIA
Этот один из самых мощных суперкомпьютеров в мире по состоянию на 2021 год используется компанией NVIDIA Corp, известной производством видеокарт для персональных компьютеров в разных ценовых категориях. Общая капитализация компании составляет $251,31 млрд. В рамках последних тестирований Selene достигла мощности в 63,4 петафлопс на бенчмарке HPL, что позволило ей практически удвоить свой предыдущий результат (предыдущий показатель — 27,6 петафлопс).
NVIDIA представила свой суперкомпьютер Selene с искусственным интеллектом в июне 2020 года, построив и запустив его менее чем за месяц. Основные сферы применения включают разработку и тестирование различных систем, внутренние разработки искусственного интеллекта и микросхем.
Selene работает на чипах Nvidia DGX A100 SuperPOD и на базе процессоров AMD EPYC с новыми графическими процессорами. Общее количество ядер — 555 520.
4. SUNWAY TAIHULIGHT SUNWAY MPP
Sunway TaihuLight построен Национальным исследовательским центром параллельной вычислительной техники и технологий Китая и установлен в Национальном суперкомпьютерном центре Уси. Ранее в официальном рейтинге Top500 занимал 1-е место в течение двух лет (2016–2017). Однако с тех пор его позиции несколько пошатнулись.
Читайте также: Оптимальная сборка игрового компьютера в 2021 г. для разных бюджетов
Производительность суперкомпьютера достигает 93 петафлопс в тесте HPL. Работает на процессорах Sunway SW26010 с 10 649 600 ядрами. Теоретическая производительность китайского суперкомпьютера составляет 125,4 петафлопс.
3. SIERRA IBM POWER SYSTEMS S922LC
Тройку самых мощных компьютеров 2021 года открывает Sierra. Данная модель суперкомпьютера принадлежит Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL) (Калифорния), которая отвечает за надёжность и безопасность ядерного оружия Соединённых Штатов Америки. Также в этой лаборатории расположен Национальный комплекс лазерных термоядерных реакций.
Суперкомпьютер Сьерра обладает производительностью в 94,6 петафлопс, 4320 узлами, 1,572,480 ядрами, двумя процессорами Power9 и четырьмя графическими процессорами NVIDIA Tesla V100. Его архитектура подобна архитектуре суперкомпьютера из позиции №2 (Summit).
Sierra также заняла 15-е место в списке самых энергоэффективных суперкомпьютеров в мире по версии Green500.
2. SUMMIT IBM POWER SYSTEMS AC92
Второй самый мощный компьютер в мире по характеристикам производительности в 2021-м году — это модель Summit, которая базируется в Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL), штат Теннесси. Лаборатория ведёт исследования в области нейтронной физики, материаловедения и энергетики.
Является самой быстрой системой из всех представленных в США. Запущенная в 2018 году, модель IBM Power Systems AC922 имеет производительность 148,8 петафлопс, обладает 4356 узлами. Основные процессоры — Power9 (2 414 592 ядра) + шесть графических чипов NVIDIA Tesla V100.
Две команды, работающие над созданием Summit, получили престижную премию Гордона Белла за выдающееся достижение в области высокопроизводительных вычислений, которую обычно называют «Нобелевской премией по супер компьютерам».
1. SUPERCOMPUTER FUGAKU
Итак, самый топовый компьютер в мире — это Fugaku. Его максимальная производительность составляет 442 PFLOPS (потенциальный пик — 537), что на 26 PFLOPS больше, чем в июне 2020 года, и в три раза быстрее, чем у системы Summit. Такого результата удалось достичь благодаря увеличению количества ядер до 7630848 (процессоры Arm A64FX) Компьютер построен компанией Fujitsu и находится в Центре вычислительных наук RIKEN в Кобе, Япония.
Директор Центра RIKEN Сатоши Мацуока заявил, что это достижение покорилось им благодаря тому, что они «наконец-то смогли использовать всю машину по максимуму, а не только её значительную часть». В то же время Мацуока добавил: «Я не думаю, что мы способны ещё что-то улучшить в ней».
Fugaku лидирует во всех известных на сегодняшний день бенчмарках: Top500, HPL-AI, HPCG, Graph500. В сумме мощность Фугаку превышает мощность 4 вместе взятых суперкомпьютеров, расположенных ниже в рейтинге. В эксплуатацию введён в 2021 году.