Суперкомпьютеры — особо мощные машины, способные обрабатывать огромные объемы данных и проводить невозможные для обычных устройств расчеты — существуют и сейчас. Они используются в различных областях, от науки до государственных расчётов, и в основном помогают предсказывать различные социальные и природные явления: от обвалов рынка до изменения погоды в отдельном регионе.
Однако, помимо своей функциональности, некоторые суперкомпьютеры выделяются уникальным дизайном, интересной историей и необычным набором задач. В этой статье хочется рассмотреть самые необычные суперкомпьютеры в мире, которые могут поразить своей оригинальностью и производительностью.
Connection Machine 5
Connection Machine 5 (или CM-5) — один из самых необычных суперкомпьютеров начала 1990-х годов, созданный компанией Thinking Machines Corporation, которую основал Дэнни Хиллис, известный американский предприниматель и трансгуманист. Этот компьютер работал на 1024 ядрах с Rpeak 131,0 GFLOPS и поддерживал до 2 ГБ оперативной памяти. Устройство функционировало под управлением CMost, операционной системы на базе Unix, которая могла обслуживать нескольких пользователей одновременно.
Разработка Connection Machine 5 обошлась в 1.47 млн долларов и была оплачена за счет средств Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США. Будучи мощнейшим компьютером в мире (59,7 Гфлопс), CM-5 использовался для выполнения различных задач, таких как анализ погодных данных и финансовых показателей и моделирование медицинских операций. Суперкомпьютер пользовался большой популярностью среди учёных благодаря своей способности обрабатывать огромные объёмы данных и производить сложные вычисления.
Отличительной чертой CM-5 стал его дизайн, созданный архитектором Майей Лин на базе работ художницы Тамико Тиль, разработавшей концепты для первых двух моделей линейки. Чёрный корпус, красные светодиодные панели и кубические формы делают его больше похожим на творение злобного искусственного интеллекта, чем на устройство, созданное человеком. Внешний вид CM-5 сильно повлиял на актуальные медиа. Суперкомпьютер был показан в одной из сцен фильма "Парк Юрского периода" 1993 г. Кроме того, стилистикой устройства вдохновлялись разработчики Fallout 3 и Cyberpunk 2077 при создании моделей внутриигровых мейнфреймов.
CM-5 оставался самым производительным компьютерным устройством в мире вплоть до 1993 года. В 1994 году компания Thinking Machines Corporation была признана банкротом, и Connection Machine 5 перестал использоваться по назначению, отправившись в качестве экспоната в Музей компьютерной истории в Калифорнии. Тем не менее, Connection Machine 5 успел оказать огромное влияние на вектор развития суперкомпьютеров в ближайшие десятилетия, став первым устройством, попавшим в запущенный в 1993 году список самых производительных устройств TOP500.
Intel ASCI Red
ASCI Red (а также ASCI Option Red или Intel TeraFLOPS) — одно из самых продвинутых устройств 1990-х годов, созданное специалистами из компании Intel по программе Advanced Simulation and Computing Initiative (ASCI) Правительства США. ASCI Red стал первым суперкомпьютером в истории, перешагнувшим рубеж производительности в 1 Тфлопс.
Однако уникален ASCI Red не только поэтому. Он также стал первым мейнфреймом, спроектированным для моделирования ядерных испытаний без фактического их проведения в результате подписания моратория на ядерные испытания в 1992 году. Компьютер был призван следить за состоянием национального ядерного потенциала и анализировать последствия применения любого соответствующего вооружения. В качестве размещения машины была выбрана Сандийская лаборатория в г. Альбукерке, работники которого занимались исследованиями неядерных компонентов ядерного оружия.
ASCI Option Red был оснащен 9.216 новейшими процессорами Intel Pentium Pro с тактовой частотой 200 МГц и как минимум 0.5 ТБ ОЗУ. Кроме того, он использовал архитектуру массово-параллельной обработки данных и программное обеспечение, разработанное специально для моделирования ядерных взрывов. В качестве операционной системой использовалось собственная Paragon OS на базе Linux. Сообщается, что применение ASCI Red позволило ученым построить ряд моделей, избавивших окружающую среду от ядерного воздействия.
Благодаря умелой модернизации ASCI Red удавалось оставаться самым мощным суперкомпьютером в мире с 1997 по 2000 год. При его разработке использовались передовые технологии и наработки, которые в дальнейшем оказали значительное влияние на развитие коммерческой вычислительной техники. Несмотря на то, что компьютер был создан для специфических целей, его возможности нашли применение в других областях, таких как биоинформатика и материаловедение. Устройство использовалось вплоть до 2006 года, а после было остановлено и заменено более продвинутым суперкомпьютером ASC Red Storm.
Earth Simulator
Японский суперкомпьютер Earth Simulator, разработанный и сконструированный компанией NEC для моделирования климата Земли, также несколько раз признавался самым производительным компьютером в мире по версии TOP500. Будучи построенным в 2002 году, он удерживал эту позицию на протяжение двух лет и стал единственным устройством от NEC, удостоенным такого титула. Задачами Earth Simulator заявлялись исследование эффекта глобального потепления и решение проблем геофизики, а местом размещения выступил исследовательский центр Earth Simulator Center, расположенный в городе Иокогама. Стоимость суперкомпьютера на момент его создания оценивалась в 500 млн долларов.
Производительность Earth Simulator существенно превосходила все предыдущие решения. Будучи оборудованным 5.120 процессорами, он способен выполнять более чем 35 триллионов операций в секунду и показал производительность в 35,8 Тфлопс на тесте LINPACK. Суперкомпьютер действовал на операционной системе ES OS на базе SUPER-UX.
Earth Simulator использовался исследователями для моделирования климатических явлений, таких как ураганы, землетрясения и циклоны, а также для изучения изменений климата на мировом уровне. Мощности суперкомпьютера обеспечивали учёных наиболее точными прогнозами погоды на основе огромных объёмов метеорологических данных и позволяли предсказывать последствия изменения климата на территории всей планеты. Отдельно стоит отметить, что Earth Simulator использовался для моделирования землетрясений и цунами, что особенно актуально для подверженной различным природным катаклизмам Японии.
К сожалению, в настоящее время Earth Simulator устарел и не используется в качестве вычислительной машины. На смену оригиналу пришли сначала вторая, а после и третья версия суперкомпьютера, однако именно созданный в начале XXI века мейнфрейм показал, насколько широкий спектр применения может быть у устройства такого рода. В то время, как большинство суперкомпьютеров использовались в предпринимательских или военных целях, Earth Simulator был создан исключительно для научных исследований, которые имели большое значение для всего человечества.
Sunway TaihuLight
Sunway TaihuLight был создан в Китае в 2016 году и считался самым производительным суперкомпьютером в мире до лета 2018 года. Эта машина стала первым устройством, удостоившимся 1-го места в списке Top500, базирующимся на китайских микропроцессорах. Специально для нужд китайского правительства была разработана линейка чипов Sunway SW26010, которые и были применены при создании Sunway TaihuLight.
Стоимость системы по официальным данным составила около 1,8 млрд юаней (270 млн долларов США). Компьютер имеет свыше 10 млн ядер и способен выполнять более 93 квадриллионов операций в секунду, достигая пиковой производительности в 125,43 Пфлопс (петафлопс). Таким образом, он стал в 5 раз быстрее своего предшественника — Tianhe-2, который был также разработан в Китае.
Задачей Sunway TaihuLight стало решение сложнейших задач в различных областях, включая аэрокосмическую промышленность, создание климатических моделей, медицинские исследования и многое другое. Благодаря своей высокой производительности, Sunway TaihuLight может обрабатывать огромные массивы данных и решать задачи, которые ранее были недоступны даже для ведущих суперкомпьютеров.
Однако, как и в случае с Earth Simulator, Sunway TaihuLight является необычным не только благодаря своей мощности. Он стал демонстрацией того, что Китай способен активно конкурировать с США и Японией на поприще новейших технологий на базе собственных наработок. Кроме того, TaihuLight был профинансирован правительством, что должно было стать чем-то вроде брошенной перчатки в лицо западных конкурентов. В ответ на это американские инженеры взялись за разработку Frontier.
Frontier
Мощнейший (по данным TOP500) на сегодняшний день, а по совместительству первый в мире экзафлопсный суперкомпьютер Frontier (он же OLCF-5) был разработан компанией Cray и находится в в Ок-Риджской Национальной лаборатории в США. Он является прямым преемником суперкомпьютера Summit и использует 9.472 процессоров AMD EPYC с тактовой частотой 2 ГГц и 37.888 графических чипов Radeon Instinct MI250X.
Frontier показывает 1.102 экзафлопс рабочую и 1.686 экзафлопс пиковую производительность и является также самой быстрой системой искусственного интеллекта в мире, будучи способным на вычисления, равносильные 68 миллионам инструкций в секунду для каждого из 86 миллиардов нейронов человеческого мозга. Frontier применяется для решения сложных задач в различных областях, включая астрофизику, материаловедение, биологию и многие другие. Он также будет использоваться для разработки новых технологий и исследований в области искусственного интеллекта. Кроме того, устройство заняло первое место в списке Green500 как самый энергоэффективный суперкомпьютер.
Спектр применения Frontier невероятно велик: будучи оборудованным системой хранения данных ёмкостью около 700 петабайт и пропускной способностью 75 ТБ/с, суперкомпьютер способен осуществлять анализ невероятных объёмов информации и проводить вычисления, зависящие от миллионов различных факторов.
Однако мощность вычислительной системы сопряжена с огромными затратами. Разработка Frontier обошлась в 600 млн долларов и была проспонсирована компанией Hewlett Packard Enterprise. Ежедневно суперкомпьютер потребляет количество энергии, затрачиваемое 30 000 американскими домами. Кроме того, в сети то и дело появляется информации о проблемах, возникающих у исследователей с интерконнектами и графическими чипами от AMD.
На сегодняшний день нельзя с уверенностью сказать, что OLCF-5 является мощнейшим вычислительным устройством в мире. Как минимум в Китае существуют целых три мейнфрейма: Exacscale, Tianhe-3 и OceanLight, которые преодолели барьер производительности в 1 экзафлопс ещё в 2021 году. Тем не менее, из-за сложных взаимоотношений США и КНР системы не были представлены в списке TOP500, а значит невозможно точно сравнить мощность устройств.
Итоги
Подводя итоги, остаётся лишь констатировать, что суперкомпьютеры развиваются невероятно быстро, и за каких-то тридцать лет их производительность возросла в 109 раз. Неизвестно, каких успехов добьются исследователи в будущем, и на что будут способны системы в 2050-х годах, однако нет никаких оснований полагать, что человечество достигло своего пика в рассматриваемом направлений. Напротив, в связи с развитием ИИ и нейросетей становится очевидным, что мы лишь стоим в начале долгого и сложного пути технологического развития.
