Термин «суперкомпьютер» сейчас у всех на слуху. И это понятно: техника, обладающая сверхвозможностями, интересна в принципе. Особенно если учесть, что мы уже вступили в эпоху сверхмощных вычислений.
Суперкомпьютер — это компьютер с чрезвычайно высокой вычислительной мощностью по сравнению с компьютерами общего назначения, такими как смартфоны, ноутбуки или персональные настольные компьютеры.
Хотя всё познаётся в сравнении: современный смартфон и тем более ноутбук могут дать фору многотонному суперкомпьютеру 90-годов с тысячью процессоров. Так что относительно вычислительной техники прошлого века сейчас мы носим суперкомпьютеры буквально в своих карманах.
Первым в мире суперкомпьютером считается CDC 6600, разработанный американским инженером Сеймуром Креем из Control Data Corporation (CDC) в 1964 году. Название «суперкомпьютер» закрепилось за ЭВМ Крея из-за того, что она в три раза превзошла по производительности лидера того времени, IBM 7030 Stretch. Построенный на 400 тысячах транзисторах и способный выполнять три миллиона вычислений в секунду, суперкомпьютер был векторным и работал на одном центральном процессоре.
Векторные суперкомпьютеры Крея «правили бал» целых 30 лет, вплоть до 90-х годов, когда место лидера суперкомпьютеров заняла компания IBM c их концепцией параллельной обработки, пришедшей на смену векторной. Такие компьютеры содержат множество центральных процессоров, организованных в кластеры вычислительных узлов и памяти. Процессоры выполняют параллельную обработку огромных массивов данных. Это похоже на то, как если бы тысячи обычных компьютеров одновременно работали бы над одной и той же задачей. Первым суперкомпьютером с массовым параллельным процессом стал произведённый в 1993 году Intel XP/S 140 Paragon, оснащённый 3680 процессорами, который тут же стал самой быстрой ЭВМ своего времени.
Параллельная обработка — это метод вычислений, при котором два или более процессора одновременно обрабатывают отдельные задачи.
Векторная обработка — это метод вычислений, при котором один процессор выполняет одну и ту же операцию с несколькими элементами данных одновременно.
Для чего нужны суперкомпьютеры? Эти машины способны моделировать реальность. Представим, насколько сложной является задача прогнозирования погоды. Ведь необходимо собрать и обсчитать огромное количество данных из разных источников. Причём делать это необходимо очень быстро, чтобы прогноз не утратил актуальность. Обычному компьютеру такая задача явно не по плечу. А какие сложные вычисления требуются при разработке и эксплуатации авиационной техники: от прогнозирования турбулентности до расчёта аэродинамики самолёта. Недаром самый быстрый на сегодня суперкомпьютер в мире, американский Frontier, использовался компанией GE Aerospace для разработки архитектуры двигателя.
И уж точно, где суперкомпьютеры могут развернуться как следует, так это в области исследование космоса. Ведь нужно обсчитывать попросту невероятное количество данных, поступающих от многочисленных исследовательских устройств: телескопов, спутников, луноходов. Создать комплексную модель окружающей нас Вселенной — дело нешуточное. В общем, везде, где требуется огромная вычислительная мощность: от исследований ядерных реакций до функционирования крупных финансовых учреждений, суперкомпьютеры приходят на помощь.
Производительность суперкомпьютеров измеряется во FLOPS (Операциях с плавающей запятой в секунду = Floating-point operations per second). Использование чисел с плавающей запятой позволяет компьютеру обрабатывать очень длинные числа с различной степенью точности. К примеру, пиковая производительность финского Lumi, самого быстрого суперкомпьютера в Европе, достигает 550 пентафлопс (пентафлопс = квадриллион флопс = 1,000,000,000,000,000). Это сопоставимо с совокупной производительностью миллиона ноутбуков.
А что же с суперкомпьютерами у нас в России? Давайте для начала обратимся к советскому периоду. В те годы разработка суперкомпьютеров была в приоритете. И это понятно: стране требовалось решать вопросы обороноспособности, развивать космическую программу, проводить расчёты в области термоядерного синтеза. В результате в 60-х годах были созданы мощные отечественные ЭВМ, такие как «БЭСМ» и «Мир». Но, разумеется, термин «суперкомпьютер» к ним в то время не применяли.
В качестве успешного примера можно привести использование «БЭСМ-6» в Центре управления полётом во время совместной советско-американской миссии «Союз-Аполлон» в 1975 году. Американцы были удивлены, насколько эффективно производила вычисления наша ЭВМ, при том что построена она была на дискретных транзисторах, тогда как используемые с американской стороны IBM System/360 model 91 работали на интегральных схемах.
В восьмидесятые годы разработка отечественных супер-ЭВМ, прежде всего линеек «Эльбрус» и «ПС» шла полным ходом (хотя по своим характеристикам эти вычислительные машины отставали от западных). С развалом Советского Союза их разработка остановилась. Разумеется, в современной России суперкомпьютеры есть, и их немало. Самый мощный из них — суперкомпьютер Chervonenkis, принадлежащий «Яндексу». Он занимает 42 место в рейтинге специализированного портала TOP 500 по состоянию на июнь текущего года. Среди передовиков и принадлежащий «Сбербанку» суперкомпьютер Christofari Neo c 83 местом в рейтинге.
В настоящее время пятёрка лидеров выглядит так: первые три места занимают американские суперкомпьютеры Frontier, Aurora и Eagle, четвёртое — японский Fugaku, пятое у финского Lumi. Второе и третье места в российской табели о рангах занимают суперкомпьютер «Ломоносов-2» Московского Государственного Университета и суперкомпьютер главного вычислительного центра Росгидромета. Однако российские суперкомпьютеры используют иностранные комплектующие. В частности, Christofari Neo построен на графических процессорах A 100 американской Nvidia.
Учитывая возрастающую потребность России в суперкомпьютерах в области добычи полезных ископаемых, атомной энергетике и набирающих сейчас силу технологиях искусственного интеллекта, нам без сверхмощных ЭВМ не обойтись. Недаром президент РФ В. В. Путин в послании Федеральному собранию 2024 года поручил минимум в 10 раз увеличить мощность отечественных суперкомпьютеров к 2030 году. Будем надеяться, что эти супермашины будут производиться прежде всего на отечественной компонентной базе, и что реализация отечественных программ в области электроники будет осуществляться с учётом этой важнейшей задачи.