На проходящей в Новом Орлеане конференции по суперкомпьютерным вычислениям SC’14. Суммарная мощность всех высокопроизводительных систем превысила 309 петафлопс, что почти на четверть выше прошлогоднего результата.

В четвёртый раз подряд рейтинг возглавляет система Tianhe-2, разработанная в Китайском Национальном университете оборонных технологий. Архитектура и особенности создания этого суперкомпьютера на страницах «Компьютерры» в прошлом году.

За прошедшее время США не смогли вернуть пальму первенства в области разработки высокопроизводительных компьютерных систем, которую ранее удерживали безраздельно. Реванш взять вновь не удалось, хотя вычислительная мощность главного конкурента осталась без изменений. Tianhe-2 по-прежнему демонстрирует 33,86 петафлопс (квадриллионов вычислений в секунду) в тесте Linpack.

Расстановка первых девяти номинантов не изменилась, а вот десятая позиция выглядит немного загадочно. На ней оказался новый суперкомпьютер Cray CS-Storm, место расположения которого не указывается. Известно только, что он был разработан по заказу американского правительства.

Его основой стали процессоры Intel Xeon E5-2660v2, каждый из которых содержит десять двухпоточных ядер (двадцать логических). Однако в десятку лучших этот суперкомпьютер привели не чипы архитектуры x86-64, а векторные ускорители Nvidia Tesla K40 с ядром GK110B (Kepler). Именно они обеспечивают львиную долю его производительности. Все вычислительные узлы соединяются по высокоскоростной шине Infiniband FDR, что позволяет быстро перераспределять нагрузку.

Прежний лидер (Titan, Cray XK7) тоже ускорители Nvidia, но более простые (по сегодняшним меркам) – Tesla K20.

В Китае решили сделать ставку на ускорители с другой архитектурой, и не прогадали. Представленный два года назад Tianhe-2 был оснащён сопроцессорами Intel Xeon Phi 31S1P. Он практически вдвое превзошёл Titan во всех тестовых заданиях. Китайский триумф стал настолько ошеломительным, что первенство этой системы среди суперкомпьютеров до сих пор не может оспорить ни одна страна.

Справедливости ради отметим, что суммарная производительность всех суперкомпьютеров в стране пока ещё остаётся самой высокой в США. Однако число мощных американских систем продолжает падать. Год назад их было больше половины во всём списке – 265. За первую половину года их осталось уже 233, а с последним обновлением рейтинга выбыли ещё два суперкомпьютера. Такими темпами США приблизится к историческому минимуму уже в следующем году.

Несмотря на внушительные результаты Tianhe-2, общее число суперкомпьютеров Китая также снижается. Из новой версии рейтинга исчезли пятнадцать китайских систем, а остались только шестьдесят одна. В остальной части азиатского региона также отмечается спад: общее число высокопроизводительных систем снизилось в нём за полгода на двенадцать суперкомпьютеров. Осталось только сто двадцать мощных систем на весь регион.

Святое место не бывает пустым: освобождающиеся строчки рейтинга TOP500 активно занимает Европа и Япония. Число высокопроизводительных европейских систем выросло на четырнадцать и составило сто тридцать суперкомпьютеров. В Японии прибавилось два новых: Magnolia (#174) и HELIOS (#265). Теперь Япония обладает тридцатью двумя мощными системами.

Бразилия утрачивает и без того невысокие позиции в сфере высокопроизводительных вычислений: в списке TOP500 осталось всего четыре бразильских суперкомпьютера, и ни один из них не входит даже в первую сотню. Чуть лучше дела у Канады – из шести мощных систем пять занимают позиции между второй и третьей сотней. Лидирует суперкомпьютер Торонтского университета BlueGene/Q с процессорами IBM PowerPC (#74).

Австралия постепенно начинает играть заметную роль: на её долю теперь приходится девять суперкомпьютеров. Самый мощный из них – Magnus (Cray XC40) на базе двенадцатиядерных процессоров Xeon E5-2690v3 с поддержкой Hyper-Threading (#41).

Российских суперкомпьютеров в новом списке также всего девять. Главный из них – кластер A-Class, созданный компанией «Т-Платформы» для Научно-исследовательского вычислительного центра МГУ. Впервые в рейтинге TOP500 он появился в июне этого года, а сейчас занимает в нём двадцать второе место.

Другой знаменитый суперкомпьютер «Ломоносов», также разработанный компанией «Т-Платформы» для МГУ, переместился на пятьдесят восьмое место, уступив за полгода шестнадцать позиций.

Новый суперкомпьютер появился в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете. Это кластер архитектуры «РСК Торнадо», созданный группой компаний РСК. Он занял восемьдесят первую строчку в списке TOP500. Ещё один суперкомпьютер СПбГПУ RSC PetaStream переместился на позицию #390.

Остальные шесть российских систем вышли за пределы первой сотни. Кластер МВС-10П (#133) МСЦ РАН ещё полтора года назад был вторым среди самых мощных суперкомпьютеров на территории России и СНГ. Кластер «Лобачевский» (#189) и модернизированный «РСК Торнадо ЮУрГУ» (#190) завершают перечень отечественных суперкомпьютеров для научных исследований.

Гибридный кластер «Лобачевский» был установлен в НОЦ «СКТ-Приволжье» Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского компанией «Ниагара Компьютерс». Его отдельные сегменты подобны модулям суперкомпьютеров «Титан» и «Тяньхэ-2». В первом сегменте кластера используются как сопроцессоры Intel Xeon Phi 5110P, так и ускорители Nvidia Tesla K20x. Во втором вместо них установлены графические процессоры NVIDIA Tesla M2090. Всего оба сегмента кластера объединяют сто шестьдесят гибридных вычислительных узлов. Текущий рейтинг TOP500 учитывает данные о скорости вычислений только на девяноста однородных узлах, снятые совместно со специалистами Nvidia. Каждый такой узел содержит два восьмиядерных процессора Intel Xeon E5-2660 с поддержкой Hyper-Threading и три векторных ускорителя Nvidia Tesla K20x. Пиковая производительность гибридного кластера составляет 550 терафлопс. В официальный зачёт пошли результаты теста Linpack, показавшие среднее значение 289,5 терафлопс.

Кластер «РСК Торнадо ЮУрГУ» был разработан для Южно-уральского государственного университета. Система на базе Intel Xeon Phi SE10X пришла на смену работающему с июня 2008 года суперкомпьютеру “СКИФ-Аврора”, чья производительность в сто терафлопс уже выходит за рамки TOP500.

Российский суперкомпьютер “РСК Торнадо ЮУрГУ” (фото: rscgroup.ru).

Замыкают общий список российских суперкомпьютеров два специализированных сервера для коммерческого использования. Это двухсокетные блейд-серверы HP ProLiant BL460c Gen8. Модель на базе Intel Xeon E5-2680v2 занимает позицию #337, а система на основе восьмиядерных Xeon E5-2660 оказалась почти в самом конце рейтинга (#457).

С момента первой публикации в июне 1993 года, список TOP500 служил общепринятой мерой производительности суперкомпьютеров. Самые мощные вычислительные системы со всего мира тестировались в Linpack и ранжировались в соответствии с полученными результатами. В последние два года наметился общий спад: темпы прироста средней производительности неуклонно снижаются от списка к списку.

Стагнация в первой десятке резко контрастирует с постоянной сменой позиций в средней и особенно финальной части списка. Это может восприниматься как признак переориентирования производителей на сегмент малых суперкомпьютерных систем и как временное достижение рационального предела в наращивании мощности отдельных кластеров.

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

Этот суперкомпьютер стоит «на страже» военной безопасности США, поддерживая эффективность национального ядерного арсенала. Учитывая это, можно подумать, что стоит этот аппарат невероятно дорого, однако, начиная с 2015 года, его начали вытеснять новые более мощные суперкомпьютеры. Trinity работает на базе системы Cray XC40, производительность его составляет 8,1 Пфлоп/сек.

9 Mira – 8,6 Пфлоп/сек

Mira – еще один гениальный продукт компании Cray. Стоит отметить, что проект этого суперкомпьютера был разработан по заказу Министерства энергетики Соединенных Штатов. Главная область применения Mira – государственные промышленные и научно-исследовательские проекты. Вычислительная мощность этого компьютера составляет 8,6 петафлопс в секунду.

8 K Computer – 10,5 Пфлоп/сек

Особенность этого суперкомпьютера кроется в его названии, которое происходит от японского слова «кэй» и означает 10 квадриллионов. Примерно в эту цифру упирается производительная мощность K Computer – 10,5 петафлопс. Специфика этой техники заключается также в том, что система использует водяное охлаждение, что позволяет значительно снизить потребление энергии и снизить скорость компоновки.

7 Oakforest-Pacs – 13,6 Пфлоп/сек

Японская компания Fujitsu, которая также занималась разработкой K Computer, о котором упоминалось ранее, создала суперкомпьютер нового поколения (поколения Knights Landing). Проект был выполнен по заказу Токийского и Цукубского университетов. Несмотря на то, что изначально планировалось оснастить компьютер памятью в 900 Тбайт и производительностью в 25 квадриллионов операций, вычислительная мощность его составляет 13,6 петафлопс/c.

6 Cori – 14 Пфлоп/сек

До 2019 года Cori занимал твердую 5 позицию в мировом рейтинге самых мощных компьютеров, но в условиях быстро развивающегося технического прогресса он все же уступил одну рейтинговую «строчку» новейшим суперкомпьютерам. Находится он в Национальной лаборатории имени Лоуренса и Беркли, в США. Cori уже внес свой неповторимый вклад в развитие науки: с его помощью швейцарские ученые сумели смоделировать 45-кубитную квантовую вычислительную систему. 14 петафлопс – производительная мощность этой «супермашины».

5 Sequoia – 17,2 Петафлопс

Многие эксперты называют Sequoia самым быстрым суперкомпьютером в мире, и неспроста: арифметическая производительность его равна скорости работы 6,7 млрд. человек, которые в течение 320 лет выполняли бы идентичное задание при помощи калькуляторов. Отличается Sequoia и своими размерами: компьютер занимает площадь в 390 квадратных метров и состоит из 96 стоек. 17,2 петафлопс – его производительность, что равняется практически шестнадцати тысячам триллионов операций.

4 Titan – 17,6 Пфлоп/сек

Помимо того, что Titan входит в топ самых быстрых компьютеров в мире, он также считается одним из самых энергоэффективных, имея показатель 2142,77 мегафлопс на Ватт потребляемой энергии. Секрет экономии электроэнергии состоит в использовании ускорителей Nvidia, обеспечивающих до 90% всей вычислительной мощности, которая, к слову, составляет 17,6 петафлопс. Благодаря им же Titan заметно уменьшил свои габариты – сейчас для размещения ему достаточно всего 404 квадратных метра.

3 Piz Daint – 19,6 Петафлопс

Проект суперкомпьютера Piz Daint был запущен еще в 2013 году, в швейцарском городе Лугано. Располагается он там же – в Швейцарском национальном центре суперкомпьютеров. Piz Daint собрал почти все положительные характеристики вышеперечисленных аналогов, включая энергоэффективность и высокую скорость, кроме компактности: аппарат состоит из 28 крупногабаритных стоек. Его вычислительная мощь составляет 19,6 петафлопс.

2 Tianhe-2 – 33,9 Петафлопс

Суперкомпьютер с романтическим названием «Млечный путь» (в переводе с китайского) до июня 2016 года возглавлял топ-500 самых мощных компьютеров мира. Мощность его обеспечивает скорость 2507 триллионов операций в секунду, что равняется 33,9 петафлопс. Тяньхэ-2 нашел свое «призвание» в области строительства: при расчетах застроек и прокладки дорог. Стоит отметить, что с начала 2013 года, как только «Млечный путь» был выпущен, он не оставлял ведущую позицию рейтингов, что является по-настоящему мощным показателем.

1 Sunway TaihuLight – 93 Петафлопс

Внутри этого компьютера находятся 40 960 производительных процессоров, чем и объясняется его габаритность: сам Sunway занимает площадь около 1000 квадратных метров. В 2016 году на международной конференции в Германии он был признан самым быстрым в своем роде. На сегодняшний день Sunway TaihuLight является первым в рейтинге и единственным в топ-10 суперкомпьютеров, способным вырабатывать скорость в 93 петафлопс.

Если рассматривать технический прогресс в разрезе его влияния на человека, общество в целом и окружающую среду, очевидно, что он имеет глобальные недостатки. Сегодня нам доступно великое множество компьютеров, различных приборов и роботов. Но высшей целью является найти достойное применение великим изобретениям человечества и направить их использование во благо нашего общего будущего, не превращая их в бессмысленные игрушки.

Суперкомпьютер Titan

На Марс люди так и не летают, рак еще не вылечили, от нефтяной зависимости не избавились. И все же существуют области, где человечество достигло невероятного прогресса за последние десятилетия. Вычислительная мощь компьютеров – как раз одна из них.

Два раза в год специалисты из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и Университета Теннесси публикуют Top-500, в котором предлагают список самых производительных суперкомпьютеров мира.

Немного забегая вперед, предлагаем вам заранее попробовать на вкус эти цифры: производительность представителей первого десятка топа измеряется десятками квадриллионов флопс. Для сравнения: ЭНИАК, первый компьютер в истории, обладал мощностью в 500 флопс; сейчас средний персональный компьютер имеет мощность в сотни гигафлопс (миллиардов флопс), iPhone 6 обладает производительностью приблизительно в 172 гигафлопса, а игровая приставка PS4 – в 1,84 терафлопса (триллиона флопс).

Вооружившись последним «Топ-500» от ноября 2014 года, редакция Naked Science решила разобраться, что из себя представляют 10 самых мощных суперкомпьютеров мира, и для решения каких задач требуется столь грандиозная вычислительная мощь.

• Местоположение: США
• Производительность: 3,57 петафлопс
• Теоретический максимум производительности: 6,13 петафлопс
• Мощность: 1,4 МВт

Как и практически все современные суперкомпьютеры, включая каждый из представленных в данной статье, CS-Storm состоит из множества процессоров, объединенных в единую вычислительную сеть по принципу массово-параллельной архитектуры. В реальности эта система представляет собой множество стоек («шкафов») с электроникой (узлами, состоящими из многоядерных процессоров), которые образуют целые коридоры.

Cray CS-Storm – это целая серия суперкомпьютерных кластеров, однако один из них все же выделяется на фоне остальных. В частности, это загадочный CS-Storm, который использует правительство США для неизвестных целей и в неизвестном месте.

Известно лишь то, что американские чиновники купили крайне эффективный с точки зрения потребления энергии (2386 мегафлопс на 1 Ватт) CS-Storm с общим количеством ядер почти в 79 тысяч у американской компании Cray.

На сайте производителя, впрочем, сказано, что кластеры CS-Storm подходят для высокопроизводительных вычислений в области кибербезопасности, геопространственной разведки, распознавания образов, обработки сейсмических данных, рендеринга и машинного обучения. Где-то в этом ряду, вероятно, и обосновалось применение правительственного CS-Storm.

CRAY CS-STORM

9. Vulcan – Blue Gene/Q

• Местоположение: США
• Производительность: 4,29 петафлопс
• Теоретический максимум производительности: 5,03 петафлопс
• Мощность: 1,9 МВт

«Вулкан» разработан американской компанией IBM, относится к семейству Blue Gene и находится в Ливерморской национальной лаборатории имени Э. Лоуренса. Принадлежащий Министерству энергетики США суперкомпьютер состоит из 24 стоек. Функционировать кластер начал в 2013 году.

В отличие уже упомянутого CS-Storm, сфера применения «Вулкана» хорошо известна – это различные научные исследования, в том числе в области энергетики, вроде моделирования природных явлений и анализа большого количества данных.

Различные научные группы и компании могут получить доступ к суперкомпьютеру по заявке, которую нужно отправить в Центр инноваций в области высокопроизводительных вычислений (HPC Innovation Centre), базирующийся в той же Ливерморской национальной лаборатории.

Суперкомпьютер Vulcan

8. Juqueen – Blue Gene/Q

• Местоположение: Германия
• Производительность: 5 петафлопс
• Теоретический максимум производительности: 5,87 петафлопс
• Мощность: 2,3 МВт

С момента запуска в 2012 году Juqueen является вторым по мощности суперкомпьютером в Европе и первым – в Германии. Как и «Вулкан», этот суперкомпьютерный кластер разработан компанией IBM в рамках проекта Blue Gene, причем относится к тому же поколению Q.

Находится суперкомпьютер в одном из крупнейших исследовательских центров Европы в Юлихе. Используется соответственно – для высокопроизводительных вычислений в различных научных исследованиях.

Суперкомпьютер Juqueen

7. Stampede – PowerEdge C8220

• Местоположение: США
• Производительность: 5,16 петафлопс
• Теоретический максимум производительности: 8,52 петафлопс
• Мощность: 4,5 МВт

Находящийся в Техасе Stampede является единственным в первой десятке Top-500 кластером, который был разработан американской компанией Dell. Суперкомпьютер состоит из 160 стоек.

Этот суперкомпьютер является мощнейшим в мире среди тех, которые применяются исключительно в исследовательских целях. Доступ к мощностям Stampede открыт научным группам. Используется кластер в самом широком спектре научных областей – от точнейшей томографии человеческого мозга и предсказания землетрясений до выявления паттернов в музыке и языковых конструкциях.

Суперкомпьютер Stampede

6. Piz Daint – Cray XC30

• Местоположение: Швейцария
• Производительность: 6,27 петафлопс
• Теоретический максимум производительности: 7,78 петафлопс
• Мощность: 2,3 МВт

Швейцарский национальный суперкомпьютерный центр (CSCS) может похвастаться мощнейшим суперкомпьютером в Европе. Piz Daint, названный так в честь альпийской горы, был разработан компанией Cray и принадлежит к семейству XC30, в рамках которого является наиболее производительным.

Piz Daint применяется для различных исследовательских целей, вроде компьютерного моделирования в области физики высоких энергий.

Суперкомпьютер Piz Daint

5. Mira – Blue Gene/Q

• Местоположение: США
• Производительность: 8,56 петафлопс
• Теоретический максимум производительности: 10,06 петафлопс
• Мощность: 3,9 МВт

Суперкомпьютер «Мира» был разработан компанией IBM в рамках проекта Blue Gene в 2012 году. Отделение высокопроизводительных вычислений Аргонской национальной лаборатории, в котором располагается кластер, было создано при помощи государственного финансирования. Считается, что рост интереса к суперкомпьютерным технологиям со стороны Вашингтона в конце 2000-х и начале 2010-х годов объясняется соперничеством в этой области с Китаем.

Расположенный на 48 стойках Mira используется в научных целях. К примеру, суперкомпьютер применяется для климатического и сейсмического моделирования, что позволяет получать более точные данные по предсказанию землетрясений и изменений климата.

Суперкомпьютер Mira

4. K Computer

• Местоположение: Япония
• Производительность: 10,51 петафлопс
• Теоретический максимум производительности: 11,28 петафлопс
• Мощность: 12,6 МВт

Разработанный компанией Fujitsu и расположенный в Институте физико-химических исследований в городе Кобе, K Сomputer является единственным японским суперкомпьютером, присутствующим в первой десятке Top-500.

В свое время (июнь 2011) этот кластер занял в рейтинге первую позицию, на один год став самым производительным компьютером в мире. А в ноябре 2011 года K Computer стал первым в истории, которому удалось достичь мощности выше 10 петафлопс.

Суперкомпьютер используется в ряде исследовательских задач. К примеру, для прогнозирования природных бедствий (что актуально для Японии из-за повышенной сейсмической активности региона и высокой уязвимости страны в случае цунами) и компьютерного моделирования в области медицины.

Суперкомпьютер K

3. Sequoia – Blue Gene/Q

• Местоположение: США
• Производительность: 17,17 петафлопс
• Теоретический максимум производительности: 20,13 петафлопс
• Мощность: 7,8 МВт

Мощнейший из четверки суперкомпьютеров семейства Blue Gene/Q, попавших в первую десятку рейтинга, расположен в США в Ливерморской национальной лаборатории. IBM разработали Sequoia для Национальной администрации ядерной безопасности (NNSA), которой требовался высокопроизводительный компьютер для вполне конкретной цели – моделирования ядерных взрывов.

Стоит упомянуть, что реальные ядерные испытания запрещены еще с 1963 года, и компьютерная симуляция является одним из наиболее приемлемых вариантов для продолжения исследований в этой области.

Однако мощности суперкомпьютера использовались для решения и других, куда более благородных задач. К примеру, кластеру удалось поставить рекорды производительности в космологическом моделировании, а также при создании электрофизиологической модели человеческого сердца.

Суперкомпьютер Sequoia

2. Titan – Cray XK7

• Местоположение: США
• Производительность: 17,59 петафлопс
• Теоретический максимум производительности: 27,11 петафлопс
• Мощность: 8,2 МВт

Наиболее производительный из когда-либо созданных на Западе суперкомпьютеров, а также самый мощный компьютерный кластер под маркой компании Cray, находится в США в Национальной лаборатории Оук-Ридж. Несмотря на то, что находящийся в распоряжении американского Министерства энергетики суперкомпьютер официально доступен для любых научных исследований, в октябре 2012 года, когда Titan был запущен, количество заявок превысило всякие пределы.

Из-за этого в Оукриджской лаборатории была созвана специальная комиссия, которая из 50 заявок отобрала лишь 6 наиболее «передовых» проектов. Среди них, к примеру, моделирование поведения нейтронов в самом сердце ядерного реактора, а также прогнозирование глобальных климатических изменений на ближайшие 1-5 лет.

Несмотря на свою вычислительную мощь и впечатляющие габариты (404 квадратных метра), Titan недолго продержался на пьедестале. Уже через полгода после триумфа в ноябре 2012 года гордость американцев в области высокопроизводительных вычислений неожиданно потеснил выходец с Востока, беспрецедентно обогнав предыдущих лидеров рейтинга.

Суперкомпьютер Titan

1. Tianhe-2 / Млечный путь-2

• Местоположение: Китай
• Производительность: 33,86 петафлопс
• Теоретический максимум производительности: 54,9 петафлопс
• Мощность: 17,6 МВт

С момента своего первого запуска «Тяньхэ-2», или «Млечный-путь-2», вот уже около двух лет является лидером Top-500. Этот монстр почти в два раза превосходит по производительности №2 в рейтинге – суперкомпьютер TITAN.

Разработанный Оборонным научно-техническим университетом Народно-освободительной армии КНР и компанией Inspur, «Тяньхэ-2» состоит из 16 тысяч узлов с общим количеством ядер в 3,12 миллиона. Оперативная память всей это колоссальной конструкции, занимающей 720 квадратных метров, составляет 1,4 петабайт, а запоминающего устройства – 12,4 петабайт.

«Млечный путь-2» был сконструирован по инициативе китайского правительства, поэтому нет ничего удивительного в том, что его беспрецедентная мощь служит, судя по всему, нуждам государства. Официально было заявлено, что суперкомпьютер занимается различными моделированиями, анализом огромного количества данных, а также обеспечением государственной безопасности Китая.

Учитывая секретность, свойственную военным проектам КНР, остается лишь догадываться, какое именно применение время от времени получает «Млечный путь-2» в руках китайской армии.

Суперкомпьютер Tianhe-2

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.

Данная новость была прочитана 12120 раз

45-й рейтинг TOP500 самых мощных суперкомпьютеров мира. Новинка первой десятки списка - система Shaheen II, установленная в Научно-технологическом университете имени короля Абдаллы (Саудовская Аравия). Лидером рейтинга с 2013 года остаётся Tianhe-2 (Китай). На нашем сайте представлены фотографии всех суперкомпьютеров из Top10

13 июля 2015 года на международной конференции по суперкомпьютерным технологиям International Supercomputing Conference (ISC"15) во Франкфурте, Германия был представлен 45-й TOP500 - рейтинг пятисот самых быстрых суперкомпьютеров в мире, основанный на тестах Linpack (HPL). Список обновляется раз в шесть месяцев, и за прошедшие полгода первая его десятка не подверглась кардинальным изменениям. Единственной новинкой в ТOP-10 стал суперкомпьютер Shaheen II , установленный в Научно-технологическом университете имени короля Абдаллы (Саудовская Аравия), который занял 7-ю позицию в рейтинге. Он также стал единственным в первой десятке, запущенным в работу в 2015 году. Возглавляет список в пятый раз подряд Tianhe-2 , созданный в Оборонном научно-техническом университете КНР (National University of Defense Technology, NUDT) в 2013 году. Как отмечают составители рейтинга, остальные восемь систем-лидеров TOP500 были созданы в 2011-2012 годах.

Суммарная производительность всех систем списка увеличилась за полгода с 309 до 363 петафлопс. Среднее количество вычислительных ядер на систему выросло с 46 288 до 50 495.

По количеству установленных систем в TOP500 традиционно лидируют Hewlett-Packard - 178 (179 в 44-й редакции TOP500) и IBM - 111 (153). 20 систем списка отмечены как IBM-Lenovo, ещё 3 - Lenovo. 71 система установлена компанией Cray . По суммарной производительности лидируют системы производства Cray - 24% (22% полгода назад), на втором месте IBM - 23% (26%), на третьем Hewlett-Packard - 14.2% (15.6%). NUDT, представленный суперкомпьютерами Tianhe-2 и Tianhe-1A на четвертом месте - 10.9% (12.7%).

Суперкомпьютер Tianhe-2 - TH-IVB-FEP Cluster, Intel Xeon E5-2692 12C 2.200GHz, TH Express-2, Intel Xeon Phi 31S1P

1. Tianhe-2

Расположение: Национальный суперкомпьютерный центр в Гуанчжоу (National Super Computer Center in Guangzhou), Китайская Народная Республика

Количество ядер: 3 120 000
Максимальная производительность согласно тесту Linpack (HPL): 33,863 петафлопса
Теоретическая пиковая производительность системы: 54,902 петафлопса
Мощность: 17,808 МВт
Операционная система: Linux (Kylin)

Tianhe-2 создан по инициативе правительства Китая Оборонным научно-техническим университетом КНР (NUDT) и компанией Inspur (Китай) . Состоит из 16 тысяч вычислительных узлов, в каждом из которых расположено по два процессора Intel Xeon E5-2692 на архитектуре Ivy Bridge и по три векторных сопроцессора Intel Xeon Phi 31S1P. На каждый процессор выделяется по 32 ГБ оперативной памяти стандарта DDR3 с коррекцией ошибок, а на каждый сопроцессор — по 8 ГБ памяти стандарта GDDR5.

Оперативная память составляет 1,4 петабайт, а запоминающего устройства - 12,4 петабайт.

В течение 2015 года планировалось удвоить производительность системы (до 110 теоретических петафлопс), но в начале 2015 года правительство США отказало в прошении Intel предоставить экспортную лицензию на центральные процессоры и сопроцессоры для этого проекта; также разработчики компьютера были внесены в список обязательного рассмотрения (лицензирования) каждой поставки по экспортному законодательству США в связи с подозрением об их участии в разработке оружия массового уничтожения (ядерном).

Согласно официальному пресс-релизу NUDT , суперкомпьютер Tianhe -2 используется для решения задач из области материаловедения, метеорологии, астрофизики и биохимии.

Суперкомпьютер Titan - Cray XK7 , Opteron 6274 16C 2.200GHz, коммуникационная сеть Cray Gemini, NVIDIA K20x

2. Titan

Расположение: Окриджская национальная лаборатория (Oak Ridge National Laboratory, ORNL) - Национальный исследовательский центр Министерства энергетики США в Ок-Ридже

Количество ядер: 560 640
Максимальная производительность согласно тесту Linpack (HPL): 17,590 петафлопса
Теоретическая пиковая производительность системы: 27,113 петафлопса
Операционная система: Linux (CLE, SLES based)
Мощность: 8,209 МВт

Titan построен на платформе Cray XK7 с гибридной архитектурой: помимо 16-ядерных процессоров AMD Opteron 6274 в каждый из 18 688 узлов суперкомпьютерной системы установлен графический ускоритель NVIDIA K20x.

Titan используется в научных проектах, таких как моделирование поведения нейтронов в ядерном реакторе, прогнозирование климатических изменений на ближайшие 1-5 лет, изучение биотоплива и др.

Суперкомпьютер Sequoia - BlueGene/Q, Power BQC 16C 1.60 GHz

3. Sequoia

Расположение: Ливерморская национальная лаборатория им. Э. Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL) - Национальный исследовательский центр Министерства энергетики США в Ливерморе

Количество ядер: 1 572 864
Максимальная производительность согласно тесту Linpack (HPL): 17,173 петафлопса
Теоретическая пиковая производительность системы: 20,133 петафлопса
Мощность: 7,89 МВт

Sequoia разработана корпорацией IBM для Национальной администрации по ядерной безопасности (National Nuclear Security Administration) для задач моделирования ядерных взрывов. Также Sequoia применяется для проектов в астрономии, энергетики, изучения человеческого генома и изменения климата.

Sequoia построена на платформе Blue Gene/Q (последнее поколение в линейке суперкомпьютерных архитектур Blue Gene). Суперкомпьютер состоит из 98 304 вычислительных узлов и имеет 1,6 Пб памяти в 96 стойках, вместе занимающих площадь в 300 квадратных метров. Используются 16-ти ядерные центральные процессоры Power.

Суперкомпьютер K computer - SPARC64 VIIIfx 2.0GHz, коммуникационная сеть Tofu

4. K computer

Расположение: Институт физико-химических исследований RIKEN, Япония

Количество ядер: 705 024
Максимальная производительность согласно тесту Linpack (HPL): 10,510 петафлопса
Теоретическая пиковая производительность системы: 11,280 петафлопса
Мощность: 12,66 МВт
Операционная система: Linux

K computer производства компании Fujitsu построен при поддержке Министерства образования, культуры, спорта, науки и технологий Японии. Сразу после запуска в 2011 году занял в TOP500 первую позицию, на один год став самым высокопроизводительным в мире. А в ноябре 2011 года K Computer первым в истории достиг мощности выше 10 петафлопс. Система оснащена 88 128 8-ядерными процессорами SPARC64 VIIIfx.

Суперкомпьютер используется в таких исследовательских задачах, как прогнозирование стихийных бедствий (землетрясений и цунами), моделирование в области медицины и др.

Суперкомпьютер Mira - BlueGene/Q, Power BQC 16C 1.60GHz

5. Mira

Расположение: Аргоннская национальная лаборатория (Argonne National Laboratory, ANL) - Национальный исследовательский центр Министерства энергетики США в Аргонне

Количество ядер: 786 432
Максимальная производительность согласно тесту Linpack (HPL): 8,586 петафлопса
Теоретическая пиковая производительность системы: 10,066 петафлопса
Мощность: 3,945 МВт
Операционная система: Linux

Mira разработан компанией IBM на платформе Blue Gene/Q. Расположенный на 48 стойках Mira имеет 49152 вычислительных узлов, оборудованных 16-ядерными процессорами Power BQC. Система использует 70Пб дискового пространства.

Mira участвует в различных научных проектах - моделирование происходящих во Вселенной процессов, предсказательное моделирование климатических и сейсмических явлений и др.

Суперкомпьютер Piz Daint - Cray XC30, Xeon E5-2670 8C 2.600GHz, Aries interconnect , NVIDIA K20x

6. Piz Daint

Расположение: Швейцарский национальный центр суперкомпьютерных вычислений (Swiss National Supercomputing Centre, Centro Svizzero di Calcolo Scientifico, CSCS)

Количество ядер: 115 984
Максимальная производительность согласно тесту Linpack (HPL): 6,271 петафлопса
Теоретическая пиковая производительность системы: 7,788 петафлопса
Мощность: 2,325 МВт
Операционная система: Cray Linux Environment

Мощнейший суперкомпьютер в Европе был разработан компанией Cray и принадлежит к семейству XC30, в рамках которого является наиболее производительным. В системе используются 8-ядерные процессоры Intel Xeon E5-2670 и ускорители NVIDIA K20x.

Piz Daint применяется в различных исследовательских целях, например, для компьютерного моделирования в таких областях, как материаловедение, физика высоких энергий, изучение климата, метеорология и геофизика.

Shaheen II - Cray XC40, Xeon E5-2698v3 16C 2.3GHz, сеть Aries

7. Shaheen II

Расположение: Научно-технологический университет имени короля Абдаллы (King Abdullah University of Science and Technology, KAUST), Саудовская Аравия

Количество ядер: 196 608
Максимальная производительность согласно тесту Linpack (HPL): 5.537 петафлопса
Теоретическая пиковая производительность системы: 7.235 петафлопса
Мощность: 2,834 МВт
Операционная система: Linux (CLE)

Shaheen II построен на платформе CRAY XC40. В системе используются 16-ядерные процессоры Intel Xeon E5-2698V3.

Суперкомпьютер применяется для решения сложных вычислительных задач в нуждах нефтегазовой, энергетической, геологоразведывательной и других отраслей. Также среди перспективных направлений для работы указывается биоинжиниринг.

Суперкомпьютер Stampede - PowerEdge C8220, Xeon E5-2680 8C 2.700GHz, сеть Infiniband FDR, Intel Xeon Phi SE10P

8. Stampede

Расположение: Texas Advanced Computing Center, США

Количество ядер: 462 462
Максимальная производительность согласно тесту Linpack (HPL): 5,168 петафлопса
Теоретическая пиковая производительность системы: 8,520 петафлопса
Мощность: 4,51 МВт
Операционная система: Linux

Суперкомпьютер Stampede создан компанией Dell совместно с Intel для Национального Научного Фонда США (National Science Foundation, NSF). Система включает в себя 6400 узлов Dell C8220, каждый из них управляется двумя 8-ядерными процессорами Intel Xeon E5 и 61-ядерным сопроцессором Intel Xeon Phi Knights Corner. 128 компьютерных узлов оборудовано производительными графическими процессорами NVIDIA на архитектуре Kepler K20.

Stampede используется для таких задач, как моделирование изменений климата, предсказание землетрясений и ураганов, изучение ДНК вирусов, молекулярные исследования, космические исследования.

Суперкомпьютер JUQUEEN - BlueGene/Q, Power BQC 16C 1.600GHz

9. Juqueen

Расположение: Исследовательский центр Юлих (Forschungszentrum Juelich, FZJ), Германия

Количество ядер: 458 752

Максимальная производительность согласно тесту Linpack (HPL): 5,008 петафлопса

Теоретическая пиковая производительность системы: 5,872 петафлопса
Мощность: 2,301 МВт
Операционная система: Linux (RHEL, CNK)

Juqueen - второй по мощности суперкомпьютер в Европе, разработан при участии корпорации IBM. Juqueen базируется на архитектуре Blue Gene/Q. Количество процессоров в системе - 294 912 (16-ядерные Power BQC).

Исследовательский центр, в котором установлен Juqueen, является крупнейшим в Европе. FZJ ведет различного рода работы, связанные с сопровождением существующих и созданием перспективных термоядерных реакторов.

Суперкомпьютер Vulcan - BlueGene/Q, Power BQC 16C 1.600GHz

10. Vulcan

Расположение: Ливерморская национальная лаборатория им. Э. Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL)

Количество ядер: 393 216
Максимальная производительность согласно тесту Linpack (HPL): 4,293 петафлопса
Теоретическая пиковая производительность системы: 5,033 петафлопса
Мощность: 1,972 МВт
Операционная система: Linux (RHEL, CNK)

Vulcan , разработанный компанией IBM, также относится к семейству Blue Gene поколения Q. Суперкомпьютер используется для различных исследований, в том числе для моделирования аномальных природных явлений . Научные группы и учреждения могут получить доступ к системе по заявке в Центр инноваций в области высокопроизводительных вычислений США.

Российские суперкомпьютеры в TOP 500

• «Ломоносов-2» (Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова) —31 место, производительность по тесту Linpack - 1,849 петафлопса.
• «Ломоносов» (Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова) - 78 место; 0,902 петафлопса.
• «Торнадо» (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого) - 107 место; 0,658 петафлопса.
• MVS -10P (Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН) - 176-е место; 0,376 петафлопса.
• «Лобачевский» (Нижегородский государственный университет имени Н. И. Лобачевского) - 242-е место; 0,29 петафлопса.
• «Торнадо ЮУрГУ» (Южно-Уральский государственный университет) - 245-е место; 0,288 петафлопса.
• Суперкомпьютер компании Hewlett-Packard, используемый неуказанным российским поставщиком услуг в сфере информационных технологий - 413-е место; 0,189 петафлопса.
• RSC PetaStream (Санкт-Петербургский Политехнический университет Петра Великого) - 466 место; 0,171 петафлопса.

О проекте TOP500

Рейтинг TOP500 впервые был опубликован в июне 1993 года. Цель проекта — сравнение быстродействия самых мощных суперкомпьютеров в мире и демонстрация роста их производительности со временем. Участие в списке добровольное и требует исполнения теста Linpack, который определяет, насколько быстро компьютер может решать большие системы линейных уравнений. TOP500 составляется специалистами Манниверситета Теннессигеймского университета (Германия), Университета Теннесси (США) и Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (США).

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab ® по материалам