12 самых быстрых суперкомпьютеров в мире | В 2021 году

Большинству из нас компьютер, вероятно, кажется достаточно быстрым, если он может запускать видео 8K или последнюю версию Far Cry со скоростью 60 кадров в секунду без замедления. Однако существует множество сложных задач, требующих миллиардов вычислений в секунду, что не под силу настольному компьютеру с процессором i9.

Вот где пригодятся суперкомпьютеры. Они предлагают высокий уровень производительности, что позволяет правительствам и организациям решать проблемы, которые были бы невозможны с помощью обычных компьютеров.

Современные суперкомпьютеры созданы с учетом рабочих нагрузок ИИ (искусственного интеллекта). В дополнение к прогнозированию погоды, климатическим исследованиям, физическому моделированию и разведке нефти и газа суперкомпьютеры помогают ученым открывать более устойчивые строительные материалы и изучать человеческие белки и клеточные системы с высочайшей степенью детализации.

Обычно производительность суперкомпьютера измеряется в операциях с плавающей запятой в секунду (FLOPS). В области научных вычислений FLOPS является более точным показателем, чем измерение инструкций в секунду.

Знаете ли вы, что первый суперкомпьютер - Livermore Atomic Research Computer - был построен для Центра исследований и разработок ВМС США в 1960 году?

Чтобы показать вам, как далеко мы продвинулись с тех пор, мы составили подробный список самых быстрых суперкомпьютеров в мире. Все они нераспределенные компьютерные системы, работающие на Linux.

12. Секвойя

Скорость: 17,1 петафлопс
Количество ядер: 1 572 864

Производитель: IBM
Местоположение: Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, США

Sequoia использует серверы IBM BlueGene / Q для обеспечения теоретической пиковой производительности 20 петафлопс. Он имеет на 123% больше ядер и на 37% более энергоэффективен, чем его предшественник K.

Хотя машина в основном используется для моделирования ядерного оружия, она также доступна для многих научных целей, таких как изменение климата и анализ генома человека. Он также продемонстрировал свою высокую масштабируемость с помощью трехмерного моделирования электрофизиологии сердца человека.

11. ПАНГЕЯ III

Кредит:Total S.A.

Скорость: 17,8 петафлопс
Количество ядер: 291 024

Производитель: IBM
Местоположение: Центр технических и научных исследований CSTJF в По, Франция

Pangea III использует высокопроизводительную архитектуру IBM, оптимизированную для искусственного интеллекта. IBM и NVIDIA работали вместе над созданием единственного в отрасли соединения NVLink между процессорами и графическими процессорами, которое обеспечивает более чем в 5 раз более высокую пропускную способность памяти между процессором IBM POWER9 и графическими процессорами NVIDIA Tesla V100 с тензорными ядрами по сравнению с обычными системами на базе x86.

Архитектура не только улучшает производительность вычислений, но и повышает энергоэффективность. Новая система потребляет менее 10% энергии на один петафлоп, как и ее предшественники, Pangea I и II.

Pangea III имеет различные приложения, особенно в трех разных областях - сейсмические изображения для разведки и разработки, модели разработки и добычи, а также оценка активов и избирательность.

10. Лассен

Скорость: 18,2 петафлопс
Количество ядер: 288 288

Производитель: IBM
Местоположение: Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, США

Лассен предназначен для несекретного моделирования и анализа. Он установлен в той же лаборатории и использует те же строительные компоненты, что и Sierra (второй по скорости суперкомпьютер).

Хотя Sierra - большая система, Лассен сам по себе имеет приличный размер:он составляет ровно 1/6 размера своего старшего брата. Система Lassen состоит из 40 стоек, а Sierra - из 240 стоек.

Процессоры IBM Power9 и 253 терабайта основной памяти помогают Лассену достичь максимальной производительности 23 петафлопс.

9. SuperMUC-NG

Скорость: 19,4 петафлопс
Количество ядер: 305 856

Производитель: Lenovo
Расположение: Суперкомпьютерный центр Leibniz, Германия

SuperMUC-NG включает 6400 вычислительных узлов Lenovo ThinkSystem SD650 с прямым водяным охлаждением, более 700 терабайт оперативной памяти и 70 петабайт дисковой памяти.

Он подключен к мощным системам визуализации, которые содержат большой стереоскопический экран Powerwall 4K и 5-стороннюю среду искусственной виртуальной реальности CAVE.

Суперкомпьютер обслуживает европейских ученых во многих областях, включая анализ генома, гидродинамику, квантовую хромодинамику, науки о жизни, медицину и астрофизику.

8. ИИ-мост в облачной инфраструктуре

Источник:ABCI

Скорость: 19,8 петафлопс
Количество ядер: 391 680

Производитель: Fujitsu
Местоположение: Национальный институт передовых промышленных наук и технологий, Япония

Это первая в мире крупномасштабная открытая вычислительная инфраструктура ИИ, обеспечивающая максимальную производительность 32,577 петафлопс. Он имеет в общей сложности 1088 узлов, каждый из которых содержит 2 процессора Intel Xenon Gold Scalable, 4 графических процессора NVIDIA Tesla V100, 2 HCA InfiniBand EDR и 1 твердотельный накопитель NVMe.

Fujitsu Limited утверждает, что суперкомпьютер может обеспечить в 20 раз большую тепловую плотность, чем традиционные центры обработки данных, и холодопроизводительность стойки 70 кВт за счет использования горячей воды и воздушного охлаждения.

7. Троица

Скорость: 21,2 петафлопс
Количество ядер: 979 072

Производитель: Cray
Местоположение: Лос-Аламосская национальная лаборатория, США

Trinity создан для обеспечения исключительных вычислительных возможностей NNSA Nuclear Security Enterprise. Его цель - улучшить геометрическую и физическую точность кода моделирования ядерного оружия, обеспечивая при этом безопасность, надежность и эффективность ядерного арсенала.

Суперкомпьютер разрабатывался в два этапа:первый этап включал процессор Intel Xeon Haswell, а второй этап предусматривал существенное увеличение производительности с использованием процессора Intel Xeon Phi Knights Landing. Его общая пиковая производительность превышает 41 петафлопс.

6. Пиз Дэйнт

Скорость: 21,2 петафлопс
Количество ядер: 387 872

Производитель: Cray
Местоположение: Швейцарский национальный суперкомпьютерный центр, Швейцария

Этот суперкомпьютер, названный в честь горы Пиз Дайнт в Швейцарских Альпах, работает на микропроцессоре Intel Xeon E5-26xx и NVIDIA Tesla P100.

Piz Daint использует «пакетный буферный режим» DataWarp для увеличения эффективной пропускной способности к устройствам хранения и от них. Это увеличивает скорость ввода / вывода данных, облегчая анализ миллионов небольших неструктурированных файлов.

Помимо повседневных задач, он может выполнять анализ данных некоторых из самых ресурсоемких в мире проектов, таких как данные, собранные в ходе экспериментов на Большом адронном коллайдере.

Прочтите:Что такое ускоритель частиц?

5. Фронтера

Вид между двумя рядами серверов Frontera | Предоставлено:TACC

Скорость: 23,5 петафлопс
Количество ядер: 448 448

Производитель: Dell EMC
Расположение: Техасский центр передовых вычислений, США

Frontera открывает новые возможности в инженерии и исследованиях, предоставляя обширные вычислительные ресурсы, которые упрощают ученым решение многих сложных задач в широком диапазоне областей.

Frontera имеет две вычислительные подсистемы:первая ориентирована на производительность с двойной точностью, а вторая - на вычисления с потоковой памятью с одинарной точностью. Он также имеет облачные интерфейсы и несколько узлов приложений для размещения виртуальных серверов.

4. Тяньхэ-2А

Тяньхэ-2 в Национальном суперкомпьютерном центре в Гуанчжоу

Скорость: 61,4 петафлопс
Количество ядер: 4 981 760

Производитель: NUDT
Местоположение: Национальный суперкомпьютерный центр в Гуанчжоу, Китай

Имея более 16 000 компьютерных узлов, Tianhe-2A представляет собой крупнейшую в мире установку процессоров Intel Ivy Bridge и Xeon Phi. В то время как каждый узел имеет 88 гигабайт памяти, общий объем памяти (ЦП + сопроцессор) составляет 1375 мегабайт.

Китай потратил 2,4 миллиарда юаней (390 миллионов долларов США) на создание этого суперкомпьютера. Сейчас он в основном используется в приложениях для моделирования, анализа и государственной безопасности.

3. Светильник Sunway TaihuLight

Скорость: 93 петафлопса
Количество ядер: 10 649 600

Производитель: NRCPC
Местоположение: Национальный суперкомпьютерный центр в Уси, Китай

Вычислительная мощность TaihuLight обеспечивается самодельным многоядерным процессором SW26010, который включает в себя как элементы вычислительной обработки, так и элементы обработки управления.

Один SW26010 обеспечивает пиковую производительность более 3 терафлопс благодаря своим 260 обрабатывающим элементам (интегрированным в один ЦП). Каждый элемент вычислительной обработки имеет блокнотную память, которая служит управляемым пользователем кешем, что значительно сокращает узкое место памяти в большинстве приложений.

Помимо наук о жизни и фармацевтических исследований, TaihuLight использовался для моделирования Вселенной с помощью 10 триллионов цифровых частиц. Однако Китай пытается добиться гораздо большего:страна уже поставила цель стать лидером в области ИИ к 2030 году.

2. Сьерра

Изображение предоставлено Викимедиа

Скорость: 94,6 петафлопс
Количество ядер: 1 572 480

Производитель: IBM
Местоположение: Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, США

Sierra обеспечивает стабильную производительность в 6 раз и производительность рабочих нагрузок в 7 раз по сравнению с ее предшественницей Sequoia. Он сочетает в себе два типа процессорных микросхем:процессоры IBM Power 9 и графические процессоры NVIDIA Volta.

Sierra специально разработана для оценки характеристик систем ядерного оружия. Он используется для прогнозирования в управлении запасами, американской программе испытаний надежности и технического обслуживания ядерного оружия без каких-либо ядерных испытаний.

Читайте:Что такое блок тензорной обработки (TPU)? Чем он отличается от графического процессора?

1. Саммит

Изображение предоставлено:ORNL

Скорость: 148,6 петафлопс
Количество ядер: 2 414 592

Производитель: IBM
Местоположение: Национальная лаборатория Окриджа, США

Summit может обеспечить максимальную производительность 200 петафлопс. Это эквивалентно 200 квадриллионам операций с плавающей запятой в секунду.

Это также третий в мире суперкомпьютер по энергоэффективности с зарегистрированной энергоэффективностью 14,66 гигафлопс на ватт.

На более чем 4600 серверах Summit, которые занимают площадь двух баскетбольных площадок, установлено более 9 200 процессоров IBM Power9 и более 27 600 графических процессоров NVIDIA Tesla V100. Система соединена 185-мильным оптоволоконным кабелем и потребляет достаточно энергии для обеспечения работы 8 100 домов

В 2018 году Summit стал первым суперкомпьютером, преодолевшим эксафлопсный барьер. При анализе геномных данных была достигнута пиковая пропускная способность 1,88 exaops, что составляет почти 2 миллиарда миллиардов вычислений в секунду.

Соединенные Штаты стремятся к следующему году разработать полностью функциональную экосистему эксафлопсных вычислений для научных исследований, и Summit является шагом к этому.

1. Фугаку

Скорость: 442 петафлопс
Количество ядер: 7 630 848

Производитель: Fujitsu
Местоположение: Центр вычислительных наук RIKEN, Япония

С теоретической пиковой производительностью 537 петафлопс, Fugaku является самым быстрым суперкомпьютером в мире. Это также первый суперкомпьютер, работающий на процессорах ARM.

Согласно тесту HPCG, производительность Fugaku превосходит совокупную производительность следующих четырех суперкомпьютеров в мире.

Это большое достижение для правительства Японии, но создание такой мощной системы обошлось недешево. С 2014 года правительство потратило около 1 миллиарда долларов на НИОКР, приобретения и разработку приложений в рамках проекта.

Fugaku работает одновременно на двух операционных системах:Linux и «облегченной многоядерной ОС» под названием IHK / McKernel. Linux обрабатывает службы, совместимые с интерфейсом переносимой операционной системы (POSIX), а McKernel выполняет высокопроизводительное моделирование.

Он предназначен для решения приоритетных социальных и научных проблем, таких как прогнозирование погоды, разработка чистой энергии, открытие лекарств, персонализированная медицина и изучение законов квантовой механики.

Прочтите:18 самых интересных фактов о квантовых компьютерах

Часто задаваемые вопросы

Какое программное обеспечение работает на суперкомпьютерах?

Практически все современные суперкомпьютеры используют операционную систему Linux. Основная причина этого - природа Linux с открытым исходным кодом.

Поскольку суперкомпьютеры предназначены для определенных целей, им требуется специальная ОС, оптимизированная для этих конкретных требований. Оказывается, разработка и поддержка закрытых, закрытых операционных систем - очень дорогостоящий и трудоемкий процесс.

Linux, с другой стороны, бесплатен, надежен и прост в настройке. Разработчики могут настроить или сделать отдельные версии Linux для каждого из суперкомпьютеров.

Читайте:Линус Торвальдс:Человек, создавший ядро ​​Linux

Кто пользуется суперкомпьютером?

Суперкомпьютеры в основном используются учеными и исследователями для выполнения ресурсоемких задач в различных областях, включая

• Аэродинамические исследования и прогноз погоды
• Проверка надежности шифрования
• Моделирование молекулярной динамики
• Финансы и исследования рынка
• Моделирование ядерных испытаний в 3D
• Открытие лекарств
• Космические исследования

В какой стране больше всего суперкомпьютеров?

По состоянию на 2021 год в Китае насчитывается 188 из 500 самых высокопроизводительных суперкомпьютеров в мире. В США их 122, а в Японии 34 суперкомпьютера. В совокупности на две ведущие страны приходится 62% самых мощных суперкомпьютерных машин в мире.

Прочтите:13 лучших книг по информатике для чтения

Какое будущее у суперкомпьютеров?

Согласно отчету Technavio, мировой рынок суперкомпьютеров вырастет на 12,5 млрд долларов в период с 2021 по 2025 год, при этом среднегодовой темп роста в прогнозируемый период составит 20%.

Основная причина этого роста - все более широкое использование искусственного интеллекта, машинного обучения и облачных технологий. Потребность в очень сложных моделях для решения сложных вопросов физики, химии и окружающей среды может еще больше ускорить рост.

В целом, с появлением в ближайшем будущем сложных приложений, спрос на суперкомпьютеры, как следствие, будет расти. Ожидается, что государственные учреждения будут приносить наибольший доход конечным пользователям.