Самые мощные суперкомпьютеры мира. Суперкомпьютеры Сравнение суперкомпьютеров

Главная → История отечественной вычислительной техники → Суперкомпьютеры

Суперкомпьютеры

Андрей Борзенко

Суперкомпьютерами называют самые быстрые компьютеры. Их основное отличие от мэйнфреймов состоит в следующем: все ресурсы такого компьютера обычно направлены на то, чтобы решить одну или в крайнем случае несколько задач насколько возможно быстро, тогда как мэйнфреймы, как правило, выполняют довольно большое число задач, конкурирующих друг с другом. Бурное развитие компьютерной индустрии определяет относительность базового понятия — то, что десять лет назад можно было назвать суперкомпьютером, сегодня под это определение уже не подпадает. Существует и такое шутливое определение суперкомпьютера — это устройство, сводящее проблему вычислений к проблеме ввода-вывода. Впрочем, и в нем есть доля истины: часто единственным узким местом в быстродействующей системе остаются именно устройства ввода-вывода. Узнать, какие суперкомпьютеры в настоящее время имеют максимальную производительность, можно из официального списка пятисот самых мощных систем мира — Top500 (http://www.top500.org), который публикуется два раза в год.

В любом компьютере все основные параметры тесно связаны. Трудно себе представить универсальный компьютер, имеющий высокое быстродействие и мизерную оперативную память либо огромную оперативную память и небольшой объем дисков. По этой причине и суперкомпьютеры характеризуются в настоящее время не только максимальной производительностью, но и максимальным объемом оперативной и дисковой памяти. Обеспечение таких технических характеристик обходится довольно дорого — стоимость суперкомпьютеров чрезвычайно высока. Какие же задачи настолько важны, что требуют систем стоимостью в десятки и сотни миллионов долларов? Как правило, это фундаментальные научные или инженерные вычислительные задачи с широкой областью применения, эффективное решение которых возможно только при наличии мощных вычислительных ресурсов. Вот лишь некоторые области, где возникают задачи подобного рода:

• предсказания погоды, климата и глобальных изменений в атмосфере;
• науки о материалах;
• построение полупроводниковых приборов;
• сверхпроводимость;
• структурная биология;
• разработка фармацевтических препаратов;
• генетика человека;
• квантовая хромодинамика;
• астрономия;
• автомобилестроение;
• транспортные задачи;
• гидро- и газодинамика;
• управляемый термоядерный синтез;
• эффективность систем сгорания топлива;
• разведка нефти и газа;
• вычислительные задачи в науках о Мировом океане;
• распознавание и синтез речи;
• распознавание изображений.

Суперкомпьютеры считают очень быстро благодаря не только использованию самой современной элементной базы, но и новым решениям в архитектуре систем. Основное место здесь занимает принцип параллельной обработки данных, воплощающий идею одновременного (параллельного) выполнения нескольких действий. Параллельная обработка имеет две разновидности: конвейерность и собственно параллельность. Суть конвейерной обработки заключается в том, чтобы выделить отдельные этапы выполнения общей операции, причем каждый этап, выполнив свою работу, передает результат следующему, одновременно принимая новую порцию входных данных. Очевидный выигрыш в скорости обработки получается за счет совмещения прежде разнесенных во времени операций.

Если некое устройство выполняет одну операцию за единицу времени, то тысячу операций оно выполнит за тысячу единиц. Если имеется пять таких же независимых устройств, способных работать одновременно, то ту же тысячу операций система из пяти устройств может выполнить уже не за тысячу, а за двести единиц времени. Аналогично система из N устройств ту же работу выполнит за 1000/N единиц времени.

Конечно, сегодня параллелизмом в архитектуре компьютеров уже мало кого удивишь. Все современные микропроцессоры используют тот или иной вид параллельной обработки даже в рамках одного кристалла. Вместе с тем сами эти идеи появились очень давно. Изначально они внедрялись в самых передовых, а потому единичных компьютерах своего времени. Здесь особая заслуга принадлежит компаниям IBM и Control Data Corporation (CDC). Речь идет о таких нововведениях, как разрядно-параллельная память, разрядно-параллельная арифметика, независимые процессоры ввода-вывода, конвейер команд, конвейерные независимые функциональные устройства и т. д.

Обычно слово «суперкомпьютер» ассоциируется с компьютерами марки Cray, хотя сегодня это уже далеко не так. Разработчиком и главным конструктором первого суперкомпьютера был Сеймур Крэй — один из самых легендарных личностей в компьютерной отрасли. В 1972 г. он уходит из компании CDC и основывает собственную компанию Cray Research. Первый суперкомпьютер CRAY-1 был разработан через четыре года (в 1976 г.) и имел векторно-конвейерную архитектуру с 12 конвейерными функциональными устройствами. Пиковая производительность Cray-1 составляла 160 млн операций/с (время такта 12,5 нс), а цикл 64-разрядной оперативной памяти (которая могла расширяться до 8 Мбайт) занимал 50 нс. Главным новшеством было, конечно, введение векторных команд, работающих с целыми массивами независимых данных и позволяющих эффективно использовать конвейерные функциональные устройства.

На протяжении 60-80-х годов внимание мировых лидеров по производству суперкомпьютеров было сосредоточено на изготовлении вычислительных систем, хорошо справляющихся с решением задач на большие объемы вычислений с плавающей точкой. Недостатка в таких задачах не ощущалось — почти все они были связаны с ядерными исследованиями и аэрокосмическим моделированием и велись в интересах военных. Стремление достичь максимальной производительности в самые сжатые сроки означало, что критерием оценки качества системы была не ее цена, а быстродействие. Например, суперкомпьютер Cray-1 стоил тогда от 4 до 11 млн долл. в зависимости от комплектации.

На рубеже 80-90-х гг. закончилась «холодная» война и на смену военным заказам пришли коммерческие. К тому времени промышленность достигла больших успехов в производстве серийных процессоров. Они обладали примерно той же вычислительной мощностью, что и заказные, но были значительно дешевле. Использование стандартных комплектующих и изменяемое количество процессоров позволило решить проблему масштабируемости. Теперь с увеличением вычислительной нагрузки можно было повышать производительность суперкомпьютера и его периферийных устройств, добавляя новые процессоры и устройства ввода-вывода. Так, в 1990 г. появился суперкомпьютер Intel iPSC/860 с числом процессоров, равным 128, который показал на тесте LINPACK производительность 2,6 Гфлопс.

В ноябре прошлого года была опубликована 18-я редакция списка 500 мощнейших компьютеров мира — Top500. Лидером списка по-прежнему остается корпорация IBM (http://www.ibm.com), которой принадлежит 32% установленных систем и 37% от общей производительности. Интересной новостью стало появление Hewlett-Packard на втором месте по количеству систем (30%). При этом, поскольку все эти системы относительно невелики, то их суммарная производительность составляет всего 15% от всего списка. Ожидается, что после слияния с Compaq обновленная компания займет доминирующее положение в этом списке. Далее по количеству компьютеров в списке идут SGI, Cray и Sun Microsystems.

Самым мощным суперкомпьютером мира оставалась по-прежнему система ASCI White (к ней мы еще вернемся), установленная в Ливерморской лаборатории (США) и показавшая производительность 7,2 Тфлопс на тесте LINPACK (58% от пиковой производительности). На втором месте стояла система Compaq AlphaServer SC, установленная в Питтсбургском суперкомпьютерном центре с производительностью в 4 Тфлопс. Замыкает список система Cray T3E с производительностью на LINPACK в 94 Гфлопс.

Стоит отметить, что список включал уже 16 систем с производительностью более 1 Тфлопс, половина из которых установлены IBM. Стабильно увеличивается число систем, представляющих собой кластеры из небольших SMP-блоков, — сейчас в списке уже 43 такие системы. Однако большинство в списке по-прежнему за массивно-параллельными системами (50%), за которыми идут кластеры, состоящие из больших SMP-систем (29%).

Типы архитектур

Основной параметр классификации параллельных компьютеров — наличие общей или распределенной памяти. Нечто среднее представляют собой архитектуры, где память физически распределена, но логически общедоступна. С аппаратной точки зрения для реализации параллельных систем напрашиваются две основные схемы. Первая — несколько отдельных систем, с локальной памятью и процессорами, взаимодействующих в какой-либо среде посредством посылки сообщений. Вторая — системы, взаимодействующие через разделяемую память. Не вдаваясь пока в технические детали, скажем несколько слов о типах архитектур современных суперкомпьютеров.

Идея массивно-параллельных систем с распределенной памятью (Massively Parallel Processing, MPP) довольно проста. Для этой цели берутся обычные микропроцессоры, каждый из которых снабжают своей локальной памятью и соединяют посредством некоей коммутационной среды. Достоинств у такой архитектуры много. Если нужна высокая производительность, то можно добавить еще процессоров, а если ограничены финансы или заранее известна требуемая вычислительная мощность, то легко подобрать оптимальную конфигурацию. Однако у MPP есть и недостатки. Дело в том, что взаимодействие между процессорами идет намного медленнее, чем обработка данных самими процессорами.

У параллельных компьютеров с общей памятью вся оперативная память разделяется между несколькими одинаковыми процессорами. Это снимает проблемы предыдущего класса, но добавляет новые. Дело в том, что число процессоров, имеющих доступ к общей памяти, по чисто техническим причинам нельзя сделать большим.

Основные особенности векторно-конвейерных компьютеров — это, конечно, конвейерные функциональные устройства и набор векторных команд. В отличие от традиционного подхода векторные команды оперируют целыми массивами независимых данных, что позволяет эффективно загружать доступные конвейеры.

Последнее направление, строго говоря, не является самостоятельным, а скорее представляет собой комбинации предыдущих трех. Из нескольких процессоров (традиционных или векторно-конвейерных) и общей для них памяти формируется вычислительный узел. Если полученной вычислительной мощности недостаточно, то объединяют несколько узлов высокоскоростными каналами. Как известно, подобную архитектуру называют кластерной.

MPP-системы

Массово-параллельные масштабируемые системы предназначены для решения прикладных задач, требующих большого объема вычислений и обработки данных. Рассмотрим их подробнее. Как правило, они состоят из однородных вычислительных узлов, включающих:

• один или несколько центральных процессоров;
• локальную память (прямой доступ к памяти других узлов невозможен);
• коммуникационный процессор или сетевой адаптер;
• иногда накопители на жестких дисках и/или другие устройства ввода-вывода.

Кроме того, в систему могут быть добавлены специальные узлы ввода-вывода и управляющие узлы. Все они связаны через некоторую коммуникационную среду (высокоскоростная сеть, коммутатор и т. п.). Что касается ОС, то здесь есть два варианта. В первом случае полноценная ОС работает только на управляющей машине, тогда как на каждом узле работает сильно урезанный вариант ОС, обеспечивающий только работу расположенной в нем ветви параллельного приложения. В другом случае на каждом узле работает полноценная UNIX-подобная ОС.

Число процессоров в системах с распределенной памятью теоретически ничем не ограничено. С помощью подобных архитектур можно строить масштабируемые системы, производительность которых растет линейно с увеличением числа процессоров. Кстати, сам термин «массивно-параллельные системы» применяется обычно для обозначения таких масштабируемых компьютеров с большим числом (десятки и сотни) узлов. Масштабируемость вычислительной системы необходима для пропорционального ускорения вычислений, но ее, увы, недостаточно. Чтобы получить адекватный выигрыш при решении задачи, требуется еще и масштабируемый алгоритм, способный загрузить полезными вычислениями все процессоры суперкомпьютера.

Напомним, что существуют две модели выполнения программ на многопроцессорных системах: SIMD (single instruction stream — multiple data streams) и MIMD (multiple instructions streams — multiple data streams). Первая предполагает, что все процессоры выполняют одну и ту же команду, но каждый над своими данными. Во второй каждый процессор обрабатывает свой поток команд.

В системах с распределенной памятью для пересылки информации от процессора к процессору необходим механизм передачи сообщений по сети, связывающей вычислительные узлы. Чтобы абстрагироваться от подробностей функционирования коммуникационной аппаратуры и программировать на высоком уровне, обычно пользуются библиотеками передачи сообщений.

Суперкомпьютеры Intel

Корпорация Intel (http://www.intel.com) хорошо известна в мире суперкомпьютеров. Ее многопроцессорные компьютеры Paragon с распределенной памятью стали такой же классикой, как векторно-конвейерные компьютеры от Cray Research.

Intel Paragon использует в одном узле пять процессоров i860 ХР с тактовой частотой 50 МГц. Иногда в один узел помещают процессоры разных типов: скалярный, векторный и коммуникационный. Последний служит для того, чтобы разгрузить основной процессор от выполнения операций, связанных с передачей сообщений.

Самая существенная характеристика новой параллельной архитектуры — тип коммуникационного оборудования. Именно от него зависят два наиболее важных показателя работы суперкомпьютера — скорость передачи данных между процессорами и накладные расходы на передачу одного сообщения.

Межсоединение сконструировано таким образом, чтобы обеспечить высокую скорость обмена сообщениями при минимальной задержке. Оно обеспечивает соединение более тысячи гетерогенных узлов по топологии двухмерной прямоугольной решетки. Однако при разработке большинства приложений можно считать, что любой узел непосредственно связан со всеми другими узлами. Межсоединение масштабируемо: его пропускная способность возрастает с увеличением числа узлов. При конструировании разработчики стремились минимизировать участие в передаче сообщений тех процессоров, которые выполняют пользовательские процессы. С этой целью введены специальные процессоры обработки сообщений, которые располагаются на плате узла и отвечают за отработку протокола обмена сообщениями. В результате основные процессоры узлов не отвлекаются от решения задачи. В частности, не происходит достаточно дорогостоящего переключения с задачи на задачу, а решение прикладных задач идет параллельно с обменом сообщениями.

Собственно передача сообщений осуществляется системой маршрутизации, основанной на компонентах маршрутизатора узлов сети (Mesh Router Components, MRC). Для доступа MRC данного узла к его памяти в узле имеется еще специальный интерфейсный сетевой контроллер, который представляет собой заказную СБИС, обеспечивающую одновременную передачу в память узла и обратно, а также отслеживающую ошибки при передаче сообщений.

Модульное строение Intel Paragon способствует не только поддержанию масштабируемости. Оно позволяет рассчитывать на то, что данная архитектура послужит основой для новых компьютеров, базирующихся на иных микропроцессорах или использующих новые технологии обмена сообщениями. Масштабируемость опирается также на сбалансированность различных блоков суперкомпьютера на самых разных уровнях; в противном случае с ростом числа узлов где-либо в системе может появиться узкое место. Так, скорость и емкость памяти узлов балансируются с пропускной способностью и задержками межсоединения, а производительность процессоров внутри узлов — с пропускной способностью кэш-памяти и оперативной памяти и т. д.

До недавнего времени одним из самых быстродействующих компьютеров был Intel ASCI Red — детище ускоренной стратегической компьютерной инициативы ASCI (Accelerated Strategic Computing Initiative). В этой программе участвуют три крупнейшие национальные лаборатории США (Ливерморская, Лос-Аламосская и Sandia). Построенный по заказу Министерства энергетики США в 1997 г., ASCI Red объединяет 9152 процессора Pentium Pro, имеет 600 Гбайт суммарной оперативной памяти и общую производительность 1800 млрд операций в секунду.

Суперкомпьютеры IBM

Когда на компьютерном рынке появились универсальные системы с масштабируемой параллельной архитектурой SP (Scalable POWER parallel) корпорации IBM (http://www.ibm.com), они достаточно быстро завоевали популярность. Сегодня подобные системы работают в различных прикладных областях — таких, как вычислительная химия, анализ аварий, проектирование электронных схем, сейсмический анализ, моделирование водохранилищ, поддержка систем принятия решений, анализ данных и оперативная обработка транзакций. Успех систем SP определяется прежде всего их универсальностью, а также гибкостью архитектуры, базирующейся на модели распределенной памяти с передачей сообщений.

Вообще говоря, суперкомпьютер SP — это масштабируемая массивно-параллельная вычислительная система общего назначения, представляющая собой набор базовых станций RS/6000, соединенных высокопроизводительным коммутатором. Действительно, кому не известен, например, суперкомпьютер Deep Blue, который сумел обыграть в шахматы Гарри Каспарова? А ведь одна из его модификаций состоит из 32 узлов (IBM RS/6000 SP), базирующихся на 256 процессорах P2SC (Power Two Super Chip).

Семейство RS/6000 — это второе поколение компьютеров IBM, основанное на архитектуре с ограниченным набором команд (RISC), разработанной корпорацией в конце 70-х годов. Благодаря этой концепции для выполнения всей работы в компьютерной системе используется очень простой набор команд. Поскольку команды просты, они могут исполняться с очень высокой скоростью а также обеспечивают более эффективную реализацию исполняемой программы. Семейство RS/6000 основано на архитектуре POWER (архитектура с производительностью, оптимизированной за счет применения модернизированного RISC) и ее производных — PowerPC, P2SC, POWER3 и т. д. Поскольку архитектура POWER сочетает концепции архитектуры RISC с некоторыми более традиционными концепциями, в результате получается система с оптимальной общей производительностью.

Система RS/6000 SP предоставляет мощность нескольких процессоров для решения самых сложных вычислительных задач. Система коммутации SP — это новейшая разработка IBM в области широкополосной межпроцессорной связи без задержек для эффективных параллельных вычислений. Несколько разновидностей узлов процессора, изменяемые размеры фрейма (стойки) и разнообразные дополнительные возможности ввода-вывода обеспечивают подбор наиболее подходящей конфигурации системы. SP поддерживается лидирующими производителями ПО в таких областях, как параллельные базы данных и обработка транзакций в реальном времени, а также основными производителями технического ПО в таких областях, как обработка сейсмических данных и инженерное конструирование.

IBM RS/6000 SP расширяет возможности приложений благодаря параллельной обработке. Система снимает ограничения по производительности, помогает избежать проблем, связанных с масштабированием и присутствием неделимых, отдельно выполняемых фрагментов. Установленные по всему миру более чем у тысячи клиентов, SP предлагают решения для сложных и объемных технических и коммерческих приложений.

Основной блок SP — это процессорный узел, который имеет архитектуру рабочих станций RS/6000. Существует несколько типов SP-узлов: Thin, Wide, High, отличающихся рядом технических параметров. Так, например, High-узлы на базе POWER3-II включают до 16 процессоров и до 64 Гбайт памяти, а вот Thin-узлы допускают не более 4 процессоров и 16 Гбайт памяти.

Система масштабируется до 512 узлов, при этом возможно совмещение узлов различных типов. Узлы устанавливаются в стойки (до 16 узлов в каждой). SP может практически линейно масштабировать диски вместе с процессорами и памятью, что позволяет получать реальный доступ к терабайтам памяти. Такое увеличение мощности упрощает наращивание и расширение системы.

Узлы связаны между собой высокопроизводительным коммутатором (IBM high-performance switch), который имеет многостадийную структуру и работает с коммутацией пакетов.

Каждый узел SP работает под управлением полноценной ОС AIX, благодаря чему можно использовать тысячи уже существующих приложений для этой ОС. Кроме того, узлы системы можно объединять в группы. К примеру, несколько узлов могут выполнять роль серверов Lotus Notes, в то время как все остальные — обрабатывать параллельную базу данных.

Управление большими системами — это всегда сложная задача. SP использует для этих целей одну графическую консоль, на которой отображаются состояния аппаратного и программного обеспечения, выполняемые задачи и информация о пользователях. Системный администратор при помощи такой консоли (управляющей рабочей станции) и прилагаемого к SP программного продукта PSSP (Parallel Systems Support Programs) решает задачи управления, в том числе управления защитой паролями и полномочиями пользователей, учета выполняемых задач, управления печатью, системного мониторинга, запуска и выключения системы.

Самые-самые

Как уже отмечалось, согласно Top500 (таблица), самый мощный суперкомпьютер современности — ASCI White, занимающий площадь размером в две баскетбольные площадки и установленный в Ливерморской национальной лаборатории. Он включает 512 SMP-узлов на базе 64-разрядных процессоров POWER3-II (в общей сложности 8192 процессора) и использует новую коммуникационную технологию Colony с пропускной способностью около 500 Мбайт/с, что почти в четыре раза быстрее коммутатора SP high-performance switch.

Первая десятка Top500 (18-я редакция)

Архитектура нового суперкомпьютера основана на зарекомендовавшей себя массивно-параллельной архитектуре RS/6000 и обеспечивает производительность в 12,3 Тфлопс (триллионов операций в секунду). Система включает в общей сложности 8 Тбайт оперативной памяти, распределенной по 16-процессорным SMP-узлам, и 160 Тбайт дисковой памяти. Доставка системы из лабораторий IBM в штате Нью-Йорк в Ливермор (Калифорния) потребовалось 28 грузовиков-трейлеров.

Все узлы системы работают под управлением ОС AIX. Суперкомпьютер используется учеными Министерства энергетики США для расчета сложных трехмерных моделей с целью поддержания ядерного оружия в безопасном состоянии. Собственно ASCI White — это третий шаг в пятиступенчатой программе ASCI, которая планирует создание нового суперкомпьютера в 2004 г. Вообще говоря, ASCI White состоит из трех отдельных систем, среди которых самой большой является White (512 узлов, 8192 процессора), а есть еще Ice (28 узлов, 448 процессоров) и Frost (68 узлов, 1088 процессоров).

Предшественником ASCI White был суперкомпьютер Blue Pacific (другое название ASCI Blue), включающий 1464 четырехпроцессорных узла на базе кристаллов PowerPC 604e/332 МГц. Узлы связаны в единую систему с помощью кабелей общей длиной почти в пять миль, а площадь машинного зала составляет 8 тыс. квадратных футов. Система ASCI Blue состоит в общей сложности из 5856 процессоров и обеспечивает пиковую производительность в 3,88 Тфлопс. Суммарный объем оперативной памяти составляет 2,6 Тбайт.

Суперкомпьютер — это километры кабелей.

Американский национальный центр по исследованию атмосферы (NCAR) выбрал IBM в качестве поставщика самого мощного в мире суперкомпьютера, предназначенного для прогнозирования климатических изменений. Система, известная под именем Blue Sky («Синее небо»), после окончательного ввода в эксплуатацию в этом году на порядок увеличит возможности NCAR в области моделирования климата. Ядром Blue Sky станут суперкомпьютер IBM SP и системы IBM eServer p690, применение которых позволит добиться пиковой производительности почти в 7 Тфлопс при объеме дисковой подсистемы IBM SSA в 31,5 Тбайт.

Суперкомпьютер, получивший название «Синий шторм» (Blue Storm), создается по заказу Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts — ECMWF). Blue Storm будет в два раза мощнее ASCI White. Для его создания необходимо 100 серверов IBM eServer p690, также известных как Regatta. Каждый системный блок размером с холодильник содержит более тысячи процессоров. В 2004 г. «Синий шторм» будет оснащен серверами нового поколения p960, которые сделают его еще в два раза мощнее. Суперкомпьютер будет работать под управлением ОС AIX. Первоначально общая емкость накопителей Blue Storm составит 1,5 петабайт, вычислительная мощь — около 23 Тфлопс. Система будет весить 130 т, а по мощи будет в 1700 раз превосходить шахматный суперкомпьютер Deep Blue.

Исследователи IBM совместно с Ливерморской национальной лабораторией ведут работы над компьютерами Blue Gene/L и Blue Gene/C. Эти компьютеры — часть начатого еще в 1999 г. с целью изучения белков 5-летнего проекта Blue Gene, в который было вложено 100 млн долл. Создание нового суперкомпьютера Blue Gene/L (200 Тфлоп) будет завершено в 2004 г. — на полгода-год раньше, чем ожидается завершение работ над более мощным компьютером Blue Gene/C (1000 Тфлоп). Проектная производительность Blue Gene/L будет, таким образом, превышать суммарную производительность 500 самых мощных компьютеров в мире. При этом новый суперкомпьютер занимает площадь, равную всего половине теннисного корта. Инженеры IBM поработали и над снижением потребления энергии — его удалось уменьшить в 15 раз.

Примечания

Тесты LINPACK .
Эталонные тесты LINPACK базируются на решении системы линейных уравнений с плотно заполненной матрицей коэффициентов над полем действительных чисел методом исключения Гаусса. Вещественные числа, как правило, представляются с полной точностью. Благодаря большому числу операций над вещественными числами результаты LINPACK принято считать эталоном производительности аппаратно-программной конфигурации в областях, интенсивно использующих сложные математические вычисления.

Earth Simulator .
По мнению журнала New Scientist, в новой, 19-й версии списка суперкомпьютеров Top500 на первое место выйдет суперкомпьютерная система для проекта Earth Simulator корпорации NEC. Она установлена в японском Институте наук о Земле (Yokohama Institute for Earth Sciences) в г. Канагава, префектура Йокогама. Разработчики утверждают, что ее пиковая производительность может достигать 40 Тфлопс.

Суперкомпьютер Earth Simulator предназначен для моделирования климатических изменений на основе данных, которые поступают со спутников. По утверждению представителей NEC, высокая производительность компьютера достигнута за счет использования специально разработанных векторных процессоров. Система базируется на 5120 таких процессорах, объединенных в 640 узлов SX-6 (по 8 процессоров в каждом). Суперкомпьютер работает под управлением ОС SUPER-UX. В числе средств разработки установлены компиляторы языков C/C++, Fortran 90 и HPF, а также средства автоматической векторизации, реализация интерфейса MPI-2 и математическая библиотека ASL/ES. Вся машина занимает площадь трех теннисных кортов (50в65 м) и использует несколько километров кабеля.

В последние годы компании по созданию и производству компьютеров работают не покладая рук. В результате количество техники в мире растет в геометрической прогрессии.

Самые мощные компьютеры

В области суперкомпьютеров происходит почти то же самое. В 1993 году профессор университета Теннесси Джек Донгарра выдвинул идею создания рейтинга самых мощных компьютеров в мире. С тех пор этот список, именуемый TOP500, обновляется дважды в год: в июне и в ноябре.

Время идет, и лидеры рейтинга суперкомпьютеров начала 90-х уже безбожно устарели даже по меркам рядовых пользователей ПК. Так, первым в 1993 году был CM-5/1024, собранный компанией Thinking Machines: 1024 процессора с тактовой частотой 32МГц, вычислительная скорость 59,7 гигафлопс – чуть быстрее обыкновенного 8-ядерного ПК под вашим столом. А какой компьютер самый лучший сегодня?

Sunway TaihuLight

В настоящий момент самым сильным компьютером в мире считается Sunway TaihuLight (в переводе – «Божественная сила света озера Тайху»), грандиозная машина со скоростью вычислений 93 петафлопс (максимальная скорость – 125,43 петафлопс). Это в 2,5 раза мощнее предыдущего рекордсмена – суперкомпьютера Тяньхэ-2, который считался самым мощным до июня 2016 года.

В «Санвей Тайхулайт» встроено 10,5 миллионов ядер (40 960 процессора, в каждом из которых по 256 вычислительных и 4 управляющих ядра).

Так выглядит самый мощный компьютер 2016 года

Все оборудование разработано и произведено в Китае, тогда как процессоры прошлого мощнейшего компьютера были произведены американской компанией Intel. Стоимость Sunway TaihuLight оценивают в $270 миллионов. Находится суперкомпьютер в Национальном суперкомпьютерном центре округа Уси.

Рекордсмены прошлых лет

Мощность Тяньхэ-2 обеспечивает выполнение 2507 триллионов операций в секунду (33,86 петафлопс в секунду), пиковая производительность – 54,9 Петафлопс. Китайская разработка возглавляла этот рейтинг с момента запуска в 2013 году – невероятно внушительный показатель!

Суперкомпьютер Тяньхэ-2

Характеристики Тяньхэ-2 таковы: 16 тысяч узлов, 32 тысячи 12-ядерных процессоров Intel Xeon E5-2692 и 48 тысяч 57-ядерных ускорителей Intel Xeon Phi 31S1P, а значит, 3120000 ядер в сумме; 256 тысяч планок оперативной памяти DDR3 по 4 Гб каждая и 176000 планок GDDR5 по 8 Гб – 2432000 Гб оперативной памяти в общей сложности. Объем жесткого диска – более 13 миллионов Гб. Однако поиграть на нем не выйдет – он предназначен исключительно для вычислений, на «Млечный путь-2» не установлена видеокарта. В частности, он помогает при расчетах для прокладки метро и городской застройки.

Jaguar

Суперкомпьютер под названием Jaguar состоит из большого количества независимых ячеек, разделенных на два раздела - XT4 и XT5. В последнем разделе находится ровно 18688 вычислительных ячеек. В каждой ячейке расположились два шестиядерных процессора AMD Opteron 2356. частотой 2.3 Ггц, 16 Гб оперативной памяти DDR2, а так же роутер SeaStar 2+. Даже одной ячейки из этого раздела хватило бы для того, чтобы создать самый мощный компьютер для игр. В разделе же содержится всего 149504 вычислительных ядер, огромное количество оперативной памяти – более 300 ТБ, а так же производительность 1.38 Петафлопс и больше 6 Петабайт дискового пространства.

Сборка компьютерного монстра

В разделе XT4 находится 7832 ячеек. У них характеристики поскромнее, чем у предыдущего раздела XT5: каждая ячейка содержит один шестиядерный процессор частотой 2,1 Ггц, 8 Гб оперативной памяти и роутер SeaStar 2. Всего в разделе 31328 вычислительных ядер и более 62 Тб памяти, а так же пиковая производительность 263 TFLOPS и более 600 ТБ дискового пространства. Суперкомпьютер Jaguar работает на собственной операционной системе Cray Linux Environment.

Пиковая скорость обработки данных у «Дорожного бегуна» составляет около 1,5 петафлопсов. Речь идет об общей мощности 3456 оригинальных серверов tri-blade, каждый из которых способен выполнять около 400 миллиардов операций в секунду (то есть 400 гигафлопов). Внутри Roadrunner расположились около 20 тысяч высокопроизводительных двухъядерных процессоров - 12 960 Cell Broadband Engine и 6948 AMD Opteron, детище самой компании IBM. У такого суперкомпьютера системная память равна 80 терабайтам.

Так сколько же пространства занимает такое чудо техники? Машина расположилась на площади равной 560 квадратным метрам. А упаковано все хозяйство департамента в сервера оригинальной архитектуры. Все оборудование весит около 23 тонн. Так что для его транспортировки сотрудникам национальной администрации по ядерной безопасности потребуется как минимум 21 крупногабаритный тягач.

Пару слов о том, что же такое петафлопс. Один петафлопс примерно равен общей мощности 100 тысяч современных ноутбуков. Если попробовать представить, то ими можно выстлать дорогу длинной практически в два с половиной километра. Еще одно доступное сравнение: все население планеты в течение 46 лет будет с помощью калькуляторов делать вычисления, которые под силу сделать Roadrunner за один день. А представьте, как ничтожно мало потребуется Sunway TaihuLigh, лидеру нашего рейтинга?

Titan

Разработкой Titan занималась компания Cray. Кроме «Титана» американские специалисты за последние годы разработали еще два суперкомпьютера. Один из них - Mira – предназначен для промышленных и научно-исследовательских нужд, а с помощью другого – Sequoia – моделируют испытания ядерного оружия. За всеми этими разработками стоит корпорация IBM.

Самый мощный компьютер в России

Суперкомпютер (англ. supercomput er, СуперЭВМ) вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам большинство существующих компьютеров. Как правило, современные суперкомпьютеры представляют собой большое число высокопроизводительных серверных компьютеров, соединённых друг с другом локальной высокоскоростной магистралью для достижения максимальной производительности в рамках подхода распараллеливания вычислительной задачи.. Супер-ЭВМ в Мюнхенском техническом университете. Супер- ЭВМ второго поколения,находящийся в ВНИИЭФ

1. Максимальная арифметическая производительность процессора; 2. эффективность работы операционной системы и удобство общения с ней для программиста; 3. Эффективность трансляции с языков высокого уровня и исключение написания программ на автокоде; 4. Эффективность распараллеливания алгоритмов для параллельных архитектур; 5. Повышение надежности.

Параллельная обработка. Если некое устройство выполняет одну операцию за единицу времени, то тысячу операций оно выполнит за тысячу единиц. Если предположить, что есть пять таких же независимых устройств, способных работать одновременно, то ту же тысячу операций система из пяти устройств может выполнить уже не за тысячу, а за двести единиц времени. Конвейерная обработка. Целое множество мелких операций таких, как сравнение порядков, выравнивание порядков, сложение мантисс, нормализация и т.п. Процессоры первых компьютеров выполняли все эти "микрооперации" для каждой пары аргументов последовательно одна за одной до тех пор, пока не доходили до окончательного результата, и лишь после этого переходили к обработке следующей пары слагаемых. Все самые первые компьютеры (EDSAC, EDVAC, UNIVAC) имели разрядно- последовательную память, из которой слова считывались последовательно бит за битом. Иерархия памяти. Иерархия памяти прямого отношения к параллелизму не имеет, однако, безусловно, относится к тем особенностям архитектуры компьютеров, которые имеет огромное значение для повышения их производительности (сглаживание разницы между скоростью работы процессора и временем выборки из памяти). Основные уровни: регистры, кэш- память, оперативная память, дисковая память. Время выборки по уровням памяти от дисковой памяти к регистрам уменьшается, стоимость в пересчете на 1 слово (байт) растет. В настоящее время, подобная иерархия поддерживается даже на персональных компьютерах.

Наиболее распространёнными программными средствами суперкомпьютеров, также как и параллельных или распределённых компьютерных систем являются интерфейс программирования приложений (API) на основе MPI и PVM, и решения на базе открытого программного обеспечения, наподобие Beowulf и openMosix, позволяющего создавать виртуальные суперкомпьютеры даже на базе обыкновенных рабочих станций и персональных компьютеров. Для быстрого подключения новых вычислительных узлов в состав узкоспециализированных кластеров применяются технологии наподобие ZeroConf. Примером может служить реализация рендеринга в программном обеспечении Shake, распространяемом компанией Apple. Для объединения ресурсов компьютеров, выполняющих программу Shake, достаточно разместить их в общем сегменте локальной вычислительной сети. В настоящее время границы между суперкомпьютерным и общеупотребимым программным обеспечением сильно размыты и продолжают размываться ещё более вместе с проникновением технологий параллелизации и многоядерности в процессорные устройства персональных компьютеров и рабочих станций. Исключительно суперкомпьютерным программным обеспечением сегодня можно назвать лишь специализированные программные средства для управления и мониторинга конкретных типов компьютеров, а также уникальные программные среды, создаваемые в вычислительных центрах под «собственные», уникальные конфигурации суперкомпьютерных систем

К первому классу (последовательные компьютеры фон Неймана) принадлежат обычные скалярные однопроцессорные системы: одиночный поток команд - одиночный поток данных (SISD). Персональный компьютер имеет архитектуру SISD, причем не важно, используются ли в ПК конвейеры для ускорения выполнения операций. Второй класс характеризуется наличием одиночного потока команд, но множественного потока данных (SIMD). К этому архитектурному классу принадлежат однопроцессорные векторные или, точнее говоря, векторно-конвейерные суперкомпьютеры. Они также имеют векторные команды и реализуют векторную обработку, но не посредством конвейеров, как в векторных суперкомпьютерах, а с помощью матриц процессоров. К третьему классу - MIMD - относятся системы, имеющие множественный поток команд и множественный поток данных. К нему принадлежат не только многопроцессорные векторные суперЭВМ, но и вообще все многопроцессорные компьютеры. Подавляющее большинство современных суперЭВМ имеют архитектуру MIMD. Четвертый класс в систематике Флинна, MISD, не представляет практического интереса. В последнее время в литературе часто используется также термин SPMD (одна программа - множественные данные). Он относится не к архитектуре компьютеров, а к модели распараллеливания программ и не является расширением систематики Флинна. SPMD обычно относится к MPP (т.е. MIMD) - системам и означает, что несколько копий одной программы.

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

Первый суперкомпьютер Atlas появился в начале 60-х годов и был установлен в Манчестерском университете. Он был в разы менее мощный, чем современные домашние компьютеры. В нашем обзоре собрана «десятка» самых мощных в истории суперкомпьютеров. Правда в связи с быстро развивающимися в этой сфере технологиями устаревают эти мощные машины в среднем за 5 лет..

Производительность современных суперкомпьютеров измеряется в петафлопсах - единице измерения, показывающей, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет компьютер. Сегодня речь пойдет о десяти самых дорогих современных суперкомпьютерах.

1. IBM Roadrunner (США)

$ 130 млн
Roadrunner был построен IBM в 2008 году для Национальной лаборатории в Лос-Аламосе (Нью-Мексико, США). Он стал первым в мире компьютером, чья средняя рабочая производительность превысила 1 петафлопс. При этом он был рассчитан на максимальную производительность в 1,7 петафлопса. Согласно списка Supermicro Green500, в 2008 году Roadrunner был четвертым по энергоэффективности суперкомпьютером в мире. Списан Roadrunner был 31 марта 2013 года, после чего его заменили меньшим по размерам и более энергоэффективным суперкомпьютером под названием Cielo.

2. Vulcan BlueGene/Q (США)

$ 100 млн
Vulcan – суперкомпьютер, состоящий из 24 отдельных блоков-стоек, который был создан IBM для Министерства энергетики и установлен в Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора, штат Калифорния. Он имеет пиковую производительность в 5 петафлопсов и в настоящее время является девятым по скорости суперкомпьютером в мире. Vulcan вступил в строй в 2013 году и сейчас используется Ливерморской национальной лабораторией для исследований в области биологии, физики плазмы, климатических именений, молекулярных систем и т. д.

3. SuperMUC (Германия)

$ 111 млн
SuperMUC в настоящее время является 14-м по скорости суперкомпьютером в мире. В 2013 году он был 10-м, но развитие технологий не стоит на месте. Тем не менее, он в данный момент является вторым по скорости суперкомпьютером в Германии. SuperMUC находится в ведении Лейбницкого суперкомпьютерного центра при Баварской академии наук рядом с Мюнхеном.

Система была создана IBM, работает на оболочке Linux, содержит более 19000 процессоров Intel и Westmere-EX, а также имеет пиковую производительность чуть более 3 петафлопсов. SuperMUC используется европейскими исследователями в областях медицины, астрофизики, квантовой хромодинамики, вычислительной гидродинамики, вычислительной химии, анализа генома и моделирования землетрясений.

4. Trinity (США)

$ 174 млн
Можно было бы ожидать, что подобный суперкомпьютер (учитывая то, для чего он строится) должен быть безумно дорогим, но благодаря развитию технологий стало возможным удешевление цены Trinity. Правительство США собирается использовать Trinity для того, чтобы поддерживать эффективность и безопасность ядерного арсенала Америки.

Trinity, который строится в настоящее время, станет совместным проектом Сандийской национальной лаборатории и Лос-Аламосской национальной лаборатории в рамках программы Прогнозного моделирования и вычислительной обработки данных Национальной администрации по ядерной безопасности.

5. Sequoia BlueGene/Q (США)

$ 250 млн
Суперкомпьютер Sequoia класса BlueGene/Q был разработан IBM для Национальной администрации по ядерной безопасности, в рамках программы Прогнозного моделирования и вычислительной обработки данных. Он был запущен в эксплуатацию в июне 2012 года в Ливерморской национальной лаборатории и стал на тот момент самым быстрым суперкомпьютером в мире. Сейчас он занимает третье место в мире по скорости (теоретический пик производительности Sequoia - 20 петафлопсов или 20 триллионов вычислений в секунду).

Стабильно компьютер работает при 10 петафлопсах. Используется Sequoia для поддержки различных научных приложений, изучения астрономии, энергетики, человеческого генома, изменения климата и разработки ядерного оружия.

6. ASC Purple и BlueGene / L (США)

$ 290 млн
Эти два суперкомпьютера работали вместе. Они были построены IBM и установлены в 2005 году в Ливерморской национальной лаборатории. Из эксплуатации они были выведены в 2010 году. На момент создания ASC Purple занимал 66-е место по скорости в списке топ-500 суперкомпьютеров, а BlueGene / L был предыдущим поколением модели BlueGene / Q.

ASCI Purple был построен для пятого этапа программы Прогнозного моделирования и вычислительной обработки данных Министерства энергетики США, а также Национальной администрации по ядерной безопасности. Его целью являлась симуляция и замена реальных испытаний оружия массового уничтожения. BlueGene/L использовали для прогнозирования глобального изменения климата.

7. Sierra и Summit (США)

$ 325 млн
Nvidia и IBM скоро помогут Америке вернуть лидирующие позиции в области сверхскоростных суперкомпьютерных технологий, научных исследований, а также экономической и национальной безопасности. Оба компьютера будут закончены в 2017 году.

В настоящее время самым быстрым суперкомпьютером в мире является китайский Tianhe-2, который способен достигнуть мощности в 55 петафлопсов, что в два раза больше, чем устройство, находящееся на втором месте в списке. Sierra будет выдавать более чем 100 петафлопсов, в то время как Summit сможет развить 300 петафлопсов.

Sierra, которая будет установлена в Ливерморской национальной лаборатории, будет обеспечивать безопасность и эффективность ядерной программы страны. Summit заменит устаревший суперкомпьютер Titan в национальной лаборатории Oak Ridge и будет предназначаться для тестирования и поддержки научных приложений по всему миру.

8. Tianhe-2 (Китай)

$ 390 млн
Китайский Tianhe-2 (что переводится как "Млечный путь-2") является самым быстрым суперкомпьютером в мире. Компьютер, разработанный командой из 1300 ученых и инженеров, находится в Национальном суперкомпьютерном центре в Гуанчжоу. Он был построен китайским Оборонным научно-техническим университетом Народно-освободительной армии Китая. Tianhe-2 способен выполнять 33 860 триллионов вычислений в секунду. К примеру, один час расчетов суперкомпьютера эквивалентен 1000 годам работы 1,3 миллиарда человек. Используется машина для моделирования и анализа правительственных систем безопасности.

9. Earth Simulator (Япония)

$ 500 млн
"Симулятор Земли" был разработан японским правительством еще в 1997 году. Стоимость проекта составляет 60 млрд иен или примерно $ 500 млн. Earth Simulator был завершен в 2002 году для агентства аэрокосмических исследований Японии, Японского научно-исследовательского института по атомной энергии и Японского центра морских и наземных исследований и технологий.

ES был самым быстрым суперкомпьютером в мире с 2002 по 2004 годы, а служит он и поныне для работы с глобальными климатическими моделями, для оценки последствий глобального потепления и оценки проблем геофизики коры Земли.

10. Fujitsu K (Япония)

$ 1,2 млрд
Самый дорогой в мире суперкомпьютер всего лишь четвертый по скорости в мире (11 петафлопсов). В 2011 году он был самым быстрым суперкомпьютером в мире. Fujitsu K, расположенный в Институте передовых вычислительных технологий RIKEN, примерно в 60 раз быстрее, чем Earth Simulator. На его обслуживание уходит порядка $ 10 млн в год, а использует суперкомпьютер 9,89 МВт (сколько электроэнергии используют 10 000 загородных домов или один миллион персональных компьютеров).

Стоит отметить, что современные учёные шагнули так далеко, что уже появились .