Суперкомпьютеры

Что это такое?

Суперкомпьютерами называют устройства с высокопроизводительной вычислительной системой, созданные для решения сверхсложных задач. Формально они отличаются от обычных единичных высокопроизводительных систем тем, что составляют кластер из множества вычислительных узлов. Благодаря концентрации мощности параллельно работающих процессоров, такие устройства способны обрабатывать колоссальные данные и выполнять крайне сложные расчеты.

Как устроены?

Суперкомпьютеры могут состоять из сотен или даже тысяч высокопроизводительных устройств, соединенных одной сетью. Производительность таких сетей может достигать сотен гигабит. Собранные в одну систему и правильно сконфигурированные между собой машины создают один большой суперкомпьютер, чья производительность будет измеряться в петафлопсах. Простыми словами суперкомпьютер может делать десятки и сотни квадриллионов операций в секунду. На то, что у человека уйдут десятилетия, а то и века, – система обработает/рассчитает/смоделирует за секунды.

Flops – единица измерения быстродействия компьютеров по количеству отдельно произведенных операций с плавающей запятой в секунду. «Пета» означает единицу с 15 нулями (квадриллион или 1 миллион миллиардов). Таким образом, 1 Петафлопс (PFLOPS) будет означать, что суперкомпьютер может совершить 10 в 15 степени операций в секунду.

Визуально современные суперкомпьютеры напоминают дата-центр, где оборудование укомплектовано в технологические стойки с подключенными системами охлаждения, пожаротушения, вентиляции, бесперебойного питания. 

Для чего используются?

Суперкомпьютеры способны решать ряд сверхсложных задач и обрабатывать колоссальные объемы данных. Их часто используют для выполнения сложных программ, требующих огромных вычислительных мощностей. В отличие от других серверных мощностей, суперкомпьютеры не решают типовые задачи, их ценность заключается в прогнозировании, моделировании или анализе действительно сложных вопросов. Сегодня они нашли свое применение в разных направлениях и сферах: метеорологии, биологии, физике, химии, вычислительной лингвистике, геологии, здравоохранении, вооружении, социологии, криптографии.

На базе суперкомпьютеров выполняют расчеты по ядерному оружию, моделируют события от паводков до полетов ракет, предсказывают землетрясения, выявляют месторождения нефти, расшифровывают ДНК, проектируют космические корабли и реакторы, исследуют новые лекарства, создают новые материалы. Их также применяют для развития искусственного интеллекта.

Как появились?

Предпосылки к созданию суперкомпьютеров начались в начале 20 века. Потребность в вычислительных и математических машинах росла с развитием оборонной, промышленной и научно-технической деятельности. Первым подобным объектом принято считать Cray-1, созданный американским инженером Сеймуром Крэем. Производительность этой машины в пиковых режимах достигала 160 миллионов операций в секунду, что полностью изменило представление о компьютерных вычислениях того времени.

В 1990-х годы началось бурное развитие технологий и суперкомпьютеры не остались в стороне. В США и Японии начали появляться машины с тысячами параллельно работающих процессоров. В гонку за производительностью включились традиционные игроки компьютерного рынка как IBM, Hewlett-Packard и другие компании. К концу 20 века машины смогли преодолеть вычислительный барьер в терафлопс (триллион операций в секунду). В начале 21 века суперкомпьютеры достигли рекордного показателя производительности в петафлопс (PFLOPS).

Рейтинг суперкомпьютеров Top500

Для оценки самых мощных вычислительных систем в мире, в 1993 году был создан специальный рейтинг. Проект Top500 дважды в год (в июне и ноябре) публикует актуальные данные на базе пройденных испытаний согласно определенным критериям оценок. Удерживать лидерские позиции в рейтинге довольно сложно из-за скорости технического прогресса.

Суперкомпьютеры в мире и в России

Из 500 машин в рейтинге больше всего суперкомпьютеров находится в Китае, США, Японии и Германии. В России насчитывается 7 суперкомпьютеров, самый мощный их которых на начало 2022 года – Червоненкис, принадлежащий компании Яндекс. Его производительность в пике составляет 29,415 PFLOPS.

Топ 5 самый мощных суперкомпьютеров в мире

№1. Fugaku

Японский кластер Фугаку возглавляет рейтинг с июня 2020 года. Он базируется в Центре вычислительных наук RIKEN в Кобэ. 

№2 Summit

Суперкомпьютер Оук-Риджской национальной лаборатории под управлением Министерства Энергетики США. С июня 2018 до 2020 года возглавлял рейтинг Top500. 

№3. Sierra

Кластер установлен компанией IBM и находится в Ливерморской национальной лаборатории. Он используется для решения задач, связанных с управлением ядерным оружием США.

№4. Sunway TaihuLight

Кластер находится в Национальном суперкомпьютерном центре Уси в Китае. С июня 2016 до 2018 года возглавлял рейтинг Top500.

№5. Perlmutter

Суперкомпьютер от компании Hewlett Packard Enterprise, находящийся в Национальном научно-исследовательском центре энергетики США.