10 самых мощных суперкомпьютеров в мире

История появления

На сегодняшний день в ученом сообществе нет точного ответа на вопрос, что лежало у истоков зарождения вычислительных машин. Большинство склоняются к мнению, что первым компьютером являлся абак — счетная доска, применявшаяся для арифметических решений еще в Древнем Риме и Греции. Некоторые уверены, что прообразом служил антикитерский механизм. Третьи уверяют, что компьютер появился благодаря разностной машине Чарльза Беббиджа XIX века. Так или иначе, век цифровых технологий принес в мир первое автоматизированное компьютерное устройство.

История компьютеров берет свое начало с появления ряда устройств, собранных Конрадом Цузе. Это были первые суперкомпьютеры, с возможностью программирования и задания функций. Немецкий инженер прославился по всему миру благодаря созданию компьютера Z1 с рукоятью ручного управления.

Практически одновременно с успехами Конрада британцы также активно вели разработку вычислительных машин, необходимых им для сложных математических операций в военное время. Так была создана секретная вычислительная машина Colossus, уничтоженная после окончания Второй Мировой Войны.

Америка не отставала от мирового сообщества и занималась разработкой собственных идей. Первое устройство вычислительной техники США называлось Model K, затем появился компьютер ABC. И уже после этого американцам удалось создать известный по всему миру электронный числовой интегратор и вычислитель с кодовым названием ENIAC. В дальнейшем именно эти технологии стали применяться для массового производства ПК.

Тогда же в военные годы появилось и известный всем программистам термин «баг», который в прямом переводе означает — жучок. Баг — это ошибка, мешающая работе вычислительной техники.  Термин был придуман Грейсом Хоппером после того, как он обнаружил моль на стенке компьютера.

Эра транзисторов привнесла в мир усовершенствованные и громоздкие автоматические машины. Вычислительная техника заявили о себе на весь мир, когда 1 мая 1997 года состоялся поединок в шахматы между машиной и человеком. Чемпион мира по шахматам Гарри  Каспаров потерпел поражения от искусственного интеллекта — компьютер компании IBM с кодовым названием Deep Blue. Компьютеру понадобилось всего 19 ходов, чтобы опередить соперника. Так появились шахматные суперкомпьютеры.

Отечественные суперкомпьютеры

Российские суперкомпьютеры берут свою историю с первого электронного математического вычислителя БЭСМ-6, разработанного в 1967 году. В 1980-ые годы активно разрабатывались такие суперкомпьютерные решения, как «Эльбрус» и «Электроника СС-БИС».  С распадом СССР развитие производства приостановилось и полноценно возобновилось только в 1996 году, благодаря усилиям российской академии наук.

Основным разработчиком российских суперкомпьютеров является компания «Т-платформы». Самый мощный российский компьютер на сегодняшний день установлен в МГУ и занимает 22 место в мировом рейтинге супермашин.

Supercomputing Drug Screening for Deadly Heart Arrhythmias

Using XSEDE supercomputers, scientists have developed for the first time a way to screen drugs through their chemical structures for induced arrhythmias. Death from sudden cardiac arrest causes the most deaths by natural causes in the U.S. estimated at 325,000 per year. «Stampede 2 offered a large array of powerful multi-core CPU nodes, which we were able to efficiently use for dozens of molecular dynamics runs we had to do in parallel. Such efficiency and scalability rivaled and even exceeded other resources we used for those simulations including even GPU equipped nodes,» Vorobyov added.

В тридцатке сильнейших в мире

Согласно данным мирового рейтинга суперкомпьютеров Топ-500, в его последнюю 54 редакцию от ноября 2019 г. вошли три российских вычислительных комплекса. На 29 строчке разместился дебютант мирового Топ-500, суперкомпьютер Christofari, представленный Sbercloud (Сбербанк) всего две недели назад.

На позиции под номером 107 разместился суперкомпьютер «Ломоносов-2» вычислительного центра МГУ, долгое время возглавлявший рейтинг топ-50 мощнейших компьютеров России и СНГ. В предыдущей – 53 редакции мирового рейтинга Топ-500 за июль 2019 г, «Ломоносов-2» занимал 93 позицию.

Строчку под номером 465 в новейшем Топ-500 заняла система Cray XC40, установленная в Росгидромете. В предыдущей редакции Топ-500 этот суперкомпьютер находился на 364 месте.

Таким образом, позиция России впервые за несколько редакций Топ-500 значительно улучшилась – как по количеству систем в рейтинге, так и по суммарной мощности представленных систем.

Тяньхэ-2

Суперкомпьютер Tianhe-2 («Млечный путь»), а, точнее, уже дополненная и модернизированная версия 2А, была разработана сотрудниками компании Inspur и научно-технического университета Народно-освободительной армии Китая. В июле 2013 года модель считалась самой производительной в мире и уступила пальму первенства только другому китайскому компьютеру TaihuLight. На сборку ЭВМ потратили около 200 млн долларов.

READ  Самые большие змеи в мире

Сначала вычислительная система находилась на территории университета, а затем была перемещена в суперкомпьютерный центр в Гуанчжоу. Общая площадь, которую она занимает – около 720 кв. м. Энергопотребление модели составляет 17,8 МВт, что делает ее использование менее выгодным по сравнению с более современными версиями.

Техника построена на базе 80 тысяч ЦПУ Intel Xeon и Xeon Phi. Объем оперативной памяти – 1400 Гбайт, количество вычислительных ядер – больше 3 миллионов. На суперкомпьютере установлена операционная система Kylin Linux. Первые показатели работы системы – 33,8 Пфлопс, современная модификация достигает скорости вычислений 61,4 Пфлопс, максимальная – 100,679 Пфлопс.

СуперЭВМ создали по требованию китайского правительства, его основными задачами являются расчеты для проектов национального масштаба. С помощью системы решаются вопросы безопасности Китая, выполняется моделирование и анализ большого количества научной информации.

Взгляд в будущее

Современные технологии не стоят на месте, научное сообщество постоянно ищет пути решения вычислительных проблем. Чтобы оценить скорость развития вычислительной техники достаточно лишь проследить новинки среди планшетов, телефонов и ноутбуков. Вчерашний лидер рейтинга — завтра уже устаревшая на рынке модель.  На сегодняшний день идет активное изучение и разработка параллельных систем, которые смогли бы заменить громоздкие суперкомпьютеры.

Не смотря на скорость и производительность супермашин, они имеют ряд проблем, над решением которых и трудится научное сообщество.

Сложности вычислительной супертехники:

громоздкий объем;

Для того чтобы производительность суперкомпьютера в десятки раз превышала обычный компьютер, их объединяют в одну систему. Таким образом, суперкомпьютер занимает огромные помещения и весит больше 1 тонны, что значительно усложняет его повсеместное использование в науке.

экологические проблемы;

У любой мощности есть своя цена. Ни для кого не секрет, что огромные вычислительные машины потребляют большое количество энергии и негативно влияют на окружающую среду. Так что еще одной ключевой проблемой для усовершенствования суперкомпьютера является возможность повышения эффективности охлаждения корпуса.

мощность.

Современное научное общество уже пришло к уменьшение компьютерного чипа до крохотной кнопки. Теперь дело стоит за специальной сборкой, которая поможет суперкомпьютеру быть меньше, быстрее, производительнее.

Что же ожидает нас в будущем с развитием суперкомпьютеров?

Ученые предполагают, что к 2025 году суперкомпьютер будет способен заменить человеческий интеллект. Создание искусственного интеллекта во многом автоматизирует большинство рутинных процессов. Искусственный разум будет способен заменить множество профессий, объединив их в одно целое.

К 2030 году суперкомпьютеры достигнут такой мощности, чтобы определять всю погоду на земле за 2 недели и предотвращать природные катаклизмы.

Виртуальная реальность — еще одна разработка научного сообщества. Мы уже знакомы с имитацией мира по компьютерным симуляторам. В ближайшем будущем виртуальная реальность — не выдумка, а реальная возможность супермашин.

Какие задачи могут решать

В современном мире время имеет такую же высокую стоимость, как и деньги. Основная задача суперкомпьютера — считать в кратчайшие сроки большие массивы данных. Для этого производительность суперкомпьютера должна в десятки раз превышать обычный ПК.

Решаемые задачи могут быть абсолютной из любой области науки, где используются статистические данные и математическое моделирование. Суперкомпьютеры повсеместно используются для производства оружия, самолетов, в автомобильной промышленности, в строительстве дорог и домов, в научных и космических исследованиях, в конструкторских разработках, в медицине и создании новых лекарств, а также в метеорологии.

Глобальный суперкомпьютерный рынок: тренды и перспективы

В последней редакции Топ-500 значительным образом укрепилась позиция Китая. ПО числу входящих в рейтинг систем страна лидирует с огромным отрывом: 228 суперкомпьютеров, или 45,6% всего списка. Системы из США, в свою очередь, представлены 117 комплексами (23,4%), однако они в сумме демонстрируют большую суммарную производительность – 37,1 % от суммарной мощности топ500, против 32,2% в сумме у всех систем из Китая.

Рейтинг стран по производительности в последнем топ500

Третье место в зачете рейтинга по странам у Японии с ее 29 системами, далее располагается Франция (18), Германия (16), Голландия (15), Ирландия (14) и Великобритания (11).

Пятьсот самых мощных суперкомпьютеров планеты обладают суммарной мощностью 1,65 экзафлопс (1018, квинтиллионов, или миллион триллионов операций с плавающей запятой в секунду). Минимальная производительность для входа в рейтинг выросла до 1,14 петафлопс, хотя еще полгода назад для этого было достаточно 1,02 петафлопс.

Десятка лидеров рейтинга за полгода не изменилась: первые две строчки принадлежат американским системам Summit и Sierra производства IBM на процессорах Power9 и ускорителях Nvidia Tesla V100 (148,6 петафлопс и 94,6 петафлопс соответственно). Тройку лидеров замыкает китайская система Sunway TaihuLight производительностью 93,0 петафлопс на процессорах Sunway SW26010.

Китайское доминирование в рейтинге отражено числом вошедших в него систем китайского производства: 174 от Lenovo, 71 от Sugon и 65 от Inspur. Cray, недавно приобретенная HPE, находится лишь на четвертой строчке с 36 системами, на пятом – собственно HPE с 35 системами.

Лидеры топ500. Вендоры, суммарная производительность

По-прежнему безоговорочным лидером на процессорном уровне остается Intel – на ее чипах (преимущественно Xeon и Xeon Phi разных поколений) собраны 470 из всех 500 систем рейтинга. IBM занимает второе место с 14 системами, десять из которых собраны на чипах Power, четыре на чипах Blue Gene/PowerPC. Чипы AMD представлены в рейтинге тремя системами. Пока что в списке нет ни одной системы на чипах Arm, но они ожидаются ближе к 2021 г.

Лидеры топ500. Вендоры, суммарное число систем

Среди поставщиков ускорителей в рейтинге доминирует Nvidia: 136 из 145 систем списка оснащены ее акселераторами. Полгода назад рейтинг включал только 134 системы с ускорителями.

  • Короткая ссылка
  • Распечатать

Oakforest-Pacs

Мощность суперкомпьютера – 13,6 Пфлоп/сек

Fujitsu – компания из страны Восходящего Солнца, не остановилась в работе, выпустив суперкомпьютер K Computer, они сразу же принялись за новый проект. Этим проектом стал суперкомпьютер Oakforest-Pacs, который относят к машинам нового поколения (поколение Knights landing). Его разработку заказали Токийский и Цукубский университеты. По первоначальному плану, память аппарата должна была быть 900 Тбайт, а производительность Oakforest-Pacs составляла бы 25 квадраллионов операций в секунду. Но при нехватке финансирования, не было доработано множество аспектов, поэтому мощность суперкомпьютера составила 13,6 петафлопс в секунду.

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 

Paperspace Joins NVIDIA DGX-Ready Software Program

AI cloud computing Paperspace announced Paperspace Gradient is certified under the new NVIDIA DGX-Ready Software program. The program offers proven solutions that complement NVIDIA DGX systems, including the new NVIDIA DGX A100, with certified software that supports the full lifecycle of AI model development. «We developed our NVIDIA DGX-Ready Software program to accelerate AI development in the enterprise,» said John Barco, senior director of DGX software product management at NVIDIA. «Paperspace has developed a unique CI/CD approach to building machine learning models that simplifies the process and takes advantage of the power of NVIDIA DGX systems.»

Piz Daint

Суперкомпьютер Piz Daint достаточно долго (с 2013 до 2018 года) занимал третье место в рейтинге самых мощных вычислительных систем в мире. В то же время он остается самым производительным компьютером Европы. Стоимость проекта составила около 40 млн швейцарских франков.

Модель получила название в честь одноименной территории в Швейцарских Альпах и находится в национальном суперкомпьютерном центре. Оборудование, из которого состоит СуперЭВМ, располагается в 28 стойках. Для работы техники требуется 2,3 МВт электричества, и по этому показателю Piz Daint обеспечивает лучшую удельную производительность – 9,2 Пфлопс/МВт.

В составе ЭВМ есть другой суперкомпьютер Piz Dora, сначала работавший отдельно. После объединения мощностей швейцарские разработчики получили вычислительную систему с 362 тысячами ядер (процессоры Xeon E5-2690v3) номинальной производительностью 21,23 Пфлопс. Максимальная скорость работы – 27 Пфлопс.

Основные задачи суперкомпьютера – расчеты для исследований в области геофизики, метеорологии, физике и климатологии. Одно из приложений для ЭВМ, COSMO, представляет собой метеорологическую модель и используется метеослужбами Германии и Швейцарии для получения высокоточных прогнозов погоды.

READ  Самые большие змеи в мире

Christofari и другие участники Топ 500 из России

Несмотря на недавний официальный анонс самого мощного российского суперкомпьютера Christofari, некоторые подробности о его архитектуре и производительности стали известны лишь сегодня из описания на сайте Топ-500. Система, созданная специалистами Сбербанка и Sbercloud в содружестве с Nvidia, выполнена на базе 24-ядерных процессоров Xeon Platinum 8168 с тактовой частотой 2,7 ГГц и графических ускорительных модулей Nvidia DGX-2.

Тройка российских суперкомпьютеров в новейшем топ500

Количество вычислительных ядер в системе Christofari в настоящее время составляет 99,6 тыс. (суммарно по процессорным и графическим чипам), при этом общий объем установленной памяти равен 115,2 тыс. ГБ. В качестве межузлового интерконнекта используется высокопроизводительная технология Mellanox InfiniBand EDR.

Система работает под управлением ОС Ubuntu 18.04.01, с использованием компиляторов Nvidia NVCC 10 и Intel Composer XE, математических библиотек Intel MKL и Nvidia CUDA BLAS, а также библиотеки интерфейса обмена данными OpenMPI-3.1.4-cuda.

Производительность суперкомпьютера Christofari в тестах Linpack зарегистрирована в итоговых данных Топ-500 на уровне 6,669 петафлопс, теоретическая пиковая производительность – на уровне 8,789 петафлопс.

Для сравнения: занимающий 107 строчку мирового рейтинга российский суперкомпьютер «Ломоносов-2», созданный компанией «Т-Платформы», выполнен на 14-ядерных процессорах Xeon E5-2697v3 с тактовой частотой 2,6 ГГц и 12-ядерных процессорах Intel Xeon Gold 6126 с тактовой частотой 2,6 ГГц, а также с применением графических ускорителей Nvidia K40m/P-100 (64 384 вычислительных ядер в сумме). В качестве интерконнекта используется шина Infiniband FDR, в качестве программной обвязки – ОС Linux с компилятором GCC, библиотеками MKL, cuBLAS и OpenMPI-1.10.7. Производительность системы зарегистрирована на уровне 2,478 петафлопса (теоретически на пике до 4,946 петафлопс).

Занимающий 465 строчку в новейшем Топ-500 суперкомпьютер Росгидромета на базе платформы Cray XC40-LC после последней модернизации, проведенной компанией «Т-Платформы» в ноябре 2018 г. включает 976 вычислительных узлов с двумя процессорами Intel Xeon E5-2697v4 и 128 ГБ оперативной памяти на узел с общей производительностью в 1293 Тфлопс (всего 35 136 вычислительных ядер). Вычислительная мощность суперкомпьютерной системы Росгидромета заявлена на уровне 1,2 петафлопс (до 1,29 петафлопс на пике).

Суперкомпьютер Summit

Скорость: 148,6 петафлопсЯдра: 2,414,592

Поставщик: IBM.Расположение: Национальная лаборатория Ок-Риджа, США.

Summit является самым быстрым суперкомпьютером в мире, который может обеспечить 200 петафлопс в пике. Это эквивалентно 200 квадриллионам операций с плавающей запятой в секунду.

Это также третий по величине энергосберегающий суперкомпьютер в мире с зарегистрированной эффективностью энергопотребления 14,66 гигафлопс на ватт.

На 4600+ серверах Summit, занимающих два баскетбольных поля, размещено более 9 200 процессоров IBM Power9 и более 27 600 графических процессоров NVIDIA Tesla V100. Система соединена волоконно-оптическим кабелем длиной 298 км и потребляет достаточно энергии для работы 8 100 домов.

В 2018 году Summit стал первым суперкомпьютером, преодолевшим эксафлопный барьер. Анализируя геномные данные, он достиг пиковой пропускной способности в 1,88 эксафлопс, что составляет почти 2 миллиарда миллиардов вычислений в секунду.

11/2019 Highlights

Since June 2019 only Petaflop systems have been able to make the list. The total aggregate performance of all 500 system has now risen to 1.65 Exaflops.

Two IBM build systems called Summit and Sierra and installed at DOE’s Oak Ridge National Laboratory (ORNL) in Tennessee and Lawrence Livermore National Laboratory in California kept the first two positions in the TOP500 in the USA.  

The share of installations in China continues to rise strongly. 45.6 % of all system are now listed as being installed in China. The share of system listed in the USA remains near it’s all time low at 23.4 %. However, systems in the USA are on average larger, which allowed the USA (37.1%) to stay close to China (32.3%) in terms of installed performance.

There were no changes to the top of the list at all. The first new system shows up only at position 24! It is an IBM Power based system utilizing NVidia Volta GV100 which allowed it to capture the No 3 spot on the Green500 list.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: