Суперкомпьютеры наступают: ТОП-10 мощнейших компьютеров мира

10. K computer (Япония)

Установленный в 2011 году в Институте физико-химических исследований в Кобе K computer является самым старым и слабым (если таковым вообще можно назвать 10-петафлопсное решение) представителем первой десятки. Для сравнения, процессор Core i7-8700K производит вычисления с плавающей запятой со скоростью всего 48 гигафлопс, а видеокарта GeForce GTX 1080 — 11 терафлопс. Один петафлопс равняется тысяче терафлопс или миллиону гигафлопс.

Построен K computer силами компании Fujitsu (на нашем рынке больше известна как производитель кондиционеров), которая разработала и произвела для него 88 тысяч восьмиядерных процессоров SPARC64 VIIIfx. Эта уникальная процессорная архитектура хоть и проигрывает девяти другим суперкомпьютерам в тесте Linpack (плотные системы линейных алгебраических уравнений), который считается основным при формировании рейтинга TOP500.org, но по сей день удерживает планку первенства в альтернативном тесте HPCG benchmark (разреженные матрицы).

Производительные персональные компьютеры

Принадлежит K computer еще и антирекорд среди суперкомпьютеров первой десятки — худшее соотношения производительности и энергопотребления (менее 1 PFLOPS на 1 МВт). Применяется K computer для медицинских и климатических исследований.

9. Oakforest-PACS (Япония)

На девятом месте всемирного рейтинга вычислительной мощности TOP500.org расположился еще один «японец» — Oakforest-PACS из Объединенного центра продвинутых высокопроизводительных вычислений с показателем 13 петафлопс. А по результатам бенчмарка IO-500, он является суперкомпьютером с самой быстрой дисковой подсистемой, которая состоит из сетевой файловой системы DataDirect Networks ES14KX с усредненной скоростью чтения-записи 600 ГБ/с и дополнительного кеша Infinite Memory Engine со скоростью 742 ГБ/с для мелких файлов.

Построен Oakforest-PACS вышеупомянутой компанией Fujitsu, но уже на базе восьми тысяч куда более энергоэффективных, чем применявшиеся ранее SPARC, 68-ядерных чипов Intel Xeon Phi 7250 (5 PFLOPS на 1 МВт), представляющих собой нечто среднее между процессором и видеокартой (большое количество относительно слабых ядер). Используется Oakforest-PACS для исследований в области физики и химии.

Линейка процессоров Intel Xeon

8 – 7. Cori и Trinity (оба в США)

Суперкомпьютеры Cori и Trinity довольно-таки похожи: оба расположены в США (Национальный энергетический научно-исследовательский компьютерный центр в Беркли и Лос-Аламосская национальная лаборатория соответственно), оба основаны на чипах Intel Xeon Phi 7250, оба выдают производительность на уровне 14 петафлопс и оба построены компанией Cray Inc., которую некогда основал тот самый Сеймур Крэй. Работают Cori и Trinity под управлением операционной системы Cray Linux Environment, способной оперировать миллионом процессорных ядер и петабайтом (миллионом гигабайт) оперативной памяти. Основной сферой применения Cori и Trinity является атомная энергетика.

6. Sequoia (США)

В то время как преобладающее большинство суперкомпьютеров из первой десятки используют видеокарты, Sequoia из Ливерморской национальной лаборатории, как и вышеупомянутый K computer, построен по старинке на одних лишь процессорах. А с учетом того что строителем Sequoia являетcя компания IBM, то и процессоры были выбраны IBM A2 с 16 ядрами архитектуры Power ISA. Суммарное количество ядер равняется 1.5 миллиона, что результирует в производительность 17 петафлопс.

Управляется Sequoia посредством операционной системы Red Hat Enterprise Linux, которая, в отличие от сугубо суперкомпьютерной Cray Linux Environment, вполне пригодна для домашнего или офисного использования. С помощью Sequoia изучаются астрономические явления и человеческий геном.

5. Titan (США)

Среди геймеров и компьютерных энтузиастов бытует ошибочное предубеждение, что процессоры AMD плохо сочетаются с видеокартами NVIDIA. «Как бы не так!», — с железной уверенностью утверждают инженеры Cray Inc., построившие суперкомпьютер Titan мощностью 17 петафлопс в Окриджской национальной лаборатории (один из давнейших и постоянных клиентов компании Cray).

Причем построен Titan не с нуля, а путем «апгрейда» существовавшего ранее суперкомпьютера Jaguar. К уже имевшимся 16-ядерным процессорам AMD Opteron 6274 были добавлены серверные видеокарты NVIDIA Tesla K20X, каждая с 2688 микроядрами CUDA. Благодаря Titan, ученые получили возможность смоделировать процессы сгорания топлива, изменения магнитных свойств материалов под воздействием температуры и поведение нейтронов в ядерном реакторе.

4. Gyoukou (Япония)

Мощнейшей вычислительной системой Японии является Gyoukou (19 PFLOPS), которую совместно спроектировали компании ExaScaler и PEZY Computing по заказу Агентства морских и земных наук и технологий. Что необычно, 16-ядерные процессоры Xeon D-1571 и 2048-микроядерные сопроцессоры PEZY-SC2 охлаждаются путем полного погружения в маслянистую жидкость.

Из всех суперкомпьютеров мира именно Gyoukou является самым многоядерным (суммарно почти 20 миллионов микроядер), а также самым энергоэффективным из топ-десятки (15 PFLOPS на 1 МВт). Установлены на нем операционная система CentOS (также подходит для дома) и набор программного обеспечения Earth Simulator, предназначенный для прогнозирования изменений климата на многие годы вперед.

3. Piz Daint (Швейцария)

В Швейцарском национальном суперкомпьютерном центре находится сразу три суперкомпьютера из списка TOP500.org, мощнейшим из которых является Piz Daint. Изначально его мощность равнялась лишь 6 петафлопсам, но спустя несколько лет его модернизировали аж до 20. В итоге он стал не только мощнейшим в Европе, но и третьем в мире, опередив японские и американские системы.

Построен Piz Daint компанией Cray на базе 12-ядерных процессоров Xeon E5-2690v3 и серверных видеокарт NVIDIA Tesla P100 с 3840 микроядрами CUDA (новее и мощнее только Tesla V100 c 5120 микроядрами). Основная сфера применения — науки о жизни (биология, медицина и их современные производные).

Процессоры Coffee Lake (8-е поколение)

2. Tianhe-2 (Китай)

Два мощнейших на данный момент суперкомпьютера мира принадлежат Китаю. Бывший лидер, а нынче номер два — Tianhe-2, разработанный компанией Inspur (33 PFLOPS) — установлен в Оборонном научно-техническом университете НОАК в городе Чанша. В его основе лежат 12-ядерные процессоры Intel Xeon E5-2692 и 57-ядерные сопроцессоры Intel Xeon Phi 31S1P. Энергопотребление у Tianhe-2 рекордно высокое — 18 МВт. Занимается этот суперкомпьютер анализом данных по вопросам госбезопасности.

1. Sunway TaihuLight (Китай)

Наконец, неоспоримым первым номером является Sunway TaihuLight из Национального суперкомпьютерного центр в Уси с мощностью 93 петафлопса, что аж втрое превосходит ближайшего преследователя. Добиться столь высокой производительности удалось благодаря RISC-процессорам собственной китайской разработки — Sunway SW26010 с 4 мощными ядрами и 256 микроядрами. Суммарное количество ядер Sunway TaihuLight составило 10 миллионов (второй в мире показатель), а объем оперативной памяти — рекордные 1.3 эксабайта (миллиард гигабайт). Основные направления исследований Sunway TaihuLight — индустриальное проектирование, фармакология и разведка нефти.

Дальнейшие перспективы

Благодаря большому отрыву от преследователей, Sunway TaihuLight, скорее всего, будет оставаться мировыми лидером еще не один год. Тем более, что путем добавления монтажных шкафов со стоечными серверами его производительность в теории можно довести до 100+ петафлопс. А вот в первой десятке TOP500.org с очередным обновлением рейтинга летом 2018 года точно будут подвижки. Так, недалеко от Милана уже запущен в эксплуатацию 15-петафлопсный суперкомпьютер HPC4, принадлежащий итальянской нефтегазовой компании Eni (мощнейший негосударственный суперкомпьютер). А через пару месяцев в Исследовательском центре Юлих должны достроить новый немецкий «суперкомп» Atos BullSequana X1000 (12 PFLOPS), который вместе с уже существующими JUQUEEN и JURECA будет моделировать работу человеческого мозга.