В останні роки компанії зі створення та виробництва комп'ютерів працюють не покладаючи рук. У результаті кількість техніки у світі зростає у геометричній прогресії.

Найпотужніші комп'ютери

Ще нещодавно назад світ не знав про DirectX10, а графіка FarCry або NFS Underground 2 здавалася вершиною комп'ютерних можливостей. Колись диск, здатний вмістити 600 мегабайт інформації, видавався дивом техніки, а зараз у вільному доступі продаються картки пам'яті на терабайт.

В області суперкомп'ютерів відбувається майже те саме. У 1993 році професор університету Теннессі Джек Донгарра висунув ідею створення рейтингу найпотужніших комп'ютерів у світі. З того часу цей список, що називається TOP500, оновлюється двічі на рік: у червні та листопаді.

Час іде, і лідери рейтингу суперкомп'ютерів початку 90-х вже застаріли безбожно навіть за мірками рядових користувачів ПК. Так, першим у 1993 році був CM-5/1024, зібраний компанією Thinking Machines: 1024 процесори з тактовою частотою 32МГц, обчислювальна швидкість 59,7 гігафлопс – трохи швидше за звичайний 8-ядерний ПК під вашим столом. А який комп'ютер найкращий сьогодні?

Sunway TaihuLight

Ще п'ять років тому пальму першості за потужністю стабільно тримали супер-ЕОМ виробництва США. У 2013 році лідерство перехопили китайські вчені і, зважаючи на все, не збираються його віддавати.

На даний момент найсильнішим комп'ютером у світі вважається Sunway TaihuLight (у перекладі - "Божественна сила світла озера Тайху"), грандіозна машина зі швидкістю обчислень 93 петафлопс (максимальна швидкість - 125,43 петафлопс). Це в 2,5 рази потужніше за попереднього рекордсмена – суперкомп'ютера Тяньхе-2, який вважався найпотужнішим до червня 2016 року.

У «Санвей Тайхулайт» вбудовано 10,5 мільйонів ядер (40 960 процесора, у кожному з яких по 256 обчислювальних та 4 керуючі ядра).

Так виглядає найпотужніший комп'ютер 2016 року

Все обладнання розроблено та вироблено у Китаї, тоді як процесори минулого найпотужнішого комп'ютера були вироблені американською компанією Intel. Вартість Sunway TaihuLight оцінюють у $270 мільйонів. Знаходиться суперкомп'ютер у Національному суперкомп'ютерному центрі округу Уси.

Рекордсмени минулих років

До червня 2016 року (а список TOP500 оновлюється кожен червень та листопад) найпотужнішим і найшвидшим комп'ютером була супермашина Tianhe-2 (у перекладі з китайської «Чумацький шлях»), розроблена в КНР на базі Оборонного науково-технічного університету в Чанша за допомогою компанії Inspur.

Потужність Тяньхе-2 забезпечує виконання 2507 трильйонів операцій за секунду (33,86 петафлопс за секунду), пікова продуктивність – 54,9 Петафлопс. Китайська технологія очолювала цей рейтинг з моменту запуску в 2013 році - неймовірно значний показник!

Суперкомп'ютер Тяньхе-2

Характеристики Тяньхе-2 такі: 16 тисяч вузлів, 32 тисяч 12-ядерних процесорів Intel Xeon E5-2692 та 48 тисяч 57-ядерних прискорювачів Intel Xeon Phi 31S1P, а значить, 3120000 ядер у сумі; 256 тисяч планок оперативної пам'яті DDR3 по 4 Гб кожна та 176000 планок GDDR5 по 8 Гб – 2432000 Гб оперативної пам'яті загалом. Об'єм жорсткого диска – понад 13 мільйонів Гб. Однак пограти на ньому не вийде - він призначений виключно для обчислень, на "Чумацький шлях-2" не встановлена відеокарта. Зокрема, він допомагає при розрахунках для прокладання метро та міської забудови.

Jaguar

Довгий час на вершині рейтингу розташовувався Jaguar – суперкомп'ютер із США. Чим він відрізняється від решти і в чому його технічні переваги?

Суперкомп'ютер під назвою Jaguar складається з великої кількості незалежних осередків, розділених на два розділи – XT4 та XT5. В останньому розділі знаходиться рівно 18 688 обчислювальних осередків. У кожному осередку розташувалися два шестиядерні процесори AMD Opteron 2356. частотою 2.3 ГГц, 16 Гб оперативної пам'яті DDR2, а також роутер SeaStar 2+. Навіть одного осередку з цього розділу вистачило б для того, щоб створити найпотужніший комп'ютер для ігор. У розділі міститься всього 149504 обчислювальних ядер, величезна кількість оперативної пам'яті - більше 300 ТБ, а також продуктивність 1.38 Петафлопс і більше 6 Петабайт дискового простору.

Складання комп'ютерного монстра

У розділі XT4 знаходиться 7832 осередків. У них характеристики скромніші, ніж у попереднього розділу XT5: кожен осередок містить один шестиядерний процесор частотою 2,1 Ггц, 8 Гб оперативної пам'яті і роутер SeaStar 2. Всього в розділі 31328 обчислювальних ядер і більше 62 Тб пам'яті, а також пікова продуктивність TFLOPS та більше 600 ТБ дискового простору. Суперкомп'ютер Jaguar працює на власній операційній системі Cray Linux Environment.

У спину Jaguar дихає ще один комп'ютер, дітище компанії IBM – Roadrunner. Найпотужніший обчислювальний монстр здатний вираховувати до 1000 000 000 000 операцій в секунду. Він був розроблений спеціально для енергетичного департаменту Національної адміністрації з ядерної безпеки в Лос-Аламосі (або Department of Energy's National Nuclear Security Administration). За допомогою цього суперкомп'ютера планували контролювати роботу всіх ядерних установок, розташованих на території США.

Пікова швидкість обробки даних у «Дорожнього бігуна» становить близько 1,5 петафлопс. Йдеться про загальну потужність 3456 оригінальних серверів tri-blade, кожен з яких здатний виконувати близько 400 мільярдів операцій на секунду (тобто 400 гігафлопів). Усередині Roadrunner розташувалися близько 20 тисяч високопродуктивних двоядерних процесорів - 12960 Cell Broadband Engine і 6948 AMD Opteron, дітище самої компанії IBM. У такого суперкомп'ютера системна пам'ять дорівнює 80 терабайт.

То скільки ж простору займає таке диво техніки? Машина розташувалася на площі, що дорівнює 560 квадратним метрам. А запаковано все господарство департаменту на сервери оригінальної архітектури. Усі обладнання важить близько 23 тонн. Тож для його транспортування співробітникам національної адміністрації з ядерної безпеки знадобиться щонайменше 21 великогабаритний тягач.

Пару слів про те, що таке петафлопс. Один петафлопс приблизно дорівнює загальній потужності 100 тисяч сучасних ноутбуків. Якщо спробувати уявити, то ними можна вислати дорогу довжиною майже два з половиною кілометри. Ще одне доступне порівняння: все населення планети протягом 46 років за допомогою калькуляторів робитиме обчислення, які під силу зробити Roadrunner за один день. А уявіть, як мізерно мало буде потрібно Sunway TaihuLigh, лідеру нашого рейтингу?

Titan

У 2012 році Оукріджська національна лабораторія Міністерства енергетики США запустила суперкомп'ютер Titan, розрахований на 20 петафлопсів, тобто він зможе зробити за одну секунду квадрильйон операцій з плаваючою комою.

Розробкою Titan займалася компанія Cray. Окрім «Титану» американські фахівці за останні роки розробили ще два суперкомп'ютери. Один з них – Mira – призначений для промислових та науково-дослідних потреб, а за допомогою іншого – Sequoia – моделюють випробування ядерної зброї. За цими розробками стоїть корпорація IBM.

Найпотужніший комп'ютер у Росії

На жаль, російська розробка «Ломоносів-2», визнана найпотужнішим комп'ютером Росії, знаходиться лише на 41-му місці у ТОР500 (станом на червень 2016 року). Він базується у науково-обчислювальному центрі МДУ. Потужність вітчизняного суперкомп'ютера – 1,849 петафлопс, пікова – близько 2,5 петафлопс. Кількість ядер: 42 688.

Підпишіться на наш канал в Яндекс.Дзен

Суперкомп'ютер Titan

На Марс люди так і не літають, рак ще не вилікували, нафтової залежності не позбулися. І все-таки існують області, де людство досягло неймовірного прогресу за останні десятиліття. Обчислювальна міць комп'ютерів – саме одна з них.

Двічі на рік фахівці з Національної лабораторії імені Лоуренса в Берклі та Університету Теннессі публікують Top-500, в якому пропонують список найпродуктивніших суперкомп'ютерів світу.

Трохи забігаючи вперед, пропонуємо вам заздалегідь скуштувати ці цифри: продуктивність представників першого десятка топа вимірюється десятками квадрилліонів флопс. Для порівняння: ЕНІАК, перший комп'ютер в історії, мав потужність 500 флопс; Сьогодні середній персональний комп'ютер має потужність в сотні гігафлопс (мільярдів флопс), iPhone 6 має продуктивність приблизно в 172 гігафлопи, а ігрова приставка PS4 - в 1,84 терафлопса (трильйона флопс).

Озброївшись останнім «Топ-500» від листопада 2014 року, редакція Naked Science вирішила розібратися, що являють собою 10 найпотужніших суперкомп'ютерів світу, і для вирішення яких завдань потрібна така грандіозна обчислювальна міць.

Розташування: США
Продуктивність: 3,57 петафлопс
Теоретичний максимум продуктивності: 6,13 петафлопс
Потужність: 1,4 МВт

Як і майже всі сучасні суперкомп'ютери, включаючи кожен із представлених у цій статті, CS-Storm складається з безлічі процесорів, об'єднаних в єдину обчислювальну мережу за принципом масово-паралельної архітектури. Насправді ця система є безліч стійок («шаф») з електронікою (вузлами, що складаються з багатоядерних процесорів), які утворюють цілі коридори.

Cray CS-Storm – це ціла серія суперкомп'ютерних кластерів, проте один з них все ж таки виділяється на тлі інших. Зокрема, це загадковий CS-Storm, який використовує уряд США для невідомих цілей та у невідомому місці.

Відомо лише те, що американські чиновники купили вкрай ефективний з погляду споживання енергії (2386 мегафлопс на 1 Ватт) CS-Storm із загальною кількістю ядер майже 79 тисяч у американської компанії Cray.

На сайті виробника, втім, сказано, що кластери CS-Storm підходять для високопродуктивних обчислень у галузі кібербезпеки, геопросторової розвідки, розпізнавання образів, обробки сейсмічних даних, рендерингу та машинного навчання. Десь у цьому ряду, мабуть, і влаштувалося застосування урядового CS-Storm.

CRAY CS-STORM

9. Vulcan – Blue Gene/Q

Розташування: США
Продуктивність: 4,29 петафлопс
Теоретичний максимум продуктивності: 5,03 петафлопс
Потужність: 1,9 МВт

"Вулкан" розроблений американською компанією IBM, відноситься до сімейства Blue Gene і знаходиться в Ліверморській національній лабораторії імені Е. Лоуренса. Суперкомп'ютер, що належить Міністерству енергетики США, складається з 24 стійок. Функціонувати кластер розпочав у 2013 році.

На відміну від згаданого CS-Storm, сфера застосування «Вулкану» добре відома – це різні наукові дослідження, у тому числі в галузі енергетики, на кшталт моделювання природних явищ та аналізу великої кількості даних.

Різні наукові групи та компанії можуть отримати доступ до суперкомп'ютера за заявкою, яку потрібно відправити до Центру інновацій у галузі високопродуктивних обчислень (HPC Innovation Centre), що базується у тій самій Ліверморській національній лабораторії.

Суперкомп'ютер Vulcan

8. Juqueen – Blue Gene/Q

Розташування: Німеччина
Продуктивність: 5 петафлопс
Теоретичний максимум продуктивності: 5,87 петафлопс
Потужність: 2,3 МВт

З моменту запуску в 2012 році Juqueen є другим за потужністю суперкомп'ютером у Європі та першим – у Німеччині. Як і «Вулкан», цей суперкомп'ютерний кластер розроблений компанією IBM у рамках проекту Blue Gene, причому відноситься до того ж покоління Q.

Знаходиться суперкомп'ютер в одному з найбільших дослідних центрів Європи в Юлісі. Використовується відповідно – для високопродуктивних обчислень у різних наукових дослідженнях.

Суперкомп'ютер Juqueen

7. Stampede – PowerEdge C8220

Розташування: США
Продуктивність: 5,16 петафлопс
Теоретичний максимум продуктивності: 8,52 петафлопс
Потужність: 4,5 МВт

Stampede, що знаходиться в Техасі, є єдиним у першій десятці Top-500 кластером, який був розроблений американською компанією Dell. Суперкомп'ютер складається із 160 стійок.

Цей суперкомп'ютер є найпотужнішим у світі серед тих, що застосовуються винятково з дослідницькою метою. Доступ до потужностей Stampede відкритий науковим групам. Використовується кластер у найширшому спектрі наукових областей – від найточнішої томографії людського мозку та передбачення землетрусів до виявлення патернів у музиці та мовних конструкціях.

Суперкомп'ютер Stampede

6. Piz Daint – Cray XC30

Розташування: Швейцарія
Продуктивність: 6,27 петафлопс
Теоретичний максимум продуктивності: 7,78 петафлопс
Потужність: 2,3 МВт

Швейцарський національний суперкомп'ютерний центр (CSCS) може похвалитися найпотужнішим суперкомп'ютером у Європі. Piz Daint, названий так на честь альпійської гори, був розроблений компанією Cray та належить до сімейства XC30, у рамках якого є найбільш продуктивним.

Piz Daint застосовується для різних дослідницьких цілей на кшталт комп'ютерного моделювання в галузі фізики високих енергій.

Суперкомп'ютер Piz Daint

5. Mira – Blue Gene/Q

Розташування: США
Продуктивність: 8,56 петафлопс
Теоретичний максимум продуктивності: 10,06 петафлопс
Потужність: 3,9 МВт

Суперкомп'ютер «Міру» був розроблений компанією IBM у рамках проекту Blue Gene у 2012 році. Відділення високопродуктивних обчислень Аргонської національної лабораторії, в якому розташовується кластер, було створено за допомогою державного фінансування. Вважається, що зростання інтересу до суперкомп'ютерних технологій з боку Вашингтона наприкінці 2000-х і на початку 2010-х років пояснюється суперництвом у цій галузі з Китаєм.

Розташований на 48 стойках Mira використовується в наукових цілях. Наприклад, суперкомп'ютер застосовується для кліматичного та сейсмічного моделювання, що дозволяє отримувати більш точні дані щодо передбачення землетрусів та змін клімату.

Суперкомп'ютер Mira

4. K Computer

Розташування: Японія
Продуктивність: 10,51 петафлопс
Теоретичний максимум продуктивності: 11,28 петафлопс
Потужність: 12,6 МВт

Розроблений компанією Fujitsu та розташований в Інституті фізико-хімічних досліджень у місті Кобе, K Сomputer є єдиним японським суперкомп'ютером, що є присутнім у першій десятці Top-500.

Свого часу (червень 2011) цей кластер зайняв у рейтингу першу позицію, на один рік ставши найпродуктивнішим комп'ютером у світі. А в листопаді 2011 року K Computer став першим в історії, якому вдалося досягти потужності понад 10 петафлопс.

Суперкомп'ютер використовується у низці дослідницьких завдань. Наприклад, для прогнозування природних лих (що актуально для Японії через підвищену сейсмічну активність регіону та високу вразливість країни у разі цунамі) та комп'ютерного моделювання в галузі медицини.

Суперкомп'ютер K

3. Sequoia – Blue Gene/Q

Розташування: США
Продуктивність: 17,17 петафлопс
Теоретичний максимум продуктивності: 20,13 петафлопс
Потужність: 7,8 МВт

Найпотужніший із четвірки суперкомп'ютерів сімейства Blue Gene/Q, які потрапили до першої десятки рейтингу, розташований у США в Ліверморській національній лабораторії. IBM розробили Sequoia для Національної адміністрації ядерної безпеки (NNSA), яка потребувала високопродуктивного комп'ютера для цілком конкретної мети – моделювання ядерних вибухів.

Варто згадати, що реальні ядерні випробування заборонені ще з 1963 року, і комп'ютерна симуляція є одним із найбільш прийнятних варіантів для продовження досліджень у цій галузі.

Однак потужності суперкомп'ютера використовувалися для вирішення й інших, значно благородніших завдань. Наприклад, кластеру вдалося встановити рекорди продуктивності в космологічному моделюванні, і навіть під час створення електрофізіологічної моделі людського серця.

Суперкомп'ютер Sequoia

2. Titan – Cray XK7

Розташування: США
Продуктивність: 17,59 петафлопс
Теоретичний максимум продуктивності: 27,11 петафлопс
Потужність: 8,2 МВт

Найбільш продуктивний із колись створених на Заході суперкомп'ютерів, а також найпотужніший комп'ютерний кластер під маркою компанії Cray, знаходиться в США в Національній лабораторії Оук-Рідж. Незважаючи на те, що суперкомп'ютер, який знаходиться в розпорядженні американського Міністерства енергетики, офіційно доступний для будь-яких наукових досліджень, у жовтні 2012 року, коли Titan був запущений, кількість заявок перевищила всякі межі.

Через це в Оукріджській лабораторії було скликано спеціальну комісію, яка з 50 заявок відібрала лише 6 найбільш «передових» проектів. Серед них, наприклад, моделювання поведінки нейтронів у самому серці ядерного реактора, а також прогнозування глобальних кліматичних змін на найближчі 1-5 років.

Незважаючи на свою обчислювальну міць та вражаючі габарити (404 квадратні метри), Titan недовго протримався на п'єдесталі. Вже за півроку після тріумфу в листопаді 2012 року гордість американців у галузі високопродуктивних обчислень несподівано потіснив вихідець зі Сходу, безперецедентно обігнавши попередніх лідерів рейтингу.

Суперкомп'ютер Titan

1. Tianhe-2 / Чумацький шлях-2

Розташування: Китай
Продуктивність: 33,86 петафлопс
Теоретичний максимум продуктивності: 54,9 петафлопс
Потужність: 17,6 МВт

З моменту свого першого запуску "Тяньхе-2", або "Млечний-шлях-2", ось уже близько двох років є лідером Top-500. Цей монстр майже вдвічі перевершує за продуктивністю №2 у рейтингу – суперкомп'ютер TITAN.

Розроблений Оборонним науково-технічним університетом Народно-визвольної армії КНР та компанією Inspur, «Тяньхе-2» складається із 16 тисяч вузлів із загальною кількістю ядер у 3,12 мільйона. Оперативна пам'ять усієї колосальної конструкції, що займає 720 квадратних метрів, становить 1,4 петабайт, а запам'ятовуючого пристрою - 12,4 петабайт.

«Чумацький шлях-2» був сконструйований з ініціативи китайського уряду, тому немає нічого дивного в тому, що його безпрецедентна міць служить, зважаючи на все, потребам держави. Офіційно було заявлено, що суперкомп'ютер займається різними моделюваннями, аналізом величезної кількості даних та забезпеченням державної безпеки Китаю.

З огляду на секретність, властиву військовим проектам КНР, залишається лише здогадуватися, яке саме застосування іноді отримує «Чумацький шлях-2» у руках китайської армії.

Суперкомп'ютер Tianhe-2

Головна → Історія вітчизняної обчислювальної техніки → Суперкомп'ютери

Суперкомп'ютери

Андрій Борзенко

Суперкомп'ютерами називають найшвидші комп'ютери. Їхня основна відмінність від мейнфреймів полягає в наступному: всі ресурси такого комп'ютера зазвичай спрямовані на те, щоб вирішити одну або в крайньому випадку кілька завдань наскільки можливо швидко, тоді як мейнфрейми, як правило, виконують досить велику кількість завдань, що конкурують один з одним. Бурхливий розвиток комп'ютерної індустрії визначає відносність базового поняття — те, що десять років тому можна було б назвати суперкомп'ютером, сьогодні під це визначення вже не підпадає. Існує і таке жартівливе визначення суперкомп'ютера - це пристрій, що зводить проблему обчислень до проблеми введення-виведення. Втім, і в ньому є частка істини: часто єдиним вузьким місцем у системі, що швидко діє, залишаються саме пристрої введення-виведення. Дізнатися, які суперкомп'ютери нині мають максимальну продуктивність, можна з офіційного списку п'ятисот найпотужніших систем світу — Top500 (http://www.top500.org), який публікується двічі на рік.

У кожному комп'ютері всі основні параметри тісно пов'язані. Важко собі уявити універсальний комп'ютер, що має високу швидкодію та мізерну оперативну пам'ять або велику оперативну пам'ять та невеликий об'єм дисків. З цієї причини суперкомп'ютери характеризуються в даний час не тільки максимальною продуктивністю, але і максимальним обсягом оперативної і дискової пам'яті. Забезпечення таких технічних характеристик коштує досить дорого — вартість суперкомп'ютерів надзвичайно висока. Які ж завдання настільки важливі, що вимагають систем вартістю десятки та сотні мільйонів доларів? Як правило, це фундаментальні наукові чи інженерні обчислювальні завдання з широкою сферою застосування, ефективне вирішення яких можливе лише за наявності потужних обчислювальних ресурсів. Ось лише деякі області, де виникають подібні завдання:

передбачення погоди, клімату та глобальних змін в атмосфері;
науки про матеріали;
побудова напівпровідникових приладів;
надпровідність;
структурна біологія;
розробка фармацевтичних препаратів;
генетика людини;
квантова хромодинаміка;
астрономія;
автомобілебудування;
транспортні завдання;
гідро- та газодинаміка;
керований термоядерний синтез;
ефективність систем згоряння палива;
розвідка нафти та газу;
обчислювальні завдання у науках про Світовий океан;
розпізнавання та синтез мови;
розпізнавання зображень.

Суперкомп'ютери вважають дуже швидко завдяки не лише використанню найсучаснішої елементної бази, а й новим рішенням в архітектурі систем. Основне місце тут займає принцип паралельної обробки даних, що втілює ідею одночасного (паралельного) виконання кількох дій. Паралельна обробка має два різновиди: конвеєрність та власне паралельність. Суть конвеєрної обробки полягає в тому, щоб виділити окремі етапи виконання загальної операції, причому кожен етап, виконавши свою роботу, передає результат наступному одночасно приймаючи нову порцію вхідних даних. Очевидний виграш у швидкості обробки виходить за рахунок суміщення раніше рознесених у часі операцій.

Якщо якийсь пристрій виконує одну операцію за одиницю часу, тисячу операцій він виконає за тисячу одиниць. Якщо є п'ять таких самих незалежних пристроїв, здатних працювати одночасно, то ту ж тисячу операцій система з п'яти пристроїв може виконати вже не за тисячу, а за двісті одиниць часу. Аналогічно система з N пристроїв ту роботу виконає за 1000/N одиниць часу.

Звісно, сьогодні паралелізмом в архітектурі комп'ютерів вже мало кого здивуєш. Усі сучасні мікропроцесори використовують той чи інший вид паралельної обробки навіть у межах одного кристала. Натомість самі ці ідеї з'явилися дуже давно. Спочатку вони впроваджувалися в передових, а тому одиничних комп'ютерах свого часу. Тут особлива заслуга належить компаніям IBM та Control Data Corporation (CDC). Йдеться про такі нововведення, як розрядно-паралельна пам'ять, розрядно-паралельна арифметика, незалежні процесори введення-виведення, конвеєр команд, конвеєрні незалежні функціональні пристрої тощо.

Зазвичай слово суперкомп'ютер асоціюється з комп'ютерами марки Cray, хоча сьогодні це вже далеко не так. Розробником і головним конструктором першого суперкомп'ютера був Сеймур Крей - один із най легендарніших особистостей у комп'ютерній галузі. У 1972 р. він вирушає з компанії CDC і засновує власну компанію Cray Research. Перший суперкомп'ютер CRAY-1 був розроблений через чотири роки (1976 р.) і мав векторно-конвеєрну архітектуру з 12 конвеєрними функціональними пристроями. Пікова продуктивність Cray-1 становила 160 млн операцій/с (час такту 12,5 нс), а цикл 64-розрядної оперативної пам'яті (яка могла розширюватися до 8 Мбайт) займав 50 нс. Головним нововведенням було, звичайно, введення векторних команд, що працюють з цілими масивами незалежних даних і дозволяють ефективно використовувати функціональні конвеєрні пристрої.

Протягом 60-80-х років увага світових лідерів з виробництва суперкомп'ютерів була зосереджена на виготовленні обчислювальних систем, які добре справляються з вирішенням завдань на великі обсяги обчислень з плаваючою точкою. Недоліків у таких завданнях не відчувалося — майже всі вони були пов'язані з ядерними дослідженнями та аерокосмічним моделюванням та велися на користь військових. Прагнення досягти максимальної продуктивності в найстисліші терміни означало, що критерієм оцінки якості системи була не її ціна, а швидкодія. Наприклад, суперкомп'ютер Cray-1 коштував тоді від 4 до 11 млн дол. залежно від комплектації.

На рубежі 80-90-х років. закінчилася холодна війна і на зміну військовим замовленням прийшли комерційні. На той час промисловість досягла великих успіхів у виробництві серійних процесорів. Вони мали приблизно ту саму обчислювальну потужність, що й замовні, але були значно дешевшими. Використання стандартних комплектуючих і кількість процесорів, що змінюється, дозволило вирішити проблему масштабованості. Тепер зі збільшенням обчислювального навантаження можна було підвищувати продуктивність суперкомп'ютера та його периферійних пристроїв, додаючи нові процесори та пристрої вводу-виводу. Так, у 1990 р. з'явився суперкомп'ютер Intel iPSC/860 з числом процесорів, що дорівнює 128, який показав на тесті LINPACK продуктивність 2,6 Гфлопс.

У листопаді минулого року було опубліковано 18-ту редакцію списку 500 найпотужніших комп'ютерів світу — Top500. Лідером списку, як і раніше, залишається корпорація IBM (http://www.ibm.com), якій належить 32% встановлених систем та 37% від загальної продуктивності. Цікавою новиною стала поява Hewlett-Packard на другому місці за кількістю систем (30%). При цьому, оскільки всі ці системи відносно невеликі, їх сумарна продуктивність становить лише 15% від усього списку. Очікується, що після злиття з Compaq оновлена компанія займе домінуюче становище у цьому списку. Далі за кількістю комп'ютерів у списку йдуть SGI, Cray та Sun Microsystems.

Найпотужнішим суперкомп'ютером світу залишалася, як і раніше, система ASCI White (до неї ми ще повернемося), встановлена в Ліверморській лабораторії (США) і показала продуктивність 7,2 Тфлопс на тесті LINPACK (58% від пікової продуктивності). На другому місці стояла система Compaq AlphaServer SC, встановлена в Піттсбурзькому суперкомп'ютерному центрі з продуктивністю 4 Тфлопс. Замикає список система Cray T3E з продуктивністю на LINPACK 94 Гфлопс.

Варто зазначити, що список включав уже 16 систем з продуктивністю понад 1 Тфлопс, половина з яких встановлена IBM. Стабільно збільшується кількість систем, що є кластерами з невеликих SMP-блоків, — зараз у списку вже 43 такі системи. Однак більшість у списку, як і раніше, за масивно-паралельними системами (50%), за якими йдуть кластери, що складаються з великих SMP-систем (29%).

Типи архітектур

Основним параметром класифікації паралельних комп'ютерів є наявність спільної або розподіленої пам'яті. Щось середнє є архітектурою, де пам'ять фізично розподілена, але логічно загальнодоступна. З апаратної погляду реалізації паралельних систем напрошуються дві основні схеми. Перша — кілька окремих систем, з локальною пам'яттю та процесорами, що взаємодіють у будь-якому середовищі за допомогою надсилання повідомлень. Друга — системи, що взаємодіють через пам'ять, що розділяється. Не вдаючись поки що в технічні деталі, скажімо кілька слів про типи архітектур сучасних суперкомп'ютерів.

Ідея масивно-паралельних систем із розподіленою пам'яттю (Massively Parallel Processing, MPP) досить проста. Для цієї мети беруться звичайні мікропроцесори, кожен з яких постачають своєю локальною пам'яттю і з'єднують за допомогою якогось комутаційного середовища. Переваг у такої архітектури багато. Якщо потрібна висока продуктивність, можна додати ще процесорів, і якщо обмежені фінанси чи заздалегідь відома необхідна обчислювальна потужність, то легко підібрати оптимальну конфігурацію. Однак у MPP є недоліки. Справа в тому, що взаємодія між процесорами йде набагато повільніше, ніж обробка даних самими процесорами.

У паралельних комп'ютерів із загальною пам'яттю вся оперативна пам'ять розділяється між кількома однаковими процесорами. Це знімає проблеми попереднього класу, але додає нових. Справа в тому, що кількість процесорів, що мають доступ до спільної пам'яті, з чисто технічних причин не можна зробити більшим.

Основні особливості векторно-конвеєрних комп'ютерів - це, звичайно, конвеєрні функціональні пристрої та набір векторних команд. На відміну від традиційного підходу, векторні команди оперують цілими масивами незалежних даних, що дозволяє ефективно завантажувати доступні конвеєри.

Останній напрямок, строго кажучи, не є самостійним, а скоріше є комбінацією попередніх трьох. З кількох процесорів (традиційних чи векторно-конвеєрних) та загальної їм пам'яті формується обчислювальний вузол. Якщо отриманої обчислювальної потужності недостатньо, об'єднують кілька вузлів високошвидкісними каналами. Як відомо, таку архітектуру називають кластерною.

MPP-системи

Масово-паралельні системи, що масштабуються, призначені для вирішення прикладних завдань, що вимагають великого обсягу обчислень і обробки даних. Розглянемо їх докладніше. Як правило, вони складаються з однорідних обчислювальних вузлів, що включають:

один чи кілька центральних процесорів;
локальну пам'ять (прямий доступ до пам'яті інших вузлів неможливий);
комунікаційний процесор чи мережевий адаптер;
іноді накопичувачі на жорстких дисках та/або інші пристрої вводу-виводу.

Крім того, в систему можуть бути додані спеціальні вузли введення-виводу та вузли, що управляють. Усі вони пов'язані через деяке комунікаційне середовище (високошвидкісна мережа, комутатор тощо). Щодо ОС, то тут є два варіанти. У першому випадку повноцінна ОС працює тільки на машині, що управляє, тоді як на кожному вузлі працює сильно урізаний варіант ОС, що забезпечує тільки роботу розташованої в ньому гілки паралельного застосування. В іншому випадку на кожному вузлі працює повноцінна UNIX-подібна ОС.

Число процесорів у системах із розподіленою пам'яттю теоретично нічим не обмежене. За допомогою подібних архітектур можна будувати системи, що масштабуються, продуктивність яких зростає лінійно зі збільшенням числа процесорів. До речі, сам термін «масивно-паралельні системи» застосовується зазвичай для позначення таких комп'ютерів, що масштабуються, з великим числом (десятки і сотні) вузлів. Масштабованість обчислювальної системи необхідна для пропорційного прискорення обчислень, але її, на жаль, недостатньо. Щоб отримати адекватний виграш при вирішенні завдання, потрібно ще й масштабований алгоритм, здатний завантажити корисними обчисленнями всі процесори суперкомп'ютера.

Нагадаємо, що існують дві моделі виконання програм на багатопроцесорних системах: SIMD (single instruction stream – multiple data streams) та MIMD (multiple instructions streams – multiple data streams). Перша передбачає, що це процесори виконують одну й ту саму команду, але кожен над своїми даними. У другій кожен процесор обробляє свій потік команд.

У системах з розподіленою пам'яттю для пересилання інформації від процесора до процесора необхідний механізм передачі повідомлень через мережу, що зв'язує обчислювальні вузли. Щоб абстрагуватися від подробиць функціонування комунікаційної апаратури та програмувати на високому рівні, зазвичай користуються бібліотеками передачі повідомлень.

Суперкомп'ютери Intel

Корпорація Intel (http://www.intel.com) добре відома у світі суперкомп'ютерів. Її багатопроцесорні комп'ютери Paragon із розподіленою пам'яттю стали такою ж класикою, як векторно-конвеєрні комп'ютери від Cray Research.

Intel Paragon використовує в одному вузлі п'ять процесорів i860 ХР із тактовою частотою 50 МГц. Іноді один вузол поміщають процесори різних типів: скалярний, векторний і комунікаційний. Останній служить у тому, щоб розвантажити основний процесор від виконання операцій, що з передачею повідомлень.

Найсуттєвіша характеристика нової паралельної архітектури – тип комунікаційного обладнання. Саме від нього залежать два найбільш важливі показники роботи суперкомп'ютера - швидкість передачі даних між процесорами та накладні витрати на передачу одного повідомлення.

Міжз'єднання сконструйовано таким чином, щоб забезпечити високу швидкість обміну повідомленнями за мінімальної затримки. Воно забезпечує з'єднання понад тисячу гетерогенних вузлів з топології двовимірної прямокутної решітки. Однак при розробці більшості додатків можна вважати, що будь-який вузол безпосередньо пов'язаний з іншими вузлами. Міжсполучення масштабується: його пропускна здатність зростає зі збільшенням числа вузлів. При конструюванні розробники прагнули мінімізувати участь у передачі повідомлень тих процесорів, які виконують користувальницькі процеси. З цією метою введені спеціальні процесори обробки повідомлень, які розміщуються на платі вузла та відповідають за відпрацювання протоколу обміну повідомленнями. В результаті основні процесори вузлів не відволікаються від розв'язання задачі. Зокрема, немає досить дорогого перемикання із завдання на завдання, а рішення прикладних завдань йде паралельно з обміном повідомленнями.

Власне передача повідомлень здійснюється системою маршрутизації, що базується на компонентах маршрутизатора вузлів мережі (Mesh Router Components, MRC). Для доступу MRC даного вузла до його пам'яті у вузлі є ще спеціальний інтерфейсний мережевий контролер, який є замовленою НВІС, що забезпечує одночасну передачу в пам'ять вузла і назад, а також відстежує помилки при передачі повідомлень.

Модульна будова Intel Paragon сприяє не тільки підтримці масштабованості. Воно дозволяє розраховувати на те, що дана архітектура послужить основою нових комп'ютерів, що базуються на інших мікропроцесорах або використовують нові технології обміну повідомленнями. Масштабованість спирається також на збалансованість різних блоків суперкомп'ютера на різних рівнях; в іншому випадку зі зростанням числа вузлів де-небудь у системі може з'явитися вузьке місце. Так, швидкість та ємність пам'яті вузлів балансуються з пропускною здатністю та затримками міжз'єднання, а продуктивність процесорів усередині вузлів – з пропускною здатністю кеш-пам'яті та оперативної пам'яті тощо.

Донедавна одним з найбільш швидкодіючих комп'ютерів був Intel ASCI Red - дітище прискореної стратегічної комп'ютерної ініціативи ASCI (Accelerated Strategic Computing Initiative). У цій програмі беруть участь три найбільші національні лабораторії США (Ліверморська, Лос-Аламоська та Sandia). Побудований на замовлення Міністерства енергетики США в 1997 р., ASCI Red об'єднує 9152 процесори Pentium Pro, має 600 Гбайт сумарної оперативної пам'яті та загальну продуктивність 1800 млрд операцій на секунду.

Суперкомп'ютери IBM

Коли на комп'ютерному ринку з'явилися універсальні системи з масштабованою паралельною архітектурою SP (Scalable POWER parallel) корпорації IBM (http://www.ibm.com), вони швидко завоювали популярність. Сьогодні подібні системи працюють у різних прикладних галузях — таких як обчислювальна хімія, аналіз аварій, проектування електронних схем, сейсмічний аналіз, моделювання водосховищ, підтримка систем прийняття рішень, аналіз даних та оперативна обробка транзакцій. Успіх систем SP визначається насамперед їхньою універсальністю, а також гнучкістю архітектури, що базується на моделі розподіленої пам'яті з передачею повідомлень.

Взагалі кажучи, суперкомп'ютер SP - це масивно-паралельна обчислювальна система загального призначення, що масштабується, що представляє собою набір базових станцій RS/6000, з'єднаних високопродуктивним комутатором. Справді, кому не відомий, наприклад, суперкомп'ютер Deep Blue, який зумів обіграти у шахи Гарі Каспарова? Адже одна з його модифікацій складається з 32 вузлів (IBM RS/6000 SP), що базуються на 256 процесорах P2SC (Power Two Super Chip).

Сімейство RS/6000 - це друге покоління комп'ютерів IBM, засноване на архітектурі з обмеженим набором команд (RISC), розробленою корпорацією наприкінці 70-х років. Завдяки цій концепції для виконання роботи в комп'ютерній системі використовується дуже простий набір команд. Оскільки команди прості, вони можуть виконуватися з дуже високою швидкістю і забезпечують більш ефективну реалізацію програми, що виконується. Сімейство RS/6000 засноване на архітектурі POWER (архітектура з продуктивністю, оптимізованої за рахунок застосування модернізованого RISC) та її похідних — PowerPC, P2SC, POWER3 тощо. система із оптимальною загальною продуктивністю.

Система RS/6000 SP надає потужність кількох процесорів на вирішення найскладніших обчислювальних завдань. Система комутації SP - це нова розробка IBM в області широкосмугового міжпроцесорного зв'язку без затримок для ефективних паралельних обчислень. Декілька різновидів вузлів процесора, змінні розміри кадру (стійки) і різноманітні додаткові можливості вводу-виводу забезпечують підбір найбільш відповідної конфігурації системи. SP підтримується лідируючими виробниками ПЗ у таких галузях, як паралельні бази даних та обробка транзакцій у реальному часі, а також основними виробниками технічного ПЗ у таких галузях, як обробка сейсмічних даних та інженерне конструювання.

IBM RS/6000 SP розширює можливості програм завдяки паралельній обробці. Система знімає обмеження щодо продуктивності, допомагає уникнути проблем, пов'язаних з масштабуванням і присутністю неподільних, окремо виконуваних фрагментів. Встановлені по всьому світу більш ніж тисячі клієнтів, SP пропонують рішення для складних і об'ємних технічних і комерційних додатків.

Основний блок SP – це процесорний вузол, який має архітектуру робочих станцій RS/6000. Існує кілька типів SP-вузлів: Thin, Wide, High, що відрізняються рядом технічних параметрів. Так, наприклад, High-вузли на базі POWER3-II включають до 16 процесорів і до 64 Гбайт пам'яті, а ось Thin-вузли допускають не більше 4 процесорів та 16 Гбайт пам'яті.

Система масштабується до 512 вузлів, причому можливе поєднання вузлів різних типів. Вузли встановлюються у стійки (до 16 вузлів у кожній). SP може практично лінійно масштабувати диски разом із процесорами та пам'яттю, що дозволяє отримувати реальний доступ до терабайтів пам'яті. Таке збільшення потужності спрощує нарощування та розширення системи.

Вузли пов'язані між собою високопродуктивним комутатором (IBM high-performance switch), який має багатостадійну структуру та працює з комутацією пакетів.

Кожен вузол SP працює під керуванням повноцінної ОС AIX, завдяки чому можна використовувати тисячі вже існуючих програм цієї ОС. Крім того, вузли системи можна поєднувати в групи. Наприклад, кілька вузлів можуть виконувати роль серверів Lotus Notes, тоді як решта — обробляти паралельну базу даних.

Управління великими системами – це складне завдання. SP використовує для цих цілей одну графічну консоль, на якій відображаються стани апаратного та програмного забезпечення, завдання та інформація про користувачів. Системний адміністратор за допомогою такої консолі (керуючої робочої станції) та програмного продукту PSSP (Parallel Systems Support Programs), що додається до SP, вирішує завдання управління, в тому числі управління захистом паролями та повноваженнями користувачів, обліку виконуваних завдань, управління печаткою, системного моніторингу, запуску та вимикання системи.

Най-най

Як уже зазначалося, згідно з Top500 (таблиця), найпотужніший суперкомп'ютер сучасності — ASCI White, який займає площу розміром у два баскетбольні майданчики та встановлений у Ліверморській національній лабораторії. Він включає 512 SMP-вузлів на базі 64-розрядних процесорів POWER3-II (загалом 8192 процесори) і використовує нову комунікаційну технологію Colony з пропускною здатністю близько 500 Мбайт/с, що майже в чотири рази швидше за комутатор SP high-performance swit.

Перша десятка Top500 (18-а редакція)

Позиція	Виробник	Комп'ютер	Де встановлено	Країна	Рік	Число процес-сорів
1	IBM	ASCI White		США	2000	8192
2	Compaq	AlphaServer SC	Піттсбурзький суперкомп'ютерний центр	США	2001	3024
3	IBM	SP Power3	Інститут досліджень у галузі енергетики NERSC	США	2001	3328
4	Intel	ASCI Red	Національна лабораторія Sandia	США	1999	9632
5	IBM	ASCI Blue Pacific	Ліверморська національна лабораторія	США	1999	5808
6	Compaq	AlphaServer SC		США	2001	1536
7	Hitachi	SR8000/MPP	Токійський університет	Японія	2001	1152
8	SGI	ASCI Blue Mountain	Лос-Аламоська національна лабораторія	США	1998	6144
9	IBM	SP Power3	Океанографічний центр NAVOCEANO	США	2000	1336
10	IBM	SP Power3	Німецька служба погоди	Німеччина	2001	1280

Архітектура нового суперкомп'ютера заснована на масивно-паралельній архітектурі RS/6000, що зарекомендувала себе, і забезпечує продуктивність в 12,3 Тфлопс (трильйонів операцій за секунду). Система включає в цілому 8 Тбайт оперативної пам'яті, розподіленої по 16-процесорним SMP-вузлам, і 160 Тбайт дискової пам'яті. Доставка системи з лабораторій IBM у штаті Нью-Йорк до Лівермору (Каліфорнія) знадобилося 28 вантажівок-трейлерів.

Усі вузли системи працюють під керуванням ОС AIX. Суперкомп'ютер використовується вченими Міністерства енергетики для розрахунку складних тривимірних моделей з метою підтримки ядерної зброї в безпечному стані. Власне ASCI White – це третій крок у п'ятиступінчастій програмі ASCI, яка планує створення нового суперкомп'ютера у 2004 р. Взагалі кажучи, ASCI White складається з трьох окремих систем, серед яких найбільшою є White (512 вузлів, 8192 процесори), а є ще Ice (28 вузлів, 448 процесорів) та Frost (68 вузлів, 1088 процесорів).

Попередником ASCI White був суперкомп'ютер Blue Pacific (інша назва ASCI Blue), що включає 1464 чотирипроцесорні вузли на базі кристалів PowerPC 604e/332 МГц. Вузли пов'язані в єдину систему за допомогою кабелів загальною довжиною майже п'ять миль, а площа машинного залу становить 8 тис. квадратних футів. Система ASCI Blue складається в цілому з 5856 процесорів і забезпечує пікову продуктивність 3,88 Тфлопс. Сумарний обсяг оперативної пам'яті складає 26 Тбайт.

Суперкомп'ютер – це кілометри кабелів.

Американський національний центр з дослідження атмосфери (NCAR) вибрав IBM як постачальника найпотужнішого у світі суперкомп'ютера, призначеного для прогнозування кліматичних змін. Система, відома під ім'ям Blue Sky («Синє небо»), після остаточного введення в експлуатацію цього року значно збільшить можливості NCAR у галузі моделювання клімату. Ядром Blue Sky стануть суперкомп'ютер IBM SP і системи IBM eServer p690, застосування яких дозволить досягти пікової продуктивності майже 7 Тфлопс при об'ємі дискової підсистеми IBM SSA 31,5 Тбайт.

Суперкомп'ютер, що отримав назву "Синій шторм" (Blue Storm), створюється на замовлення Європейського центру середньострокових прогнозів погоди (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts - ECMWF). Blue Storm буде вдвічі потужнішим за ASCI White. Для його створення необхідно 100 серверів IBM eServer p690, також відомих як Regatta. Кожен системний блок розміром з холодильник містить понад тисячу процесорів. У 2004 р. "Синій шторм" буде оснащений серверами нового покоління p960, які зроблять його ще вдвічі потужнішим. Суперкомп'ютер працюватиме під керуванням ОС AIX. Спочатку загальна ємність накопичувачів Blue Storm складе 1,5 петабайт, обчислювальна потужність – близько 23 Тфлопс. Система важитиме 130 т, а за потужністю в 1700 разів перевершуватиме шаховий суперкомп'ютер Deep Blue.

Дослідники IBM спільно з Ліверморською національною лабораторією проводять роботи над комп'ютерами Blue Gene/L і Blue Gene/C. Ці комп'ютери - частина розпочатого ще в 1999 р. з метою вивчення білків 5-річного проекту Blue Gene, в який було вкладено 100 млн дол. рік раніше, ніж очікується завершення робіт над потужнішим комп'ютером Blue Gene/C (1000 Тфлоп). Проектна продуктивність Blue Gene/L буде таким чином перевищувати сумарну продуктивність 500 найпотужніших комп'ютерів у світі. При цьому новий суперкомп'ютер займає площу, що дорівнює половині тенісного корту. Інженери IBM попрацювали над зниженням споживання енергії — його вдалося зменшити в 15 разів.

Примітки

Тести LINPACK.
Еталонні тести LINPACK базуються на вирішенні системи лінійних рівнянь із щільно заповненою матрицею коефіцієнтів над полем дійсних чисел шляхом виключення Гауса. Речові числа, як правило, видаються з повною точністю. Завдяки великому числу операцій над речовими числами результати LINPACK прийнято вважати еталоном продуктивності апаратно-програмної конфігурації в областях, що інтенсивно використовують складні математичні обчислення.

Earth Simulator.
На думку журналу New Scientist, у новій, 19 версії списку суперкомп'ютерів Top500 на перше місце вийде суперкомп'ютерна система для проекту Earth Simulator корпорації NEC. Вона встановлена в японському Інституті наук про Землю (Yokohama Institute for Earth Sciences) у м. Канагава, префектура Йокогама. Розробники стверджують, що її пікова продуктивність може сягати 40 Тфлопс.

Суперкомп'ютер Earth Simulator призначений для моделювання кліматичних змін на основі даних, що надходять із супутників. За твердженням представників NEC, високої продуктивності комп'ютера досягнуто за рахунок використання спеціально розроблених векторних процесорів. Система базується на 5120 таких процесорах, об'єднаних у 640 вузлів SX-6 (по 8 процесорів у кожному). Суперкомп'ютер працює під керуванням ОС SUPER-UX. Серед засобів розробки встановлені компілятори мов C/C++, Fortran 90 та HPF, а також засоби автоматичної векторизації, реалізація інтерфейсу MPI-2 та математична бібліотека ASL/ES. Вся машина займає площу трьох тенісних кортів (50-65 м) і використовує кілька кілометрів кабелю.

Раніше суперкомп'ютер K Computer, що займав перше місце, відсунутий на третє місце. Його продуктивність становить 11,28 Пфлопс (див. рисунок 1). Нагадаємо, що флопс (FLoating-point Operations Per Second, FLOPS) - це одиниця виміру продуктивності комп'ютерів, яка показує, скільки операцій з плаваючою комою в секунду здатна виконати цю обчислювальну систему.

K Computer є спільною розробкою Інституту фізико-хімічних досліджень Рікагаку Кенкійо (RIKEN) та Fujitsu. Він створювався в рамках ініціативи High-Performance Computing Infrastructure (Інфраструктура високопродуктивних комп'ютерних обчислень), яку очолює японське міністерство освіти, культури, спорту, науки і технологій (MEXT). Суперкомп'ютер встановлено на території Інституту передових обчислювальних наук у японському місті Кобе.

В основу суперкомп'ютера покладено архітектуру розподіленої пам'яті. Система складається з більш ніж 80 000 обчислювальних вузлів і розміщується в 864 стійках, кожна з яких містить 96 обчислювальних вузлів і 6 вузлів вводу/виводу. Вузли, що містять по одному процесору та по 16 Гбайт оперативної пам'яті, з'єднуються між собою відповідно до топології «шестимірна петля/тор». Загалом у системі використовується 88128 восьмиядерних процесорів SPARC64 VIIIfx (705024 ядра), вироблених Fujitsu за технологією 45 нм.

Цей суперкомп'ютер загального призначення забезпечує високий рівень продуктивності та підтримку широкого ряду програм. Система використовується для проведення досліджень у галузі кліматичних змін, запобігання стихійним лихам та медицині.

Унікальна система водяного охолодження дозволяє знизити ймовірність відмови обладнання та скоротити загальне енергоспоживання. Економія енергії досягається за рахунок застосування високоефективного обладнання, системи когенерації тепло- та електроенергії та масиву сонячних батарей. Крім того, механізм повторного використання відпрацьованої води з охолоджувача дозволяє знизити негативний вплив на довкілля.

Будівля, в якій розташований K Computer, є сейсмостійкою і здатна витримувати землетрус магнітудою 6 і більше балів за японською шкалою (0–7). Для більш ефективного розміщення стійок з обладнанням та кабелів третій поверх розміром 50×60 м повністю звільнений від несучих колон. Сучасні технології будівництва дозволили забезпечити допустимий рівень навантаження (до 1 т/м 2 ) для встановлення стійок, вага яких може досягати 1,5 т.

СУПЕРКОМП'ЮТЕР SEQUOIA

Суперкомп'ютер Sequoia, встановлений у Ліверморській національній лабораторії ім. Лоуренса, має продуктивність 16,32 Пфлопс і займає другий рядок рейтингу (див. малюнок 2).

Цей петафлопний суперкомп'ютер розроблений компанією IBM на базі Blue Gene/Q створений для Національної адміністрації з ядерної безпеки США (NNSA) в рамках реалізації програми Advanced Simulation and Computing (Високотехнологічне моделювання та комп'ютерні обчислення).

Система складається з 96 стійок та 98 304 обчислювальних вузлів (1024 вузла на стійку). Кожен вузол включає 16-ядерний процесор PowerPC A2 і 16 Гбайт оперативної пам'яті DDR3. Загалом використовується 1572864 процесорних ядра і 1,6 Пбайт пам'яті. Вузли з'єднуються між собою відповідно до топології «п'ятимірний тор». Займана системою площа дорівнює 280 м2. Загальне споживання енергії складає 7,9 МВт.

На суперкомп'ютері Sequoia вперше у світі були проведені наукові обчислення, для яких була потрібна обчислювальна потужність понад 10 Пфлопс. Так, системі космологічного моделювання HACC знадобилося близько 14 Пфлопс при запуску в режимі 3600000000000 частинок, а під час запуску коду проекту Cardiod для моделювання електрофізіології людського серця продуктивність досягла майже 12 Пфлопс.

СУПЕРКОМП'ЮТЕР TITAN

Найшвидшим у світі суперкомп'ютером було визнано суперкомп'ютер Titan, встановлений в Окріджській національній лабораторії (ORNL) у США. У тестових випробуваннях Linpack його продуктивність становила 17,59 Пфлопс.

У Titan реалізована гібридна архітектура CPU-GPU (див. рис. 3). Система складається з 18688 вузлів, кожен з яких оснащений 16-ядерним процесором AMD Opteron і графічним прискорювачем Nvidia Tesla K20X. Загалом використовується 560640 процесорів. Titan являє собою оновлення суперкомп'ютера Jaguar, що раніше експлуатувався в ORNL, і займає ті ж серверні шафи (загальною площею 404 м 2).

Можливість використання вже існуючих систем харчування та охолодження дозволила заощадити в ході будівництва близько 20 млн. доларів. Енергоспоживання суперкомп'ютера становить 8,2 МВт, що на 1,2 МВт більше за показники Jaguar, при цьому його продуктивність при виконанні операцій з плаваючою точкою вище майже в 10 разів.

Titan в першу чергу використовуватиметься для проведення досліджень у галузі науки про матеріали та ядерну енергетику, а також досліджень, що стосуються підвищення ефективності роботи двигунів внутрішнього згоряння. Крім того, за його допомогою виконуватиметься моделювання кліматичних змін та аналіз потенційних стратегій щодо усунення пов'язаних з ними негативних наслідків.

НАЙЗЕЛЕНІШИЙ СУПЕРКОМП'ЮТЕР

Крім рейтингу Top500, націленого на визначення найбільш високопродуктивної системи, існує рейтинг Green500, де відзначені "зелені" суперкомп'ютери. Тут за основу прийнято показник енергоефективності (Мфлопс/Вт). На даний момент (останній випуск рейтингу – листопад 2012 року) лідером Green500 є суперкомп'ютер Beacon (253-е місце у Top500). Показник його енергоефективності становить 2499 Мфлопс/Вт.

Beacon працює на базі співпроцесорів Intel Xeon Phi 5110P та процесорів Intel Xeon E5-2670, тому пікова продуктивність може досягати 112 200 Гфлопс за загального енергоспоживання в 44,9 кВт. Співпроцесори Xeon Phi 5110P забезпечують високу продуктивність за низького енергоспоживання. Кожен співпроцесор має потужність 1 Тфлопс (при виконанні операцій з подвійною точністю) і підтримує до 8 Гбайт пам'яті класу GDDR5 з пропускною здатністю 320 Гбіт/с.

Пасивна система охолодження Xeon Phi 5110P розрахована на TDP 225 Вт, що є ідеальним показником для серверів високої густини.

СУПЕРКОМП'ЮТЕР EURORA

Однак у лютому 2013 року з'явилися повідомлення про те, що суперкомп'ютер Eurora, розташований у місті Болонья (Італія), за енергоефективністю перевершив Beacon (3150 Мфлопс/ват проти 2499 Мфлопс/Вт).

Eurora побудований компанією Eurotech і складається з 64 вузлів, кожен з яких включає два процесори Intel Xeon E5-2687W, два прискорювачі Nvidia Tesla K20 GPU та інше обладнання. Габарити подібного вузла не перевищують габаритів ноутбука, проте їхня продуктивність вища у 30 разів, а енергоспоживання нижча у 15 разів.

Високу ефективність енергоспоживання в Eurora досягнуто шляхом використання кількох технологій. Найбільший внесок робить водяне охолодження. Так, кожен вузол суперкомп'ютера є своєрідним бутербродом: центральне обладнання знизу, водяний теплообмінник у середині і ще один блок електроніки зверху (див. малюнок 4).

Такі високі результати забезпечуються завдяки застосуванню матеріалів з гарною теплопровідністю, а також розгалуженою мережею каналів, що охолоджують. При встановленні нового обчислювального модуля канали поєднуються з каналами системи охолодження, що дозволяє змінювати конфігурацію суперкомп'ютера в залежності від конкретних потреб. За запевненням виробників, ризик протікання виключено.

Електроживлення елементів суперкомп'ютера Eurora здійснюється за допомогою 48-вольтових джерел постійного струму, використання яких дозволило скоротити кількість перетворень енергії. Нарешті, тепла вода, що відводиться від обчислювального обладнання, може використовуватися і в інших цілях.

ВИСНОВОК

Галузь суперкомп'ютерів активно розвивається і ставить дедалі нові рекорди продуктивності та енергоефективності. Слід зазначити, що саме в цій галузі, як ніде більше, сьогодні широко застосовуються технології рідинного охолодження та 3D-моделювання, оскільки перед фахівцями стоїть завдання скомпонувати надпотужну обчислювальну систему, яка б здатна функціонувати в обмеженому обсязі при мінімальних втратах енергії.

Юрій Хомутський– головний інженер проектів компанії «Ай-Теко». З ним можна зв'язатися на адресу: [email protected]. У статті використані матеріали інтернет-порталу про центри обробки даних «www.AboutDC.ru – Рішення для ЦОД».

Час прочитання: 2 хв.

Досі людство так і не досягло териконів Марса, не винайшло еліксиру молодості, авто ще не можуть злетіти над землею, але є кілька сфер, в яких ми все-таки досягли успіху. Створення потужних суперкомп'ютерів саме така сфера. Щоб оцінити потужність комп'ютера, потрібно визначити, який ключовий параметр відповідає за цю характеристику. Цим параметром є флопс - величина, яка показує, скільки операцій може виконати комп'ютер за одну секунду. Саме на основі цієї величини наш журнал Великий Рейтинг і розставив найпотужніші комп'ютери у світі на 2017 рік.

Потужність суперкомп'ютера - 8,1 Пфлоп/сек

Цей комп'ютер зберігає дані, які відповідають за безпеку військової структури Сполучених Штатів, також він відповідає за стан готовності ядерної атаки у разі потреби. Два роки тому ця машина була однією з найпотужніших у світі, але на сьогодні Trinity витіснили нові апарати. Система, на якій працює цей суперкомп'ютер — Cray XC40, завдяки ній апарат і може «видавати» таку кількість операцій на секунду.

Mira

Потужність суперкомп'ютера – 8,6 Пфлоп/сек

Компанія Cray випустила ще один суперкомп'ютер Mira. Міністерство енергетики США замовило випуск цієї машини для координації своєї роботи. Сфера, в якій працює Mira – промисловість та розвиток науково-дослідного потенціалу. За секунду цей суперкомп'ютер може розрахувати 8,6 петафлопс.

Потужність суперкомп'ютера – 10,5 Пфлоп/сек

Назва цього апарату відразу визначає потужність, японське слово «кей» (К) означає десять квадриллионов. Ця цифра майже точно описуватиме його продуктивну потужність – 10,5 петафлопс. Фішкою цього суперкомп'ютера є його система охолодження. Використовують водне охолодження, яке знижує споживання енергетичних запасів та знижує показники швидкості компонування.

Потужність суперкомп'ютера – 13,6 Пфлоп/сек

Fujitsu - компанія з країни Вранішнього Сонця, не зупинилася в роботі, випустивши суперкомп'ютер K Computer, вони відразу ж взялися за новий проект. Цим проектом став суперкомп'ютер Oakforest-Pacs, який належать до машин нового покоління (покоління Knights landing). Його розробку замовили Токійський та Цукубський університети. За первісним планом, пам'ять апарату мала бути 900 Тбайт, а продуктивність Oakforest-Pacs становила б 25 квадраліонів операцій на секунду. Але при нестачі фінансування не було допрацьовано безліч аспектів, тому потужність суперкомп'ютера склала 13,6 петафлопс на секунду.

Cori

Потужність суперкомп'ютера – 14 Пфлоп/сек

Ще минулого року Cori був на шостому рядку в списку найпотужніших суперкомп'ютерів у світі, але при божевільній швидкості розвитку технологій він поступився однією позицією. Цей суперкомп'ютер знаходиться у Сполучених Штатах, у Національній лабораторії імені Лоуренса та Берклі. Вчені зі Швейцарії за допомогою Cori змогли розробити 45-кубітну квантову обчислювальну машину. Виробнича потужність цього суперкомп'ютера – 14 петафлопс на секунду.

Потужність суперкомп'ютера – 17,2 Пфлоп/сек

Вчені з усього світу довго сходилися на думці, що Sequoia - найшвидший суперкомп'ютер на планеті. І це не просто так, адже він здатний зробити арифметичні розрахунки, на які людям у кількості 6,7 млрд. знадобилося б 320 років, за одну секунду. Воістину, вражають розміри машини - вона займає більш ніж 390 квадратних метрів і до її складу входить 96 стійок. Шістнадцять тисяч трильйонів операцій або 17,2 петафлопс - виробнича потужність цього суперкомп'ютера.

Titan

Потужність суперкомп'ютера – 17,6 Пфлоп/сек

Крім того, що цей суперкомп'ютер один із найшвидших на планеті, він ще й дуже енергоефективний. Показник енергоефективності становить 2142,77 мегафлопс на Ватт енергії, необхідної для споживання. Причиною такої низької енергоспоживання є прискорювач Nvidia, який забезпечує до 90% потужності, необхідної для обчислень. Крім цього, прискорювач Nvidia значно скоротив площу, яку займав цей суперкомп'ютер, тепер йому потрібно лише 404 квадратні метри.

Потужність суперкомп'ютера – 19,6 Пфлоп/сек

Перший запуск цього апарату відбувся у 2013 році, у Швейцарії, у місті Лугано. Наразі геолокація цього суперкомп'ютера – Швейцарський національний центр суперкомп'ютерів. Piz Daint – це поєднання всіх найкращих характеристик перелічених вище машин, у нього дуже високий показник енергоефективності і він дуже швидкий у обчисленнях. Тільки одна характеристика залишає бажати кращого – габарити цього суперкомп'ютера, він займає 28 величезних стояків. Piz Daint здатний працювати з обчислювальною потужністю 19,6 петафлопс за секунду.

Потужність суперкомп'ютера – 33,9 Пфлоп/сек

Цей апарат має романтичну назву Tianhe, що з китайської, в перекладі, означає Чумацький Шлях. Tianhe-2 був найшвидшим комп'ютером у списку 500 найшвидших і найпотужніших суперкомп'ютерів. Він може розрахувати 2507 арифметичних операцій, що у перекладі на петафлопси становитиме 33,9 Пфлоп/сек. Спеціалізація, в якій використовують цей комп'ютер – будівництво, він розраховує операції, пов'язані із забудовою та прокладанням доріг. Ще з першого запуску в 2013 році, цей комп'ютер не втрачає своїх позицій у списках, що доводить, що це одна з найкращих машин у світі.

Потужність суперкомп'ютера – 93 Пфлоп/сек

Sunway TaihuLight – найшвидший суперкомп'ютер у світі, окрім своєї величезної швидкості обчислень, він славиться ще й своїми величезними габаритами – він займає площу понад 1000 квадратних метрів. Міжнародна конференція 2016 року, яка проходила в Німеччині, визнала цей суперкомп'ютер найшвидшим у світі і досі не має серйозного конкурента в цьому плані. Його швидкість утричі перевищує показники Tianhe-2, найближчий до нього суперкомп'ютер у цьому плані!

Технічний прогрес не стоїть на місці, він розвивається з космічною швидкістю, впливає на безліч аспектів людського життя, має безліч як позитивних, так і негативних сторін. Для людини зараз доступною стала техніка різних типів: комп'ютери, роботи і прилади. Але головною метою будь-якої апаратури є спрощення життя людини, техніка не повинна стати безглуздою розвагою, яка тільки витрачатиме ваш час.