Международный рейтинг суперкомпьютеров мира top 500. Новый рейтинг TOP500 суперкомпьютеров
Не все вообще понимают, зачем нам нужны какие то дорогущие суперкомпьютеры. Может это понты и лишняя трата денег? Попробуем разобраться…
Опубликован новый рейтинг Top500 самых мощных суперкомпьютеров мира. На этот раз американская машина взяла первое место, подвинув китайского «коллегу». Компания IBM запустила самый мощный суперкомпьютер Summit, который был создан по заказу Национальной лаборатории Ок-Ридж Министерства энергетики США. Производительность его системы оценивалась в 200 петафлопс (200 квадриллионов операций в секунду). Пока Китай и США борются за «медали», российские машины …
… довольствуются лишь местом в восьмом десятке. Илья Плеханов рассказывает о вычислительной гонке и о новых возможностях крупнейших стран мира с их мощными машинами.
После стандартного теста Linpack, который фиксирует рабочую производительность суперкомпьютера, реальный показатель американского Summit составил 122,3 петафлопс, а производительность бывшего чемпиона, китайского Sunway TaihuLight — 93 петафлопс. Так СШA вернули себе пальму первенства в самых производительных суперкомпьютерах, которую уступили Китаю в 2013 году.
Процессорная SummitНовый американский Summit состоит из 4 608 двухпроцессорных серверов IBM AC922 на базе 22-ядерных процессоров IBM Power9, в каждом из которых работает 6 графических процессоров NVIDIA Tesla V100. Для внутренних соединений используется сеть Mellanox dual-rail EDR InfiniBand с пропускной способностью 200 Гбит/с на каждый сервер. Суперкомпьютер работает под управлением операционной системы Red Hat Enterprise Linux 7.4. Издание MIT Technology Review сообщает, что Summit весит больше, чем пассажирский авиалайнер, и занимает помещение площадью в 2 теннисных корта.
Еще до окончательного завершения создания системы исследователи запустили вычисления по сравнению геномов, в ходе которых зафиксировали производительность Summit в 1,88 эксафлопс. По словам Томаса Захарии, директора Национальной лаборатории Ок-Ридж, это первый случай в истории, когда был преодолен барьер в 1 эксафлопс. Зимой Китай грозился к концу этого года запустить компьютер с производительностью в 1 эксафлопс, то есть квинтильон (10 в 18-й степени) операций в секунду, а в США ранее было выделено $258 млн на создание суперкомпьютера с производительностью более 1 эксафлопс к 2021 году. Разработку, как было заявлено в 2017 году, ведут шесть американских компаний - Hewlett-Packard, IBM, Intel, NVIDIA, Cray и AMD.
Звук работающего суперкомпьютера
Символ мощи страны
Появление очередного суперкомпьютера - это своего рода престижная веха и показатель того, что может страна, есть ли у нее ресурсы и умение, бюджет от сотен миллионов долларов до свыше миллиарда на создание суперкомпьютера, есть ли энергетические мощности для питания, инженерные решения для отвода тепла, есть ли свои процессоры, квалифицированные кадры и так далее. Министр энергетики США Рик Перри так прокомментировал появление Summit:
Сегодняшний запуск суперкомпьютера Summit демонстрирует американское лидерство в области научных инноваций и развития технологий. Это будет иметь огромное влияние на исследования в сфере энергетики, научные открытия, экономическую конкурентоспособность и национальную безопасность.
Именно вопрос национальной безопасности можно считать ключевым, так как в США в крайней мере обеспокоены намерением Китая стать лидером в области искусственного интеллекта. Это ведь означает применение ИИ и в военной сфере.
Ушедший на второе место китайский Sunway TaihuLight был прорывом для Китая в создании собственной вычислительной и элементной базы. Процессоры Sunway TaihuLight базируются на архитектуре локальной ShenWei, созданной в государственном Шанхайском центре разработки высокопроизводительных интегральных схем (Shanghai High Performance IC Design Center). Система межпроцессорного соединения узлов, известная под названием Sunway Network, также была разработана в Китае. Кроме того, Sunway TaihuLight имеет собственную реализацию программного стандарта для параллельного программирования - операционную систему SunWay Raise OS 2.0.5 на базе Linux. То есть Китай смог преодолеть зависимость от американских элементов и введенные ограничения на поставки высокотехнологичной продукции с 2015 года.
Sunway TaihuLightВ России в 2009 году в МГУ установили суперкомпьютер «Ломоносов», который содержит 6 654 вычислительных узла, более 94 000 процессорных ядер, обладает пиковой производительностью 1,37 Пфлопс. Реальная производительность системы на тесте Linpack равна 674 Тфлопс, что позволило ему занять в июне 2011 года 13–е место в списке Top500 самых производительных компьютеров мира.
В марте 2018 года в МГУ объявили, что закончена разработка и началась опытная эксплуатация нового раздела суперкомпьютера «Ломоносов-2» с пиковой производительностью 1,8 Пфлопс, что в будущем позволит ему подойти вплотную к рубежу в 5 Пфлопс. Новый раздел суперкомпьютера базируется на многоядерных процессорах Intel Skylake и графических процессорах NVidia Pascal P100 с аппаратной поддержкой высокоскоростного интерфейса NVLink.
«Ломоносов»В марте сотрудники Объединенного института ядерных исследований в подмосковном городе Дубна представили новый суперкомпьютер «Говорун», который будет использоваться для обработки данных, получаемых с будущего коллайдера тяжелых ионов NICA. Производительность «Говоруна» составляет 1 петафлопс. Суперкомпьютер построен на базе 72-ядерных процессоров Intel Xeon Phi 7290 и Intel Xeon Gold 6154.
Суперкомпьютеры в России появляются, но не такой производительности, чтобы попадать в рейтинг Top500. В январе этого года исполняющий тогда обязанности руководителя ЦКП «Сибирский Суперкомпьютерный Центр» ИВМиМГ СО РАН Игорь Черных заявил:
Суперкомпьютеры в России производят несколько компаний, наиболее известные - РСК, «Т-Платформы». Однако наша компонентная база на 99% импортная. Одно из последних мест в мире по производству и поставкам занимает РФ. За рубеж суперкомпьютеры почти не поставляются.
По мнению директора по корпоративным коммуникациям группы компаний РСК Олега Горбачева, ситуация могла бы исправить национальная программа:
Для развития производства нам как раз и нужна национальная программа. США и Китай львиную долю этих систем в рейтинге имеют именно потому, что у них есть национальная программа, потому что есть государственное понимание, что это нужно, и все это расписано в программах и подкреплено в бюджетах.
Задачи суперкомпьютера
Суперкомпьютер нужен для того, чтобы работать с огромным количеством данных и переменных — с информацией, измеряемой в эксабайтах (10 в 18-й степени байт), и в иоттабайтах (10 в 24-й степени байт). И дело не только в объемах, но и в скорости. Например, вычисления метеорологических условий окажутся бессмысленны, если будут длиться дольше, чем наступление того или иного погодного явления.
«Говорун»Другой вопрос, что трудности возникают не столько с количеством операций в секунду, а с проработкой тех алгоритмов, которые требуют таких скоростей и такого количества процессоров. То есть технические возможности совершенствуются, но им нужны и математические модели, программная начинка - понимание, как и что именно считать.
Доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник ИПМ им. М.В. Келдыша Андрей Кулешов объясняет, в чем специфика использования суперкомпьютерной техники:
Разработанное для маломощных машин и эффективно на них функционирующее программное обеспечение совершенно не годится для суперкомпьютеров, особенно гибридных архитектур, где вместе с обычными процессорами используются, например, графические ускорители. Без создания специальных алгоритмов, которые предназначены для работы на этих вычислительных архитектурах, возможности суперкомпьютеров реализовать не удастся.
Поэтому российские ученые считают, что отставание России от США и Китая в петафлопсах не так страшно. Ключ к эффективному использованию машин — высокий математический уровень и класс специалистов в области программного обеспечения в России.
Что делают сейчас
Например, испанский суперкомпьютер MareNostrum (так называли Средиземное море древние римляне-язычники) находится в помещении бывшей христианской часовни Торре Жирона и используется для вычислений генной инженерии, астрофизиками, при создании новых лекарств и прогнозировании погоды.
Но не все зациклено только на масштабных научных изысканиях. Бизнес также активно применяет суперкомпьютеры. Например, компания Ford использует мощные машины при выполнении crash-тестов, когда автомобили разбиваются о препятствие и необходимо снимать, замерять и анализировать массу параметров. Использование суперкомпьютера позволяет сокращать количество разбиваемых реальных автомобилей и затраты на тесты на треть, экономя миллионы долларов.
Компания DuPont при помощи суперкомпьютеров синтезировала новый материал — невоспламеняемый, стойкий к коррозии и низкотоксичный. За одну неделю были проведены необходимые расчеты на суперкомпьютере, на которые в общеq сложности потратили около $5 тысяч. Исследование «по старинке» обошлось бы как минимум в $50 тысяч и в три месяца работы.
Симуляция краш-теста суперкомпьютером с учетом повреждений всех элементов машиныС 1990 года партнер турнира «Уимблдон» в области технологий — американская компания IBM, которая предоставляет организаторам первенства суперкомпьютер Watson. С его помощью анализируют социальные сети, чтобы выявлять позитивные и негативные настроения болельщиков, выдавать комментаторам любые сравнительные данные из архивов, автоматизировать маркетинг и PR в интернете.
Французская компания Total при нефтеразведке применяет суперкомпьютер для анализа информации о недрах. Моделирование позволяет не прибегать к бурению, когда есть сомнения в наличии нефти. В одном таком случае отказ от бурения сэкономил компании около $80 млн.
Что касается нового американского суперкомпьютера, некоторые проекты получат доступ к нему уже в этом году для моделирования субатомного поведения материалов, выявления факторов, вызывающих онкологические заболевания, и изучения взаимодействия белков и клеточных систем. Основным заказчиком в 2019 году будет министерство энергетики, которое использует его для своих вычислений в области альтернативной энергии. Summit будет также использоваться в применении искусственного интеллекта в 2019 году.
С помощью российского суперкомпьютера группа мехмата МГУ и Институт прикладной математики РАН получили результаты по численному моделированию формирования и развития концевых вихрей на сверхзвуковых режимах, обрабатывались сейсмические данные, для нужд РКК «Энергия» были проведены расчеты обтекания космического корабля при торможении в атмосфере и посадки на поверхность Земли. На «Ломоносове» также была решена задача о массотеплообмене для перспективного ядерного реактора. В апреле ученые физического факультета МГУ исследовали разные типы реакций полимеризации с помощью компьютерного моделирования на суперкомпьютере «Ломоносов-2».
Сборочный цех РКК «Энергия»Весной этого года стало известно, что «Росатом» и «Роскосмос» начинают испытывать в виртуальной реальности в рамках моделирования на суперкомпьютере двигатели для новой российской сверхтяжелой ракеты. Проект начался еще в 2014 году и обошелся почти в 270 млн рублей. 30 января 2018 года подписан акт о приемке работ по разработке софта для виртуальных тестов.
Что могут в будущем
Вариантов много. Суперкомпьютеры могут быть использованы для увеличения точности метеопрогнозов, диагнозов, для выявлении связи между генами и раковыми заболеваниями, для моделирования турбулентности, процессов горения, для разработки новых материалов, новых лекарств, для моделирования работы новой техники, расчета деформаций твердых тел с учетом процессов разрушения, контроля над дронами, моделирования применения современных вооружений, для анализа данных от спутников и беспилотников, криптографии, моделирования воздействия электромагнитного излучения на композиционные материалы (в частности, на покрытия летательных аппаратов), моделирования работы мозга и так далее.
Суперкомпьютеры также будут задействованы при профилировании личности и внедрении систем распознавания лиц, мониторинге активности и социального рейтинга в Китае. По некоторым прогнозам, суперкомпьютеры смогут точно смоделировать погодную систему Земли целиком после достижения ими производительности, превышающей 1 зетафлопс (1000 эксафлопс). Появление таких машин ожидают к 2030 г.
Система слежения в Гуйяне, КитайКто имеет доступ
Важна не только производительность лучшего суперкомпьютера, но и общее количество машин в стране и их доступность. Чем больше вычислительных центров, чем больше организаций и институтов могут получить доступ к ним, тем больший спектр задач может быть решен.
В России возможностями только одного суперкомпьютерного комплекса Московского университета сегодня пользуются 2 500 специалистов из 20 подразделений МГУ, более 100 институтов Российский академии наук, более 100 университетов России.
Согласно данным проекта Top500, страной с наибольшим числом сверхмощных вычислительных машин на июнь этого года является Китай: ему принадлежит 206 суперкомпьютеров из рейтинга (шесть месяцев назад была 201 система). В то же время США сократили свою долю в рейтинге со 143 систем до 124. Но можно отметить, что по совокупной производительности всех систем в стране США на этот раз обогнали Китай. Американская общая производительность составляет 38,2% от всей производительности Top500, а китайская - 29,1%.
Среднее увеличение мощностей суперкомпьютеров в миреПосле Китая и США по количеству суперкомпьютеров в рейтинге идут Япония (36 систем), Великобритания (22 системы), Германия (21 система), Франция (18 систем).
У России четыре суперкомпьютера в рейтинге — на один больше, чем в предыдущем списке шесть месяцев назад. «Ломоносов-2» занял 72-е место, компьютер в Росгидромете — 172-е, «Ломоносов» — 326-ю позицию, суперкомпьютер в Курчатовском институте — 458-ю строчку рейтинга.
А дальше передовые страны будут работать над преодолением физических ограничений существующих суперкомпьютеров. Компании сосредоточатся на создании таких технологий, как кремниевая фотоника, нейроморфные и квантовые вычисления, создание биокомпьютеров и клеточных компьютеров. Например, компанией IBM в 2014 году по первым направлениям были открыты научно-исследовательские программы с объемом финансирования в $3 млрд.
Ускорение разработки новых материалов и технологий с помощью суперкомпьютеров по разным направлениям может в итоге дать совокупный гигантский толчок к развитию стран и их технологическом отрыве от конкурентов. Стремительный рост производительности компьютеров называют даже революцией в развитии цивилизации.
источники
https://ruposters.ru/news/29-06-2018/superkompyuternii-prestizh
15.11.2017, СР, 20:03, Мск, Текст: Валерия Шмырова
Суперкомпьютер JURECA российского производителя «Т-платформы» занял 29 место в Топе-500 суперкомпьютеров мира. Установка работает в суперкомпьютерном центре в Юлихе, Германия.
Скачок JURECA
Суперкомпьютер JURECA, созданный российской компанией «Т-платформы» и работающий в немецком суперкомпьютерном центре в Юлихе, поднялся на 29 место в рейтинге Топ-500 самых мощных вычислительных систем мира. Топ-500 составляется два раза в год экспертами из американского Государственного научно-исследовательского вычислительного центра Министерства энергетики, а также из университетов Мангейма и Теннеси. Ранжирование суперкомпьютеров в нем происходит в соответствии с их уровнем производительности, продемонстрированной на стандартном тесте Linpack.
Обнародование результатов происходит на двух крупнейших тематических выставках-конференциях: в июне в Германии и в ноябре в США. В 49 рейтинге, обнародованном в июне 2017 г., JURECA занимал 80 место. В только что увидевшем свет юбилейном 50 рейтинге он поднялся на 29 строчку. По словам разработчиков, суперкомпьютер входит в тройку мощнейших вычислительных систем Германии. Его производительность на тесте Linpack достигает 3,78 PFlop/s, пиковая производительность - 6,56 PFlop/s.
Причины успеха
Как пояснили по просьбе CNews в компании «Т-платформы», подъемом в рейтинге JURECA обязана тому, что в 2017 г. в Юлихе был построен так называемый бустер, то есть ускоритель. Он представляет собой отдельную систему, в которой используются ускорители Intel Phi 7250-F и интерконнект Intel Omnipath. Аппаратные платформы были созданы Intel, а интеграционными работами занималась компания Dell.
После этого в Юлихе появилась возможность объединить в одну систему кластер на стандартной процессорной архитектуре с интерконнектом InfiniBand, то есть собственно JURECA, и бустер на акселераторах и интерконнекте Omnipath. Теперь кластер и бустер могут обмениваться данными, и вся система одновременно может работать над выполнением одной общей задачи. Объединение было проведено при участии Intel, концепция принадлежит директору суперкомпьютерного центра Юлиха Томасу Липперту (Thomas Lippert).
Технические особенности
Как пояснили в «Т-платформах», подобное объединение представляет собой технически непростую задачу. Проблема заключается в несовместимости интерконнектов, что мешает наладить обмен данными. Тем не менее, при запуске теста Linpack на обоих компонентах системы специалисты из Юлиха получили результат в 3,78 PFlop/s. Теоретическая суммарная мощность кластера и бустера оценивается в 6,5 PFlop/s, то есть реально полученный результат составляет порядка 60% от теоретического максимума.
Внешний вид суперкомпьютера JURECA
В результате Юлих не только обзавелся гибридной системой процессор+ускоритель, но и свел в единую систему две несовместимые сети. У этого приема есть перспективы применения и на более мощных системах, полагает Липперт. Ученый представляет суперкомпьютер будущего как объединение кластера и различных бустеров. При этом части кода приложений вроде Phi, которые хорошо воспринимают ускорение, могут работать на бустерах, а другие части, которые не ускоряются или замедляются при миграции с архитектуры x86 - на кластере.
Россия в Топе-500
В пятидесятом Топ-500, обнародованном 13 ноября 2017 г., представлены три российских суперкомпьютера, как и в предыдущей редакции рейтинга. Однако год назад, в ноябре 2016 г., российских суперкомпьютеров в списке было пять. Три системы в рейтингах за 2017 г. - это самый низкий показатель со времен ноября 2006 г., когда отечественных суперкомпьютеров в Топ-500 было всего два.
Суперкомпьютер «Ломоносов-2» занял 63-е место, в то время как в июне находился на 59 строчке. Его пиковая производительность согласно рейтингу составляет 2,96 PFlop/s, а производительность на тесте Linpack равняется 2,1 PFlop/s.
На 227-ом месте находится суперкомпьютер «Ломоносов», пиковая производительность которого оценивается в 1,7 PFlop/s, а производительность на тесте Linpack достигает 901,9 TFlop/s. Оба суперкомпьютера были построены компанией «Т-Платформы» и используются в Научно-исследовательском вычислительном центре МГУ имени М. В. Ломоносова.
На 412-ой строчке рейтинга находится суперкомпьютер «Политехник РСК Торнадо», до этого занимавший 298-е место. Производительность компьютера на тесте Linpack достигает 658,1 TFlop/s при пиковой производительности 829,3 TFlop/s. Система работает в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете, ее производителем является компания РСК.
Доля в производительности
Следует отметить, что хоть Россия и сохранила с прошлого раза свои позиции по количеству суперкомпьютеров, представленных в рейтинге, ее доля в суммарной производительности 500 мощнейших систем мира упала - с 0,489% до 0,433%, если говорить о производительности по тесту Linpack, и с 0,484% до 0,41%, если говорить о пиковой производительности.
Рекордное количество российских компьютеров было представлено в редакции Топа-500 за июнь 2011 г. - в список попали 12 отечественных систем. Их доля в общей вычислительной мощности рейтинга составляла на тот момент 2,277% по результатам теста Linpack и 2,69% по пиковой производительности. После этого последовал спад - уже в рейтинге за ноябрь того же года количество компьютеров сократилось до пяти, доля в производительности по Linpack - до 1,408%, доля в пиковой производительности - до 1,737%.
К ноябрю 2014 г. России удалось несколько отвоевать утраченные позиции. Количество отечественных компьютеров в топе выросло до девяти, их доля в производительности по Linpack достигла 1,585%, а в пиковой производительности - 1,698%. Однако за этим последовал постепенный спад до нынешнего состояния.
Перспективы роста
По словам Елены Чураковой , представителя компании «Т-платформы», Россия теряет позиции в Топ-500 по причине отсутствия новых крупных суперкомпьютерных проектов в последние годы. Чтобы попасть в Топ-500 суперкомпьютер в настоящий момент должен иметь пиковую мощность не ниже 700 TFlop/s. Таких установок в России всего три, как следует из российского суперкомпьютерного рейтинга Топ 50.
По мысли Чураковой, быстро изменить ситуацию могут только государственные инвестиции, за счет которых создаются наиболее мощные суперкомпьютеры в мире. Она приводит в пример госпрограммы США, Китая, Японии и европейских стран.
«В Америке, например, только Министерство энергетики финансирует несколько разных программ по развитию суперкомпьютерных технологий с ежегодным бюджетом около $2 млрд, а специально созданная пару лет назад «Национальная стратегическая компьютерная инициатива» должна объединить усилия и бюджеты разных министерств для создания суперкомпьютеров экзафорпсной производительности. В России никогда не было отдельной суперкомпьютерной программы, за исключением относительно небольших программ «СКИФ» и «СКИФ-ГРИД» Союзного государства в 2000-2010 годах», - отмечает Чуракова.
По ее словам, отдельные ведомства, включая Минобрнауки, пытаются запустить такую программу. Если эти усилия увенчаются успехом, России понадобится достаточно немного времени, чтобы отвоевать обратно позиции в Топ-500, поскольку страна располагает всем необходимым для самостоятельного производства суперкомпьютеров
Лидеры рейтинга
Первое место Топ-500 суперкомпьютеров мира за ноябрь 2017 г., как и в прошлый раз, занимает китайская система Sunway TaihuLight. Установка была создана в Национальном научном центре проблем проектирования и производства параллельных вычислительных систем Китая. Пиковая производительность системы достигает 125 PFlop/s, тест Linpack показывает производительность в 93 PFlop/s.
Второе место удерживает также китайский суперкомпьютер Tianhe-2, который работает в Национальном суперкомпьютерном центре в Гуанчжоу. Его пиковая производительность равняется 54,9 PFlop/s, а производительность на тесте Linpack составляет 33,86 PFlop/s.
Третью позицию по-прежнему занимает суперкомпьютер Piz Daint, установленный в Национальном суперкомпьютерном центре Швейцарии. Его производительность на тесте Linpack достигает 19,6 PFlop/s, пиковая производительность равняется 25,3 PFlop/s.
Четвертую строчку списка занял суперкомпьютер ZettaScaler-2.2, который работает в Научно-технологическом бюро исследования земли и моря в Японии. На тесте Linpack он продемонстрировал производительность в 19,14 PFlop/s. Благодаря ускорителям PEZY-SC2, которыми были дополнены процессоры Intel Xeon, суперкомпьютер располагает самым большим в топе количеством ядер - 19,86 млн.
На пятом месте оказался суперкомпьютер Titan Cray XK7, установленный в Национальной лаборатории в Ок-Ридже Министерства энергетики США. Его производительность на тесте Linpack равняется 17,59 PFlop/s, а пиковая производительность - 27,1 PFlop/s.
Установки из США также занимают строчки с шестой по восьмую, на девятом и десятом местах находятся японские системы.
У термина «суперкомпьютер» есть два толкования - серьезное официальное и шуточное. Первое толкование предложено Джорджом Майклом и Сиднеем Фернбахом, работавшими в Ливерморской национальной лаборатории и компании CDC в 1960-х: вычислительная система, которая многократно превосходит по производительности типичные компьютеры своего времени. Второй вариант толкования «суперкомпьютера» (шуточный) - любой компьютер, созданный Сеймуром Крэйем, пионером суперкомпьютеростроения, создавшим компанию Cray Inc, которая по сей день лидирует в этой отрасли.
У термина «суперкомпьютер» есть два толкования – серьезное официальное и шуточное. Первое толкование предложено Джорджом Майклом и Сиднеем Фернбахом, работавшими в Ливерморской национальной лаборатории и компании CDC в 1960-х: вычислительная система, которая многократно превосходит по производительности типичные компьютеры своего времени. Второй вариант толкования «суперкомпьютера» (шуточный) – любой компьютер, созданный Сеймуром Крэйем, пионером суперкомпьютеростроения, создавшим компанию Cray Inc., которая по сей день лидирует в этой отрасли.
Процесс монтажа суперкомпьютера Cray-1 (1978 год)
Что нам стоит «суперкомп» построить?
Современные суперкомпьютеры, в отличие от «вычислительных монстров» 1970-1980-х годов, представляют собой не цельные ПК, а сотни или даже тысячи объединенных в локальную сеть монтажных шкафов со стоечными серверами. Каждый узел включает один или несколько центральных процессоров, опционально сопроцессоры (графические ускорители, а точнее ускорители вычислений), модули оперативной памяти, системы энергопитания и жидкостного охлаждения и, конечно же, Ethernet-адаптер для подключения к общей суперкомпьютерной сети.
Для эффективной работы суперкомпьютера требуется операционная система (как правило, специально адаптированная версия Linux) и прикладное программное обеспечение, способное распараллеливать глобальную задачу на сотни тысяч или даже миллионы простых задач (процессов). В обслуживании крупнейших суперкомпьютеров мира задействованы до полусотни человек: ученые, программисты, инженеры.
Рейтинги TOP500 и Green500
Список мощнейших суперкомпьютеров на планете TOP500 обновляется дважды в год (в июне и ноябре) и публикуется на сайте www.top500.org . Новейшая редакция ТОР500 (июнь 2014) стала 43-тей в истории . Измеряют быстродействие суперкомпьютеров с помощью бенчмарка Linpack, которая тестирует подопытного решением плотных систем линейных алгебраических уравнений. Параллельно с TOP500 ведется рейтинг самых энергоэффективных вычислительных систем мира – Green500 .
1. Tianhe-2 (Китай)
Как минимум до ноября 2014 года будет оставаться непобедимым китайский «вычислительный монстр» Tianhe-2, название которого переводится как «Млечный путь». Производительность суперкомпьютера компании Inspur, установленного в Оборонном научно-техническом университете НОАК в городе Чанша, равняется 33,86 PFLOPS, а энергопотребление – 17,81 МВт. Достичь столь высокого быстродействия удалось благодаря наличию 3,12 млн. вычислительных ядер, вот только не все из них являются процессорными.
Архитектура у Tianhe-2 – гибридная, то есть включает как 12-ядерные центральные процессоры Intel Xeon E5-2692, так и 57-ядерные сопроцессоры Intel Xeon Phi 31S1P. Оперативной памяти у данного суперкомпьютера суммарно 1 Пбайт. Кому и, главное, когда удастся отобрать пальму первенства у Tianhe-2, пока не известно, ведь преимущество над вторым местом рейтинга у него аж двукратное.
2. Titan (США)
Американский суперкомпьютер Titan с производительностью 17,59 PFLOPS и энергопотреблением 8,21 МВт – далеко не единственное творение компании Cray Inc., установленное в Окриджской национальной лаборатории (они издавна сотрудничают). Используется в Titan связка из 16-ядерных центральных процессоров AMD Opteron 6274 (суммарное количество ядер 0,56 млн. штук) и ускорителей вычислений NVIDIA Tesla K20X, каждый с 2688 ядрами CUDA. Объем оперативной памяти равняется 0,7 Пбайт. До запуска в эксплуатацию Tianhe-2 в июне 2013 года именно Titan был мощнейшей вычислительной системой на планете.
3. Sequoia (США)
Бронзовым призером новейшего рейтинга TOP500 с показателями 17,17 PFLOPS и 7,89 МВт является еще один «американец» – суперкомпьютер Sequoia. Он построен компанией IBM на базе собственных же 16-ядерных процессоров Power BQC по заказу Ливерморской национальной лаборатории. В отличие от вышеупомянутых Tianhe-2 и Titan, никаких сопроцессоров у Sequoia нет, поэтому все 1,57 млн. его ядер – процессорные. В плане же объема ОЗУ данный суперкомпьютер является абсолютным рекордсменом – 1,57 Пбайт. С июня по ноябрь 2012 года Sequoia был номером один в мире.
4. K computer (Япония)
Еще один экс-чемпион – японский K computer (10,51 PFLOPS; 0,7 млн. ядер; 1,4 Пбайт ОЗУ), лидировавший в рейтинге ТОП500 на протяжении 2011 года. За строительство суперкомпьютера для Института физико-химических исследований в городе Кобе отвечала компания Fujitsu, выбор которой пал не на привычные процессоры Intel и AMD x86_64, и даже не на IBM Power, а на собственные 8-ядерные SPARC64 VIIIfx. Единственным крупным производителем чипов архитектуры SPARC, помимо Fujitsu, является компания Oracle, поглотившая серверный бизнес Sun Microsystems. Съедающий 12,66 МВт электричества K computer является самым неэнергоэффективнным в топ-десятке (меньше 1 PFLOPS на 1 МВт).
5. Mira (США)
По заказу Аргоннской национальной лаборатории компанией IBM построен суперкомпьютер Mira, своей архитектурой напоминающий вышеупомянутый Sequoia. Его производительность равняется 8,59 PFLOPS (786 тыс. процессорных ядер), а энергопотребление – 3,94 МВт.
6. Piz Daint (Швейцария)
Мощнейшая в Европе вычислительная система Piz Daint (имечко еще то!) была запущена компаний Cray Inc. во второй половине 2013 года в Швейцарском национальном суперкомпьютерном центре. В данном научном учреждении помимо Piz Daint, производительность которого оценивают в 6,27 PFLOPS, размещено еще три участника ТОР500. Впрочем, суперкомпьютеры частенько «гнездятся стаями» (другие примеры – Окриджская и Ливерморская национальные лаборатории, США). Архитектура Piz Daint включает процессоры Intel и «видеокарты» NVIDIA.
7. Stampede (США)
Компания Dell, в отличие от IBM и Cray Inc., хорошо знакома обывателю своими настольными ПК и ноутбуками. Но в то же время они занимаются производством серверов и даже строительством суперкомпьютеров. Седьмое место в рейтинге ТОР500 – вычислительная система Stampede от компании Dell. Производительность суперкомпьютера, установленного в Техасском центре передовых компьютеров, равняется 5,17 PFLOPS. Схема строения – аналогична Tianhe-2 (центральные процессоры и сопроцессоры от Intel).
8-9. JUQUEEN (Германия) и Vulcan (США)
Суперкомпьютеры JUQUEEN (5,01 PFLOPS) и Vulcan (4,29 PFLOPS) – очередные творения компании IBM. Размещены они в Исследовательском центре Юлих (Германия) и Ливерморской национальной лаборатории (США) соответственно.
10. Безымянный Cray XC30 (США)
Единственным новичком в обновленном рейтинге ТОП500 (июнь 2014) стал пока безымянный суперкомпьютер с производительностью 3,14 PFLOPS, созданный по заказу Правительства США. Построен он на базе суперкомпьютерной платформы Cray XC30, которая применяется в вышеупомянутом Piz Daint.
В сухом остатке
Суперкомпьютеры способны не только анализировать большие объемы статистических данных, но и моделировать различные ситуации и явления. Именно поэтому они незаменимы для экономических расчетов, физических, химических и биологических экспериментов, прогнозирования погоды и природных катаклизмов.
Кроме того, суперкомпьютеры представляют собой предметы национальной гордости. Так, в США размещено 232 суперкомпьютера из ТОР500 (год назад было 252), в Китае – 76 (предыдущее количество 66), в Великобритании и Японии – по 30. Мощнейший же украинский суперкомпьютер, установленный в НТУУ «Киевский политехнический институт», к сожалению, давно не модернизировался, поэтому в число ТОР500 не входит.
На проходящей в Новом Орлеане конференции по суперкомпьютерным вычислениям SC’14. Суммарная мощность всех высокопроизводительных систем превысила 309 петафлопс, что почти на четверть выше прошлогоднего результата.
В четвёртый раз подряд рейтинг возглавляет система Tianhe-2, разработанная в Китайском Национальном университете оборонных технологий. Архитектура и особенности создания этого суперкомпьютера на страницах «Компьютерры» в прошлом году.
За прошедшее время США не смогли вернуть пальму первенства в области разработки высокопроизводительных компьютерных систем, которую ранее удерживали безраздельно. Реванш взять вновь не удалось, хотя вычислительная мощность главного конкурента осталась без изменений. Tianhe-2 по-прежнему демонстрирует 33,86 петафлопс (квадриллионов вычислений в секунду) в тесте Linpack.
Расстановка первых девяти номинантов не изменилась, а вот десятая позиция выглядит немного загадочно. На ней оказался новый суперкомпьютер Cray CS-Storm, место расположения которого не указывается. Известно только, что он был разработан по заказу американского правительства.
Его основой стали процессоры Intel Xeon E5-2660v2, каждый из которых содержит десять двухпоточных ядер (двадцать логических). Однако в десятку лучших этот суперкомпьютер привели не чипы архитектуры x86-64, а векторные ускорители Nvidia Tesla K40 с ядром GK110B (Kepler). Именно они обеспечивают львиную долю его производительности. Все вычислительные узлы соединяются по высокоскоростной шине Infiniband FDR, что позволяет быстро перераспределять нагрузку.
Прежний лидер (Titan, Cray XK7) тоже ускорители Nvidia, но более простые (по сегодняшним меркам) – Tesla K20.
В Китае решили сделать ставку на ускорители с другой архитектурой, и не прогадали. Представленный два года назад Tianhe-2 был оснащён сопроцессорами Intel Xeon Phi 31S1P. Он практически вдвое превзошёл Titan во всех тестовых заданиях. Китайский триумф стал настолько ошеломительным, что первенство этой системы среди суперкомпьютеров до сих пор не может оспорить ни одна страна.
Справедливости ради отметим, что суммарная производительность всех суперкомпьютеров в стране пока ещё остаётся самой высокой в США. Однако число мощных американских систем продолжает падать. Год назад их было больше половины во всём списке – 265. За первую половину года их осталось уже 233, а с последним обновлением рейтинга выбыли ещё два суперкомпьютера. Такими темпами США приблизится к историческому минимуму уже в следующем году.
Несмотря на внушительные результаты Tianhe-2, общее число суперкомпьютеров Китая также снижается. Из новой версии рейтинга исчезли пятнадцать китайских систем, а остались только шестьдесят одна. В остальной части азиатского региона также отмечается спад: общее число высокопроизводительных систем снизилось в нём за полгода на двенадцать суперкомпьютеров. Осталось только сто двадцать мощных систем на весь регион.
Святое место не бывает пустым: освобождающиеся строчки рейтинга TOP500 активно занимает Европа и Япония. Число высокопроизводительных европейских систем выросло на четырнадцать и составило сто тридцать суперкомпьютеров. В Японии прибавилось два новых: Magnolia (#174) и HELIOS (#265). Теперь Япония обладает тридцатью двумя мощными системами.
Бразилия утрачивает и без того невысокие позиции в сфере высокопроизводительных вычислений: в списке TOP500 осталось всего четыре бразильских суперкомпьютера, и ни один из них не входит даже в первую сотню. Чуть лучше дела у Канады – из шести мощных систем пять занимают позиции между второй и третьей сотней. Лидирует суперкомпьютер Торонтского университета BlueGene/Q с процессорами IBM PowerPC (#74).
Австралия постепенно начинает играть заметную роль: на её долю теперь приходится девять суперкомпьютеров. Самый мощный из них – Magnus (Cray XC40) на базе двенадцатиядерных процессоров Xeon E5-2690v3 с поддержкой Hyper-Threading (#41).
Российских суперкомпьютеров в новом списке также всего девять. Главный из них – кластер A-Class, созданный компанией «Т-Платформы» для Научно-исследовательского вычислительного центра МГУ. Впервые в рейтинге TOP500 он появился в июне этого года, а сейчас занимает в нём двадцать второе место.
Другой знаменитый суперкомпьютер «Ломоносов», также разработанный компанией «Т-Платформы» для МГУ, переместился на пятьдесят восьмое место, уступив за полгода шестнадцать позиций.
Новый суперкомпьютер появился в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете. Это кластер архитектуры «РСК Торнадо», созданный группой компаний РСК. Он занял восемьдесят первую строчку в списке TOP500. Ещё один суперкомпьютер СПбГПУ RSC PetaStream переместился на позицию #390.
Остальные шесть российских систем вышли за пределы первой сотни. Кластер МВС-10П (#133) МСЦ РАН ещё полтора года назад был вторым среди самых мощных суперкомпьютеров на территории России и СНГ. Кластер «Лобачевский» (#189) и модернизированный «РСК Торнадо ЮУрГУ» (#190) завершают перечень отечественных суперкомпьютеров для научных исследований.
Гибридный кластер «Лобачевский» был установлен в НОЦ «СКТ-Приволжье» Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского компанией «Ниагара Компьютерс». Его отдельные сегменты подобны модулям суперкомпьютеров «Титан» и «Тяньхэ-2». В первом сегменте кластера используются как сопроцессоры Intel Xeon Phi 5110P, так и ускорители Nvidia Tesla K20x. Во втором вместо них установлены графические процессоры NVIDIA Tesla M2090. Всего оба сегмента кластера объединяют сто шестьдесят гибридных вычислительных узлов. Текущий рейтинг TOP500 учитывает данные о скорости вычислений только на девяноста однородных узлах, снятые совместно со специалистами Nvidia. Каждый такой узел содержит два восьмиядерных процессора Intel Xeon E5-2660 с поддержкой Hyper-Threading и три векторных ускорителя Nvidia Tesla K20x. Пиковая производительность гибридного кластера составляет 550 терафлопс. В официальный зачёт пошли результаты теста Linpack, показавшие среднее значение 289,5 терафлопс.
Кластер «РСК Торнадо ЮУрГУ» был разработан для Южно-уральского государственного университета. Система на базе Intel Xeon Phi SE10X пришла на смену работающему с июня 2008 года суперкомпьютеру “СКИФ-Аврора”, чья производительность в сто терафлопс уже выходит за рамки TOP500.
Российский суперкомпьютер “РСК Торнадо ЮУрГУ” (фото: rscgroup.ru). Замыкают общий список российских суперкомпьютеров два специализированных сервера для коммерческого использования. Это двухсокетные блейд-серверы HP ProLiant BL460c Gen8. Модель на базе Intel Xeon E5-2680v2 занимает позицию #337, а система на основе восьмиядерных Xeon E5-2660 оказалась почти в самом конце рейтинга (#457).
С момента первой публикации в июне 1993 года, список TOP500 служил общепринятой мерой производительности суперкомпьютеров. Самые мощные вычислительные системы со всего мира тестировались в Linpack и ранжировались в соответствии с полученными результатами. В последние два года наметился общий спад: темпы прироста средней производительности неуклонно снижаются от списка к списку.
Стагнация в первой десятке резко контрастирует с постоянной сменой позиций в средней и особенно финальной части списка. Это может восприниматься как признак переориентирования производителей на сегмент малых суперкомпьютерных систем и как временное достижение рационального предела в наращивании мощности отдельных кластеров.
Время прочтения: 7 мин.
До сих пор человечество так и не достигло терриконов Марса, не изобрело эликсир молодости, авто еще не могут взмыть над землей, но есть несколько сфер, в которых мы все таки преуспели. Создание мощных суперкомпьютеров – именно такая сфера. Чтобы оценить мощность компьютера, нужно определить какой ключевой параметр отвечает за эту характеристику. Этим параметром является флопс — величина, которая показывает, сколько операций может выполнить ПК за одну секунду. Именно, на основании этой величины, наш журнал Большой Рейтинг и расставил самые мощные компьютеры в мире на 2017 год.
Мощность суперкомпьютера — 8,1 Пфлоп/сек
Этот компьютер хранит данные, которые отвечают за безопасность военной структуры Соединенных Штатов, также он отвечает за состояние готовности ядерной атаки, в случае необходимости. Два года назад эта машина была одной из самых мощных и дорогих в мире, но на сегодня Trinity вытеснили более новые аппараты. Система, на которой работает этот суперкомпьютер — Cray XC40, благодаря ей, аппарат и может «выдавать» такое количество операций в секунду.
Mira
Мощность суперкомпьютера – 8,6 Пфлоп/сек
Компания Cray выпустила еще один суперкомпьютер – Mira. Министерство энергетики США заказало выпуск этой машины, для координации своей работы. Сфера, в которой работает Mira – промышленность и развитие научно-исследовательского потенциала. В секунду этот суперкомпьютер может рассчитать 8,6 петафлопс.
Мощность суперкомпьютера – 10,5 Пфлоп/сек
Название этого аппарата сразу описывает мощность, японское слово «кей» (К) означает десять квадриллионов. Эта цифра почти точно описывать его производительную мощность – 10,5 петафлопс. «Фишкой» этого суперкомпьютера является его система охлаждения. Используют водное охлаждение, которое снижает потребление энергетических запасов и снижает показатели скорости компоновки.
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.
Cori
Мощность суперкомпьютера – 14 Пфлоп/сек
Еще в прошлом году Cori был на шестой строчке в списке самых мощных суперкомпьютеров в мире, но при сумасшедшей скорости развития технологий, он уступил одну позицию. Этот суперкомпьютер находится в Соединенных Штатах, в Национальной лаборатории имени Лоуренса и Беркли. Ученые из Швейцарии, с помощью Cori смогли разработать 45-кубитную квантовую вычислительную машину. Производственная мощность этого суперкомпьютера – 14 петафлопс в секунду.
Мощность суперкомпьютера – 17,2 Пфлоп/сек
Ученые со всего мира долго время сходились во мнении, что Sequoia – самый быстрый суперкомпьютер на планете. И это не просто так, ведь он способен произвести арифметические расчеты, на которые бы людям в количестве 6,7 млрд. понадобилось бы 320 лет, за одну секунду. Поистине, поражают размеры машины – она занимает более чем 390 квадратных метра и в ее состав входит 96 стоек. Шестнадцать тысяч триллионов операций или другими словами 17,2 петафлопс – производственная мощность этого суперкомпьютера.
Titan
Мощность суперкомпьютера – 17,6 Пфлоп/сек
Кроме того, что этот суперкомпьютер один из самых быстрых на планете, он еще и очень энергоэффективен. Показатель энергоэффективности составляет 2142,77 мегафлопс на Ватт энергии, необходимой для потребления. Причиной такой низкой энергопотребляемости является ускоритель Nvidia, который обеспечивает до 90% мощности, необходимой для вычислений. Кроме этого, ускоритель Nvidia значительно сократил площадь, которую занимал этот суперкомпьютер, теперь ему нужно всего лишь 404 квадратных метра.
Мощность суперкомпьютера – 19,6 Пфлоп/сек
Первый запуск этого аппарата состоялся в 2013 году, в Швейцарии, в городе Лугано. Сейчас геолокация этого суперкомпьютера – Швейцарский национальный центр суперкомпьютеров. Piz Daint – это сочетание всех лучших характеристик вышеперечисленных машин, у него очень высокий показатель энергоэффективности и он очень быстр в вычислениях. Только одна характеристика оставляет желать лучшего – габариты этого суперкомпьютера, он занимает 28 огромных стоек. Piz Daint способен работать с вычислительной мощностью 19,6 петафлопс в секунду.
Мощность суперкомпьютера – 33,9 Пфлоп/сек
Этот аппарат имеет романтическое название Tianhe, что с китайского, в переводе, значит «Млечный Путь». Tianhe-2 был самым быстрым компьютером в списке 500-ти самых быстрых и мощных суперкомпьютеров. Он может рассчитать 2507 арифметических операций, что в переводе на петафлопсы составит 33,9 Пфлоп/сек. Специализация, в которой используют этот компьютер – строительство, он рассчитывает операции связанные с застройкой и прокладкой дорог. Еще с первого запуска в 2013 году, этот компьютер не теряет свои позиции в списках, что доказывает, что это одна из лучших машин в мире.
Мощность суперкомпьютера – 93 Пфлоп/сек
Sunway TaihuLight – самый быстрый суперкомпьютер в мире, кроме своей огромной скорости вычислений, он славится еще и своими огромными габаритами – он занимает площадь более 1000 квадратных метров. Международная конференция 2016 года, которая проходила в Германии, признала этот суперкомпьютер самым быстрым в мире и он до сих пор не имеет серьезного конкурента в этом плане. Его скорость в три раза превышает показатели Tianhe-2, ближайший к нему суперкомпьютер в этом плане!
Технический прогресс не стоит на месте, он развивается с космической скоростью, влияет на множество аспектов человеческой жизни, имеет множество как позитивных, так и негативных сторон. Для человека сейчас доступной стала техника самых разных типов: компьютеры, роботы и приборы. Но главной целью любой аппаратуры является упрощение жизни человека, техника не должна стать бессмысленным развлечением, которое будет только тратить ваше время.