Топ-10 самых мощных суперкомпьютеров в 2024 году

Персональный компьютер или ноутбук можно встретить практически в каждом доме. Те, кто покупает передовые процессоры и видеочипы последних моделей, считают, что у них дома стоит самый мощный компьютер в мире, по крайней мере, по характеристикам. Однако персональным компьютерам ещё очень далеко до суперкомпьютеров. Вот где кроется истинная мощь!

Эти машины — монстры титанических вычислений, способные обрабатывать квадриллион операций в секунду. Они кажутся чем-то далёким среднестатистическому жителю нашей планеты, хотя на самом деле мы очень часто сталкиваемся с результатами их работы. Начиная с возможности быстро находить информацию в Интернете и заканчивая разработкой новых медицинских препаратов и летательных транспортных средств, которыми мы все активно пользуемся…

Нужны ли нам супермощные компьютеры?

Впервые термин «суперкомпьютеры» был использован в 60-х годах прошлого века. Это были основные вычислительные машины, применяемые для различных академических, правительственных и научных проектов США. В 90-е годы вовсю шла речь о «крахе суперкомпьютеров», поскольку многие компании ушли с этого рынка. Но, например, компания Cray, которая ещё с 60-х годов выпускала высокопроизводительные компьютеры, и до нашего времени продолжает свои разработки.

Изначально суперкомпьютеры служили в военных целях, с их помощью происходила разработка ядерного оружия. Сейчас они востребованы там, где используется компьютерное моделирование и требуется обработка огромных массивов данных в реальном времени. Если задача может быть решена методом перебора большого числа значений, такие комплексы показывают высокую эффективность в её решении.

Суперкомпьютеры, или как их ещё называют, «числодробилки», в наше время используются в следующих науках и направлениях:

• биология;
• физика;
• метеорология;
• криптография;
• лингвистика;
• проектирование в машиностроении, строительстве, авиастроении;
• искусственные нейросети и искусственный интеллект и т.д.

Развитие информационных технологий и устройств со сверхвысокими вычислительными возможностями привело к появлению таких наук, как вычислительная химия, вычислительная лингвистика и др.

Благодаря эффективной работе самых мощных суперкомпьютеров в мире мы получаем точные прогнозы погоды и революционные медицинские возможности. В частности, возможность диагностирования и лечения рака. С их помощью удаётся быстро обрабатывать миллионы историй болезней и диагнозов, выявлять новые закономерности течения болезни, вследствие чего — создавать новые методики лечения. Расчёт огромного количества химических соединений позволяет создавать основу для производства инновационных медицинских препаратов.

Более стремительному развитию экстремально мощных компьютеров и системных блоков способствует диджитализация и эпоха цифровой экономики. На разработку и создание суперкомпьютеров выделяются многомиллионные суммы, вследствие чего производительность таких машин заметно возрастает с каждым годом.

Как измеряется производительность суперкомпьютеров?

Вычислительные способности самых мощных компьютеров мира в 2022-23 гг. измеряются во «флопсах» — количестве операций с числами с плавающей точкой в секунду. Обычно для компьютеров используют MIPS — количество операций в секунду, выраженное в миллионных числах, но так как «числодробилки» чаще всего работают с вещественными числами высокой точности вместо целых чисел, именно FLOPS является оптимальной мерой вычисления. Это пусть и приблизительный, но объективный критерий сравнения мощных компьютерных систем.

1. Производительность в 1 миллиард флопс в секунду, то есть 1 Гигафлопс была достигнута суперкомпьютером NEC SX-2 в 1983 году
2. 1 триллион флопс в секунду, то есть 1 Тфлопс «пробит» в 1996 году машиной ASCI Red
3. 1 квадриллион флопс, то есть 1 Петафлопс превышен моделью IBM Roadrunner в 2008 г.
4. 1 квинтиллион операций в секунду способны выполнять экзафлопсные компьютеры к 2023-2024 гг.

Так какой же компьютер самый мощный в мире прямо сейчас?

ТОП-10

10. TIANHE-2A TH-IVB-FEP

Со скоростью в 61,4 петафлопс модель Tianhe-2A (она же MilkyWay-2A) размещается на десятой позиции. Разработана Оборонным научно-техническим университетом Китая НОАК (NUDT) и установлена в Национальном суперкомпьютерном центре в Гуанчжоу. Теоретическая суммарная производительность равна примерно 100,6 Пфлопс.

Тяньхэ-2A работает на процессорах Intel Xeon (4 981 760 ядер) и ускорителях NUDT Matrix-2000 DSP. Используется для моделирования, систем анализа и приложений государственной безопасности. Занимал 1-е место в мире с июня 2013 года по ноябрь 2015 года.

9. SELENE Nvidia

Этот один из самых мощных суперкомпьютеров в мире по состоянию на 2024 год используется компанией NVIDIA Corp, известной производством видеокарт для персональных компьютеров в разных ценовых категориях. Общая капитализация компании составляет $251,31 млрд. В рамках последних тестирований Selene достигла мощности в 63,4 петафлопс на бенчмарке HPL, что позволило ей практически удвоить свой предыдущий результат (предыдущий показатель — 27,6 петафлопс).

NVIDIA представила свой суперкомпьютер Selene с искусственным интеллектом в июне 2020 года, построив и запустив его менее чем за месяц. Основные сферы применения включают разработку и тестирование различных систем, внутренние разработки искусственного интеллекта и микросхем.

Selene работает на чипах Nvidia DGX A100 SuperPOD и на базе процессоров AMD EPYC с новыми графическими процессорами. Общее количество ядер — 555 520.

8. Perlmutter HPE Cray EX235n

Суперкомпьютер Perlmutter установлен в калифорнийском университете в Беркли и назван в честь астрофизика Сола Перлмуттера, доказавшего, что Вселенная расширяется с ускорением. Эти и многие другие открытия были бы невозможны без использования суперкомпьютеров.

При создании Perlmutter ориентировались прежде всего на универсальность, поэтому 1536 64-ядерных процессора AMD Epyc Milan соседствуют с 6159 ускорителями Nvidia A100. Такая связка позволила получить 70 петафлопс в обычных задачах и до 3.8 эксафлопс в ИИ-вычислениях.

Компьютер занимается составлением 3D-карты видимой Вселенной, моделированием ядерного синтеза и другими ресурсоёмкими задачами.

7. SUNWAY TAIHULIGHT AC922 Sunway MPP

Sunway TaihuLight построен Национальным исследовательским центром параллельной вычислительной техники и технологий Китая и установлен в Национальном суперкомпьютерном центре Уси. Ранее в официальном рейтинге Top500 занимал 1-е место в течение двух лет (2016–2017). Однако с тех пор его позиции несколько пошатнулись.

Производительность суперкомпьютера достигает 93 петафлопс в тесте HPL. Работает на процессорах Sunway SW26010 с 10 649 600 ядрами. Теоретическая производительность китайского суперкомпьютера составляет 125,4 петафлопс.

6. SIERRA IBM Power Systems AC922

В рейтинге самых мощных компьютеров 2023-2024 года на 6-й позиции система Sierra. Данная модель суперкомпьютера принадлежит Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL, Калифорния), которая отвечает за надёжность и безопасность ядерного оружия Соединённых Штатов Америки. Также в этой лаборатории расположен Национальный комплекс лазерных термоядерных реакций.

Суперкомпьютер Сьерра обладает производительностью в 94,6 петафлопс, 4320 узлами, 1,572,480 ядрами, двумя процессорами Power9 и четырьмя графическими процессорами NVIDIA Tesla V100. Его архитектура подобна архитектуре суперкомпьютера из позиции №5 (Summit).

Sierra также заняла 15-е место в списке самых энергоэффективных суперкомпьютеров в мире по версии Green500.

5. SUMMIT IBM Power Systems AC922

5-й самый мощный компьютер в мире по характеристикам производительности в 2022-23-м году — это модель Summit, которая базируется в Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL), штат Теннесси. Лаборатория ведёт исследования в области нейтронной физики, материаловедения и энергетики.

Является самой быстрой системой из всех представленных в США. Запущенная в 2018 году, модель IBM Power Systems AC922 имеет производительность 148,8 петафлопс, обладает 4356 узлами. Основные процессоры — Power9 (2 414 592 ядра) + шесть графических чипов NVIDIA Tesla V100.

Две команды, работающие над созданием Summit, получили престижную премию Гордона Белла за выдающееся достижение в области высокопроизводительных вычислений, которую обычно называют «Нобелевской премией по суперкомпьютерам».

4. Leonardo BullSequana XH2000

Leonardo — это второй по производительности суперкомпьютер в Европе. Он установлен в дата-центре итальянского города Болонья. Компьютер состоит из трёх модулей: для управления, хранения данных и вычислений. Последний имеет пиковую производительность 174 петафлопс, но планируется расширение до 240 ПФлопс.

В компьютере используются 32-ядерные процессоры Intel Xeon 8358, к каждому из них подключен GPU NVidia A100. Более 6000 ускорителей предназначены для работы с искусственным интеллектом, машинным обучением и квантовыми технологиями. Например, система уже была задействована в борьбе с вирусными инфекциями, помогая разрабатывать вакцины.

3. LUMI HPE Cray EX235a

Самый мощный суперкомпьютер Европы LUMI построен на современной платформе HPE Cray EX235a, используемой уже в 9 суперкомпьютерах. Каждый блок содержит 64-ядерный процессор AMD EPYC Zen3 c 512 ГБ оперативной памяти и 4 ускорителя AMD Radeon Instinct MI250X со 128 ГБ памяти каждый. Всё это связано быстрой 800 Гбит/с шиной Infinity Fabric. Всего таких узлов 2560, что обеспечивает производительность 309 ПФлопс (FP64 LinPack).

Компьютер установлен в Финляндии, но фактически является проектом десяти европейских стран. Ресурсы поделены между Институтами и предприятиями, участвовавшими в его строительстве. График использования составлен таким образом, чтобы были задействованы все ресурсы, как CPU, так и GPU.

2. SUPERCOMPUTER FUGAKU

Второй самый топовый компьютер в мире — это Fugaku. Его максимальная производительность составляет 442 PFLOPS (потенциальный пик — 537), что в 3 раза быстрее, чем система Summit. Такого результата удалось достичь благодаря увеличению количества ядер до 7630848 (процессоры Arm A64FX) Компьютер построен компанией Fujitsu и находится в Центре вычислительных наук RIKEN в Кобе, Япония.

Директор Центра RIKEN Сатоши Мацуока заявил, что это достижение покорилось им благодаря тому, что они «наконец-то смогли использовать всю машину по максимуму, а не только её значительную часть». В то же время Мацуока добавил: «Я не думаю, что мы способны ещё что-то улучшить в ней».

В сумме мощность Фугаку превышает мощность нескольких вместе взятых суперкомпьютеров, расположенных ниже в рейтинге. В эксплуатацию введён в 2021 году.

1. Frontier HPE Cray EX235a

Frontier — это суперкомпьютер, преодолевший рубеж в 1 эксафлопс (1 квинтиллион операций в секунду). В работе с ИИ он также держит пальму первенства, практически достигая 7 ExaFLOPS. Как и Summit, установлен в Ок-Риджской национальной лаборатории США.

Для того, чтобы эффективно использовать такую мощность, был разработан язык программирования x10, изначально рассчитанный на параллельные вычисления. И это действительно важно, ведь эксафлопсные суперкомпьютеры находятся на одном уровне с возможностями человеческого мозга.

Мы упомянули только официально зарегистрированные рекорды производительности. Однако в Китае введены в эксплуатацию компьютеры OceanLight и Tianhe-3, набирающие в тесте LinPack 1.05 и 1.3 ExaFLOPS соответственно. Попасть в рейтинг Топ-500 им не даёт политическая напряжённость в мире.