На Марс люди так и не летают, рак еще не вылечили, от нефтяной зависимости не избавились. И все же существуют области, где человечество достигло невероятного прогресса за последние десятилетия.

Вычислительная мощь компьютеров – как раз одна из них.

Два раза в год специалисты из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и Университета Теннесси публикуют Top-500, в котором предлагают список самых производительных суперкомпьютеров мира.В качестве ключевого критерия в этом рейтинге используется характеристика, которая уже давно считается одной из наиболее объективных в оценке мощности суперкомпьютеров – флопс, или число операций с плавающей точкой в секунду.

Немного забегая вперед, предлагаем вам заранее попробовать на вкус эти цифры: производительность представителей первого десятка топа измеряется десятками квадриллионов флопс. Для сравнения: ЭНИАК, первый компьютер в истории, обладал мощностью в 500 флопс; сейчас средний персональный компьютер имеет мощность в сотни гигафлопс (миллиардов флопс), iPhone 6 обладает производительностью приблизительно в 172 гигафлопса, а игровая приставка PS4 – в 1,84 терафлопса (триллиона флопс).

Вооружившись последним «Топ-500» от ноября 2014 года, редакция Naked Science решила разобраться, что из себя представляют 10 самых мощных суперкомпьютеров мира, и для решения каких задач требуется столь грандиозная вычислительная мощь.

10. Cray CS-Storm

• Местоположение: США
• Производительность: 3,57 петафлопс
• Теоретический максимум производительности: 6,13 петафлопс
• Мощность: 1,4 МВт

Как и практически все современные суперкомпьютеры, включая каждый из представленных в данной статье, CS-Storm состоит из множества процессоров, объединенных в единую вычислительную сеть по принципу массово-параллельной архитектуры. В реальности эта система представляет собой множество стоек («шкафов») с электроникой (узлами, состоящими из многоядерных процессоров), которые образуют целые коридоры.

Cray CS-Storm – это целая серия суперкомпьютерных кластеров, однако один из них все же выделяется на фоне остальных. В частности, это загадочный CS-Storm, который использует правительство США для неизвестных целей и в неизвестном месте.

Известно лишь то, что американские чиновники купили крайне эффективный с точки зрения потребления энергии (2386 мегафлопс на 1 Ватт) CS-Storm с общим количеством ядер почти в 79 тысяч у американской компании Cray.

На сайте производителя, впрочем, сказано, что кластеры CS-Storm подходят для высокопроизводительных вычислений в области кибербезопасности, геопространственной разведки, распознавания образов, обработки сейсмических данных, рендеринга и машинного обучения. Где-то в этом ряду, вероятно, и обосновалось применение правительственного CS-Storm.
CRAY CS-STORM

9. Vulcan – Blue Gene/Q

• Местоположение: США
• Производительность: 4,29 петафлопс
• Теоретический максимум производительности: 5,03 петафлопс
• Мощность: 1,9 МВт

«Вулкан» разработан американской компанией IBM, относится к семейству Blue Gene и находится в Ливерморской национальной лаборатории имени Э. Лоуренса. Принадлежащий Министерству энергетики США суперкомпьютер состоит из 24 стоек. Функционировать кластер начал в 2013 году.

В отличие уже упомянутого CS-Storm, сфера применения «Вулкана» хорошо известна – это различные научные исследования, в том числе в области энергетики, вроде моделирования природных явлений и анализа большого количества данных.

Различные научные группы и компании могут получить доступ к суперкомпьютеру по заявке, которую нужно отправить в Центр инноваций в области высокопроизводительных вычислений (HPC Innovation Centre), базирующийся в той же Ливерморской национальной лаборатории.
Суперкомпьютер Vulcan

8. Juqueen – Blue Gene/Q

• Местоположение: Германия
• Производительность: 5 петафлопс
• Теоретический максимум производительности: 5,87 петафлопс
• Мощность: 2,3 МВт

С момента запуска в 2012 году Juqueen является вторым по мощности суперкомпьютером в Европе и первым – в Германии. Как и «Вулкан», этот суперкомпьютерный кластер разработан компанией IBM в рамках проекта Blue Gene, причем относится к тому же поколению Q.

Находится суперкомпьютер в одном из крупнейших исследовательских центров Европы в Юлихе. Используется соответственно – для высокопроизводительных вычислений в различных научных исследованиях.
Суперкомпьютер Juqueen

7. Stampede – PowerEdge C8220

• Местоположение: США
• Производительность: 5,16 петафлопс
• Теоретический максимум производительности: 8,52 петафлопс
• Мощность: 4,5 МВт

Находящийся в Техасе Stampede является единственным в первой десятке Top-500 кластером, который был разработан американской компанией Dell. Суперкомпьютер состоит из 160 стоек.

Этот суперкомпьютер является мощнейшим в мире среди тех, которые применяются исключительно в исследовательских целях. Доступ к мощностям Stampede открыт научным группам. Используется кластер в самом широком спектре научных областей – от точнейшей томографии человеческого мозга и предсказания землетрясений до выявления паттернов в музыке и языковых конструкциях.
Суперкомпьютер Stampede

6. Piz Daint – Cray XC30

• Местоположение: Швейцария
• Производительность: 6,27 петафлопс
• Теоретический максимум производительности: 7,78 петафлопс
• Мощность: 2,3 МВт

Швейцарский национальный суперкомпьютерный центр (CSCS) может похвастаться мощнейшим суперкомпьютером в Европе. Piz Daint, названный так в честь альпийской горы, был разработан компанией Cray и принадлежит к семейству XC30, в рамках которого является наиболее производительным.

Piz Daint применяется для различных исследовательских целей, вроде компьютерного моделирования в области физики высоких энергий.
Суперкомпьютер Piz Daint

5. Mira – Blue Gene/Q

• Местоположение: США
• Производительность: 8,56 петафлопс
• Теоретический максимум производительности: 10,06 петафлопс
• Мощность: 3,9 МВт

Суперкомпьютер «Мира» был разработан компанией IBM в рамках проекта Blue Gene в 2012 году. Отделение высокопроизводительных вычислений Аргонской национальной лаборатории, в котором располагается кластер, было создано при помощи государственного финансирования. Считается, что рост интереса к суперкомпьютерным технологиям со стороны Вашингтона в конце 2000-х и начале 2010-х годов объясняется соперничеством в этой области с Китаем.

Расположенный на 48 стойках Mira используется в научных целях. К примеру, суперкомпьютер применяется для климатического и сейсмического моделирования, что позволяет получать более точные данные по предсказанию землетрясений и изменений климата.
Суперкомпьютер Mira

4. K Computer

• Местоположение: Япония
• Производительность: 10,51 петафлопс
• Теоретический максимум производительности: 11,28 петафлопс
• Мощность: 12,6 МВт

Разработанный компанией Fujitsu и расположенный в Институте физико-химических исследований в городе Кобе, K Сomputer является единственным японским суперкомпьютером, присутствующим в первой десятке Top-500.

В свое время (июнь 2011) этот кластер занял в рейтинге первую позицию, на один год став самым производительным компьютером в мире. А в ноябре 2011 года K Computer стал первым в истории, которому удалось достичь мощности выше 10 петафлопс.

Суперкомпьютер используется в ряде исследовательских задач. К примеру, для прогнозирования природных бедствий (что актуально для Японии из-за повышенной сейсмической активности региона и высокой уязвимости страны в случае цунами) и компьютерного моделирования в области медицины.
Суперкомпьютер K

3. Sequoia – Blue Gene/Q

• Местоположение: США
• Производительность: 17,17 петафлопс
• Теоретический максимум производительности: 20,13 петафлопс
• Мощность: 7,8 МВт

Мощнейший из четверки суперкомпьютеров семейства Blue Gene/Q, попавших в первую десятку рейтинга, расположен в США в Ливерморской национальной лаборатории. IBM разработали Sequoia для Национальной администрации ядерной безопасности (NNSA), которой требовался высокопроизводительный компьютер для вполне конкретной цели – моделирования ядерных взрывов.

Стоит упомянуть, что реальные ядерные испытания запрещены еще с 1963 года, и компьютерная симуляция является одним из наиболее приемлемых вариантов для продолжения исследований в этой области.

Однако мощности суперкомпьютера использовались для решения и других, куда более благородных задач. К примеру, кластеру удалось поставить рекорды производительности в космологическом моделировании, а также при создании электрофизиологической модели человеческого сердца.
Суперкомпьютер Sequoia

2. Titan – Cray XK7

• Местоположение: США
• Производительность: 17,59 петафлопс
• Теоретический максимум производительности: 27,11 петафлопс
• Мощность: 8,2 МВт

Наиболее производительный из когда-либо созданных на Западе суперкомпьютеров, а также самый мощный компьютерный кластер под маркой компании Cray, находится в США в Национальной лаборатории Оук-Ридж. Несмотря на то, что находящийся в распоряжении американского Министерства энергетики суперкомпьютер официально доступен для любых научных исследований, в октябре 2012 года, когда Titan был запущен, количество заявок превысило всякие пределы.

Из-за этого в Оукриджской лаборатории была созвана специальная комиссия, которая из 50 заявок отобрала лишь 6 наиболее «передовых» проектов. Среди них, к примеру, моделирование поведения нейтронов в самом сердце ядерного реактора, а также прогнозирование глобальных климатических изменений на ближайшие 1-5 лет.

Несмотря на свою вычислительную мощь и впечатляющие габариты (404 квадратных метра), Titan недолго продержался на пьедестале. Уже через полгода после триумфа в ноябре 2012 года гордость американцев в области высокопроизводительных вычислений неожиданно потеснил выходец с Востока, беспрецедентно обогнав предыдущих лидеров рейтинга.
Суперкомпьютер Titan

1. Tianhe-2 / Млечный путь-2

• Местоположение: Китай
• Производительность: 33,86 петафлопс
• Теоретический максимум производительности: 54,9 петафлопс
• Мощность: 17,6 МВт

С момента своего первого запуска «Тяньхэ-2», или «Млечный-путь-2», вот уже около двух лет является лидером Top-500. Этот монстр почти в два раза превосходит по производительности №2 в рейтинге – суперкомпьютер TITAN.

Разработанный Оборонным научно-техническим университетом Народно-освободительной армии КНР и компанией Inspur, «Тяньхэ-2» состоит из 16 тысяч узлов с общим количеством ядер в 3,12 миллиона. Оперативная память всей это колоссальной конструкции, занимающей 720 квадратных метров, составляет 1,4 петабайт, а запоминающего устройства – 12,4 петабайт.

«Млечный путь-2» был сконструирован по инициативе китайского правительства, поэтому нет ничего удивительного в том, что его беспрецедентная мощь служит, судя по всему, нуждам государства. Официально было заявлено, что суперкомпьютер занимается различными моделированиями, анализом огромного количества данных, а также обеспечением государственной безопасности Китая.

Учитывая секретность, свойственную военным проектам КНР, остается лишь догадываться, какое именно применение время от времени получает «Млечный путь-2» в руках китайской армии.
Суперкомпьютер Tianhe-2

А как же Россия, спросите вы?

Отвечу, что в июле 2017 года российские ученые представили разработку, которая, должна кардинально изменить жизнь человечества.

Созданием квантовых компьютеров, способных работать в миллионы раз быстрее современных операционных систем, занимаются крупнейшие технологические корпорации мира. Но они уже признали победу коллег.

Это казалось фантастикой еще вчера - квантовые компьютеры, способные обогнать все существующие устройства. Они настолько мощные, что могут или открыть человечеству новые горизонты, или обрушить все системы безопасности, потому что смогут взломать их.

«Квантовый компьютер функционирующий, он гораздо страшнее атомный бомбы», - считает генеральный директор компании Acronis, сооснователь Российского квантового центра Сергей Белоусов.

В разработку вкладываются крупнейшие корпорации: Google, IBM, Microsoft, Alibaba. Но сегодня в центре внимания - Михаил Лукин, физик из Гарварда и один из основателей Российского квантового центра. Его команде удалось создать самый мощный на данный момент квантовый компьютер.

Михаил Лукин

«Это одна из самых больших квантовых систем, которые были созданы. Мы входим в тот режим, где уже классические компьютеры не могут справится с вычислениями. Делаем маленькие открытия уже, увидели новые эффекты, которые не ожидались теоретически, которые мы сейчас можем, мы пытаемся понять, мы даже до конца их не понимаем», - рассказывает профессор Гарвардского университета, сооснователь Российского квантового центра Михаил Лукин.

Все - из-за мощности таких устройств. Расчеты, которые на сегодняшнем суперкомпьютере займут тысячи лет, квантовый может сделать в один миг.

Как это работает? В обычных компьютерах информация и вычисления - это биты. Каждый бит - либо ноль, либо единица. Но квантовые компьютеры основаны на кубитах, а они могут находиться в состоянии суперпозиции, когда каждый кубит - одновременно и ноль, и единица. И если для какого-нибудь расчета обычным компьютерам нужно, грубо говоря, выстроить последовательности, то квантовые вычисления происходят параллельно, в одно мгновение. В компьютере Михаила Лукина таких кубитов - 51.

«Во-первых, он сделал систему, в которой больше всего кубитов. На всякий случай. На данный момент, я думаю, это больше чем в два раза больше кубитов, чем у кого-либо другого. И он специально сделал 51 кубит, а не 49, потому что Google все время говорил, что сделает 49», - объясняет гендиректор компании Acronis, сооснователь Российского квантового центра Сергей Белоусов.

Создание самого мощного квантового компьютера пророчили ему. Джон Мартинес - руководитель крупнейшей в мире квантовой лаборатории корпорации Google. И свой 49-кубитный компьютер он планировал закончить только через несколько месяцев.

«22 кубита - это максимум, что мы смогли сделать, мы использовали все свое волшебство и профессионализм», - рассказывает он.

Мартинес и Лукин выступили на одной сцене - в Москве, на Четвертой международной квантовой конференции. Впрочем, соперниками ученые себя не не считают.

«Неправильно думать об этом, как о гонке. Настоящая гонка у нас с природой. Потому что это действительно сложно - создать квантовый компьютер. И это просто захватывающе, что кому-то удалось создать систему с таким большим количеством кубитов», - говорит глава лаборатории «Квантовый искусственный интеллект» компании Google Джон Мартинес.

Но для чего нам понадобятся квантовые компьютеры? Даже сами их создатели не знают наверняка. С их помощью могут быть разработаны совершенно новые материалы, сотни открытий в физике и химии. Квантовые компьютеры - пожалуй, единственное, что может приоткрыть тайну человеческого мозга и искусственного интеллекта.

«Когда совершается научное открытие, его создатели не представляют всю мощь, которую оно принесет. Когда придуман был транзистор, то никто не представлял, что на этом транзисторе построятся компьютеры», - говорит директор Российского квантового центра Руслан Юнусов.

Один из первых компьютеров был создан в 40-х годах ХХ века и весил 27 тонн. Если сравнить с современными устройствами, то обычный смартфон по мощности - это как 20 000 таких машин. И это за 70 лет прогресса. Но если наступит эра квантовых компьютеров, уже наши потомки будут удивляться, как вообще пользоваться этим антиквариатом.

На Марс люди так и не летают, рак еще не вылечили, от нефтяной зависимости не избавились. И все же существуют области, где человечество достигло невероятного прогресса за последние десятилетия. Вычислительная мощь компьютеров – как раз одна из них.

Два раза в год специалисты из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и Университета Теннесси публикуют Top-500, в котором предлагают список самых производительных суперкомпьютеров мира.

В качестве ключевого критерия в этом рейтинге используется характеристика, которая уже давно считается одной из наиболее объективных в оценке мощности суперкомпьютеров – флопс, или число операций с плавающей точкой в секунду.

Немного забегая вперед, предлагаем вам заранее попробовать на вкус эти цифры: производительность представителей первого десятка топа измеряется десятками квадриллионов флопс. Для сравнения: ЭНИАК, первый компьютер в истории, обладал мощностью в 500 флопс; сейчас средний персональный компьютер имеет мощность в сотни гигафлопс (миллиардов флопс), iPhone 6 обладает производительностью приблизительно в 172 гигафлопса, а игровая приставка PS4 – в 1,84 терафлопса (триллиона флопс).

Вооружившись последним «Топ-500» от ноября 2014 года, редакция Naked Science решила разобраться, что из себя представляют 10 самых мощных суперкомпьютеров мира, и для решения каких задач требуется столь грандиозная вычислительная мощь.

10. Cray CS-Storm

Местоположение: США
Производительность: 3,57 петафлопс
Теоретический максимум производительности: 6,13 петафлопс
Мощность: 1,4 МВт

Как и практически все современные суперкомпьютеры, включая каждый из представленных в данной статье, CS-Storm состоит из множества процессоров, объединенных в единую вычислительную сеть по принципу массово-параллельной архитектуры. В реальности эта система представляет собой множество стоек («шкафов») с электроникой (узлами, состоящими из многоядерных процессоров), которые образуют целые коридоры.

Cray CS-Storm – это целая серия суперкомпьютерных кластеров, однако один из них все же выделяется на фоне остальных. В частности, это загадочный CS-Storm, который использует правительство США для неизвестных целей и в неизвестном месте.

Известно лишь то, что американские чиновники купили крайне эффективный с точки зрения потребления энергии (2386 мегафлопс на 1 Ватт) CS-Storm с общим количеством ядер почти в 79 тысяч у американской компании Cray.

На сайте производителя, впрочем, сказано, что кластеры CS-Storm подходят для высокопроизводительных вычислений в области кибербезопасности, геопространственной разведки, распознавания образов, обработки сейсмических данных, рендеринга и машинного обучения. Где-то в этом ряду, вероятно, и обосновалось применение правительственного CS-Storm.

CRAY CS-STORM / © Cray

9. Vulcan – Blue Gene/Q

Местоположение: США
Производительность: 4,29 петафлопс
Теоретический максимум производительности: 5,03 петафлопс
Мощность: 1,9 МВт

«Вулкан» разработан американской компанией IBM, относится к семейству Blue Gene и находится в Ливерморской национальной лаборатории имени Э. Лоуренса. Принадлежащий Министерству энергетики США суперкомпьютер состоит из 24 стоек. Функционировать кластер начал в 2013 году.

В отличие уже упомянутого CS-Storm, сфера применения «Вулкана» хорошо известна – это различные научные исследования, в том числе в области энергетики, вроде моделирования природных явлений и анализа большого количества данных.

Различные научные группы и компании могут получить доступ к суперкомпьютеру по заявке, которую нужно отправить в Центр инноваций в области высокопроизводительных вычислений (HPC Innovation Centre), базирующийся в той же Ливерморской национальной лаборатории.

Суперкомпьютер Vulcan / © Laura Schulz and Meg Epperly/LLNL

8. Juqueen – Blue Gene/Q

Местоположение: Германия
Производительность: 5 петафлопс
Теоретический максимум производительности: 5,87 петафлопс
Мощность: 2,3 МВт

С момента запуска в 2012 году Juqueen является вторым по мощности суперкомпьютером в Европе и первым – в Германии. Как и «Вулкан», этот суперкомпьютерный кластер разработан компанией IBM в рамках проекта Blue Gene, причем относится к тому же поколению Q.

Находится суперкомпьютер в одном из крупнейших исследовательских центров Европы в Юлихе. Используется соответственно – для высокопроизводительных вычислений в различных научных исследованиях.

Суперкомпьютер Juqueen / © Jülich Supercomputing Centre (JSC)

7. Stampede – PowerEdge C8220

Местоположение: США
Производительность: 5,16 петафлопс
Теоретический максимум производительности: 8,52 петафлопс
Мощность: 4,5 МВт

Находящийся в Техасе Stampede является единственным в первой десятке Top-500 кластером, который был разработан американской компанией Dell. Суперкомпьютер состоит из 160 стоек.

Этот суперкомпьютер является мощнейшим в мире среди тех, которые применяются исключительно в исследовательских целях. Доступ к мощностям Stampede открыт научным группам. Используется кластер в самом широком спектре научных областей – от точнейшей томографии человеческого мозга и предсказания землетрясений до выявления паттернов в музыке и языковых конструкциях.

Суперкомпьютер Stampede / © Texas Advanced Computing Center

6. Piz Daint – Cray XC30

Местоположение: Швейцария
Производительность: 6,27 петафлопс
Теоретический максимум производительности: 7,78 петафлопс
Мощность: 2,3 МВт

Швейцарский национальный суперкомпьютерный центр (CSCS) может похвастаться мощнейшим суперкомпьютером в Европе. Piz Daint, названный так в честь альпийской горы, был разработан компанией Cray и принадлежит к семейству XC30, в рамках которого является наиболее производительным.

Piz Daint применяется для различных исследовательских целей вроде компьютерного моделирования в области физики высоких энергий.

Суперкомпьютер Piz Daint / © blogs.nvidia.com

5. Mira – Blue Gene/Q

Местоположение: США
Производительность: 8,56 петафлопс
Теоретический максимум производительности: 10,06 петафлопс
Мощность: 3,9 МВт

Суперкомпьютер «Мира» был разработан компанией IBM в рамках проекта Blue Gene в 2012 году. Отделение высокопроизводительных вычислений Аргонской национальной лаборатории, в котором располагается кластер, было создано при помощи государственного финансирования. Считается, что рост интереса к суперкомпьютерным технологиям со стороны Вашингтона в конце 2000-х и начале 2010-х годов объясняется соперничеством в этой области с Китаем.

Расположенный на 48 стойках Mira используется в научных целях. К примеру, суперкомпьютер применяется для климатического и сейсмического моделирования, что позволяет получать более точные данные по предсказанию землетрясений и изменений климата.

Суперкомпьютер Mira / © Flickr

4. K Computer

Местоположение: Япония
Производительность: 10,51 петафлопс
Теоретический максимум производительности: 11,28 петафлопс
Мощность: 12,6 МВт

Разработанный компанией Fujitsu и расположенный в Институте физико-химических исследований в городе Кобе K Сomputer является единственным японским суперкомпьютером, присутствующим в первой десятке Top-500.

В свое время (июнь 2011) этот кластер занял в рейтинге первую позицию, на один год став самым производительным компьютером в мире. А в ноябре 2011 года K Computer стал первым в истории, которому удалось достичь мощности выше 10 петафлопс.

Суперкомпьютер используется в ряде исследовательских задач. К примеру, для прогнозирования природных бедствий (что актуально для Японии из-за повышенной сейсмической активности региона и высокой уязвимости страны в случае цунами) и компьютерного моделирования в области медицины.

Суперкомпьютер K / © Fujitsu

3. Sequoia – Blue Gene/Q

Местоположение: США
Производительность: 17,17 петафлопс
Теоретический максимум производительности: 20,13 петафлопс
Мощность: 7,8 МВт

Мощнейший из четверки суперкомпьютеров семейства Blue Gene/Q, попавших в первую десятку рейтинга, расположен в США в Ливерморской национальной лаборатории. IBM разработали Sequoia для Национальной администрации ядерной безопасности (NNSA), которой требовался высокопроизводительный компьютер для вполне конкретной цели – моделирования ядерных взрывов.

Стоит упомянуть, что реальные ядерные испытания запрещены еще с 1963 года, и компьютерная симуляция является одним из наиболее приемлемых вариантов для продолжения исследований в этой области.

Однако мощности суперкомпьютера использовались для решения и других, куда более благородных задач. К примеру, кластеру удалось поставить рекорды производительности в космологическом моделировании, а также при создании электрофизиологической модели человеческого сердца.

Суперкомпьютер Sequoia / © Bob Hirschfeld/LLNL

2. Titan – Cray XK7

Местоположение: США
Производительность: 17,59 петафлопс
Теоретический максимум производительности: 27,11 петафлопс
Мощность: 8,2 МВт

Наиболее производительный из когда-либо созданных на Западе суперкомпьютеров, а также самый мощный компьютерный кластер под маркой компании Cray находится в США в Национальной лаборатории Оук-Ридж. Несмотря на то, что находящийся в распоряжении американского Министерства энергетики суперкомпьютер официально доступен для любых научных исследований, в октябре 2012 года, когда Titan был запущен, количество заявок превысило всякие пределы.

Из-за этого в Оукриджской лаборатории была созвана специальная комиссия, которая из 50 заявок отобрала лишь 6 наиболее «передовых» проектов. Среди них, к примеру, моделирование поведения нейтронов в самом сердце ядерного реактора, а также прогнозирование глобальных климатических изменений на ближайшие 1-5 лет.

Несмотря на свою вычислительную мощь и впечатляющие габариты (404 квадратных метра), Titan недолго продержался на пьедестале. Уже через полгода после триумфа в ноябре 2012 года гордость американцев в области высокопроизводительных вычислений неожиданно потеснил выходец с Востока, беспрецедентно обогнав предыдущих лидеров рейтинга.

Суперкомпьютер Titan / © olcf.ornl.gov

1. Tianhe-2 / Млечный путь-2

Местоположение: Китай
Производительность: 33,86 петафлопс
Теоретический максимум производительности: 54,9 петафлопс
Мощность: 17,6 МВт

С момента своего первого запуска «Тяньхэ-2», или «Млечный-путь-2», вот уже около двух лет является лидером Top-500. Этот монстр почти в два раза превосходит по производительности №2 в рейтинге – суперкомпьютер TITAN.

Разработанный Оборонным научно-техническим университетом Народно-освободительной армии КНР и компанией Inspur «Тяньхэ-2» состоит из 16 тысяч узлов с общим количеством ядер в 3,12 миллиона. Оперативная память всей это колоссальной конструкции, занимающей 720 квадратных метров, составляет 1,4 петабайт, а запоминающего устройства – 12,4 петабайт.

«Млечный путь-2» был сконструирован по инициативе китайского правительства, поэтому нет ничего удивительного в том, что его беспрецедентная мощь служит, судя по всему, нуждам государства. Официально было заявлено, что суперкомпьютер занимается различными моделированиями, анализом огромного количества данных, а также обеспечением государственной безопасности Китая.

Учитывая секретность, свойственную военным проектам КНР, остается лишь догадываться, какое именно применение время от времени получает «Млечный путь-2» в руках китайской армии.

Суперкомпьютер Tianhe-2 / © Popsci.com

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.

До Марса человечество так и не долетело, лекарство от всех болезней еще не изобретено, автомобили не летают, но, тем не менее, существуют области, в которых люди достигли небывалых высот. Вычислительная мощность компьютеров – одна из таких. Для начала разберемся, что же является ключевым параметром при оценке этой характеристики суперкомпьютеров. Флопс – величина, показывающая число операций с плавающей запятой, которое ЭВМ может выполнить за секунду. На основании этого показателя и был составлен наш рейтинг самых мощных компьютеров в мире, по данным 2019 года.

Рейтинг был представлен на конференции International Supercomputing Conference, топ-500 суперкомпьютеров был составлен учеными-математиками Национальной лаборатории имени Лоуренса и Университета штата Теннесси.

10 Trinity – производительность 8,1 Пфлоп/сек

Этот суперкомпьютер стоит «на страже» военной безопасности США, поддерживая эффективность национального ядерного арсенала. Учитывая это, можно подумать, что стоит этот аппарат невероятно дорого, однако, начиная с 2015 года, его начали вытеснять новые более мощные суперкомпьютеры. Trinity работает на базе системы Cray XC40, производительность его составляет 8,1 Пфлоп/сек.

9 Mira – 8,6 Пфлоп/сек

Mira – еще один гениальный продукт компании Cray. Стоит отметить, что проект этого суперкомпьютера был разработан по заказу Министерства энергетики Соединенных Штатов. Главная область применения Mira – государственные промышленные и научно-исследовательские проекты. Вычислительная мощность этого компьютера составляет 8,6 петафлопс в секунду.

8 K Computer – 10,5 Пфлоп/сек

Особенность этого суперкомпьютера кроется в его названии, которое происходит от японского слова «кэй» и означает 10 квадриллионов. Примерно в эту цифру упирается производительная мощность K Computer – 10,5 петафлопс. Специфика этой техники заключается также в том, что система использует водяное охлаждение, что позволяет значительно снизить потребление энергии и снизить скорость компоновки.

7 Oakforest-Pacs – 13,6 Пфлоп/сек

Японская компания Fujitsu, которая также занималась разработкой K Computer, о котором упоминалось ранее, создала суперкомпьютер нового поколения (поколения Knights Landing). Проект был выполнен по заказу Токийского и Цукубского университетов. Несмотря на то, что изначально планировалось оснастить компьютер памятью в 900 Тбайт и производительностью в 25 квадриллионов операций, вычислительная мощность его составляет 13,6 петафлопс/c.

6 Cori – 14 Пфлоп/сек

До 2019 года Cori занимал твердую 5 позицию в мировом рейтинге самых мощных компьютеров, но в условиях быстро развивающегося технического прогресса он все же уступил одну рейтинговую «строчку» новейшим суперкомпьютерам. Находится он в Национальной лаборатории имени Лоуренса и Беркли, в США. Cori уже внес свой неповторимый вклад в развитие науки: с его помощью швейцарские ученые сумели смоделировать 45-кубитную квантовую вычислительную систему. 14 петафлопс – производительная мощность этой «супермашины».

5 Sequoia – 17,2 Петафлопс

Многие эксперты называют Sequoia самым быстрым суперкомпьютером в мире, и неспроста: арифметическая производительность его равна скорости работы 6,7 млрд. человек, которые в течение 320 лет выполняли бы идентичное задание при помощи калькуляторов. Отличается Sequoia и своими размерами: компьютер занимает площадь в 390 квадратных метров и состоит из 96 стоек. 17,2 петафлопс – его производительность, что равняется практически шестнадцати тысячам триллионов операций.

4 Titan – 17,6 Пфлоп/сек

Помимо того, что Titan входит в топ самых быстрых компьютеров в мире, он также считается одним из самых энергоэффективных, имея показатель 2142,77 мегафлопс на Ватт потребляемой энергии. Секрет экономии электроэнергии состоит в использовании ускорителей Nvidia, обеспечивающих до 90% всей вычислительной мощности, которая, к слову, составляет 17,6 петафлопс. Благодаря им же Titan заметно уменьшил свои габариты – сейчас для размещения ему достаточно всего 404 квадратных метра.

3 Piz Daint – 19,6 Петафлопс

Проект суперкомпьютера Piz Daint был запущен еще в 2013 году, в швейцарском городе Лугано. Располагается он там же – в Швейцарском национальном центре суперкомпьютеров. Piz Daint собрал почти все положительные характеристики вышеперечисленных аналогов, включая энергоэффективность и высокую скорость, кроме компактности: аппарат состоит из 28 крупногабаритных стоек. Его вычислительная мощь составляет 19,6 петафлопс.

2 Tianhe-2 – 33,9 Петафлопс

Суперкомпьютер с романтическим названием «Млечный путь» (в переводе с китайского) до июня 2016 года возглавлял топ-500 самых мощных компьютеров мира. Мощность его обеспечивает скорость 2507 триллионов операций в секунду, что равняется 33,9 петафлопс. Тяньхэ-2 нашел свое «призвание» в области строительства: при расчетах застроек и прокладки дорог. Стоит отметить, что с начала 2013 года, как только «Млечный путь» был выпущен, он не оставлял ведущую позицию рейтингов, что является по-настоящему мощным показателем.

1 Sunway TaihuLight – 93 Петафлопс

Внутри этого компьютера находятся 40 960 производительных процессоров, чем и объясняется его габаритность: сам Sunway занимает площадь около 1000 квадратных метров. В 2016 году на международной конференции в Германии он был признан самым быстрым в своем роде. На сегодняшний день Sunway TaihuLight является первым в рейтинге и единственным в топ-10 суперкомпьютеров, способным вырабатывать скорость в 93 петафлопс.

Если рассматривать технический прогресс в разрезе его влияния на человека, общество в целом и окружающую среду, очевидно, что он имеет глобальные недостатки. Сегодня нам доступно великое множество компьютеров, различных приборов и роботов. Но высшей целью является найти достойное применение великим изобретениям человечества и направить их использование во благо нашего общего будущего, не превращая их в бессмысленные игрушки.

За четверть века компьютеры проделали огромный путь от обычного, пусть и мощного, калькулятора до незаменимого помощника в жизни, работе и развлечениях. И хоть мы сейчас не представляем своей жизни без них, но лишь немногие реально знают и тем более используют огромные возможности современных компьютеров.

Пожалуй, только специалисты по 3D графике, рендерингу и спецэффектам, а также ученые и инженеры, рассчитывающие и моделирующие в специальных программах сложные конструкции и процессы, в значительной мере используют потенциал современных компьютеров. Но есть задачи, перед которыми бессильны даже мощные обычные .

Исторически первой такой задачей стало моделирование последствий атомного взрыва. После запрета на проведение испытаний ядерного оружия, появилась необходимость проводить такие испытания виртуально. К разработкам привлекли лучших ученых, инженеров, крупнейшие корпорации и в результате появились суперкомпьютеры . В наше время они решают широкий круг сложнейших научных и инженерных задач.

Суперкомпьютер представляет собой локальную сеть из большого числа мощнейших серверных компьютеров. Такое объединение позволяет распределять вычислительную нагрузку и достичь огромной производительности, недоступной обычным вычислительным машинам.

Давайте рассмотрим десятку ведущих самых мощных суперкомпьютеров за 2014 год . Начнем с наиболее «слабого» представителя.

Суперкомпьютер Fermi, созданный компанией IBM. Он находится в Италии и помимо других заказов обслуживает пятьдесят четыре итальянских университета. Уровень производительности равен 2,1 петафлопс.

9. Суперкомпьютер Tianhe-1A
Этот «зверь» обошелся китайскому руководству в восемьдесят восемь миллионов долларов США. Для его создания использовались сто три стойки. Вычислительная мощь суперкомпьютера обеспечивается 7168 графическими процессорами Nvidia и 14 556 от Intel и составляет 2,507 петафлопс. А его вес достигает ста шестидесяти тонн. Несмотря на специализацию в области оборонных и промышленных технологий, он может применяться как система открытого доступа.

8. SuperMUC — название говорит само за себя!
Суперкомпьютер с говорящим названием SuperMUC создан инженерами знаменитой IBM Technologies. Согласно доступной информации он демонстрирует производительность в 3,2 петафлопс и использует операционную систему Linux. суперкомпьютера стандарта DDR3 составляет триста двадцать четыре терабайта. Для уменьшения потребления электроэнергии в нём применяется водяное охлаждение.

7. Гость из Германии — Juqueen
Самый мощный европейский суперкомпьютер Juqueen создан в Германии для исследовательского центра Юлиха в 2012 году. Он задействован в решении сложнейших задач моделирования процессов в физике и климатологии и является самым энергоэффективным суперкомпьютером производительностью в 5 петафлопс.

6. Знакомьтесь — Stampede!
Не каждый университет может позволить себе суперкомпьютер. Но компания NSF профинансировала разработку и создание суперЭВМ учеными Техасского университета. Теперь для их исследований доступна вычислительная мощность порядка 5,17 петафлопс. Называется он Stampede и состоит из пары тысяч серверных компьютеров с процессорами Intel Xeon производства компании Dell, объединенных в локальную сеть. Для хранения информации используется двести восемьдесят терабайт оперативной памяти и объемом 20 петабайт. Заявку на проведение вычислений может подать любой ученый из США.

5. Mira — ещё один суперкомпьютер из США
Создан в Соединенных Штатах специалистами компании IBM. Его собрали в 2011 году для ученых Арагонской национальной лаборатории. Впечатляющая производительность примерно 8.59 петафлопс позволяет решать задачи от проектирования электрокаров до создания моделей изменений климата и развития Вселенной. Он использует массово- параллельную архитектуру для своих 786000 ядер.

4. “K computer” — сделано в Японии
Японский суперкомпьютер, созданный специалистами компании Fujitsu. Скромное и простое название “K computer” намекает на столицу и число десять 10 квадриллионов. Находится он в Институте физико-химических исследований в городе Коба и применяется для расчета моделей катастроф и землетрясений. Точность моделей обеспечивается мощностью вычислений порядка десяти с половиной петафлопс. 705.024 ядра Sparc объединяются шестимерной тороидальной системой под названием Tofu. В 2011 году он занимал первое место и считается довольно энергозатратным.

Третье место занимает суперкомпьютер Sequoia. Он создан и работает в Ливерморской национальной лаборатории. Проектирование закончилось в 2011 году, а запуск состоялся годом позже. Используется для виртуальных испытаний ядерного оружия.Это самый мощный суперкомпьютер с архитектурой Blue Gene/Q оснащен почти 1,6 миллиона ядер и достигает производительности около 16.32 петафлопс.

2. Суперкомпьютер Titan
На второе место в этом году перешел суперкомпьютер Titan. Эта мощнейшая и дорогостоящая суперЭВМ построена на базе полумиллиона Cray и двухсот пятидесяти тысяч графических ускорителей Nvidia. Суперкомпьютер работает в Национальной лаборатории Оук-Ридж, что в штате Теннеси. Впечатляющая скорость выполнения операций с плавающей точкой может достигать 17.58 квадриллиона. Ориентировочное значение вычислительной мощности равняется 17.59 петафлопс. Сфера деятельности этого суперкомпьютера простирается от проектов энергоэффективных двигателей и до построения моделей последствий будущих изменений климата. По энергоэффективности он занимает третье место среди мощнейших суперЭВМ.