Персональні комп’ютери або ноутбуки можна зустріти практично в кожному домі. Ті, хто купує процесори та відеокарти останніх моделей, вважають, що вони мають найпотужніший комп’ютер у світі у себе вдома. Принаймні за характеристиками 🙂 Однак персональним комп’ютерам далеко до суперкомп’ютерів. Ось де ховається справжня потужність!
Ці машини — гіганти титанічних обчислень, що здатні обробляти квадрильйон операцій за секунду. Вони здаються чимось далеким для звичайного мешканця нашої планети, хоча насправді ми часто стикаємося з результатами їхньої роботи. Починаючи з можливості швидко знаходити інформацію в інтернеті та закінчуючи розробкою нових медичних препаратів і повітряних транспортних засобів…
Суперпотужні комп’ютери: чи потрібні вони нам?
Термін “суперкомп’ютери” був вперше вжитий у 60-х роках минулого століття. Вони були основними обчислювальними машинами для різних академічних, урядових та наукових проєктів у США. У 90-х роках активно йшла мова про “крах суперкомп’ютерів”, оскільки багато компаній покинули цей ринок. Однак, наприклад, компанія Cray, яка починаючи з 60-х років випускає високопродуктивні комп’ютери, і до наших днів продовжує свої розробки.
Спочатку суперкомп’ютери слугували військовим цілям, за допомогою них розробляли ядерну зброю. Зараз вони знайшли застосування там, де використовується комп’ютерне моделювання і потрібна обробка величезних обсягів даних у реальному часі. Якщо задачу можна розв’язати методом перебору великої маси значень, такі комплекси показують високу ефективність у її розв’язанні.
Суперкомп’ютери у наш час використовуються в таких науках і напрямках:
- біологія;
- фізика;
- метеорологія;
- криптографія;
- лінгвістика;
- проектування в машинобудуванні, будівництві, авіабудуванні;
- штучні нейронні мережі, штучний інтелект та ін.
Розвиток інформаційних технологій і пристроїв з надзвичайно великими обчислювальними можливостями призвів до появи таких наук, як обчислювальна хімія, обчислювальна лінгвістика та ін.
Завдяки ефективній роботі найпотужніших суперкомп’ютерів у світі ми отримуємо точні прогнози погоди та революційні медичні можливості. Зокрема, ми маємо можливість діагностувати та лікувати рак. За допомогою них вдається швидко обробляти мільйони історій хвороб і діагнозів, виявляти нові закономірності ходу захворювання, створювати нові методики лікування. Обчислення великої кількості хімічних сполук створює основу для виробництва інноваційних медичних препаратів.
Розвиток надзвичайно потужних комп’ютерів і системних блоків прискорюється цифровізацією та ерою цифрової економіки. На розробку і створення суперкомп’ютерів виділяються мільйонні суми, що призводить до помітного зростання продуктивності цих машин з кожним роком. До речі, про продуктивність…
Як вимірюється продуктивність суперкомп’ютерів?
Обчислювальні можливості найпотужніших комп’ютерів світу вимірюються у “флопсах” – кількості операцій з числами з плаваючою комою в секунду. Зазвичай для комп’ютерів використовують термін MIPS – кількість операцій в секунду, що виражена у мільйонах чисел, але оскільки суперкомп’ютери частіше працюють з дійсними числами високої точності, а не з цілими числами, саме FLOPS є оптимальною мірою обчислення. Це хоч і приблизний, але об’єктивний критерій порівняння потужних комп’ютерних систем.
- Продуктивність на рівні 1 мільярд флопс в секунду, тобто 1 гігафлопс, була досягнута суперкомп’ютером NEC SX-2 в 1983 році.
- Продуктивність на рівні 1 трильйон флопс в секунду, тобто 1 терафлопс, була досягнута машиною ASCI Red в 1996 році.
- Продуктивність на рівні 1 квадрильйон флопс, тобто 1 петафлопс, була перевищена моделлю IBM Roadrunner в 2008 році.
- Комп’ютери, що здатні виконувати 1 квінтильйон операцій в секунду, або ексафлопси, Frontier та Aurora, з’явились у 2022 та 2023 роках відповідно.
Тож який комп’ютер є найпотужнішим у світі в даний момент?
ТОП-10 суперкомп’ютерів у світі
Оновлення 2.0 (2024): рейтинг переглянуто і оновлено. Базується на даних top500.org.
10. Eos (NVIDIA, США)
Eos — це суперкомп’ютер на базі NVIDIA DGX SuperPOD, який наразі займає 10-те місце у світі. Оснащений процесорами Xeon Platinum 8480C і прискорювачами NVIDIA H100 (576 систем). Його продуктивність сягає 121,4 Пфлопс/с, що робить його потужним інструментом для вирішення складних обчислювальних завдань і розробки штучного інтелекту.
Система Eos також підтримує мережеву архітектуру NVIDIA Quantum-2 InfiniBand, яка забезпечує швидкість передачі даних до 400 Гбіт/с. Eos слугує основним інструментом для розробки та тестування AI-інновацій у самій NVIDIA, допомагаючи компанії вдосконалювати свої технології в реальних умовах.
Цей суперкомп’ютер отримав свою назву на честь грецької богині ранку, яка символізує початок нової ери в розвитку штучного інтелекту та високопродуктивних обчислень.
9. SUMMIT IBM Power Systems AC922
Дев’ятим найпотужнішим комп’ютером у світі за характеристиками продуктивності у 2025 році є модель Summit, розташована в Оук-Ріджській національній лабораторії (ORNL), в штаті Теннессі, США. Лабораторія займається дослідженнями в галузі нейтронної фізики, матеріалознавства та енергетики.
Модель IBM Power Systems AC922 запущена у 2018 році і має продуктивність 148,8 петафлопс. Складається з 4356 вузлів. Основні процесори — Power9 (2 414 592 ядра) + шість графічних чіпів NVIDIA Tesla V100.
Дві команди, які працювали над створенням Summit, отримали престижну премію Гордона Белла за видатні досягнення в галузі високопродуктивних обчислень, яку часто називають “Нобелівською премією у суперкомп’ютерах”. До слова, у минулій редакції статті ця модель посідала 5 місце.
8. MareNostrum 5 (BullSequana, Іспанія)
MareNostrum 5 — це не просто один із найпотужніших суперкомп’ютерів у світі, а й один із найекологічніших. Він повністю працює на стійкій енергії, а тепло, яке генерує під час роботи, використовується для обігріву будівлі, в якій розташований суперкомп’ютер. Це робить його “найзеленішим” суперкомп’ютером в Європі і 6-м у світі за рейтингом Green500.
MareNostrum 5 має пікову продуктивність у 314 Пфлопс. Він також оснащений понад 400 петабайтами архіву — універсальний інструмент для наукових досліджень. Ця система призначена для підтримки європейських наукових досліджень у таких галузях, як медична наука, дослідження ліків, моделювання поширення вірусів, штучний інтелект, кліматологія, а також розробка цифрових двійників Землі та людського тіла.
MareNostrum 5 є найбільшою інвестицією в наукову інфраструктуру Іспанії, кошторис якої становить 202 мільйони євро, причому фінансування спільно здійснювали ЄС і консорціум, що включає Іспанію, Португалію та Туреччину.
7. Leonardo (Atos, Італія)
Leonardo — сьомий за продуктивністю суперкомп’ютер в Європі. Він встановлений у дата-центрі італійського міста Болонья. Комп’ютер складається з трьох модулів: для управління, зберігання даних та обчислень. Останній початково мав пікову продуктивність 174 петафлопси, але пізніше її розширили до 240 петафлопсів.
У комп’ютері використовуються 32-ядерні процесори Intel Xeon 8358, до кожного з яких підключений графічний процесор NVidia A100. Більш ніж 6000 прискорювачів призначені для роботи зі штучним інтелектом, машинним навчанням та квантовими технологіями. Наприклад, система вже була задіяна в боротьбі з вірусними інфекціями, допомагаючи у розробці вакцин.
Мережа використовує з’єднання Quad-rail NVIDIA HDR100 InfiniBand.
6. Alps (HPE, Швейцарія)
Суперкомп’ютер Alps, встановлений у Швейцарському національному суперкомп’ютерному центрі (CSCS), займає 6-те місце у світі за швидкістю (270 Пфлопс/с) і також є ключовою частиною інфраструктури для наукових досліджень у різних галузях: медицина, кліматологія тощо. Система базується на архітектурі HPE Cray EX254n і включає 10 752 чипів Grace Hopper, що робить його однією із найпотужніших AI-систем у світі.
Завдяки потужній мережі Slingshot-11 і суперчіпам NVIDIA GH200, Alps має особливу роль у моделюванні погодних систем для MeteoSwiss. Ця система дозволяє створювати прогнози погоди з більш високою роздільною здатністю, що важливо для країни зі складною топографією, як Швейцарія.
Коли систему буде повністю розширено, очікується, що її продуктивність досягне півексафлопа. Це дозволить проводити ще більш масштабні обчислювальні завдання для різних наукових і дослідницьких цілей.
5. LUMI (HPE Cray EX, Фінляндія)
LUMI побудований на сучасній платформі HPE Cray EX235a, яка вже використовується як мінімум в 9 суперкомп’ютерах. Кожний блок містить 64-ядерний процесор AMD EPYC Zen3 з 512 ГБ оперативної пам’яті та 4 прискорювачі AMD Radeon Instinct MI250X з 128 ГБ пам’яті кожен. Все це пов’язано швидким 800 Гбіт/с каналом Infinity Fabric. Усього таких вузлів 2560, що забезпечує продуктивність 380 петафлопс на секунду.
Комп’ютер встановлений в Фінляндії, але фактично є спільним проектом десяти європейських країн. Ресурси розподілені між інститутами та підприємствами, які брали участь у його побудові. Графік використання розроблений таким чином, щоб задіяти всі ресурси, як CPU, так і GPU.
У попередній версії рейтингу посідав 3-ю позицію.
4. Fugaku (RIKEN, Японія)
Максимальна потужність Fugaku становить 442 петафлопси (потенційний пік — 537), що втричі швидше, ніж, наприклад, система Summit. Цього результату вдалося досягти завдяки збільшенню кількості ядер до 7 630 848 (процесори Arm A64FX). Комп’ютер побудований компанією Fujitsu і розташований в Центрі обчислювальних наук RIKEN в Кобе, Японія.
Директор Центру RIKEN Сатоши Мацуока заявив, що це досягнення підкорилось їм завдяки тому, що вони “нарешті змогли використовувати всю машину на повну, а не лише значну її частину”. В той же час Мацуока додав: “Я не думаю, що ми здатні ще щось покращити в ній”.
Загалом потужність Fugaku перевищує показник кількох разом взятих суперкомп’ютерів, розташованих нижче в рейтингу. Був запущений в експлуатацію у 2021 році.
3. Eagle (Microsoft Azure, США)
Eagle — це надзвичайно потужний суперкомп’ютер, розроблений Microsoft для хмарної платформи Azure. Він дебютував у листопаді 2023 року, одразу захопивши 3-тє місце у світовому рейтингу найшвидших суперкомп’ютерів.
Система використовує 14 400 графічних процесорів NVIDIA H100 та процесори Intel Xeon Platinum 8480C, що забезпечують сумарну продуктивність 561,2 Пфлопс/с. Eagle надзвичайно ефективний для обчислювальних завдань, таких як штучний інтелект і великі наукові симуляції.
Цікаво, що Eagle є лише частиною величезної суперкомп’ютерної інфраструктури Microsoft, яка постійно розширюється. У 2024 році Microsoft щомісяця розгортає еквівалент п’яти таких суперкомп’ютерів, що сумарно надає 2,8 ексафлопсів обчислювальної потужності, щоб підтримувати зростаючі потреби в AI-сервісах та обробці великих даних.
Eagle також цікавий тим, що це хмарна система, доступна для клієнтів Azure, яка дозволяє користуватися цими потужностями без необхідності встановлення спеціальних кластерів чи суперкомп’ютерних інфраструктур. Таким чином, високопродуктивні обчислення стають доступними для бізнесів та дослідників.
2. Aurora (HPE Cray EX, США)
Aurora, другий за потужністю суперкомп’ютер у світі, працює в Argonne National Laboratory і здатен досягти 1 012 ексафлопсів на секунду. Його архітектура заснована на технологіях Intel Xeon CPU Max та Intel Data Center GPU Max. В його складі — 63 744 графічних процесори та 21 248 процесорів.
Aurora відкриває нові горизонти для наукових досліджень, особливо в галузі штучного інтелекту, моделювання, енергетичних досліджень і матеріалознавства. Наприклад, він уже використовується для обчислювальних задач з аналізу термоядерних реакторів токамак, де глибоке машинне навчання допомагає передбачати потенційні аварії і запобігти втраті плазмової енергії.
Aurora також оснащена системою зберігання DAOS, яка робить обробку великих обсягів даних надзвичайно ефективною. Це корисно для наукових завдань, дослідження нових матеріалів для сонячних елементів або моделювання вітрових турбін.
Система була введена в дію у 2023 році і постійно оптимізується для досягнення ще більших результатів. Очікується, що Aurora перетне 2 ексафлопси в майбутньому. Вона вже допомагає в боротьбі зі зміною клімату, розробці нових медичних методів лікування та дослідженні темної матерії.
1. Frontier HPE Cray EX235a
Frontier — це суперкомп’ютер, який першим у світі перетнув рубіж у 1 ексафлопс (1 квінтиліон операцій в секунду), а якщо бути точнішим — 1 206 ексафлопс на секунду. В роботі зі штучним інтелектом він також займає лідерську позицію, досягаючи майже 7 ексафлопс (за даними Argonne National Laboratory).
Для ефективного використання такої потужності була розроблена мова програмування x10, спеціально призначена для паралельних обчислень
Як і Summit, встановлений в Оук-Ріджській національній лабораторії США (штат Теннессі). Використовує 8 699 904 ядра та архітектуру HPE Cray EX із процесорами AMD EPYC™ 3-го покоління і прискорювачами AMD Instinct™ 250X.
Ексафлопсні суперкомп’ютери перебувають на одному рівні з можливостями людського мозку.
Ми згадали тільки офіційно зареєстровані рекорди продуктивності. Однак, наприклад, в Китаї були запущені в експлуатацію комп’ютери OceanLight і Tianhe-3, які досягають 1,05 та 1,3 ексафлопс в тесті LinPack відповідно. Вони не потрапляють у рейтинг Топ-500 через політичні причини.
