Что такое суперкомпьютер? Топ 10 суперкомпьютеров в мире

Словарное определение суперкомпьютера — «особенно мощный компьютер для мэйнфреймов».

«Мощность» суперкомпьютера определяется тем, сколько операции система может обрабатывать каждую секунду.

Это широкое определение со стойкой ворот, которая меняется каждый раз, когда развиваются компьютерные технологии. Самые быстрые персональные компьютеры на сегодняшний день обрабатывают операции со скоростью, которую суперкомпьютеры выполняли несколько десятилетий назад. Вот как быстро меняется эта технология.

Так что же такое суперкомпьютер?

Давайте посмотрим, как сегодня выглядят суперкомпьютеры.

Самый мощный суперкомпьютер в мире

В течение многих лет США, Китай и Япония боролись за то, чтобы стать страной, которая владела самым быстрым суперкомпьютером в мире. «Быстрый» определяется числом петафлопов, которые может выполнить компьютерная система. петафлоп тысяча терафлопс, или один квадриллион операций с плавающей запятой в секунду

,

К 2013 году двумя самыми мощными из существующих суперкомпьютеров были:

• Cray Titan в Ок-Ридже, имея возможность обработки 17,59 петафлопс.
• IBM Sequoia в Ливерморской лаборатории, толкая 17,17 петафлопс.

Тем не менее, в этом году Китай принял участие в НЮДТ Тяньхэ-2 в Гуанчжоу, с колоссальными 33,86 петафлопс. Эта система была королем до 2016 года, когда Sunway TaihuLight в Уси Китай, наконец, получил приз с впечатляющими 93,01 петафлопсами.

Изображение предоставлено: O01326 / Wikipedia Commons

Согласно Top500, следующим королем суперкомпьютеров должен стать встреча на высшем уровне. Это суперкомпьютер в Национальной лаборатории Ок-Риджа, запуск которого ожидается летом 2018 года.

Взгляд вглубь суперкомпьютера

Теперь, когда вы знаете состояние современной суперкомпьютерной гонки, давайте подробнее рассмотрим внутреннюю работу этих впечатляющих чудес техники. Давайте рассмотрим Sunway Taihulight.

Taihulight — суперэффективный компьютер со следующей архитектурой процессора:

• Процессоры SW26010 с тактовой частотой 1,45 ГГц, каждый с четырьмя группами ядер

  ,

• Каждая группа ядер содержит 65 ядер, всего 260 ядер на узел.
• Каждый системный шкаф содержит 1024 узла.
• Вся система содержит 40 шкафов.

Чтобы соединить все эти шкафы, создатели этой впечатляющей системы создали собственную сеть соединений PCIe 3.0, которую они назвали «Sunway Network».

Сеть соединяет коммутаторы, оборудование для совместного использования ресурсов и все суперузлы с помощью 7-дюймовых кабелей, которые передают данные со скоростью 70 терабайт в секунду.

Ниже приведен текущий список 10 самых быстрых суперкомпьютеров в мире, согласно Top 500.

1. Sunway TaihuLight (Китай): 10 649 600 ядер, 93 014 тфлопс / с
2. Тяньхэ-2 MilkyWay-2 (Китай): 3 120 000 ядер, 33 962 Тфлоп / с
3. Пиз Дейнт (Швейцария): 361 760 ядер, 19 590 Тфлопс / с
4. Gyoukou (Япония): 19 860 000 ядер, 19 136 тфлоп / с
5. Титан (Соединенные Штаты): 560 640 ядер, 17 590 ТФлоп / с
6. секвойя (Соединенные Штаты): 1 572 864 ядра, 17 173 Тфлоп / с
7. Троица (Соединенные Штаты): 979 968 ядер, 14 137 Тфлопс / с
8. кори (Соединенные Штаты): 622336 ядер, 14 015 Тфлоп / с
9. Oakforest-PACS (Япония): 556 104 ядра, 13 555 тфлоп / с
10. К Компьютер — Sparc64 (Япония): 705 024 ядра, 10 510 Тфлоп / с

Это огромное игровое поле с участием передовых лабораторий и государственных учреждений по всему миру. Лидеры не только заслужили уважение компьютерных экспертов во всем мире, но и гонка за лидерами также носит политический характер. И поскольку стоимость суперкомпьютеров достигает тысяч долларов в час, эти компании, вероятно, тоже зарабатывают много денег.

Для чего используются суперкомпьютеры?

Зачем кому-то нужна компьютерная система, способная обрабатывать квадриллионы операций с плавающей запятой в секунду?

Реальность такова, что во многих различных отраслях существуют потребности, которые требуют огромных вычислительных мощностей. Вот лишь несколько примеров использования суперкомпьютеров в промышленности, правительстве и армии.

В отчете, подготовленном Международной корпорацией данных в 2014 году, рассматриваются десятки реальных сценариев использования суперкомпьютеров. Мы использовали следующие примеры из этого исследования.

Промышленность

• General Electric, крупный игрок в аэрокосмической отрасли, сотрудничал с компьютерными экспертами в Национальной лаборатории Ок-Риджа для производства продвинутое моделирование реактивного двигателя. Моделирование помогло GE идентифицировать явление двигателя, которое помогло компании улучшить общую эффективность использования топлива.
• Ученые из Lawrence Livermore National Labs использовали там суперкомпьютеры для разработки новой методики сбор данных о недрах. Это позволило нефтяной и газовой промышленности США легче определять запасы нефти в Мексиканском заливе и уменьшить зависимость Америки от иностранной нефти.
• Инженеры Boeing использовали суперкомпьютеры для создания моделирование самолета это привело к улучшению аэродинамических конструкций, чтобы они могли производить более экономичные и безопасные самолеты.

Изображение предоставлено: Боинг, 2013 / Корнельский университет

Правительство

• Центры по контролю за заболеваниями и Корнельский университет совместно создали детальную модель вируса гепатита С. Используя суперкомпьютер в Корнельском университете, исследователи смогли разработать новые методы лечения что в конечном итоге помогло медицинскому сообществу

  в снижении или лечении заболеваний печени у пациентов.

• Министерство обороны США использовало суперкомпьютер для разрабатывать новые модели погоды это поможет метеорологам прогнозировать потенциально опасные ураганы и циклоны. Более продвинутые компьютерные модели этих штормов давали возможность предсказывать опасности за пять дней до удара.

военный

• Армия США использует суперкомпьютеры в Военно-исследовательской лаборатории для запуска продвинутые симуляции которые помогают исследователям проводить «разрушительные живые эксперименты и демонстрации прототипов». В противном случае их было бы непозволительно проводить с реальным оборудованием.
• Один из самых необычных суперкомпьютеров, используемых вооруженными силами США, назывался «Кондор Кластер», созданный ВВС США в 2010 году. Инженеры подключили 1760 консолей Sony PlayStation 3 вместе, чтобы создать ядро ​​суперкомпьютера. Он был способен 500 TFlops, и используется для таких задач, как распознавание образов, обработка спутниковых изображений, а также проведение исследований искусственного интеллекта.

Как вы можете видеть, в каждой отрасли, правительственных учреждениях и вооруженных силах предъявляются многочисленные требования к современным вычислительным мощностям.

Квантовые компьютеры следующие?

Каждое повышение скорости суперкомпьютера является прямым результатом увеличения количества транзисторов, упакованных в микропроцессоры в меньшем и меньшем масштабе. Поскольку эти микросхемы продолжают уменьшаться до атомного масштаба, многие футуристы предсказывают, что следующий этап в суперкомпьютерах будет в области квантовых компьютеров.

Что такое квантовый компьютер?

Квантовые вычисления — это уникальный взгляд на компьютерные технологии. Вместо традиционного транзисторного микропроцессора ученые надеются извлечь выгоду из манипулирования состоянием субатомных частиц.

Субатомные частицы придерживаются очень странных законов физики — многие из которых исследователи обнаружили только в очень недавнем прошлом. Экспериментируя с различными методами управления субатомными состояниями этих частиц, ученые надеются заменить 1 и 0 классического транзистора эквивалентным 1 или 0 состоянием этих квантовых частиц.

Другое слово для этих двухчастичных частиц квантовые биты (или «кубиты»).

Сногсшибательный аспект квантовых вычислений заключается в том, что многие доступные состояния этих частиц могут позволить этим компьютерам хранить больше, чем просто 1 или 0.

Есть ли квантовые суперкомпьютеры?

Причина, по которой вы еще не слышали о превосходном квантовом суперкомпьютере, входящем в список Top500, заключается в том, что еще не существует реального стабильного квантового суперкомпьютера.

IBM предлагает исследователям доступ в режиме онлайн к 20-кубитной системе. Исследователи обычно используют квантовые компьютеры для конкретных расчетов и анализа, для которых они хорошо подходят, например, для химического моделирования.

Создатели квантовых компьютеров используют термины, которые не так давно носили в основном теоретический характер. Но теперь ученые, строящие эти системы, описывают очень реальные взаимодействия между «кубитами» как «запутанность». Они описывают конкретные состояния кубитов как «согласованность». Поэтому сравнить эти системы с традиционными компьютерами практически невозможно.

Большие системы, которые могут иметь некоторую надежду конкурировать с современными традиционными суперкомпьютерами, все еще слишком нестабильны. Например, в ноябре 2017 года IBM объявила, что построила квантовый компьютер с 50 кубитами. Однако он мог удерживать свое квантовое «микросостояние» только в течение 90 микросекунд.

Квантовые компьютеры имеют большие перспективы на будущее, но прямо сейчас они предлагают небольшую конкуренцию традиционным суперкомпьютерам на основе силикона.

Как вы думаете, что ждет в будущем?

Как вы думаете, куда движется будущее суперкомпьютерных технологий? Как вы думаете, квантовые компьютеры на горизонте ближе, чем думают люди? Как вы думаете, какая страна возглавит список в 2018 году и далее?