Суперкомпьютеры. Новый рейтинг TOP500 суперкомпьютеров

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.

Суперкомпьютеры используются для удешевления и ускорения разработок и исследований – например, авиационных двигателей или лекарств, сокращая количество необходимых для разработки дорогостоящих опытных образцов.

Уже год, с июня 2016 г., среди сотни мощнейших машин мира лишь одна российская – разработанный компанией «Т-платформы» суперкомпьютер МГУ «Ломоносов-2». Его производительность – 2,1 петафлопса (flops – число операций с плавающей точкой в секунду). Вторая по мощности российская машина также разработана «Т-платформами». Это первый «Ломоносов» мощностью 0,9 петафлопса, он занимает 164-ю позицию. Впервые он появился в рейтинге в июне 2011 г., заняв 13-ю позицию. Третья российская машина в рейтинге – находящийся на 298-м месте суперкомпьютер Санкт-Петербургского политехнического университета разработки компании РСК мощностью 0,66 петафлопса.

В России регулярно появляются новые суперкомпьютеры, но их мощности недостаточно для попадания в рейтинг, поскольку в мире вычислительные ресурсы создаются еще быстрее, рассказывает директор по науке IT-кластера «Сколково» Николай Суетин. Несмотря на это, в России ощущается дефицит суперкомпьютерных ресурсов, отмечает он. Но массово инвестировать в суперкомпьютеры под силу только государству, ведь они не только дороги, но и потребляют много электричества, говорит Суетин. По его словам, во всем мире это инициатива государства – оснастить собственную науку и промышленность наиболее мощными инструментами.

Суперкомпьютерной отрасли всегда была свойственна цикличность, рассказывает представитель «Т-платформ» Елена Чуракова. Обычно примерно раз в 3–4 года в стране строится сразу несколько крупных систем, и ее доля в списке резко возрастает. Например, явные всплески наблюдались в 2011–2012 гг. и 2015–2016 гг. у Германии, Китая и Японии, рассуждает Чуракова. Затем часть систем выходит из списка за счет появления в нем новых машин из других стран.

Очередной рост количества российских систем в списке может произойти уже в конце года, обещает Чуракова. Она приводит в пример строящийся суперкомпьютер Росгидромета, производительность которого сейчас соответствует второй сотне списка. Также планируются суперкомпьютеры для Солнечногорского приборного завода (в районе 80-го места) и обновление суперкомпьютера «Ломоносов-2», знает Чуракова.

Нынешний рейтинг – лишь второй за 24 года существования Top500, когда американские суперкомпьютеры не вошли в первую тройку самых мощных машин мира. Как и в прошлом рейтинге, первенство принадлежит двум китайским компьютерам – Sunway TaihuLight (93 петафлопса; удерживает первую позицию с июня 2016 г.) и Tianhe-2 (33,8 петафлопса; с июня 2013 г. по ноябрь 2015 г. был мощнейшей машиной мира). Но если в ноябре на третьей позиции был Titan из США (17,6 петафлопса), то сейчас он уступил швейцарскому Piz Daint мощностью 19,6 петафлопса.

До этого американских суперкомпьютеров не было в тройке лидеров лишь однажды, в 1996 г., когда первые три места были у японских суперкомпьютеров.

В июне 2016 г. Китай впервые обогнал США по числу суперкомпьютеров в рейтинге Top500 – их оказалось 167 против 165 американских. Сейчас США отыграли позиции: им принадлежит 169 суперкомпьютеров, тогда как у Китая – 160 систем. В ноябре 2016 г. у этих стран был паритет – по 171 суперкомпьютеру.

Данная новость была прочитана 12120 раз

45-й рейтинг TOP500 самых мощных суперкомпьютеров мира. Новинка первой десятки списка - система Shaheen II, установленная в Научно-технологическом университете имени короля Абдаллы (Саудовская Аравия). Лидером рейтинга с 2013 года остаётся Tianhe-2 (Китай). На нашем сайте представлены фотографии всех суперкомпьютеров из Top10

13 июля 2015 года на международной конференции по суперкомпьютерным технологиям International Supercomputing Conference (ISC"15) во Франкфурте, Германия был представлен 45-й TOP500 - рейтинг пятисот самых быстрых суперкомпьютеров в мире, основанный на тестах Linpack (HPL). Список обновляется раз в шесть месяцев, и за прошедшие полгода первая его десятка не подверглась кардинальным изменениям. Единственной новинкой в ТOP-10 стал суперкомпьютер Shaheen II , установленный в Научно-технологическом университете имени короля Абдаллы (Саудовская Аравия), который занял 7-ю позицию в рейтинге. Он также стал единственным в первой десятке, запущенным в работу в 2015 году. Возглавляет список в пятый раз подряд Tianhe-2 , созданный в Оборонном научно-техническом университете КНР (National University of Defense Technology, NUDT) в 2013 году. Как отмечают составители рейтинга, остальные восемь систем-лидеров TOP500 были созданы в 2011-2012 годах.

Суммарная производительность всех систем списка увеличилась за полгода с 309 до 363 петафлопс. Среднее количество вычислительных ядер на систему выросло с 46 288 до 50 495.

По количеству установленных систем в TOP500 традиционно лидируют Hewlett-Packard - 178 (179 в 44-й редакции TOP500) и IBM - 111 (153). 20 систем списка отмечены как IBM-Lenovo, ещё 3 - Lenovo. 71 система установлена компанией Cray . По суммарной производительности лидируют системы производства Cray - 24% (22% полгода назад), на втором месте IBM - 23% (26%), на третьем Hewlett-Packard - 14.2% (15.6%). NUDT, представленный суперкомпьютерами Tianhe-2 и Tianhe-1A на четвертом месте - 10.9% (12.7%).

Суперкомпьютер Tianhe-2 - TH-IVB-FEP Cluster, Intel Xeon E5-2692 12C 2.200GHz, TH Express-2, Intel Xeon Phi 31S1P

1. Tianhe-2

Расположение: Национальный суперкомпьютерный центр в Гуанчжоу (National Super Computer Center in Guangzhou), Китайская Народная Республика

Количество ядер: 3 120 000
Максимальная производительность согласно тесту Linpack (HPL): 33,863 петафлопса
Теоретическая пиковая производительность системы: 54,902 петафлопса
Мощность: 17,808 МВт
Операционная система: Linux (Kylin)

Tianhe-2 создан по инициативе правительства Китая Оборонным научно-техническим университетом КНР (NUDT) и компанией Inspur (Китай) . Состоит из 16 тысяч вычислительных узлов, в каждом из которых расположено по два процессора Intel Xeon E5-2692 на архитектуре Ivy Bridge и по три векторных сопроцессора Intel Xeon Phi 31S1P. На каждый процессор выделяется по 32 ГБ оперативной памяти стандарта DDR3 с коррекцией ошибок, а на каждый сопроцессор — по 8 ГБ памяти стандарта GDDR5.

Оперативная память составляет 1,4 петабайт, а запоминающего устройства - 12,4 петабайт.

В течение 2015 года планировалось удвоить производительность системы (до 110 теоретических петафлопс), но в начале 2015 года правительство США отказало в прошении Intel предоставить экспортную лицензию на центральные процессоры и сопроцессоры для этого проекта; также разработчики компьютера были внесены в список обязательного рассмотрения (лицензирования) каждой поставки по экспортному законодательству США в связи с подозрением об их участии в разработке оружия массового уничтожения (ядерном).

Согласно официальному пресс-релизу NUDT , суперкомпьютер Tianhe -2 используется для решения задач из области материаловедения, метеорологии, астрофизики и биохимии.

Суперкомпьютер Titan - Cray XK7 , Opteron 6274 16C 2.200GHz, коммуникационная сеть Cray Gemini, NVIDIA K20x

2. Titan

Расположение: Окриджская национальная лаборатория (Oak Ridge National Laboratory, ORNL) - Национальный исследовательский центр Министерства энергетики США в Ок-Ридже

Количество ядер: 560 640
Максимальная производительность согласно тесту Linpack (HPL): 17,590 петафлопса
Теоретическая пиковая производительность системы: 27,113 петафлопса
Операционная система: Linux (CLE, SLES based)
Мощность: 8,209 МВт

Titan построен на платформе Cray XK7 с гибридной архитектурой: помимо 16-ядерных процессоров AMD Opteron 6274 в каждый из 18 688 узлов суперкомпьютерной системы установлен графический ускоритель NVIDIA K20x.

Titan используется в научных проектах, таких как моделирование поведения нейтронов в ядерном реакторе, прогнозирование климатических изменений на ближайшие 1-5 лет, изучение биотоплива и др.

Суперкомпьютер Sequoia - BlueGene/Q, Power BQC 16C 1.60 GHz

3. Sequoia

Расположение: Ливерморская национальная лаборатория им. Э. Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL) - Национальный исследовательский центр Министерства энергетики США в Ливерморе

Количество ядер: 1 572 864
Максимальная производительность согласно тесту Linpack (HPL): 17,173 петафлопса
Теоретическая пиковая производительность системы: 20,133 петафлопса
Мощность: 7,89 МВт

Sequoia разработана корпорацией IBM для Национальной администрации по ядерной безопасности (National Nuclear Security Administration) для задач моделирования ядерных взрывов. Также Sequoia применяется для проектов в астрономии, энергетики, изучения человеческого генома и изменения климата.

Sequoia построена на платформе Blue Gene/Q (последнее поколение в линейке суперкомпьютерных архитектур Blue Gene). Суперкомпьютер состоит из 98 304 вычислительных узлов и имеет 1,6 Пб памяти в 96 стойках, вместе занимающих площадь в 300 квадратных метров. Используются 16-ти ядерные центральные процессоры Power.

Суперкомпьютер K computer - SPARC64 VIIIfx 2.0GHz, коммуникационная сеть Tofu

4. K computer

Расположение: Институт физико-химических исследований RIKEN, Япония

Количество ядер: 705 024
Максимальная производительность согласно тесту Linpack (HPL): 10,510 петафлопса
Теоретическая пиковая производительность системы: 11,280 петафлопса
Мощность: 12,66 МВт
Операционная система: Linux

K computer производства компании Fujitsu построен при поддержке Министерства образования, культуры, спорта, науки и технологий Японии. Сразу после запуска в 2011 году занял в TOP500 первую позицию, на один год став самым высокопроизводительным в мире. А в ноябре 2011 года K Computer первым в истории достиг мощности выше 10 петафлопс. Система оснащена 88 128 8-ядерными процессорами SPARC64 VIIIfx.

Суперкомпьютер используется в таких исследовательских задачах, как прогнозирование стихийных бедствий (землетрясений и цунами), моделирование в области медицины и др.

Суперкомпьютер Mira - BlueGene/Q, Power BQC 16C 1.60GHz

5. Mira

Расположение: Аргоннская национальная лаборатория (Argonne National Laboratory, ANL) - Национальный исследовательский центр Министерства энергетики США в Аргонне

Количество ядер: 786 432
Максимальная производительность согласно тесту Linpack (HPL): 8,586 петафлопса
Теоретическая пиковая производительность системы: 10,066 петафлопса
Мощность: 3,945 МВт
Операционная система: Linux

Mira разработан компанией IBM на платформе Blue Gene/Q. Расположенный на 48 стойках Mira имеет 49152 вычислительных узлов, оборудованных 16-ядерными процессорами Power BQC. Система использует 70Пб дискового пространства.

Mira участвует в различных научных проектах - моделирование происходящих во Вселенной процессов, предсказательное моделирование климатических и сейсмических явлений и др.

Суперкомпьютер Piz Daint - Cray XC30, Xeon E5-2670 8C 2.600GHz, Aries interconnect , NVIDIA K20x

6. Piz Daint

Расположение: Швейцарский национальный центр суперкомпьютерных вычислений (Swiss National Supercomputing Centre, Centro Svizzero di Calcolo Scientifico, CSCS)

Количество ядер: 115 984
Максимальная производительность согласно тесту Linpack (HPL): 6,271 петафлопса
Теоретическая пиковая производительность системы: 7,788 петафлопса
Мощность: 2,325 МВт
Операционная система: Cray Linux Environment

Мощнейший суперкомпьютер в Европе был разработан компанией Cray и принадлежит к семейству XC30, в рамках которого является наиболее производительным. В системе используются 8-ядерные процессоры Intel Xeon E5-2670 и ускорители NVIDIA K20x.

Piz Daint применяется в различных исследовательских целях, например, для компьютерного моделирования в таких областях, как материаловедение, физика высоких энергий, изучение климата, метеорология и геофизика.

Shaheen II - Cray XC40, Xeon E5-2698v3 16C 2.3GHz, сеть Aries

7. Shaheen II

Расположение: Научно-технологический университет имени короля Абдаллы (King Abdullah University of Science and Technology, KAUST), Саудовская Аравия

Количество ядер: 196 608
Максимальная производительность согласно тесту Linpack (HPL): 5.537 петафлопса
Теоретическая пиковая производительность системы: 7.235 петафлопса
Мощность: 2,834 МВт
Операционная система: Linux (CLE)

Shaheen II построен на платформе CRAY XC40. В системе используются 16-ядерные процессоры Intel Xeon E5-2698V3.

Суперкомпьютер применяется для решения сложных вычислительных задач в нуждах нефтегазовой, энергетической, геологоразведывательной и других отраслей. Также среди перспективных направлений для работы указывается биоинжиниринг.

Суперкомпьютер Stampede - PowerEdge C8220, Xeon E5-2680 8C 2.700GHz, сеть Infiniband FDR, Intel Xeon Phi SE10P

8. Stampede

Расположение: Texas Advanced Computing Center, США

Количество ядер: 462 462
Максимальная производительность согласно тесту Linpack (HPL): 5,168 петафлопса
Теоретическая пиковая производительность системы: 8,520 петафлопса
Мощность: 4,51 МВт
Операционная система: Linux

Суперкомпьютер Stampede создан компанией Dell совместно с Intel для Национального Научного Фонда США (National Science Foundation, NSF). Система включает в себя 6400 узлов Dell C8220, каждый из них управляется двумя 8-ядерными процессорами Intel Xeon E5 и 61-ядерным сопроцессором Intel Xeon Phi Knights Corner. 128 компьютерных узлов оборудовано производительными графическими процессорами NVIDIA на архитектуре Kepler K20.

Stampede используется для таких задач, как моделирование изменений климата, предсказание землетрясений и ураганов, изучение ДНК вирусов, молекулярные исследования, космические исследования.

Суперкомпьютер JUQUEEN - BlueGene/Q, Power BQC 16C 1.600GHz

9. Juqueen

Расположение: Исследовательский центр Юлих (Forschungszentrum Juelich, FZJ), Германия

Количество ядер: 458 752

Максимальная производительность согласно тесту Linpack (HPL): 5,008 петафлопса

Теоретическая пиковая производительность системы: 5,872 петафлопса
Мощность: 2,301 МВт
Операционная система: Linux (RHEL, CNK)

Juqueen - второй по мощности суперкомпьютер в Европе, разработан при участии корпорации IBM. Juqueen базируется на архитектуре Blue Gene/Q. Количество процессоров в системе - 294 912 (16-ядерные Power BQC).

Исследовательский центр, в котором установлен Juqueen, является крупнейшим в Европе. FZJ ведет различного рода работы, связанные с сопровождением существующих и созданием перспективных термоядерных реакторов.

Суперкомпьютер Vulcan - BlueGene/Q, Power BQC 16C 1.600GHz

10. Vulcan

Расположение: Ливерморская национальная лаборатория им. Э. Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL)

Количество ядер: 393 216
Максимальная производительность согласно тесту Linpack (HPL): 4,293 петафлопса
Теоретическая пиковая производительность системы: 5,033 петафлопса
Мощность: 1,972 МВт
Операционная система: Linux (RHEL, CNK)

Vulcan , разработанный компанией IBM, также относится к семейству Blue Gene поколения Q. Суперкомпьютер используется для различных исследований, в том числе для моделирования аномальных природных явлений . Научные группы и учреждения могут получить доступ к системе по заявке в Центр инноваций в области высокопроизводительных вычислений США.

Российские суперкомпьютеры в TOP 500

• «Ломоносов-2» (Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова) —31 место, производительность по тесту Linpack - 1,849 петафлопса.
• «Ломоносов» (Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова) - 78 место; 0,902 петафлопса.
• «Торнадо» (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого) - 107 место; 0,658 петафлопса.
• MVS -10P (Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН) - 176-е место; 0,376 петафлопса.
• «Лобачевский» (Нижегородский государственный университет имени Н. И. Лобачевского) - 242-е место; 0,29 петафлопса.
• «Торнадо ЮУрГУ» (Южно-Уральский государственный университет) - 245-е место; 0,288 петафлопса.
• Суперкомпьютер компании Hewlett-Packard, используемый неуказанным российским поставщиком услуг в сфере информационных технологий - 413-е место; 0,189 петафлопса.
• RSC PetaStream (Санкт-Петербургский Политехнический университет Петра Великого) - 466 место; 0,171 петафлопса.

О проекте TOP500

Рейтинг TOP500 впервые был опубликован в июне 1993 года. Цель проекта — сравнение быстродействия самых мощных суперкомпьютеров в мире и демонстрация роста их производительности со временем. Участие в списке добровольное и требует исполнения теста Linpack, который определяет, насколько быстро компьютер может решать большие системы линейных уравнений. TOP500 составляется специалистами Манниверситета Теннессигеймского университета (Германия), Университета Теннесси (США) и Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (США).

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab ® по материалам

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.

В последние годы компании по созданию и производству компьютеров работают не покладая рук. В результате количество техники в мире растет в геометрической прогрессии.

Самые мощные компьютеры

Еще недавно назад мир не знал о DirectX10, а графика FarCry или NFS Underground 2 казалась вершиной компьютерных возможностей. Когда-то диск, способный вместить 600 мегабайт информации, казался чудом техники, а сейчас в свободном доступе продаются карты памяти на терабайт.

В области суперкомпьютеров происходит почти то же самое. В 1993 году профессор университета Теннесси Джек Донгарра выдвинул идею создания рейтинга самых мощных компьютеров в мире. С тех пор этот список, именуемый TOP500, обновляется дважды в год: в июне и в ноябре.

Время идет, и лидеры рейтинга суперкомпьютеров начала 90-х уже безбожно устарели даже по меркам рядовых пользователей ПК. Так, первым в 1993 году был CM-5/1024, собранный компанией Thinking Machines: 1024 процессора с тактовой частотой 32МГц, вычислительная скорость 59,7 гигафлопс – чуть быстрее обыкновенного 8-ядерного ПК под вашим столом. А какой компьютер самый лучший сегодня?

Sunway TaihuLight

Еще пять лет назад пальму первенства по мощности стабильно держали супер-ЭВМ производства США. В 2013 году лидерство перехватили китайские ученые и, судя по всему, не собираются его отдавать.

В настоящий момент самым сильным компьютером в мире считается Sunway TaihuLight (в переводе – «Божественная сила света озера Тайху»), грандиозная машина со скоростью вычислений 93 петафлопс (максимальная скорость – 125,43 петафлопс). Это в 2,5 раза мощнее предыдущего рекордсмена – суперкомпьютера Тяньхэ-2, который считался самым мощным до июня 2016 года.

В «Санвей Тайхулайт» встроено 10,5 миллионов ядер (40 960 процессора, в каждом из которых по 256 вычислительных и 4 управляющих ядра).

Так выглядит самый мощный компьютер 2016 года

Все оборудование разработано и произведено в Китае, тогда как процессоры прошлого мощнейшего компьютера были произведены американской компанией Intel. Стоимость Sunway TaihuLight оценивают в $270 миллионов. Находится суперкомпьютер в Национальном суперкомпьютерном центре округа Уси.

Рекордсмены прошлых лет

До июня 2016 года (а список TOP500 обновляется каждый июнь и ноябрь) самым мощным и быстрым компьютером являлась супермашина Tianhe-2 (в переводе с китайского «Млечный путь»), разработанная в КНР на базе Оборонного научно-технического университета в Чанша при помощи компании Inspur.

Мощность Тяньхэ-2 обеспечивает выполнение 2507 триллионов операций в секунду (33,86 петафлопс в секунду), пиковая производительность – 54,9 Петафлопс. Китайская разработка возглавляла этот рейтинг с момента запуска в 2013 году – невероятно внушительный показатель!

Суперкомпьютер Тяньхэ-2

Характеристики Тяньхэ-2 таковы: 16 тысяч узлов, 32 тысячи 12-ядерных процессоров Intel Xeon E5-2692 и 48 тысяч 57-ядерных ускорителей Intel Xeon Phi 31S1P, а значит, 3120000 ядер в сумме; 256 тысяч планок оперативной памяти DDR3 по 4 Гб каждая и 176000 планок GDDR5 по 8 Гб – 2432000 Гб оперативной памяти в общей сложности. Объем жесткого диска – более 13 миллионов Гб. Однако поиграть на нем не выйдет – он предназначен исключительно для вычислений, на «Млечный путь-2» не установлена видеокарта. В частности, он помогает при расчетах для прокладки метро и городской застройки.

Jaguar

Долгое время на вершине рейтинга располагался Jaguar – суперкомпьютер из США. Чем он отличается от остальных и в чем его технические преимущества?

Суперкомпьютер под названием Jaguar состоит из большого количества независимых ячеек, разделенных на два раздела - XT4 и XT5. В последнем разделе находится ровно 18688 вычислительных ячеек. В каждой ячейке расположились два шестиядерных процессора AMD Opteron 2356. частотой 2.3 Ггц, 16 Гб оперативной памяти DDR2, а так же роутер SeaStar 2+. Даже одной ячейки из этого раздела хватило бы для того, чтобы создать самый мощный компьютер для игр. В разделе же содержится всего 149504 вычислительных ядер, огромное количество оперативной памяти – более 300 ТБ, а так же производительность 1.38 Петафлопс и больше 6 Петабайт дискового пространства.

Сборка компьютерного монстра

В разделе XT4 находится 7832 ячеек. У них характеристики поскромнее, чем у предыдущего раздела XT5: каждая ячейка содержит один шестиядерный процессор частотой 2,1 Ггц, 8 Гб оперативной памяти и роутер SeaStar 2. Всего в разделе 31328 вычислительных ядер и более 62 Тб памяти, а так же пиковая производительность 263 TFLOPS и более 600 ТБ дискового пространства. Суперкомпьютер Jaguar работает на собственной операционной системе Cray Linux Environment.

В спину Jaguar дышит еще один компьютер, детище компании IBM – Roadrunner. Мощнейший вычислительный монстр способен высчитывать до 1000.000.000.000 операций в секунду. Он был разработан специально для энергетического департамента Национальной администрации по ядерной безопасности в Лос-Аламосе (или Department of Energy’s National Nuclear Security Administration). С помощью этого суперкомпьютера планировали контролировать работу всех ядерных установок, расположенных на территории США.

Пиковая скорость обработки данных у «Дорожного бегуна» составляет около 1,5 петафлопсов. Речь идет об общей мощности 3456 оригинальных серверов tri-blade, каждый из которых способен выполнять около 400 миллиардов операций в секунду (то есть 400 гигафлопов). Внутри Roadrunner расположились около 20 тысяч высокопроизводительных двухъядерных процессоров - 12 960 Cell Broadband Engine и 6948 AMD Opteron, детище самой компании IBM. У такого суперкомпьютера системная память равна 80 терабайтам.

Так сколько же пространства занимает такое чудо техники? Машина расположилась на площади равной 560 квадратным метрам. А упаковано все хозяйство департамента в сервера оригинальной архитектуры. Все оборудование весит около 23 тонн. Так что для его транспортировки сотрудникам национальной администрации по ядерной безопасности потребуется как минимум 21 крупногабаритный тягач.

Пару слов о том, что же такое петафлопс. Один петафлопс примерно равен общей мощности 100 тысяч современных ноутбуков. Если попробовать представить, то ими можно выстлать дорогу длинной практически в два с половиной километра. Еще одно доступное сравнение: все население планеты в течение 46 лет будет с помощью калькуляторов делать вычисления, которые под силу сделать Roadrunner за один день. А представьте, как ничтожно мало потребуется Sunway TaihuLigh, лидеру нашего рейтинга?

Titan

В 2012 году Оукриджская национальная лаборатория Министерства энергетики США запустила суперкомпьютер Titan, рассчитанный на 20 петафлопсов, другими словами, он сможет сделать за одну секунду квадриллион операций с плавающей запятой.

Разработкой Titan занималась компания Cray. Кроме «Титана» американские специалисты за последние годы разработали еще два суперкомпьютера. Один из них - Mira – предназначен для промышленных и научно-исследовательских нужд, а с помощью другого – Sequoia – моделируют испытания ядерного оружия. За всеми этими разработками стоит корпорация IBM.

Самый мощный компьютер в России

Увы, российская разработка «Ломоносов-2», признанная самым мощным компьютером России, находится лишь на 41-м месте в ТОР500 (по состоянию на июнь 2016 года). Он базируется в научно-вычислительном центре МГУ. Мощность отечественного суперкомпьютера – 1,849 петафлопс, пиковая – около 2,5 петафлопс. Количество ядер: 42 688.

Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен