Čínsky Tianhe-2 (Mliečna dráha 2) sa po piatykrát za sebou stal najrýchlejším superpočítačom na svete s výkonom 33,86 petaflopov alebo kvadriliónov operácií s pohyblivou rádovou čiarkou za sekundu. Tak znie verdikt rebríčka TOP500 najvýkonnejších superpočítačov, ktorý vychádza dvakrát ročne.

Napriek očakávanému výsledku je v najnovšom vydaní stále niekoľko zaujímavých informácií. Spojené štáty americké majú stále viac systémov na zozname ako ktorákoľvek iná krajina, s 233 vozidlami (v porovnaní s 231 pred šiestimi mesiacmi a 265 pred rokom). Druhé a tretie miesto obsadili systémy z USA, pričom 141 strojov zo zoznamu sa nachádza v Európe. Pozoruhodné je, že tri z nových počítačov patria čínskej spoločnosti Lenovo, aj keď samotná Čína je zastúpená len 37 superpočítačmi oproti 61 minulým rokom.
Priemerný výkon TOP500 sa za posledných 6 mesiacov výrazne zvýšil. Celkový výkon všetkých 500 superpočítačov bol 363 petaflops/s, čo je citeľne viac ako 309 vlani v novembri a 274 pred rokom. 98 % systémov používa procesory so šiestimi alebo viac jadrami, pričom najmenej 88,2 % má 8 jadier na procesor. Osemdesiatosem z päťsto systémov používalo akcelerátory/koprocesory, vrátane Nvidia (52), ATI Radeon (4) a Intel Xeon Phi (33). Štyri systémy využívajú kombináciu procesorov Xeon a Nvidia.
Top 10 tvoria stroje uvedené na trh v rokoch 2011 a 2012, s výnimkou nového účastníka zo Saudskej Arábie na 7. mieste. Takto vyzerá zoznam 10 najvýkonnejších superpočítačov na svete.

  1. Tianhe-2: klaster TH-IVB-FEP; Národné superpočítačové centrum v Guangzhou, Čína; 3,12 milióna jadier (33,86 Pflops/s).
  2. Titan: Cray XK7 System, Oak Ridge National Laboratory, USA. 560 640 jadier (17,59 Pflops/s).
  3. Sequoia: IBM BlueGene/Q System, Livermore National Laboratory 1,57 milióna jadier, (17,2 Pflops/s).
  4. Počítač K: Systém SPARC64 so 705 024 jadrami v RIKEN Institute of Advanced Computing Science na Inštitúte fyzikálneho a chemického výskumu (RIKEN), Japonsko. (10,5 Pflops/s).
  5. Mira: IBM BlueGene/Q; DOE/SC/Argonne National Laboratory, USA; 786 000 jadier IBM. (8,59 Pflops/s).
  6. Piz Daint: Cray XC30 so 116 000 jadrami od Xeon a Nvidia; nachádza vo Švajčiarskom národnom výpočtovom centre. (6,27 Pflops/s).
  7. Systém Shaheen II: Cray XC40. Univerzita vedy a techniky kráľa Abdulláha v Saudskej Arábii. (5,536 Pflops/s).
  8. Stampede: Systém Dell PowerEdge C8220 so 462 462 jadrami Xeon Phi na University of Texas (5,17 Pflops/s).
  9. JUQUEEN: BlueGene/Q, 458 752 jadier IBM. Výskumné centrum Jülich, Nemecko. (5 Pflops/s).
  10. Vulcan: BlueGene/Q, 393 216 jadier IBM, Ministerstvo energetiky USA.

Treba mať na pamäti, že situácia sa môže dramaticky zmeniť, ak niekto vytvorí skutočný kvantový počítač. IBM nastavilo rekord tým, že postavilo 50-qubitový počítač (s aktuálnym maximom 4), ktorý by mohol byť výkonnejší než ktorýkoľvek systém na tomto zozname.
Americké ministerstvo energetiky medzitým objednalo dva systémy IBM/Nvidia v hodnote 425 miliónov dolárov. Dodávka strojov je naplánovaná na roky 2017 a 2018 a maximálny výkon by mohol dosiahnuť 150 petaflopov.

Superpočítač Titan

Ľudia stále nelietajú na Mars, rakovina ešte nie je vyliečená a závislosti na rope sme sa nezbavili. A predsa sú oblasti, kde ľudstvo za posledné desaťročia urobilo neskutočný pokrok. Výpočtový výkon počítačov je len jedným z nich.

Dvakrát do roka zverejňujú odborníci z Lawrence Berkeley National Laboratory a University of Tennessee Top 500, ktorý ponúka zoznam najvýkonnejších superpočítačov na svete.

Pri pohľade trochu dopredu odporúčame ochutnať tieto čísla vopred: produktivita predstaviteľov prvej desiatky sa meria v desiatkach kvadriliónov prepadákov. Pre porovnanie: ENIAC, prvý počítač v histórii, mal výkon 500 flopov; Priemerný osobný počítač má dnes stovky gigaflopov (miliardy flopov), iPhone 6 má približne 172 gigaflopov a PS4 1,84 teraflops (bilión flopov).

Spoločnosť Naked Science, vybavená najnovším Top 500 z novembra 2014, sa rozhodla zistiť, akých je 10 najvýkonnejších superpočítačov na svete a aké problémy si vyžadujú taký obrovský výpočtový výkon.

  • Miesto: USA
  • Výkon: 3,57 petaflops
  • Teoretický maximálny výkon: 6,13 petaflops
  • Výkon: 1,4 MW

Rovnako ako takmer všetky moderné superpočítače, vrátane každého z tých, ktoré sú uvedené v tomto článku, aj CS-Storm pozostáva z mnohých procesorov spojených do jednej počítačovej siete založenej na princípe masívne paralelnej architektúry. V skutočnosti sa tento systém skladá z mnohých rackov („skriniek“) s elektronikou (uzly pozostávajúce z viacjadrových procesorov), ktoré tvoria celé chodby.

Cray CS-Storm je celá séria superpočítačových klastrov, no jeden z nich stále vyčnieva z radu. Konkrétne ide o záhadnú CS-Storm, ktorú využíva americká vláda na neznáme účely a na neznámom mieste.

Známe je, že americkí predstavitelia kúpili mimoriadne efektívny z hľadiska spotreby energie (2386 megaflopov na 1 Watt) CS-Storm s celkovým počtom jadier takmer 79 tisíc od americkej spoločnosti Cray.

Na stránke výrobcu sa však píše, že klastre CS-Storm sú vhodné pre vysokovýkonné výpočty v oblasti kybernetickej bezpečnosti, geopriestorovej inteligencie, rozpoznávania vzorov, spracovania seizmických dát, vykresľovania a strojového učenia. Niekde v tejto sérii sa pravdepodobne ustálilo používanie vládneho CS-Stormu.

CRAY CS-STORM

9. Vulcan – Blue Gene/Q

  • Miesto: USA
  • Výkon: 4,29 petaflops
  • Teoretický maximálny výkon: 5,03 petaflops
  • Výkon: 1,9 MW

„Vulcan“ bol vyvinutý americkou spoločnosťou IBM, patrí do rodiny Blue Gene a nachádza sa v Lawrence Livermore National Laboratory. Superpočítač, ktorý vlastní Ministerstvo energetiky USA, pozostáva z 24 stojanov. Klaster začal fungovať v roku 2013.

Na rozdiel od už spomínaného CS-Stormu je rozsah použitia Vulcan dobre známy - rôzne vedecké výskumy, a to aj v oblasti energetiky, ako je modelovanie prírodných javov a analýza veľkého množstva údajov.

Rôzne vedecké skupiny a spoločnosti môžu získať prístup k superpočítaču podaním žiadosti do Inovačného centra pre vysokovýkonné počítače (HPC Innovation Center) so sídlom v rovnakom národnom laboratóriu v Livermore.

Superpočítač Vulcan

8. Juqueen – Modrý gén/Q

  • Miesto: Nemecko
  • Výkon: 5 petaflopov
  • Teoretický maximálny výkon: 5,87 petaflops
  • Výkon: 2,3 MW

Od svojho uvedenia na trh v roku 2012 je Juqueen druhým najvýkonnejším superpočítačom v Európe a prvým v Nemecku. Podobne ako Vulcan, aj tento superpočítačový klaster vyvinula spoločnosť IBM ako súčasť projektu Blue Gene a patrí do rovnakej generácie Q.

Superpočítač sa nachádza v jednom z najväčších výskumných centier v Európe v Jülichu. Používa sa zodpovedajúcim spôsobom - pre vysokovýkonné výpočty v rôznych vedeckých výskumoch.

Superpočítač Juqueen

7. Pečiatka – PowerEdge C8220

  • Miesto: USA
  • Výkon: 5,16 petaflops
  • Teoretický maximálny výkon: 8,52 petaflops
  • Výkon: 4,5 MW

Stampede sa nachádza v Texase a je jediným klastrom v prvej desiatke Top 500, ktorý vyvinula americká spoločnosť Dell. Superpočítač pozostáva zo 160 stojanov.

Tento superpočítač je najvýkonnejší na svete spomedzi tých, ktoré sa používajú výlučne na výskumné účely. Prístup do zariadení Stampede je otvorený pre vedecké skupiny. Klaster sa používa v širokej škále vedných oblastí – od presnej tomografie ľudského mozgu a predpovede zemetrasení až po identifikáciu vzorcov v hudbe a jazykových štruktúrach.

Superpočítač Stampede

6. Piz Daint – Cray XC30

  • Miesto: Švajčiarsko
  • Výkon: 6,27 petaflopov
  • Teoretický maximálny výkon: 7,78 petaflops
  • Výkon: 2,3 MW

Švajčiarske národné superpočítačové centrum (CSCS) sa môže pochváliť najvýkonnejším superpočítačom v Európe. Piz Daint, pomenovaný podľa alpskej hory, bol vyvinutý spoločnosťou Cray a patrí do rodiny XC30, v rámci ktorej je najproduktívnejší.

Piz Daint sa používa na rôzne výskumné účely, ako sú počítačové simulácie v oblasti fyziky vysokých energií.

Superpočítač Piz Daint

5. Mira – Modrý gén/Q

  • Miesto: USA
  • Výkon: 8,56 petaflopov
  • Teoretický maximálny výkon: 10,06 petaflops
  • Výkon: 3,9 MW

Superpočítač Mira bol vyvinutý spoločnosťou IBM v rámci projektu Blue Gene v roku 2012. Divízia vysokovýkonných výpočtov v Argonne National Laboratory, v ktorej sa nachádza klaster, bola vytvorená s vládnym financovaním. Predpokladá sa, že nárast záujmu o superpočítačové technológie z Washingtonu koncom 21. storočia a začiatkom 2010 je spôsobený rivalitou s Čínou v tejto oblasti.

Mira sa nachádza na 48 stojanoch a slúži na vedecké účely. Superpočítač sa používa napríklad na klimatické a seizmické modelovanie, čo umožňuje získať presnejšie údaje o predpovedaní zemetrasení a klimatických zmien.

Superpočítač Mira

4. K Počítač

  • Miesto: Japonsko
  • Výkon: 10,51 petaflops
  • Teoretický maximálny výkon: 11,28 petaflops
  • Výkon: 12,6 MW

K Computer, vyvinutý spoločnosťou Fujitsu a umiestnený na Inštitúte fyzikálno-chemického výskumu v Kobe, je jediným japonským superpočítačom, ktorý sa objavil v prvej desiatke Top 500.

Tento klaster sa svojho času (jún 2011) dostal na prvé miesto v rebríčku a stal sa na jeden rok najproduktívnejším počítačom na svete. A v novembri 2011 sa K Computer stal prvým v histórii, ktorý dosiahol výkon nad 10 petaflopov.

Superpočítač sa používa v množstve výskumných úloh. Napríklad na predpovedanie prírodných katastrof (čo je pre Japonsko dôležité vzhľadom na zvýšenú seizmickú aktivitu regiónu a vysokú zraniteľnosť krajiny v prípade cunami) a počítačové modelovanie v oblasti medicíny.

Superpočítač K

3. Sequoia – Blue Gene/Q

  • Miesto: USA
  • Výkon: 17,17 petaflops
  • Teoretický maximálny výkon: 20,13 petaflops
  • Výkon: 7,8 MW

Najvýkonnejší zo štyroch superpočítačov rodiny Blue Gene/Q, ktoré sú v prvej desiatke hodnotenia, sa nachádza v Spojených štátoch v Livermore National Laboratory. IBM vyvinula Sequoia pre Národnú správu jadrovej bezpečnosti (NNSA), ktorá potrebovala vysokovýkonný počítač na veľmi špecifický účel: simuláciu jadrových výbuchov.

Stojí za zmienku, že skutočné jadrové testy sú od roku 1963 zakázané a počítačová simulácia je jednou z najprijateľnejších možností pokračovania výskumu v tejto oblasti.

Výkon superpočítača však slúžil na riešenie iných, oveľa ušľachtilejších problémov. Klastre sa napríklad podarilo nastaviť výkonové rekordy v kozmologickom modelovaní, ako aj pri vytváraní elektrofyziologického modelu ľudského srdca.

Superpočítač Sequoia

2. Titan – Cray XK7

  • Miesto: USA
  • Výkon: 17,59 petaflops
  • Teoretický maximálny výkon: 27,11 petaflopov
  • Výkon: 8,2 MW

Najproduktívnejší superpočítač, aký bol kedy vytvorený na Západe, ako aj najvýkonnejší počítačový klaster pod značkou Cray, sa nachádza v Spojených štátoch v Oak Ridge National Laboratory. Napriek tomu, že superpočítač, ktorý má americké ministerstvo energetiky k dispozícii, je oficiálne dostupný pre akýkoľvek vedecký výskum, v októbri 2012, keď bol Titan spustený, počet aplikácií prekročil všetky limity.

Z tohto dôvodu bola v Oak Ridge Laboratory zvolaná špeciálna komisia, ktorá z 50 žiadostí vybrala len 6 „najpokročilejších“ projektov. Medzi nimi napríklad modelovanie správania sa neutrónov v samom srdci jadrového reaktora, ako aj predpovedanie globálnych klimatických zmien na najbližších 1-5 rokov.

Napriek svojmu výpočtovému výkonu a impozantným rozmerom (404 metrov štvorcových) Titan na piedestáli dlho nevydržal. Len šesť mesiacov po triumfe v novembri 2012 americkú hrdosť v oblasti vysokovýkonných počítačov nečakane vytlačil rodák z východu, pričom doterajších lídrov rebríčka prekonal bezprecedentným spôsobom.

Superpočítač Titan

1. Tianhe-2 / Mliečna dráha-2

  • Miesto: Čína
  • Výkon: 33,86 petaflops
  • Teoretický maximálny výkon: 54,9 petaflopov
  • Výkon: 17,6 MW

Od svojho prvého štartu je Tianhe-2 alebo Mliečna dráha-2 asi dva roky lídrom Top-500. Toto monštrum je takmer dvakrát výkonnejšie ako dvojka v rebríčku – superpočítač TITAN.

Tianhe-2, ktorý vyvinula Univerzita vedy a techniky obrany Ľudovej oslobodzovacej armády a Inspur, pozostáva zo 16 tisíc uzlov s celkovým počtom jadier 3,12 milióna. RAM tejto kolosálnej štruktúry, ktorá zaberá 720 metrov štvorcových, je 1,4 petabajtov a úložné zariadenie je 12,4 petabajtov.

Mliečna dráha 2 bola navrhnutá z iniciatívy čínskej vlády, takže nie je prekvapujúce, že jej bezprecedentná sila podľa všetkého slúži potrebám štátu. Oficiálne bolo uvedené, že superpočítač sa zaoberá rôznymi simuláciami, analyzuje obrovské množstvo údajov, ako aj zabezpečuje národnú bezpečnosť Číny.

Vzhľadom na tajnosť, ktorá je súčasťou čínskych vojenských projektov, možno len hádať, aké využitie Mliečna dráha-2 z času na čas dostane v rukách čínska armáda.

Superpočítač Tianhe-2

Na tretie miesto sa posunul superpočítač K Computer, ktorý predtým obsadil prvé miesto. Jeho výkon je 11,28 Pflops (pozri obrázok 1). Pripomeňme si, že FLOPS (Floating-point Operations Per Second, FLOPS) je jednotka merania výkonu počítača, ktorá ukazuje, koľko operácií s pohyblivou rádovou čiarkou za sekundu je daný výpočtový systém schopný vykonať.

K Computer je spoločným vývojom Inštitútu fyzikálneho a chemického výskumu Rikagaku Kenkiyo (RIKEN) a Fujitsu. Vznikla ako súčasť iniciatívy High-Performance Computing Infrastructure pod vedením japonského ministerstva školstva, kultúry, športu, vedy a technológie (MEXT). Superpočítač je inštalovaný na území Inštitútu pokročilých počítačových vied v japonskom meste Kobe.

Superpočítač je založený na architektúre distribuovanej pamäte. Systém pozostáva z viac ako 80 000 výpočtových uzlov a je umiestnený v 864 stojanoch, z ktorých každý obsahuje 96 výpočtových uzlov a 6 I/O uzlov. Uzly, z ktorých každý obsahuje jeden procesor a 16 GB RAM, sú vzájomne prepojené v súlade s topológiou „šesťrozmernej slučky / torusu“. Systém využíva celkovo 88 128 osemjadrových procesorov SPARC64 VIIIfx (705 024 jadier) vyrobených spoločnosťou Fujitsu pomocou 45 nm technológie.

Tento univerzálny superpočítač poskytuje vysokú úroveň výkonu a podporu pre širokú škálu aplikácií. Systém sa používa na vykonávanie výskumu v oblasti klimatických zmien, prevencie katastrof a medicíny.

Jedinečný systém vodného chladenia znižuje pravdepodobnosť zlyhania zariadenia a znižuje celkovú spotrebu energie. Úspory energie sa dosahujú použitím vysoko účinných zariadení, systému kogenerácie tepla a elektriny a radu solárnych panelov. Mechanizmus opätovného využitia odpadovej vody z chladiča navyše znižuje negatívny dopad na životné prostredie.

Budova, v ktorej sa K Computer nachádza, je odolná voči zemetraseniu a dokáže vydržať zemetrasenia s magnitúdou 6 a viac v japonskej mierke (0-7). Pre efektívnejšie umiestnenie stojanov a káblov zariadení je tretie podlažie s rozmermi 50 × 60 m úplne bez nosných stĺpov. Moderné stavebné technológie umožnili zabezpečiť prijateľnú úroveň zaťaženia (do 1 t/m2) pre inštaláciu regálov, ktorých hmotnosť môže dosiahnuť 1,5 tony.

SUPERPOČÍTAČ SEQUOIA

Superpočítač Sequoia nainštalovaný v Národnom laboratóriu Lawrence Livermore. Lawrence, má výkon 16,32 Pflops a je na druhom mieste v rebríčku (pozri obrázok 2).

Tento petaflop superpočítač, vyvinutý spoločnosťou IBM na základe Blue Gene/Q, bol vytvorený pre americký Národný úrad pre jadrovú bezpečnosť (NNSA) ako súčasť programu Advanced Simulation and Computing.

Systém pozostáva z 96 stojanov a 98 304 výpočtových uzlov (1024 uzlov na stojan). Každý uzol obsahuje 16-jadrový procesor PowerPC A2 a 16 GB DDR3 RAM. Celkovo je použitých 1 572 864 procesorových jadier a 1,6 PB pamäte. Uzly sú navzájom spojené v súlade s topológiou „päťrozmerného torusu“. Plocha, ktorú systém zaberá, je 280 m2. Celková spotreba energie je 7,9 MW.

Superpočítač Sequoia bol prvým na svete, ktorý vykonal vedecké výpočty, ktoré si vyžadovali výpočtový výkon viac ako 10 Pflops. Simulačný systém kozmológie HACC si teda vyžiadal asi 14 Pflops, keď bežal v režime 3,6 bilióna častíc a pri spustení kódu projektu Cardiod na simuláciu elektrofyziológie ľudského srdca dosiahol výkon takmer 12 Pflops.

TITAN SUPERPOČÍTAČ

Superpočítač Titan inštalovaný v Oak Ridge National Laboratory (ORNL) v USA bol uznaný ako najrýchlejší superpočítač na svete. V benchmarkových testoch Linpack bol jeho výkon 17,59 Pflops.

Titan implementuje hybridnú architektúru CPU-GPU (pozri obrázok 3). Systém pozostáva z 18 688 uzlov, pričom každý je vybavený 16-jadrovým procesorom AMD Opteron a grafickým akcelerátorom Nvidia Tesla K20X. Celkovo je použitých 560 640 procesorov. Titan je aktualizáciou predtým prevádzkovaného superpočítača Jaguar ORNL a zaberá rovnaké serverové skrine (celková plocha 404 m2).

Možnosť využívať existujúce napájacie a chladiace systémy ušetrila počas výstavby približne 20 miliónov dolárov. Spotreba energie superpočítača je 8,2 MW, čo je o 1,2 MW viac ako Jaguar, pričom jeho výkon pri operáciách s pohyblivou rádovou čiarkou je takmer 10-krát vyšší.

Titan bude primárne slúžiť na výskum v oblasti materiálovej vedy a jadrovej energie, ako aj na výskum súvisiaci so zlepšovaním účinnosti spaľovacích motorov. Okrem toho sa bude používať na modelovanie zmeny klímy a analýzu potenciálnych stratégií na riešenie jej negatívnych vplyvov.

„NAJZELEnejší“ SUPERPOČÍTAČ

Okrem hodnotenia Top500, zameraného na identifikáciu najvýkonnejšieho systému, existuje hodnotenie Green500, ktoré uznáva „najzelenšie“ superpočítače. Tu sa za základ berie ukazovateľ energetickej účinnosti (Mflops/W). V súčasnosti (najnovšie zverejnené hodnotenie je november 2012) je lídrom Green500 superpočítač Beacon (253. miesto v Top500). Jeho indikátor energetickej účinnosti je 2499 Mflops/W.

Beacon poháňajú koprocesory Intel Xeon Phi 5110P a procesory Intel Xeon E5-2670, takže špičkový výkon môže dosiahnuť 112 200 Gflops pri celkovej spotrebe energie 44,9 kW. Koprocesory Xeon Phi 5110P poskytujú vysoký výkon s nízkou spotrebou energie. Každý koprocesor má výkon 1 teraflop (dvojitá presnosť) a podporuje až 8 GB pamäte GDDR5 so šírkou pásma 320 Gbps.

Pasívny chladiaci systém Xeon Phi 5110P má hodnotu TDP 225 W, čo je ideálne pre servery s vysokou hustotou.

SUPERPOČÍTAČ EURORA

Vo februári 2013 sa však objavili správy, že superpočítač Eurora, ktorý sa nachádza v Bologni (Taliansko), prekonal Beacon v energetickej účinnosti (3150 Mflops/watt oproti 2499 Mflops/W).

Eurora je postavená spoločnosťou Eurotech a pozostáva zo 64 uzlov, z ktorých každý obsahuje dva procesory Intel Xeon E5-2687W, dva GPU akcelerátory Nvidia Tesla K20 a ďalší hardvér. Rozmery takéhoto uzla nepresahujú rozmery notebooku, no ich výkon je 30-krát vyšší a spotreba energie je 15-krát nižšia.

Vysoká energetická účinnosť v Eurore je dosiahnutá použitím niekoľkých technológií. Najväčším prínosom je vodné chladenie. Každý uzol superpočítača je teda akýmsi sendvičom: centrálne zariadenie v spodnej časti, vodný výmenník tepla v strede a ďalšia elektronická jednotka v hornej časti (pozri obrázok 4).

Takéto vysoké výsledky sa dosahujú vďaka použitiu materiálov s dobrou tepelnou vodivosťou, ako aj rozsiahlej sieti chladiacich kanálov. Pri inštalácii nového výpočtového modulu sú jeho kanály kombinované s kanálmi chladiaceho systému, čo vám umožňuje meniť konfiguráciu superpočítača v závislosti od konkrétnych potrieb. Riziko úniku je podľa výrobcov eliminované.

Prvky superpočítača Eurora sú napájané 48-voltovými jednosmernými zdrojmi, ktorých zavedením sa znížil počet premien energie. Nakoniec sa teplá voda odstránená z výpočtového zariadenia môže použiť na iné účely.

ZÁVER

Odvetvie superpočítačov sa aktívne rozvíja a vytvára stále nové a nové rekordy v oblasti výkonu a energetickej účinnosti. Treba poznamenať, že práve v tomto odvetví, ako nikde inde, sa dnes vo veľkej miere využívajú technológie chladenia kvapalinou a 3D modelovania, keďže špecialisti stoja pred úlohou zostaviť supervýkonný výpočtový systém, ktorý by bol schopný fungovať v obmedzený objem s minimálnymi energetickými stratami.

Jurij Chomutskij- Hlavný projektový inžinier v I-Teco. Možno ho kontaktovať na: [e-mail chránený]. Článok používa materiály z internetového portálu o dátových centrách „www.AboutDC.ru - Riešenia pre dátové centrá“.

Čas čítania: 7 min.

Ľudstvo sa doteraz nedostalo na odpadové haldy Marsu, nevynašlo elixír mladosti, autá sa ešte nemôžu vznášať nad zemou, no je niekoľko oblastí, v ktorých sme stále uspeli. Práve takouto oblasťou je vytváranie výkonných superpočítačov. Ak chcete vyhodnotiť výkon počítača, musíte určiť, ktorý kľúčový parameter je zodpovedný za túto charakteristiku. Tento parameter je flops - hodnota, ktorá ukazuje, koľko operácií môže počítač vykonať za jednu sekundu. Práve na základe tejto hodnoty náš magazín Big Rating zaradil najvýkonnejšie počítače na svete za rok 2017.

Výkon superpočítača - 8,1 Pflop/s

V tomto počítači sú uložené údaje, ktoré sú zodpovedné za bezpečnosť vojenskej štruktúry Spojených štátov amerických a v prípade potreby je tiež zodpovedný za stav pripravenosti na jadrový útok. Pred dvoma rokmi bol tento stroj jedným z najvýkonnejších a najdrahších na svete, no dnes už Trinity nahradili novšie zariadenia. Systém, na ktorom tento superpočítač beží, je Cray XC40, vďaka ktorému dokáže zariadenie „vykonať“ taký počet operácií za sekundu.

Mira

Výkon superpočítača – 8,6 Pflop/s

Cray vydal ďalší superpočítač, Mira. Americké ministerstvo energetiky nariadilo výrobu tohto stroja, aby koordinovalo jeho prácu. Oblasť, v ktorej Mira pôsobí, je priemysel a rozvoj výskumného potenciálu. Tento superpočítač dokáže vypočítať 8,6 petaflopov za sekundu.

Výkon superpočítača – 10,5 Pflop/s

Názov tohto zariadenia okamžite vystihuje výkon, japonské slovo „kei“ (K) znamená desať kvadriliónov. Tento údaj takmer presne vystihuje jeho výrobnú kapacitu – 10,5 petaflops. Vrcholom tohto superpočítača je jeho chladiaci systém. Používa sa vodné chladenie, ktoré znižuje spotrebu energetických zásob a znižuje rýchlosť montáže.

Výkon superpočítača – 13,6 Pflop/s

Fujitsu, spoločnosť z krajiny vychádzajúceho slnka, neprestala pracovať, keď vydala superpočítač K Computer, okamžite začala nový projekt. Týmto projektom bol superpočítač Oakforest-Pacs, ktorý je klasifikovaný ako nová generácia strojov (Knights landing generation). Jeho vývoj bol poverený Tokijskou univerzitou a univerzitou Tsukuba. Podľa pôvodného plánu mala byť pamäť zariadenia 900 TB a výkon Oakforest-Pacs by bol 25 kvadriliónov operácií za sekundu. Kvôli nedostatku financií však mnohé aspekty neboli dokončené, takže výkon superpočítača bol 13,6 petaflopov za sekundu.

Cori

Výkon superpočítača – 14 Pflop/s

Ešte minulý rok bola Cori na šiestom mieste v rebríčku najvýkonnejších superpočítačov na svete, no šialenou rýchlosťou vývoja technológií si jednu pozíciu pohoršila. Tento superpočítač sa nachádza v Spojených štátoch, v Národnom laboratóriu Lawrence Berkeley. Vedcom zo Švajčiarska sa s pomocou Coriho podarilo vyvinúť 45-qubitový kvantový počítač. Výrobná kapacita tohto superpočítača je 14 petaflopov za sekundu.

Výkon superpočítača – 17,2 Pflop/s

Vedci z celého sveta sa už dávno zhodli, že Sequoia je najrýchlejší superpočítač na planéte. A nie je to len tak, pretože je schopný vykonávať aritmetické výpočty, ktoré by 6,7 miliardám ľudí trvali 320 rokov, za jednu sekundu. Veľkosť stroja je skutočne úžasná - zaberá viac ako 390 metrov štvorcových a obsahuje 96 stojanov. Šestnásťtisíc biliónov operácií alebo inými slovami 17,2 petaflops je výrobná kapacita tohto superpočítača.

Titan

Výkon superpočítača – 17,6 Pflop/s

Okrem toho, že je jedným z najrýchlejších superpočítačov na planéte, je aj veľmi energeticky efektívny. Ukazovateľ energetickej účinnosti je 2142,77 megaflops na watt energie potrebnej na spotrebu. Dôvodom tejto nízkej spotreby je akcelerátor Nvidia, ktorý poskytuje až 90 % energie potrebnej na prácu s počítačom. Okrem toho akcelerátor Nvidia výrazne zmenšil plochu, ktorú tento superpočítač zaberá, teraz mu stačí 404 metrov štvorcových.

Výkon superpočítača – 19,6 Pflop/s

Prvé spustenie tohto zariadenia sa uskutočnilo v roku 2013 vo Švajčiarsku, v meste Lugano. Teraz je geolokáciou tohto superpočítača Švajčiarske národné superpočítačové centrum. Piz Daint je kombináciou všetkých najlepších vlastností vyššie uvedených strojov, má veľmi vysokú energetickú účinnosť a je veľmi rýchly vo výpočtoch. Len jedna charakteristika ponecháva veľa - rozmery tohto superpočítača zaberá 28 obrovských stojanov. Piz Daint je schopný 19,6 petaflopov výpočtového výkonu za sekundu.

Výkon superpočítača – 33,9 Pflop/s

Toto zariadenie má romantický názov Tianhe, čo v čínštine znamená „Mliečna dráha“. Tianhe-2 bol najrýchlejší počítač na zozname 500 najrýchlejších a najvýkonnejších superpočítačov. Dokáže vypočítať 2507 aritmetických operácií, čo v petaflopoch je 33,9 Pflops/s. Špecializácia, v ktorej sa tento počítač používa, je stavebníctvo, počíta operácie súvisiace s výstavbou a kladením ciest. Od svojho prvého spustenia v roku 2013 sa tento počítač nestratil v zoznamoch, čo dokazuje, že ide o jeden z najlepších strojov na svete.

Výkon superpočítača – 93 Pflop/s

Sunway TaihuLight je najrýchlejší superpočítač na svete, okrem obrovskej výpočtovej rýchlosti sa preslávil aj obrovskými rozmermi – zaberá plochu viac ako 1000 metrov štvorcových. Medzinárodná konferencia 2016, ktorá sa konala v Nemecku, uznala tento superpočítač za najrýchlejší na svete a v tomto smere stále nemá vážneho konkurenta. Jeho rýchlosť je trikrát rýchlejšia ako Tianhe-2, najbližší superpočítač v tomto ohľade!

Technologický pokrok nestojí, vyvíja sa kozmickou rýchlosťou, ovplyvňuje mnohé aspekty ľudského života a má veľa pozitívnych aj negatívnych stránok. Pre ľudí sú teraz dostupné technológie rôznych typov: počítače, roboty a prístroje. Ale hlavným účelom akéhokoľvek zariadenia je zjednodušiť život človeka; technológia by sa nemala stať bezvýznamnou zábavou, ktorá bude len strácať čas.

Pojem „superpočítač“ má dve interpretácie – serióznu oficiálnu a komickú. Prvú interpretáciu navrhujú George Michael a Sidney Fernbach, ktorí v 60. rokoch pracovali v Livermore National Laboratory a CDC: výpočtový systém, ktorý je mnohonásobne rýchlejší ako bežné počítače svojej doby. Druhou interpretáciou „superpočítača“ (komiksu) je akýkoľvek počítač vytvorený Seymourom Crayom, priekopníkom superpočítačov, ktorý vytvoril spoločnosť Cray Inc, ktorá je stále lídrom v tomto odvetví.

Pojem „superpočítač“ má dve interpretácie – serióznu oficiálnu a komickú. Prvú interpretáciu navrhujú George Michael a Sidney Fernbach, ktorí v 60. rokoch pracovali v Livermore National Laboratory a CDC: výpočtový systém, ktorý je mnohonásobne rýchlejší ako bežné počítače svojej doby. Druhou interpretáciou „superpočítača“ (komiksu) je akýkoľvek počítač vytvorený Seymourom Crayom, priekopníkom superpočítačov, ktorý vytvoril spoločnosť Cray Inc., ktorá je stále lídrom v tomto odvetví.

Proces inštalácie superpočítača Cray-1 (1978)

Aký „superpočítač“ by sme si mali postaviť?

Moderné superpočítače, na rozdiel od „počítačových monštier“ zo 70. a 80. rokov, nie sú pevné PC, ale stovky alebo dokonca tisíce rackových serverov pripojených k lokálnej sieti. Každý uzol obsahuje jeden alebo viac centrálnych procesorov, voliteľne koprocesory (grafické akcelerátory, či skôr výpočtové urýchľovače), moduly RAM, napájacie a kvapalinové chladiace systémy a samozrejme ethernetový adaptér na pripojenie k bežnej sieti superpočítačov.

Aby superpočítač fungoval efektívne, je potrebný operačný systém (zvyčajne špeciálne upravená verzia Linuxu) a aplikačný softvér schopný paralelizovať globálnu úlohu na státisíce alebo dokonca milióny jednoduchých úloh (procesov). Na servise najväčších superpočítačov sveta sa podieľa až päťdesiat ľudí: vedci, programátori, inžinieri.

Hodnotenie TOP500 a Green500

Zoznam TOP500 najvýkonnejších superpočítačov na planéte sa aktualizuje dvakrát ročne (v júni a novembri) a zverejňuje sa na webovej stránke www.top500.org. Najnovšie vydanie TOP500 (jún 2014) sa stalo 43. v histórii. Výkon superpočítačov sa meria pomocou benchmarku Linpack, ktorý testuje testovaný subjekt riešením hustých systémov lineárnych algebraických rovníc. Súbežne s TOP500 prebieha hodnotenie energeticky najefektívnejších počítačových systémov na svete - Green500.

1. Tianhe-2 (Čína)

Minimálne do novembra 2014 zostane čínske „počítačové monštrum“ Tianhe-2, ktorého meno sa prekladá ako „Mliečna dráha“, neporaziteľné. Výkon superpočítača Inspur, inštalovaného na PLA Defense Science and Technology University v Changsha, je 33,86 PFLOPS a spotreba energie je 17,81 MW. Takýto vysoký výkon bolo možné dosiahnuť vďaka prítomnosti 3,12 milióna výpočtových jadier, no nie všetky sú procesorovými jadrami.

Architektúra Tianhe-2 je hybridná, to znamená, že zahŕňa 12-jadrové centrálne procesory Intel Xeon E5-2692 a 57-jadrové koprocesory Intel Xeon Phi 31S1P. Tento superpočítač má celkovo 1 PB RAM. Kto a hlavne kedy si bude môcť zobrať dlaň z Tianhe-2 zatiaľ nie je známe, pretože má dvojnásobnú výhodu oproti druhému miestu v hodnotení.

2. Titan (USA)

Americký superpočítač Titan s výkonom 17,59 PFLOPS a spotrebou 8,21 MW zďaleka nie je jediným výtvorom Cray Inc. inštalovaným v Oak Ridge National Laboratory (spolupracujú už dlhšie). Titan využíva kombináciu 16-jadrových centrálnych procesorov AMD Opteron 6274 (celkový počet jadier 0,56 milióna) a výpočtových akcelerátorov NVIDIA Tesla K20X, každý s 2688 CUDA jadrami. Veľkosť pamäte RAM je 0,7 PB. Pred spustením Tianhe-2 v júni 2013 bol Titan najvýkonnejším počítačovým systémom na planéte.

3. Sequoia (USA)

Bronzový medailista najnovšieho hodnotenia TOP500 s výkonom 17,17 PFLOPS a 7,89 MW je ďalší „Američan“ - superpočítač Sequoia. Postavila ho spoločnosť IBM na základe vlastných 16-jadrových procesorov Power BQC na objednávku Livermore National Laboratory. Na rozdiel od spomínaných Tianhe-2 a Titanu nemá Sequoia žiadne koprocesory, takže všetkých 1,57 milióna jej jadier sú procesorové jadrá. Z hľadiska kapacity RAM je tento superpočítač absolútnym rekordérom – 1,57 PB. Od júna do novembra 2012 bola Sequoia svetovou jednotkou.

4. K počítač (Japonsko)

Ďalším bývalým šampiónom je japonský počítač K (10,51 PFLOPS; 0,7 milióna jadier; 1,4 PB RAM), ktorý viedol v roku 2011 rebríčku TOP500. Fujitsu bolo zodpovedné za konštrukciu superpočítača pre Inštitút fyzikálno-chemického výskumu v Kobe, ktorý si nevybral obvyklé procesory Intel a AMD x86_64, či dokonca IBM Power, ale vlastný 8-jadrový SPARC64 VIIIfx. Jediným hlavným výrobcom čipov architektúry SPARC, okrem Fujitsu, je Oracle, ktorý pohltil serverové podnikanie Sun Microsystems. Počítač K, ktorý spotrebuje 12,66 MW elektrickej energie, je energeticky najefektívnejší v prvej desiatke (menej ako 1 PFLOPS na 1 MW).

5. Mira (USA)

IBM na žiadosť Argonne National Laboratory postavilo superpočítač Mira, ktorý svojou architektúrou pripomína spomínanú Sequoiu. Jeho výkon je 8,59 PFLOPS (786 tisíc jadier procesora) a spotreba 3,94 MW.

6. Piz Daint (Švajčiarsko)

Najvýkonnejší výpočtový systém v Európe, Piz Daint (aký názov!) spustila spoločnosť Cray Inc. v druhej polovici roku 2013 vo Švajčiarskom národnom superpočítačovom centre. Okrem Piz Daint, ktorého výkon sa odhaduje na 6,27 PFLOPS, táto vedecká inštitúcia hostí ďalších troch TOP500 účastníkov. Superpočítače však často „hniezdia v kŕdľoch“ (ďalšími príkladmi sú Oak Ridge a Livermore National Laboratories, USA). Architektúra Piz Daint zahŕňa procesory Intel a grafické karty NVIDIA.

7. Stampede (USA)

Dell, na rozdiel od IBM a Cray Inc., je bežnému človeku dobre známy svojimi stolnými počítačmi a notebookmi. Zároveň sa však zaoberajú výrobou serverov a dokonca aj konštrukciou superpočítačov. Siedme miesto v rebríčku TOP500 je výpočtový systém Stampede od Dellu. Výkon superpočítača nainštalovaného v Texas Advanced Computing Center je 5,17 PFLOPS. Štruktúra je podobná Tianhe-2 (centrálne procesory a koprocesory od Intelu).

8-9. JUQUEEN (Nemecko) a Vulcan (USA)

Superpočítače JUQUEEN (5,01 PFLOPS) a Vulcan (4,29 PFLOPS) sú najnovšími výtvormi IBM. Nachádzajú sa vo Výskumnom centre Jülich (Nemecko) a Livermore National Laboratory (USA).

10. Unnamed Cray XC30 (USA)

Jediným nováčikom v aktualizovanom rebríčku TOP500 (jún 2014) bol zatiaľ nepomenovaný superpočítač s výkonom 3,14 PFLOPS, vytvorený na príkaz vlády USA. Je postavený na báze superpočítačovej platformy Cray XC30, ktorá je použitá v spomínanom Piz Daint.

Spodná čiara

Superpočítače sú schopné nielen analyzovať veľké objemy štatistických údajov, ale aj simulovať rôzne situácie a javy. Preto sú nepostrádateľné pre ekonomické výpočty, fyzikálne, chemické a biologické experimenty, predpovede počasia a prírodné katastrofy.

Okrem toho sú superpočítače zdrojom národnej hrdosti. V USA je teda 232 superpočítačov z TOP500 (pred rokom ich bolo 252), v Číne - 76 (predchádzajúci počet bol 66), vo Veľkej Británii a Japonsku - každý po 30 Národná technická univerzita "Kyjevský polytechnický inštitút", žiaľ, nebola dlho modernizovaná, takže nie je zaradená do TOP500.