Рейтинг самых мощных компьютеров в мире. Новый рейтинг TOP500 суперкомпьютеров. Что делают сейчас

На проходящей в Новом Орлеане конференции по суперкомпьютерным вычислениям SC’14. Суммарная мощность всех высокопроизводительных систем превысила 309 петафлопс, что почти на четверть выше прошлогоднего результата.

В четвёртый раз подряд рейтинг возглавляет система Tianhe-2, разработанная в Китайском Национальном университете оборонных технологий. Архитектура и особенности создания этого суперкомпьютера на страницах «Компьютерры» в прошлом году.

За прошедшее время США не смогли вернуть пальму первенства в области разработки высокопроизводительных компьютерных систем, которую ранее удерживали безраздельно. Реванш взять вновь не удалось, хотя вычислительная мощность главного конкурента осталась без изменений. Tianhe-2 по-прежнему демонстрирует 33,86 петафлопс (квадриллионов вычислений в секунду) в тесте Linpack.

Расстановка первых девяти номинантов не изменилась, а вот десятая позиция выглядит немного загадочно. На ней оказался новый суперкомпьютер Cray CS-Storm, место расположения которого не указывается. Известно только, что он был разработан по заказу американского правительства.

Его основой стали процессоры Intel Xeon E5-2660v2, каждый из которых содержит десять двухпоточных ядер (двадцать логических). Однако в десятку лучших этот суперкомпьютер привели не чипы архитектуры x86-64, а векторные ускорители Nvidia Tesla K40 с ядром GK110B (Kepler). Именно они обеспечивают львиную долю его производительности. Все вычислительные узлы соединяются по высокоскоростной шине Infiniband FDR, что позволяет быстро перераспределять нагрузку.

Прежний лидер (Titan, Cray XK7) тоже ускорители Nvidia, но более простые (по сегодняшним меркам) – Tesla K20.

В Китае решили сделать ставку на ускорители с другой архитектурой, и не прогадали. Представленный два года назад Tianhe-2 был оснащён сопроцессорами Intel Xeon Phi 31S1P. Он практически вдвое превзошёл Titan во всех тестовых заданиях. Китайский триумф стал настолько ошеломительным, что первенство этой системы среди суперкомпьютеров до сих пор не может оспорить ни одна страна.

Справедливости ради отметим, что суммарная производительность всех суперкомпьютеров в стране пока ещё остаётся самой высокой в США. Однако число мощных американских систем продолжает падать. Год назад их было больше половины во всём списке – 265. За первую половину года их осталось уже 233, а с последним обновлением рейтинга выбыли ещё два суперкомпьютера. Такими темпами США приблизится к историческому минимуму уже в следующем году.

Несмотря на внушительные результаты Tianhe-2, общее число суперкомпьютеров Китая также снижается. Из новой версии рейтинга исчезли пятнадцать китайских систем, а остались только шестьдесят одна. В остальной части азиатского региона также отмечается спад: общее число высокопроизводительных систем снизилось в нём за полгода на двенадцать суперкомпьютеров. Осталось только сто двадцать мощных систем на весь регион.

Святое место не бывает пустым: освобождающиеся строчки рейтинга TOP500 активно занимает Европа и Япония. Число высокопроизводительных европейских систем выросло на четырнадцать и составило сто тридцать суперкомпьютеров. В Японии прибавилось два новых: Magnolia (#174) и HELIOS (#265). Теперь Япония обладает тридцатью двумя мощными системами.

Бразилия утрачивает и без того невысокие позиции в сфере высокопроизводительных вычислений: в списке TOP500 осталось всего четыре бразильских суперкомпьютера, и ни один из них не входит даже в первую сотню. Чуть лучше дела у Канады – из шести мощных систем пять занимают позиции между второй и третьей сотней. Лидирует суперкомпьютер Торонтского университета BlueGene/Q с процессорами IBM PowerPC (#74).

Австралия постепенно начинает играть заметную роль: на её долю теперь приходится девять суперкомпьютеров. Самый мощный из них – Magnus (Cray XC40) на базе двенадцатиядерных процессоров Xeon E5-2690v3 с поддержкой Hyper-Threading (#41).

Российских суперкомпьютеров в новом списке также всего девять. Главный из них – кластер A-Class, созданный компанией «Т-Платформы» для Научно-исследовательского вычислительного центра МГУ. Впервые в рейтинге TOP500 он появился в июне этого года, а сейчас занимает в нём двадцать второе место.

Другой знаменитый суперкомпьютер «Ломоносов», также разработанный компанией «Т-Платформы» для МГУ, переместился на пятьдесят восьмое место, уступив за полгода шестнадцать позиций.

Новый суперкомпьютер появился в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете. Это кластер архитектуры «РСК Торнадо», созданный группой компаний РСК. Он занял восемьдесят первую строчку в списке TOP500. Ещё один суперкомпьютер СПбГПУ RSC PetaStream переместился на позицию #390.

Остальные шесть российских систем вышли за пределы первой сотни. Кластер МВС-10П (#133) МСЦ РАН ещё полтора года назад был вторым среди самых мощных суперкомпьютеров на территории России и СНГ. Кластер «Лобачевский» (#189) и модернизированный «РСК Торнадо ЮУрГУ» (#190) завершают перечень отечественных суперкомпьютеров для научных исследований.

Гибридный кластер «Лобачевский» был установлен в НОЦ «СКТ-Приволжье» Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского компанией «Ниагара Компьютерс». Его отдельные сегменты подобны модулям суперкомпьютеров «Титан» и «Тяньхэ-2». В первом сегменте кластера используются как сопроцессоры Intel Xeon Phi 5110P, так и ускорители Nvidia Tesla K20x. Во втором вместо них установлены графические процессоры NVIDIA Tesla M2090. Всего оба сегмента кластера объединяют сто шестьдесят гибридных вычислительных узлов. Текущий рейтинг TOP500 учитывает данные о скорости вычислений только на девяноста однородных узлах, снятые совместно со специалистами Nvidia. Каждый такой узел содержит два восьмиядерных процессора Intel Xeon E5-2660 с поддержкой Hyper-Threading и три векторных ускорителя Nvidia Tesla K20x. Пиковая производительность гибридного кластера составляет 550 терафлопс. В официальный зачёт пошли результаты теста Linpack, показавшие среднее значение 289,5 терафлопс.

Кластер «РСК Торнадо ЮУрГУ» был разработан для Южно-уральского государственного университета. Система на базе Intel Xeon Phi SE10X пришла на смену работающему с июня 2008 года суперкомпьютеру “СКИФ-Аврора”, чья производительность в сто терафлопс уже выходит за рамки TOP500.

Российский суперкомпьютер “РСК Торнадо ЮУрГУ” (фото: rscgroup.ru).

Замыкают общий список российских суперкомпьютеров два специализированных сервера для коммерческого использования. Это двухсокетные блейд-серверы HP ProLiant BL460c Gen8. Модель на базе Intel Xeon E5-2680v2 занимает позицию #337, а система на основе восьмиядерных Xeon E5-2660 оказалась почти в самом конце рейтинга (#457).

С момента первой публикации в июне 1993 года, список TOP500 служил общепринятой мерой производительности суперкомпьютеров. Самые мощные вычислительные системы со всего мира тестировались в Linpack и ранжировались в соответствии с полученными результатами. В последние два года наметился общий спад: темпы прироста средней производительности неуклонно снижаются от списка к списку.

Стагнация в первой десятке резко контрастирует с постоянной сменой позиций в средней и особенно финальной части списка. Это может восприниматься как признак переориентирования производителей на сегмент малых суперкомпьютерных систем и как временное достижение рационального предела в наращивании мощности отдельных кластеров.

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.

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

Вычислительная мощь компьютеров – как раз одна из них.

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

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

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

10. Cray CS-Storm

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

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

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

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

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

9. Vulcan – Blue Gene/Q

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

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

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

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

8. Juqueen – Blue Gene/Q

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

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

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

7. Stampede – PowerEdge C8220

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

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

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

6. Piz Daint – Cray XC30

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

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

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

5. Mira – Blue Gene/Q

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

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

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

4. K Computer

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

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

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

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

3. Sequoia – Blue Gene/Q

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

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

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

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

2. Titan – Cray XK7

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

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

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

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

1. Tianhe-2 / Млечный путь-2

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

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

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

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

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

А как же Россия, спросите вы?

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

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

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

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

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

Михаил Лукин

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Пятый раз подряд китайский Tianhe-2 (Млечный путь 2) становиться самым быстрым суперкомпьютером в мире с производительностью 33.86 петафлопс или квадриллион операций с плавающей запятой в секунду. Таков вердикт списка самых мощных суперкомпьютеров TOP500, который выпускается дважды в год.

Несмотря на ожидаемый результат, в последнем издании все же есть немного интересной информации. Соединенные Штаты по-прежнему имеют больше систем в списке, чем любая другая страна - 233 машины (для сравнения полгода назад было 231, а год назад 265). Второе и третье места занимают системы из США, в то время как 141 машина из списка, размещена в Европе. Примечательно, что три новых компьютера принадлежат китайской компании Lenovo, хотя сам Китай представлен всего 37 суперкомпьютерами, по сравнению с 61 в прошлом году.
Средняя производительность TOP500 значительно выросла за последние 6 месяцев. Суммарная мощность всех 500 суперкомпьютеров составила 363 петафлопс/c, что заметно больше, чем 309 в прошлом ноябре и 274 год назад. 98% систем используют процессоры с шестью ядрами и более, в то время как, по крайней мере, 88,2%, имеют 8 ядер на процессор. Восемьдесят восемь из пятисот систем использовали ускорители / сопроцессоры, среди которых Nvidia (52), ATI Radeon (4), и Intel Xeon Phi (33). Четыре системы используют комбинацию процессоров Xeon и Nvidia.
Топ-10 состоит из машин, запущенных в 2011 и 2012 году, за исключением нового участника из Саудовской Аравии под номером 7. Вот как выглядят список 10 наиболее мощных суперкомпьютеров мира.

1. Tianhe-2: Кластер TH-IVB-FEP; Национальный суперкомпьютерный центр в Гуанчжоу, Китай; 3.12 миллиона ядер (33.86 Пфлопс/с).
2. Titan: Система Cray XK7, Национальная лаборатория Оук-Ридж, США. 560 640 ядер (17.59 Пфлопс/с).
3. Sequoia: Система IBM BlueGene/Q, Ливерморская национальная Лаборатория 1.57 миллиона ядер, (17.2 Пфлопс/с).
4. K Computer: Система SPARC64 с 705 024 ядрами в RIKEN Институт передовой вычислительной науки в Институте физико-химических исследований (RIKEN), Япония. (10.5 Пфлопс/с).
5. Mira: IBM BlueGene/Q; DOE/SC/ Аргоннская национальная лаборатория, США; 786 000 ядер IBM. (8.59 Пфлопс/с).
6. Piz Daint: Cray XC30 с 116 000 ядер от Xeon и Nvidia; located at the Швейцарский национальный вычислительный центр. (6.27 Пфлопс/с).
7. Shaheen II: Система Cray XC40. Университет науки и технологий Короля Абдуллы в Саудовской Аравии. (5.536 Пфлопс/с).
8. Stampede: Система Dell PowerEdge C8220 с 462 462 ядрами Xeon Phi в Университете Техаса (5.17 Пфлопс/с).
9. JUQUEEN: BlueGene/Q, 458 752 ядра IBM. Юлихский исследовательский центр, Германия. (5 Пфлопс/с).
10. Vulcan: BlueGene/Q, 393 216 ядер IBM, Департамент Энергетики США.

Нужно помнить, что расклады могут резко измениться, если кто-то создаст настоящий квантовый компьютер. IBM пошли на рекорд, собираясь создать компьютер на 50 кубитов (с текущим максимумом в 4), который может стать мощнее, чем любая система в этом списке.
Тем временем Департамент Энергетики США заказал две системы IBM/Nvidia в сделке на $ 425 млн. Поставка машин запланирована на 2017 и 2018 год, а пиковая мощность может составить 150 петафлопс.