10 самых мощных суперкомпьютеров мира

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.

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 / © Cray

Корпус

Для корпуса производительного игрового ПК в первую очередь важна продуваемость и возможность установки хороших вентиляторов и систем охлаждения. Закрытые корпуса мы покупать не рекомендуем — передняя панель должна быть сетчатой.

Для железа уровня Core i9-12900KF и RTX 3080 Ti подойдет корпус Lian Li PC-O11 Dynamic за примерно 15 000 рублей. Он примечателен богатыми возможностями по организации охлаждения. Можно поставить вентиляторы вниз, чтобы они вдували прохладный воздух прямиком на видеокарту. Также наверх можно разместить водяное охлаждение формата 360.

В качестве бюджетного решения для более доступной сборки подойдет Deepcool MATREXX 55 MESH. Благодаря сетчатым панелям, проблем с охлаждением у него нет, при этом цена составляет всего 4000 рублей, в версии с четырьмя вентиляторами — около 6000 рублей. Корпус позволяет устанавливать процессорные кулеры вплоть до 168 мм высотой, а также любые видеокарты.

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 / © Laura Schulz and Meg Epperly/LLNL

Список лучших игровых ПК 2022 года

1. HP OMEN GT13-0090	Выбор редакции
2.. Acer Predator Orion 3000	Лучший игровой ПК с красивым дизайном
3. Alienware Aurora R11	Лучший игровой ПК с RTX 3080
4. ZOTAC Gaming MEK Ultra	Лучший игровой настольный компьютер
5. Skytech Prism II	Претендент на корону
6. Новый Dell G5	Лучший бюджетный игровой настольный компьютер
7. Skytech Chronos	Лучшая игровая установка среднего уровня
8. CyberpowerPC Gamer Supreme	Лучший игровой ПК с молниеносной скоростью
9. iBUYPOWER Desktop Revolt 2 9330	Лучший бюджетный игровой ПК
10. ROG Strix GA15DH	Лучший бюджетный игровой настольный компьютер

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 / © J?lich Supercomputing Centre (JSC)

1Sunway TaihuLight – 93 Петафлопс

Внутри этого компьютера находятся 40 960 производительных процессоров, чем и объясняется его габаритность: сам Sunway занимает площадь около 1000 квадратных метров. В 2016 году на международной конференции в Германии он был признан самым быстрым в своем роде. На сегодняшний день Sunway TaihuLight является первым в рейтинге и единственным в топ-10 суперкомпьютеров, способным вырабатывать скорость в 93 петафлопс.

Если рассматривать технический прогресс в разрезе его влияния на человека, общество в целом и окружающую среду, очевидно, что он имеет глобальные недостатки. Сегодня нам доступно великое множество компьютеров, различных приборов и роботов. Но высшей целью является найти достойное применение великим изобретениям человечества и направить их использование во благо нашего общего будущего, не превращая их в бессмысленные игрушки.

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 / © Texas Advanced Computing Center

Apple MacBook Pro 15

MacBook Pro 15 – один из мощнейших и дорогих ноутбуков в мире. Его выпускает американская корпорация Apple. Особенностью макбука стал процессор Intel 8-го поколения (6 ядер) и 32 Гб оперативной памяти, которой хватит для работы с 3-4 «тяжелыми» программами.

Отличие модели от предыдущих - увеличенный почти на 40% тачпад. Также в нем имеется усовершенствованная графическая подсистема GeForce 9600M и интегрированная 9400М, светодиодная подсветка, обеспечивающая более комфортное использование макбука, и усиленная батарея, которая держит до 9 часов при просмотре видео.

Дополнительные характеристики:

Диагональ – 15,4 дюйма;
Встроенная вебкамера;
Объем жесткого диска – 500 Гб;
Подсветка клавиатуры;
Трекпад ForceTouch.

Средняя стоимость MacBook Pro 15 – 160 тысяч рублей.

В документации к макбуку указано, что все повреждения, спровоцированные курением возле ноубтука, снимают его с гарантии.

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 / © blogs.nvidia.com

Hyper Cosmos Z

Hyper Cosmos Z – гиперкомпьютер нового поколения, признанный в России самым мощным. Его презентовала российская компания HyperPC, которая напрямую сотрудничает со всеми известными производителями комплектующих для ПК и дизайнерами, разрабатывающими модные и уникальные корпуса.

HyperPC продает не только компьютеры, но и игры. В торговых точках бренда можно приобрести новинки игровой индустрии по низкой цене.

Изюминкой компьютера Hyper Cosmos Z стало то, что в нем установлено две видеокарты TITAN Z от Nvidia. Это обеспечивает ему высокую производительность и возможность играть во все новые игры, которые уже вышли и выйдут в ближайшем будущем. Также стоит сказать о 12 Гб оперативной памяти GDDR5 и быстром ЦП Intel Core i7 4960X Extreme.

Дополнительные характеристики:

2 SSD накопителя по 1 Тб;
1 HDD на 8 Тб;
Материнская плата ASUS RAMPAGE IV;
Оптический привод BluRay.

Корпус компьютера выполнен в стиле «хай-тек». В нем преобладают прямые линии и плавные переходы. Цвет – черный. Продается Hyper Cosmos Z в фирменных магазинах компании HyperPC от 500 000 тыс. рублей.

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 / © Flickr

Нужны ли нам супермощные компьютеры?

Впервые термин «суперкомпьютеры» был использован в 60-х годах прошлого века. Это были основные вычислительные машины, применяемые для различных академических, правительственных и научных проектов США. В 90-е годы вовсю шла речь о «крахе суперкомпьютеров», поскольку многие компании ушли с этого рынка. Но, например, компания Cray, которая ещё с 60-х годов выпускала высокопроизводительные компьютеры, и до нашего времени продолжает свои разработки.

Изначально суперкомпьютеры служили в военных целях, с их помощью происходила разработка ядерного оружия. Сейчас они востребованы там, где используется компьютерное моделирование и требуется обработка огромных массивов данных в реальном времени. Если задача может быть решена методом перебора большого числа значений, такие устройства показывают высокую эффективность в её решении.

Суперкомпьютеры, или как их ещё называют, «числодробилки», в наше время используются в следующих науках и направлениях:

биология;
физика;
метеорология;
криптография;
лингвистика;
проектирование в машиностроении, строительстве, авиастроении;
искусственные нейросети и искусственный интеллект и т.д.

Развитие информационных технологий и устройств со сверхвысокими вычислительными возможностями привело к появлению таких наук, как вычислительная химия, вычислительная лингвистика и др.

Благодаря эффективной работе самых мощных суперкомпьютеров в мире мы получаем точные прогнозы погоды и революционные медицинские возможности. В частности, возможность диагностирования и лечения рака. С их помощью удаётся быстро обрабатывать миллионы историй болезней и диагнозов, выявлять новые закономерности течения болезни, вследствие чего — создавать новые методики лечения. Расчёт огромного количества химических соединений позволяет создавать основу для производства инновационных медицинских препаратов.

Более стремительному развитию экстремально мощных компьютеров и системных блоков способствует диджитализация и эпоха цифровой экономики. На разработку и создание суперкомпьютеров выделяются многомиллионные суммы, вследствие чего производительность таких машин заметно возрастает с каждым годом.

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.

Блок питания

Для питания топового процессора, особенно в разгоне, а также видеокарты RTX 3080 Ti нужен качественный блок питания от 750 Ватт. Экономить на этом не стоит. Одни из лучших источников питания сейчас выпускает компания Super Flower. Для нашей сборки актуальна модель Leadex Titanium 850W стоимостью 18 000 рублей.

Более доступный вариант для Core i5-12600KF и RTX 3070 — модель Leadex Silver на 750 Ватт за примерно 9 000 рублей. Можно также взять аналогичную модель на 850 Ватт, чтобы было с запасом.

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.

Оперативная память

Хотелось бы отметить, что для работоспособности используемого процессора потребуется приобрести новую оперативную память DDR4. Стоит она немалых денег, но вполне себя оправдывает, ведь быстрее своей предшественницы DDR3 примерно на 40 %.

Рекомендуем обратить внимание на компанию Corsair, которая специализируется на производстве модулей оперативной памяти. Для собираемого ПК лучше всего подойдет Vengeance LPX DDR4, одна планка которой оборудована 16 Гб памяти. Тактовая частота устройства составляет 2800 МГц. При желании можно укомплектовать систему еще несколькими модулями, но и этого вполне будет достаточно для работы с любыми приложениями.

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.

Как измеряется производительность суперкомпьютеров?

Вычислительные способности самых мощных компьютеров мира в 2022 году измеряются во «флопсах» — количестве операций с числами с плавающей точкой в секунду. Обычно для компьютеров используют MIPS — количество операций в секунду, выраженное в миллионных числах, но так как «числодробилки» чаще всего работают с вещественными числами высокой точности вместо целых чисел, именно FLOPS является оптимальной мерой вычисления. Это путь и приблизительный, но объективный критерий сравнения мощных компьютерных систем.

Производительность в 1 миллиард флопс в секунду, то есть 1 Гигафлопс была достигнута суперкомпьютером NEC SX-2 в 1983 году
1 триллион флопс в секунду, то есть 1 Тфлопс «пробит» в 1996 году машиной ASCI Red
1 квадриллион флопс, то есть 1 Петафлопс превышен моделью IBM Roadrunner в 2008 г.
1 квинтиллион операций в секунду будут способны выполнять экзафлопсные компьютеры к 2021-2022 годам.

Так какой же компьютер самый мощный в мире прямо сейчас?