Самые быстрые суперкомпьютеры мира. IBM создала самый мощный в мире компьютер Топ 10 самых мощных компьютеров в мире

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.

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

Дважды в год операторы самых быстрых компьютеров в мире с нетерпением ждут последних результатов рейтинга, составленного проектом «Top500». Список основан на максимальной скорости, с которой компьютер может обрабатывать числа с использованием так называемых операций с «плавающей запятой».

Все компьютеры входящие в этот рейтинг устроены несколько непросто, чего впрочем и следовало ожидать. Они не представляют из себя целостной структуры, но являются программно-аппаратным объединением других машин. И самое интересное – каждая отдельная «клетка» этого отдельного цифрового организма не сильней компьютера, на котором работаете Вы. В большинстве случаев для создание кластеров – так называются объединенные в вычислительную сеть компьютеров – используются заурядные и даже бытовые процессоры. Список этого года, если честно, вообще не содержит интересных технических решений. Все, что делают разработчики – это экстенсивно объединяют еще больше еще более быстрых чипов посредством той или иной сети в одно цифровое целое. Но у этого подхода есть предел и он легко наблюдаем.

В школьной практике нас мучили задачами про неутомимых землекопов, и все решение сводилось к пропорциям. Но в реальной жизни такого не происходит. Сто землекопов не будут выкапывать канаву в 30 метров в 20 раз быстрее, чем пять землекопов. Почему? Они просто не поместятся в канаву! Так и в вычислительной математике – существует масса вредных задач, которые вообще или почти не подвергаются разложению на параллельные ветки. И поэтому принято считать, что в общем, для неких «предполагаемых задач» рост производительности не линеен относительно числа процессоров? Иллюстрация из жизни? Сколько угодно и самых простых: разве ваш четырехпроцессорный аппарат будет грузить Windows или Linux быстрее, чем однопроцессорный? Может и быстрее, но не в четыре раза.

В практике строительства высокомощных вычислителей есть эмпирическое допущение, которое гласит, что скорость системы растет логарифмически, по мере роста числа обработчиков (i.e. процессоров). Т.е. 100-процессорный кластер будет работать в 2 раза быстрей, чем 10-ти процессорный. Иными словами, для усредненных задач класс вычислителей, построенных на экстенсивном умножении числа обработчиков является весьма затратным.

К счастью для математиков (и подрядчиков строительства суперкомпьютеров на база кластеров) есть одна особенность: в насущной необходимости человечества, в так сказать большой и малой математической нужде, превалируют задачи, которые очень легко могут быть сведены к параллельным вычислениям. Задачи гидро- и аэродинамики, задачи моделирования океана, климата и ряда других спокойно укладываются в почти линейную модель роста производительности в зависимости от количество вычислителей. Значительно хуже обстоит дело во многих других областях, например практически не параллельные задачи теории (и практики чисел). Но за их решения не платят таких денег…

Что интересного в новом списке? Пожалуй то, что пятое место в мире занял компьютер из Китая. И строительство самого мощного компьютера в мире – компьютера Jaguar, чья вычислительная мощность составляет 1,8 петафлопсов (для сравнения – карманный калькулятор имеет мощность порядка 1 килофлопса) . Флопс – это одна базовая операция с двумя числами с плавающей запятой. Если не понятно, что такое «операция над двумя числами плавающей запятой» – придется принять на веру, что 1,8 петафлопс – это очень много.

Итак, пятерка самых быстрых компьютеров планеты перед Вами:

5 место: Tianhe-1

Производительность: 563 терафлопс

Новичок в списке Top500, самый быстрый компьютер в Китае оказался способным произвести более 500 триллионов операций в секунду. Для сравнения: производительность обычного калькулятора примерно 10 флопс.

«Тяньхэ», что означает «река в небе», расположен в Национальном центре Суперкомпьютеров в Тяньцзине. Он более чем в четыре раза быстрее, чем его предшественник – самый быстрый компьютер в Китае. Компьютер сочетает в себе 6 144 процессора Intel с 5 120 графическими процессорами, произведенными AMD, которые зачастую можно найти в компьютерных видеокартах.

4 место: Jugene

Производительность: 825 терафлопс

В то же время другой супербыстрый компьютер Jugene, находящийся в Центре Суперкомпьютеров J?lich, Германия, основан на проекте компьютерной архитектуры IBM –«Blue Gene / P», в которой используется много небольших, мало-мощных чипов. Индивидуальные процессоры в этой конструкции имеют максимальную скорость в 850 мегагерц, медленнее, чем в среднем домашнем компьютере. Но 292 000 чипов, работая вместе, делают его самой быстрой машиной в Европе.

3 место: Kraken
Производительность: 831 терафлопс

Kraken, находящийся в Национальном институте вычислительной науки и финансируемый Национальной Научной Федерацией США, размещен в Национальной Лаборатории штата Теннеси. Этот силач имеет 100 000 двухъядерных процессоров Opteron, произведенных AMD (обычно используются в серверах и высокопроизводительных рабочих станциях).

Kraken самый быстрый компьютер в мире среди тех, кем владеет и управляет учебное заведение — университет штата Теннесси. В октябре 2009г. Федерация выделила университету еще $ 10 млн для создания нового компьютера — Наутилус, для анализа результатов деятельности Kraken.

Это самое подробное моделирование землетрясений когда-либо сделанное человечеством. Его построил Kraken, он показал, что произойдет, если сдвинется разлом Сан-Андреас в Калифорнии.
Моделирование показывает, какие ударные волны разойдутся по региону после землетрясения.

2 место : Roadrunner

Производительность: 1042 терафлопс или 1,042 петафлопс.

Начиная с июня 2008 года и до ноября 2009 года эта машина была самой быстрой в мире. Roadrunner стал первым компьютером, который когда либо за историю человечества превысил барьер 1 петафлоп — 1.000.000.000.000.000 операций в секунду.

Roadrunner находится в Лос-Аламосской Национальной Лаборатории в Нью-Мексико. Компьютер имеет необычный дизайн, который сочетает в себе двухъядерные процессоры AMD, встречающиеся во многих компьютерах потребителей, и девяти-ядерный процессор Cell, являющийся сердцем игровой приставки Sony PlayStation 3.

1 место: Jaguar
Производительность: 1,8 петафлопс

Обладая скоростью большей почти на 70 процентов, чем Roadrunner, супергигант Jaguar разместился в Национальной Лаборатории Департамента энергетики США по соседству с уже описанным выше компьютером Kraken. Он – самая быстрая машина в мире. Может поэтому дома города Оак Ридж, где находятся эти два титана, имеют самое высокое компьютерное оснащение в мире.
Запущенные только в 2008 году, 181 000 ядер Ягуара начали работать лишь в 2009. Что необычно для объектов, финансируемых правительством США, это -гражданский компьютер! Министерство энергетики ранее строило свои быстрые машины, такие, как Roadrunner, для моделирования ядерных взрывов.

Значительная часть работы Ягуара сосредоточена на моделировании изменения климата и энергетики, а также изучении областей других наук, например, исследование структуры воды.

Моделирование, произведенное Ягуаром: поток двуокиси углерода, выпущенный и поглощенный почвой и растительностью, в момент восхода солнца над восточной Европой.

Сильное поглощение показано зелено-белым цветом, и наиболее сильно в тропиках. Красно-белый цвет показывает области, выпускающие CO 2 в атмосферу, наиболее сильно в Центральной Африке, где солнце не светит.

Мы привыкли, что данные хранятся в «облаке» - это собирательная метафора для технологии, лежащей в основе тысяч сервисов. Однако дата-центры, благодаря которым мы имеем возможность не занимать место на жестком диске компьютера, можно назвать самыми укреплёнными и ресурсоёмкими постройками нашего времени. Каждый из них - это крепость с серверами, потребляющая столько же энергии, сколько небольшой город. Look At Me выбрал 10 самых больших, красивых и «чистых» дата-центров, каждый из которых представляет собой настоящее произведение искусства инженеров.

Digital Beiijing

Пекин, Китай

11-этажное здание дата-центра в Пекине было построено к Олимпиаде 2008 года архитектурным бюро Studio Pei-Zhu. Оно совмещало функции информационного центра и центра технического управления Игр. Кроме впечатляющей вычислительной мощности, интересно архитектурное решение постройки. Бетонный куб словно плавает по гладкой водной поверхности, а его стены изрезаны световыми каналами, напоминающими штрихкод. Кроме того, перед архитекторами стояла задача сделать центр воплощением концепции «Зелёной Олимпиады». Во внутреннем и внешнем освещении используются исключительно светодиодные лампы, использующие на 60 % меньше электричества, чем обычные, а специальная стеклянная стена препятствует проникновению внутрь тепла, снижая расходы на охлаждение. После закрытия спортивных состязаний в Digital Beijing открылся интерактивный музей современных технологий.

Дата-центр Apple

Мэйден, Северная Каролина, США

Apple постоянно сокращает расходы на электроэнергию и уменьшает вред, который дата-центры компании наносят окружающей среде. Согласно отчётам Apple, с 2013 года 100 % их дата-центров и 94 % офисов работают на возобновляемых источниках энергии. При этом компания продолжает двигаться к большей независимости от поставщиков электричества. Дата-центр в Мэйдене окружают 400 000 квадратных метров солнечных батарей, которые вырабатывают 42 миллиона киловатт-часов в год. Этого хватает на то, чтобы обеспечить электричеством 60 % серверов и систем охлаждения, а остальную энергию вырабатывает близлежащая станция, работающая на биотопливе.

Дата-центр Citigroup

Франкфурт, Германия

В 2008 году, когда был построен дата-центр компании Citigroup во Франкфурте, он считался самым «зелёным» в мире. Citi Data Center стал первой постройкой в Германии, которая получила платиновый сертификат LEED . Это значит, что в постройке сочетаются эффективное использование энергии, воды, света и воздуха, оно комфортно для служащих, хорошо встроено в транспортную инфраструктуру, а также оказывает минимальное воздействие на прилегающие территории. Кроме всего этого, дата-центр, спроектированный компанией Arup Associates, ещё и красиво выглядит: один из фасадов покрыт настоящей травой (он собирает дождевую воду), в комплексе много зелени и есть даже внутренние парки для сотрудников.

Дата-центр Telehouse West

Лондон, Великобритания

Британская компания Telehouse сдаёт в аренду серверные мощности тем компаниям, которым не нужны собственные дата-центры. Для Telehouse важна безопасность данных и стопроцентная надёжность оборудования, однако и об окружающей среде представители компании тоже задумываются. Рядом с дата-центром, расположенным в лондонском районе Доклендс, нет места ни для солнечных батарей, ни для ветряков, так что Telehouse покупают электроэнергию. С 2011 года 100 % этой энергии поставляет SmartestEnergy - компания, занимающаяся перекупкой и поставкой возобновляемой энергии, так что всё оборудование Telehouse West работает на энергии британского солнца, ветра и волн.

Дата-центр Telefónica

Алькала-де-Энарес, Испания

В городе Алькала-де-Энарес на участке размером в восемь футбольных полей крупнейшая телекоммуникационная компания Испании, Telefonica, построила дата-центр, который обеспечивает работу её облачных сервисов в Испании, Англии и Германии. Там же находятся серверы, которые сдаются в аренду, - они занимают несколько десятков тысяч квадратных метров. Это самый большой в Европе и третий по размеру в мире дата-центр. Здание уже получило золотой сертификат LEED, подтверждающий высочайшее качество и надёжность услуг дата-центра. Структурно здание состоит из нескольких модулей, каждый из которых абсолютно энергонезависим.

Дата-центр Ebay

Финикс, США

«Если мы смогли здесь, - говорит Дин Нельсон, топ-менеджер Ebay, ответственный за постройку дата-центра в Аризонской пустыне, - то сможем где угодно». Действительно, строить дата-центр, который нужно хорошо охлаждать, в одном из самых жарких мест страны было рискованной идеей. Обычно серверы нормально функционируют при температуре от 18 до 26 градусов выше нуля по Цельсию, но инженерам Ebay удалось сделать так, что дата-центр может работать даже при +46. Внутри дата-центра настолько жарко, что для охлаждения можно использовать воду, температура которой достигает 28 градусов, и всё равно она будет охлаждать оборудование. Но самая инновационная разработка, применённая на этом объекте, - контейнеры, напоминающие грузовые, в которые помещают оборудование. Энергоэффективность такого контейнера достигает 95 %, а это значит, что практически вся энергия, направленная в него с электростанции, тратится на поддержание функционирования сервера, а не на охлаждение.

Дата-центр Google

Хамина, Финляндия

В обработке и хранении данных Google нет равных: дата-центры этого гиганта интернет-индустрии разбросаны по всем свету, и практически все они соответствуют «зелёным» стандартам. Однако дата-центр, расположенный в финском городе Хамина на берегу Балтийского моря, заслуживает особого внимания. Часть серверов находится в здании бывшей бумажной фабрики, а вторая - в отреставрированном машинном зале, некогда спроектированном великим финским архитектором Алваром Аалто. Google потратила 350 миллионов долларов на покупку и реконструкцию этих зданий - это рекордная сумма, потому что строительство, например, уже упомянутого дата-центра Telefonica в Алькале обошлось в 200 миллионов. Для охлаждения здесь используются ледяные воды Финского залива - именно для этого понадобилось здание бумажной фабрики, ведь в производстве бумаги тоже используется огромное количество воды.

Дата-центр Verne Global

Рейкьявик, Исландия

Дата-центр Verne Global в Рейкьявике использует автоконцерн BMW для теоретических и эмпирических исследований. Именно здесь, на суперкомпьютере, рассчитывается аэродинамика новых автомобилей и анализируются результаты краш-тестов. Перенеся суперкомпьютер из Германии в Исландию, компания снизила выбросы углекислого газа в атмосферу с 3 570 тонн в год до нуля. Удалось это благодаря геотермальной и гидроэлектростанциям, питающим новый центр: один гейзер производит 10 мегаватт чистой энергии, а в окрестностях Рейкьявика находится множество гейзеров. Такое производство, по уверению компании, не наносит вреда окружающей среде. Мощности дата-центра также доступны для аренды любой компании, желающей снизить свой углеродный след и сэкономить.

Дата-центр Hewlett-Packard

Биллингем, Великобритания

Суровый климат северной Англии и ветра Северного моря позволяют дата-центру Hewlett-Packard работать без кондиционирования большую часть года, снижая издержки на 40 %. Воздух проходит через два гигантских вентилятора, затем фильтруется и гонится на этажи, поддерживая постоянную температуру +24°C. Такая система была впервые применена именно здесь, и хотя она увеличила стоимость строительства на 6 %, за четыре года функционирования эти расходы окупились. Те же морские ветра обеспечивают компанию электроэнергией: ветрогенераторы неподалёку работают круглый год, снижая выбросы углерода в атмосферу более чем вдвое. Кроме того, дождевая вода с крыши собирается и используется в увлажнителях, а все стены внутри дата-центра покрашены в белый, чтобы уменьшить нужду в искусственном освещении.

Дата-центр IBM

Сиракьюс, США

Дата-центр IBM в кампусе Сиракьюсского университета в штате Нью-Йорк - это результат эксперимента знаменитой технологической компании. Руководство IBM согласилось выделить средства на постройку и предоставить оборудование в том случае, если проектировщикам удастся снизить энергопотребление вдвое по сравнению с обычным центром той же мощности. В 2009 году строительство было завершено, что дало университету возможность закрыть старый IT-центр, располагавшийся в 100-летнем корпусе. Питает дата-центр собственная электростанция, работающая на газу и вырабатывающая электричество с помощью 12 микротурбин. Эта конструкция была разработана специально для этого проекта, а её эффективность на 60 % выше, чем у обычных газовых электростанций.

В 1949 году в журнале «Популярная механика» была опубликована статья о том, что будущие компьютеры будут весить не более 1,5 тонны. Сегодня настоящими гениями сложных математических вычислений, а также секретных научных и военных проектов являются суперкомпьютеры.

Суперкомпьютер — это сверхмощная вычислительная машина. Гении вычислительной техники используются в ядерных и космических разработках, в прогнозах климатических изменений и возникновения стихийных бедствий. Суперкомпьютер за один день способен перенаправлять и просчитывать большое количество сложнейшей информации. По — большому счету, этой супермашине подвластен расчет любых формул и цифр. В то же время, если таким же объемом информации нагрузить стандартный пользовательский компьютер, то обрабатывать цифры он будет на десятки лет дольше, чем мощный суперкомпьютер .

История появления

На сегодняшний день в ученом сообществе нет точного ответа на вопрос, что лежало у истоков зарождения вычислительных машин. Большинство склоняются к мнению, что первым компьютером являлся абак — счетная доска, применявшаяся для арифметических решений еще в Древнем Риме и Греции. Некоторые уверены, что прообразом служил антикитерский механизм. Третьи уверяют, что компьютер появился благодаря разностной машине Чарльза Беббиджа XIX века. Так или иначе, век цифровых технологий принес в мир первое автоматизированное компьютерное устройство.

История компьютеров берет свое начало с появления ряда устройств, собранных Конрадом Цузе. Это были первые суперкомпьютеры, с возможностью программирования и задания функций. Немецкий инженер прославился по всему миру благодаря созданию компьютера Z1 с рукоятью ручного управления.

Практически одновременно с успехами Конрада британцы также активно вели разработку вычислительных машин, необходимых им для сложных математических операций в военное время. Так была создана секретная вычислительная машина Colossus, уничтоженная после окончания Второй Мировой Войны.

Америка не отставала от мирового сообщества и занималась разработкой собственных идей. Первое устройство вычислительной техники США называлось Model K, затем появился компьютер ABC. И уже после этого американцам удалось создать известный по всему миру электронный числовой интегратор и вычислитель с кодовым названием ENIAC. В дальнейшем именно эти технологии стали применяться для массового производства ПК.

Тогда же в военные годы появилось и известный всем программистам термин «баг», который в прямом переводе означает — жучок. Баг — это ошибка, мешающая работе вычислительной техники. Термин был придуман Грейсом Хоппером после того, как он обнаружил моль на стенке компьютера.

Эра транзисторов привнесла в мир усовершенствованные и громоздкие автоматические машины. Вычислительная техника заявили о себе на весь мир, когда 1 мая 1997 года состоялся поединок в шахматы между машиной и человеком. Чемпион мира по шахматам Гарри Каспаров потерпел поражения от искусственного интеллекта — компьютер компании IBM с кодовым названием Deep Blue. Компьютеру понадобилось всего 19 ходов, чтобы опередить соперника. Так появились шахматные суперкомпьютеры .

Какие задачи могут решать

В современном мире время имеет такую же высокую стоимость, как и деньги. Основная задача суперкомпьютера — считать в кратчайшие сроки большие массивы данных. Для этого производительность суперкомпьютера должна в десятки раз превышать обычный ПК.

Решаемые задачи могут быть абсолютной из любой области науки, где используются статистические данные и математическое моделирование. Суперкомпьютеры повсеместно используются для производства оружия, самолетов, в автомобильной промышленности, в строительстве дорог и домов, в научных и космических исследованиях, в конструкторских разработках, в медицине и создании новых лекарств, а также в метеорологии.

Самые мощные суперкомпьютеры мира

Ключевым критерием в измерении мощности и скорости суперкомпьютера является флопс. Флопс — это условное обозначение числа операций с плавающей точкой в секунду. Рейтинг суперкомпьютеров включает в себя топовую технику, мощность которой измеряется десятками квадрациллионов флопсов.

1. Самый мощный суперкомпьютер на сегодняшний день это — Sunway TaihuLight (страна производитель — Китай). Этот суперкомпьютер единственный в мире способен вырабатывать скорость до 93 петафлопс.
2. Второе место отдано еще одному китайцу с романтичным названием «Млечный путь»- Tianhe-2. До 2016 года этот титан возглавлял топ-500 самых мощных суперкомпьютеров мира. Производительность машины- 33, 9 петафлопс.
3. Следующая строка — вычислительный компьютер Piz Daint, родом из Швейцарии с показателями- 19,6 петафлопс.
4. Titan - американский суперкомпьютер, который входит в топ самых быстрых вычислительных машин, его мощность 17,6 петафлопс. Особенностью «Титана» является также высокий показатель энергосбережения.
5. 5-ое почетное место за американцем Sequoia, который признан самым быстрым суперкомпьютером в мире — его производительность равна работе 6,7 млрд человек. Мощность машины- 17,2 петафлопс.

Отечественные суперкомпьютеры

Российские суперкомпьютеры берут свою историю с первого электронного математического вычислителя БЭСМ-6, разработанного в 1967 году. В 1980-ые годы активно разрабатывались такие суперкомпьютерные решения, как «Эльбрус» и «Электроника СС-БИС». С распадом СССР развитие производства приостановилось и полноценно возобновилось только в 1996 году, благодаря усилиям российской академии наук.

Основным разработчиком российских суперкомпьютеров является компания «Т-платформы». Самый мощный российский компьютер на сегодняшний день установлен в МГУ и занимает 22 место в мировом рейтинге супермашин.

Взгляд в будущее

Современные технологии не стоят на месте, научное сообщество постоянно ищет пути решения вычислительных проблем. Чтобы оценить скорость развития вычислительной техники достаточно лишь проследить новинки среди планшетов, телефонов и ноутбуков. Вчерашний лидер рейтинга — завтра уже устаревшая на рынке модель. На сегодняшний день идет активное изучение и разработка параллельных систем, которые смогли бы заменить громоздкие суперкомпьютеры.

Не смотря на скорость и производительность супермашин, они имеют ряд проблем, над решением которых и трудится научное сообщество.

Сложности вычислительной супертехники:

• громоздкий объем;

Для того чтобы производительность суперкомпьютера в десятки раз превышала обычный компьютер, их объединяют в одну систему. Таким образом, суперкомпьютер занимает огромные помещения и весит больше 1 тонны, что значительно усложняет его повсеместное использование в науке.

• экологические проблемы;

У любой мощности есть своя цена. Ни для кого не секрет, что огромные вычислительные машины потребляют большое количество энергии и негативно влияют на окружающую среду. Так что еще одной ключевой проблемой для усовершенствования суперкомпьютера является возможность повышения эффективности охлаждения корпуса.

• мощность.

Современное научное общество уже пришло к уменьшение компьютерного чипа до крохотной кнопки. Теперь дело стоит за специальной сборкой, которая поможет суперкомпьютеру быть меньше, быстрее, производительнее.

Что же ожидает нас в будущем с развитием суперкомпьютеров?

Ученые предполагают, что к 2025 году суперкомпьютер будет способен заменить человеческий интеллект. Создание искусственного интеллекта во многом автоматизирует большинство рутинных процессов. Искусственный разум будет способен заменить множество профессий, объединив их в одно целое.

К 2030 году суперкомпьютеры достигнут такой мощности, чтобы определять всю погоду на земле за 2 недели и предотвращать природные катаклизмы.

Виртуальная реальность — еще одна разработка научного сообщества. Мы уже знакомы с имитацией мира по компьютерным симуляторам. В ближайшем будущем виртуальная реальность — не выдумка, а реальная возможность супермашин.

Департамент энергетики США представил миру самый мощный суперкомпьютер, отобравший это звание у китайского Sunway TaihuLight. Пиковая производительность американского суперкомпьютера Summit достигает 200 петафлопсов (200 квадриллионов вычислений в секунду). Это более чем в два раза выше пиковой производительности китайской системы, которая составляет 93 петафлопса, а также примерно в 7 раз выше производительности суперкомпьютера Titan – в прошлом самого мощного суперкомпьютера США, расположенного в той же самой Национальной лаборатории Ок-Ридж, где установлена новая система.

Производительность Summit настолько высока, что система способна всего за один час справляться с задачами, на которые у обычного настольного компьютера могло уходить до 30 лет.

Суперкомпьютер Summit состоит из 4608 серверных станций, занимающих общую площадь двух теннисных кортов. Система в общем использует более 9 тысяч 22-ядерных процессоров IBM Power9, работающих в тандеме с более 27 000 графическими процессорами Tesla V100. Потребляемого суперкомпьютером Summit объема энергии хватит для питания 8100 домов. Понятное дело, такую жаровню нужно эффективно охлаждать, поэтому через каналы системы охлаждения суперкомпьютера каждую минуту проходит более 18 000 литров воды.

Американскому суперкомпьютеру Summit не только удалось отобрать звание самого мощного суперкомпьютера в мире, которое удерживалось китайской системой в течение последних пяти лет. Новый суперкомпьютер был разработан специально для задач, связанных с работой искусственного интеллекта; система может использовать методы машинного и глубинного обучения для решения задач в медицине, физике, исследованиях климата и многих других сферах.

Первое использование Summit учеными уже состоялось. В его рамках решалась задача эксафлопсного класса (миллиард миллиардов операций вычислений в секунду, или 1 эксаоп (exaop)). Система использовалась для анализа миллионов геномов и показала производительность в 1,88 эксаопса, что вдвое выше показателей предыдущего самого мощного суперкомпьютера. Пиковая же производительность Summit, как говорят его создатели, при смешанной точности расчетов может доходить до 3,3 эксаопса. Отмечается, что к 2021 году в США планируется создать полноценную компьютерную экосистему эксафлопсного уровня, и разработка Summit является одним из важных шагов для реализации этого плана.

С помощью нового суперкомпьютера ученые собираются проводить анализ данных о взрывах звезд (сверхновых) с целью выяснения особенностей распределения во Вселенной таких редких элементов, как золото. Кроме того, планируется проведение симуляций, направленных на разработку новых типов материалов, которые будут использоваться для производства нового поколения полупроводников. Также через анализ огромных объемов данных о здоровье населения ученые собираются с помощью нового суперкомпьютера поискать связь между факторами, способствующими развитию рака – теми же генами, например, — и другими биологическими маркерами, а также средами. Суперкомпьютер также планируется использовать для анализа других болезнетворных маркеров, приводящих, например, к развитию болезни Альцгеймера, болезням сердечно-сосудистой системы, а также различным зависимостям.

«Summit открывает возможность для проведения целого спектра новых научных исследований, которые были просто невозможны до его появления», — комментирует в опубликованном пресс-релизе Дэн Джейкобсон, специалист в области вычислительной биологии Национальной лаборатории Ок-Ридж.