Суперкомпьютеры: всё о машинах рекордной мощности

Да, жизнь стала такой сложной и быстрой, что обычных компьютеров нам уже не хватает. Пришлось просвещенному человечеству перейти на следующую ступень и разработать суперкомпьютер. В этой статье поговорим о том, каков функционал этих монстров и на какое будущее в сфере суперкомпьютеров нам стоит рассчитывать.

Суперкомпьютеры – это не что-то фантастическое: это высокопроизводительные вычислительные системы, способные выполнять огромное количество операций в секунду. Они используются для решения сложных задач, требующих значительных вычислительных ресурсов, таких как моделирование климатических изменений, обработка больших данных, научные исследования и или разработка новых лекарств.

Можно, конечно, собрать сотню ученых / инженеров / разработчиков и заставить их думать над проблемой. А можно – кластер систем, которые объединяют тысячи процессоров, работающих параллельно, обеспечивая высокую производительность и большую вычислительную мощность. Эти устройства способны обрабатывать триллионы операций в секунду (TeraFLOPS), что что делает их незаменимыми в ряде научных, военных и промышленных областей.

Суперкомпьютеры могут достигать производительности на уровне петафлопс (10^15 операций в секунду) и экзафлопс (10^18 операций в секунду). Они используют распределенные вычисления, позволяя множеству процессоров работать над задачей одновременно. Часто они оснащены специализированными процессорами (GPU или TPU), что усиливает их мощь.

Как правило, суперкомпьютеры используют для сложных научных расчетов – молекулярного моделирования, симуляции физических процессов, астрономических исследований, генетических анализов, построения прогнозов в самых разных сферах (все любят прогнозы) и так далее. В фармацевтике они помогают моделировать взаимодействия между молекулами и тестировать новые лекарства.

Аналитики, если имеют доступ к такой мощи, могут обрабатывать и анализировать огромные объемы данных, что имеет значение в бизнесе, финансах и социальных науках. Также суперкомпьютеры используются для решения сложных задач в области безопасности, включая взлом криптографических систем и анализ уязвимостей.

Конечно, производить такие агрегаты могут далеко не все, так как для их создания компания должна обладать большими интеллектуальными и производственными резервами, но некоторые все же умудряются.

Среди самых известных производителей – знакомые всем имена.

IBM. Богатая история в разработке высокопроизводительных вычислительных систем, выпускает несколько различных моделей суперкомпьютеров, в том числе знаменитый Watson, который используется для обработки больших данных и разработки программ обучения искусственного интеллекта.

Hewlett Packard Enterprise (HPE). Разрабатывает суперкомпьютеры под брендом HPE Cray, они применяются в научных исследованиях, создании симуляций и анализе больших данных.

NVIDIA. Ну здесь понятно: графические процессоры плюс серьезные инвестиции в разработку суперкомпьютеров на собственных платформах для обработки данных и искусственного интеллекта.

Intel. Процессоры и разработка архитектур для суперкомпьютеров, с фокусом на производительность выше, чем у других.

Fujitsu. Создатели японского суперкомпьютера Fugaku, который в какой-то момент был признан самым быстрым в мире (сейчас его обгоняют NVIDIA и Intel) Но Fugaku не сдается и продолжает производить оборудование для широкого спектра вычислительных задач.

Cray Research. Известна мощными суперкомпьютерами, была поглощена компанией HPE, но не сдается и продолжает выпускать высокопроизводительное оборудование.

Однако, это только вершина айсберга. Разумеется, в России тоже есть суперкомпьютеры (можно поинтересоваться у Яндекса и у Сбера, например), но они последнее время не на слуху, так как отстают от конкурентов. На самом деле, чтобы отслеживать результаты и смотреть, чей суперкомпьютер поразит нас параметрами, создаются специальные ресурсы вроде TOP500 или GREEN500, которые периодически выдают полномасштабные рейтинги беспрецедентной гонки технологий.

TОП 500 — проект по составлению рейтингов и характеристик 500 «самых мощных общественно известных суперкомпьютеров мира» –так сказано у них на сайте. Значит ли это, что есть еще какие-то секретные суперкомпьютеры, о которых обществу не известно? Кто знает…

Сам проект был запущен в 1993 году и публикует актуальный перечень суперкомпьютеров дважды в год (в июне и ноябре). Основой для рейтинга являются результаты исполнения испытания LINPACK (HPL).

С ноября 2024 и по настоящее время лидером рейтинга является американский суперкомпьютер El Capitan, за ним следуют Frontier и Aurora.

El Capitan был создан в Национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии и представлен как самая мощная система в списке с показателем HPL 1,742 ЭФлоп/с. Он имеет 11 039 616 объединенных ядер CPU и GPU и основан на процессорах AMD EPYC 4-го поколения. El Capitan использует сеть Cray Slingshot 11 для передачи данных и достигает энергоэффективности 58,89 Гигафлопс/Вт.

Система Frontier (второе место в списке) появилась в Национальной лаборатории Оук-Ридж в Теннесси. Она увеличила свой показатель HPL с 1,206 Эфлоп/с до 1,353 Эфлоп/с. Также увеличилось общее количество ядер, и система продолжает модернизироваться. Для передачи данных использует сеть Slingshot 11 от Cray.

Aurora – детище Argonne Leadership Computing Facility из Иллинойса, создана Intel на базе HPE Cray EX – Intel Exascale Compute blade, который использует процессоры Intel Xeon CPU Max Series и ускорители Intel Data Center GPU Max Series, которые взаимодействуют через сетевое соединение Slingshot-11 от Cray.

Характеристики остальных систем, которые входят в рейтинг можно найти на сайте проекта, но главный вывод в целом понятен: на сегодняшний момент в мире существует около 500 суперкомпьютеров, создатели которых постоянно борются друг с другом за лидерство в отрасли, наращивая мощности, увеличивая число серверов.

По мнению экспертов, процессоры AMD и Intel являются самым востребованным вариантом для суперкомпьютеров из Топ-10 рейтинга. Пять систем используют процессоры AMD (El Capitan, Frontier, HPC6, LUMI и Tuolumne), а три системы используют Intel (Aurora, Eagle, Leonardo). Alps использует процессор NVIDIA, а Fugaku имеет фирменный Fujitsu A65FX 48c 2.2GHz на базе ARM.

В 2024-м году США добавили в список два суперкомпьютера, и теперь у них всего 173. Число китайских машин сократилось в рейтинге с 80 до 63. Германия быстро догоняет Китай, имея в списке 41 суперкомп.

Также существует статистика по континентам. В списке у Северной Америки 181 машина, у Европы — 161, а у Азии — 143.

И, конечно, такое стремительное развитие супертехнологий тесно переплетается с развитием ИИ.

IBM выложили у себя на сайте историю развития своих исследований в сфере ИИ, которые восходят к 1950-м годам и включают в себя такие важные вехи, как победа суперкомпьютера Deep Blue над гроссмейстером по шахматам Гарри Каспаровым, затем тот факт, что IBM Watson победил Брэда Раттера и Кена Дженнингса в игре Jeopardy Challenge и, тем самым, вызвал интерес к «машинам, которые могли думать» и открыл возможности применения ИИ в бизнесе.

В настоящее время специалисты в различных отраслях, от финансовых услуг до розничной торговли, используют суперкомпьютеры для новых идей, повышения производительности и ускорения всех технологических процессов, в числе которых – следующее поколение продуктов ИИ.

К слову, мы в "Интелион Облако" тоже собрали суперкомпьютер - правда используем его не целиком, а сдаем в аренду по частям, исключительно для блага человечества. Так что вы всегда можете позаимствовать у нас серверную мощь для своих проектов.

А то впереди, согласно прогнозам, сплошные попытки снизить стоимость вычислений и, соответственно, использования суперкомпьютеров и дефицит графических процессоров.