Чем отличаются суперкомпьютеры от обычных компьютеров
Кто придумал суперкомпьютер?
Сам термин появился в конце 1960-х годов в Ливерморской национальной лаборатории США и компании-производителе компьютеров CDC. Но впервые о «супервычислениях» заговорили еще в 1920-х годах, когда IBM собрала для Колумбийского университета свой табулятор — первую ЭВМ, работавшую на перфокартах.
Первой супер-ЭВМ считают Cray-1, созданную в 1974 году. Ее разработал Сеймур Крей — американский инженер в области вычислительной техники и основатель компании Cray Research. Cray-1 выполняла до 180 млн операций в секунду.
За основу Крэй уже имеющиеся разработки — компьютеры CDC 8600 и CDC STAR-100. Он построил процессор, который быстро выполнял и скалярные и векторные вычисления: предшественники хорошо справлялись либо с первыми, либо со вторыми.
Скалярные вычисления — те, где используется одна характеристика, величина и знак. В векторных используют вектора, то есть величину и направление (угол).
Для этого инженер использовал небольшие модули памяти, расположенные близко к процессору, чтобы увеличить скорость. Так был создан новый принцип работы с памятью — «регистр-регистр». Центральный процессор берет и записывает данные в регистры, а не в память, как у предыдущих моделей — это тоже увеличило скорость обработки. Сам процессор состоял из 144 тыс. микросхем, которые охлаждались фреоном.
Cray-1 впервые презентовали в 1975-м, и за нее тут же начали биться ведущие лаборатории США, занимающиеся сложными вычислениями. В 1977-м компьютер достался Национальному центру атмосферных исследований, где проработал 12 лет. Cray-1 можно было арендовать для работы за $7 500 в час или $210 тыс. в месяц.
В 1980-х годах Крэй выпустил еще две модели суперкомпьютеров нового поколения, включая многопроцессорный Cray X-MP. Начиная с 1990-х лидерство перехватили NEC, Hewlett-Packard и IBM, причем компьютеры последней регулярно занимают верхние строчки того самого ТОП-500.
Нанокомпьютер, квантовый компьютер и суперкомпьютер: в чем разница?
Все это — вычислительные устройства с выдающимися характеристиками.
Нанокомпьютер — это компьютер микроскопических размеров. Он запрограммирован на определенные химические свойства и поведение. Он может быть очень мощным и высокопроизводительным, но пока что не таким, как суперкомпьютер. В будущем они смогут заменить обычные устройства, так как потребляют намного меньше энергии.
Группа инженеров и ученых из Гарвардского университета и компании Mitre создала простейший нанокомпьютер, который состоит из множества крошечных проводников диаметром 15 нанометров (нанометр = 1 миллиардная метра). Их ядро из германия, а внешняя оболочка — из кремния.
Свой нанокомпьютер есть и у IBM, но уже покрупнее: 1х1 мм. Это полноценный ПК с процессором, памятью и блоком питания. По производительности его можно сравнить с x86-совместимыми процессорами из 1990-х годов. Его можно будет применять для работы с ИИ, сортировки данных, логистики, обнаружения краж.
Квантовый компьютер — это устройство, которое работает по принципам квантовой механики. Он обрабатывает данные не в битах, а в кубитах, которые одновременно равны 0 и 1. В теории, такой компьютер может обрабатывать все возможные состояния одновременно.
Пока что квантовые компьютеры существуют в виде концепций и моделей. Одна из таких принадлежит «Росатому»: проект рассчитан на срок до 2024 года и предполагает финансирование ₽24 млрд.
Презентация на тему: " Суперкомпьютеры.. Оглавление. Что такое суперкомпьютеры? Чем отличаются суперкомпьютеры от обычных компьютеров?Чем отличаются суперкомпьютеры от обычных." — Транскрипт:
3 Оглавление. Что такое суперкомпьютеры? Чем отличаются суперкомпьютеры от обычных компьютеров?Чем отличаются суперкомпьютеры от обычных компьютеров? Из истории суперкомпьютеров: Американские суперкомпьютеры Российские суперкомпьютеры. Сферы применения суперкомпьютеров: Военная. Наука и образование. Аэрокосмическая. Медицина. Метеорологическая Шахматная TOP-500
4 Что такое суперкомпьютер? Суперкомпьютер - это "сверхмашина", намного более производительная, чем любая из доступных рядовому пользователю. Суперкомпьютер не купишь в магазине через дорогу. "Супер" означает самый-самый - самый большой, самый дорогой, самый быстрый, самый мощный, производительность его на настоящий момент максимальна. Главное же отличие суперкомпьютера от персоналки и мэйнфрейма - концентрация сил на одном громоздком приложении вместо обслуживания вороха мелких.
5 Чем отличаются суперкомпьютеры от обычных компьютеров? Характерными особенностями всех современных суперкомпьютеров являются: - многопроцессорность (от 8 до штук); - высокая скорость обмена данными между отдельными узлами (до 500 мегабайт в секунду); - большой объем оперативной (до 600 гигабайт) и дисковой (сотни терабайт) памяти; - архитектура, обеспечивающая параллельность обработки данных и специальное ПО для этих целей.
6 Американские компьютеры. История создания суперкомпьютеров неразрывно связана с именем американца Сеймура Крея\Seymour Cray. В 1957 году он создал электронную компанию Control Data Corporation, которая занялась проектированием и постройкой вычислительных комплексов, ставших родоначальниками современных суперкомпьютеров. В 1958 году под руководством Крея был создан первый в мире мощный компьютер на транзисторах CDC 1604, за которым последовали более совершенные системы CDC 6600 и CDC В 1972 году Крей основал собственную фирму Cray Research, которая занялась разработкой и производством настоящих суперкомпьютеров. В 1976 году она выпустила систему CRAY-1 с быстродействием порядка 100 мегафлопс. Девятью годами позже появился суперкомпьютер CRAY-2, который работал со скоростью 1-2 гигафлопс. В 1989 году Крей основал фирму Cray Computer Corporation и вскоре создал суперкомпьютер CRAY-3, быстродействие которого доходило до пяти гигафлопс. После появления этой машины в английский язык вошло выражение "время Крея"\Cray time - то есть, стоимость часа работы суперкомпьютера (тогда она составляла $1 тыс. в час). В 1997 году американская компания Intel выпустила суперкомпьютер ASCI Red, первую в мире систему с быстродействием более одного триллиона операций в секунду, точнее, терафлопс.
8 На данный момент соперничают друг с другом «СКИФ-К1000» и «Blue Gene/L». Операционная система SUSE Linux Enterprise Server 8 Вес установки 6.5 Т Дисковая память 288 × 80 GB = GB Число вычислительных узлов/процессоров 288/576 Тип процессора AMD Opteron 2.2 Ггц Пиковая производительность Tflops Производительность на тесте Linpack Tflops (80.1% от пиковой) Оперативная память 288 × (8 × 0.5 GB) = GB Операционная система Вес установки Дисковая память Число вычислительных узлов/процессоров /65536 Тип процессора PowerPC 440 Пиковая производительность 70.7Tflops Производительность на тесте Linpack Оперативная память
9 Военная сфера. Военный суперкомпьютер на процессорах Xeon с 64-разрядными расширениями Американское министерство обороны объявило о намерении установить в одном из своих вычислительных центров суперкомпьютер на базе новых процессоров Intel с 64-разрядными расширениями. Официально о появлении таких процессоров объявил на недавнем форуме Intel для разработчиков глава процессорного гиганта Крейг Баррет. Первые процессоры с расширенным набором команд появятся на рынке во втором квартале. Созданием кластера для министерства обороны займется компания Linux Networx. Кластер будет состоять из 1066 узлов, в каждом из которых будет по два процессора с частотой 3,6 ГГц. Компьютер будет работать под управлением ОС Linux, пакета Clusterworx 3.0 и набора инструментов управления ICE Box. Для соединения узлов будут использоваться высокоскоростные линии Myrinet и Gigabit Ethernet. Стратегические задачи суперкомпьютеров Управляемый термоядерный синтез Моделирование взрывов и ядерных испытаний (в 1985 году США и СССР прекратили ядерные испытания, но продолжают совершенствовать ядерное оружие) Разработка военной и авиакосмической техники Системы ПВО
10 Наука и образование. Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория Департамента энергии США (PNNL) заказала Hewlett-Packard суперкомпьютер стоимостью в 24,5 миллионов долларов. Новый суперкомпьютер планируют применить преимущественно для нужд химии и молекулярной биологии. С ее помощью специалисты PNNL рассчитывают разработать совершенные компьютерные модели реакций, которые заменят сложные и дорогие эксперименты. Машина, на которой будет установлена операционная система Linux, должна быть построена и полностью "доведена до ума" к началу 2003 года. Новый суперкомпьютер снабдят его 1400 процессорами следующего поколения Intel® (Мак-Кинли) и Itanium (Мэдисон). Предполагается, что чудо техники будет работать примерно в 8300 раз быстрее средней "персоналки". Машина сможет с успехом конкурировать и с современными суперкомпьютерами. Например, она будет в 30 раз быстрее работать, удерживать в 10 раз больше памяти и иметь в 50 раз больше места на диске, чем самый мощный компьютер PNNL (кстати, недавно считавшийся самым лучшим в мире). Суперкомпьютер будет иметь 1,8 терабайт памяти и 170 терабайт на диске (один терабайт равен 1,024 гигабайтам) и станет самым мощным "линуксовым" компьютером в мире.
11 Аэрокосмическая сфера. Национальное аэрокосмическое агентство США (NASA) завершило строительство нового суперкомпьютера Columbia. Система состоит из двадцати серверов Silicon Graphics Altix, в каждом из которых используются 512 процессоров Intel Itanium 2. Таким образом, всего Columbia содержит чипов, а производительность суперкомпьютера при работе 16 из 20 узлов достигает 42,7 триллиона операций с плавающей запятой в секунду (терафлопс). Таким образом, при подключении всех узлов теоретическое быстродействие должно превышать 53 терафлопс. Для сравнения, лидер рейтинга пятисот самых мощных суперкомпьютеров, Earth Simulator, обладает производительностью в 35,86 терафлопс. Предполагается, что мощности Columbia будут применяться в процессе проектирования космических кораблей, для имитации полетов и для моделирования климата. Кроме того, ресурсы системы будут частично предоставляться другим научным учреждениям. Суперкомпьютер воспроизвёл историю Вселенной Профессор Карлос Френк (Carlos Frenk) и его коллеги из британского университета Дарема (University of Durham) запустили проект под названием "Тысячелетие" (Millennium), в рамках которого будет проведено самое масштабное и детальное моделирование эволюции Вселенной. Учёные "завербовали" мощный суперкомпьютер, чтобы проиграть сценарий всего развития Вселенной от Большого Взрыва и до наших дней. В основу модели были положены современные представления о физике пространства и времени, элементарных частицах, данные космических наблюдений и, собственно, сама космологическая теория Большого Взрыва, которая является самой признанной (хотя, справедливости ради, нужно сказать не единственной) теорией, объясняющей эволюцию Вселенной. Потому, в частности, компьютер отслеживал поведение 10 миллиардов частиц тёмной материи на протяжении 13 миллиардов лет смоделированной эволюции. Сравнения между результатами расчётов и астрономическими наблюдениями уже помогают проливать свет на некоторые космические тайны.
12 Сфера медицины. Первый показ общественности этой разработки был проведен в рамках государственных испытаний в феврале 2002 года. Это пример создания на базе "СКИФ"-а прикладной системы. В системе была решена задача совместимости суперкомпьютера и медицинской аппаратуры. Это позволило в режиме реального времени анализировать состояние больных, определять точный диагноз и оптимальный путь лечения. Кардиологическая установка всегда сильно привлекала к себе внимание всех специалистов, поскольку на ней наиболее ярко проявлялись особенности Программы "СКИФ", а именно ориентированность на законченные прикладные системы. На обывательском уровне АПКК это уже не суперкомпьютер, а "черный ящик", который выполняет функции кардиологического комплекса. В АППК используется оригинальная методика диагностики кардиологических заболеваний, разработанная белорусскими коллегами (ОИПИ НАН совместно с Республиканским кардиологическим центром Беларуси). Эта методика защищена патентами. Она основана на том, что снимается и обрабатывается ряд видеоизображений капилляров на сетчатке глаза обследуемого. На такую съемку по физиологическим ограничениям отводится очень малое время, потому что глаз начинает слезиться. Кроме того, жесткое ограничение времени на обследование и постановку диагноза определяется еще и тем, что кардиологический комплекс предполагается использовать во время массовых профилактических осмотров населения.
13 Метеорологическая сфера IBM строит в Европе метеорологический суперкомпьютерВторник, 25 декабря, 2001 г. - 08:20 WASTВ Европейском центре среднесрочных метеопрогнозов, находящемся в Великобритании, будет установлен суперкомпьютер компании IBM - Blue Storm. Строительство системы планируется завершить за два года; ее вычислительная мощь будет впятеро большей, чем мощь всех нынешних компьютеров Центра, вместе взятых. Основу Blue Storm составят серверы IBM eServer p690; система займет в общей сложности около 50 серверных стоек. К 2004 году пиковую вычислительную мощь суперкомпьютера планируется увеличить примерно втрое, не наращивая площади, занимаемой оборудованием. Суперкомпьютер будет работать под управлением AIX. Первоначально Blue Storm будет содержать 1000 процессоров Power4; общая емкость накопителей составит 1,5 петабайт, вычислительная мощь - свыше 20 трлн. операций в секунду. Система будет весить 130 тонн, а по мощи будет в 1700 раз превосходить шахматный суперкомпьютер Deep Blue. IBM строит в Европе метеорологический суперкомпьютер
14 Шахматная сфера. Проект IBM Deep Blue открылся в 1989 году. Примерно в 1993 компьютер доказал свое превосходство над большинством сильнейших игроков в быстрых шахматах, в блице. Компания Intel в 1994 году провела Intel World Chess Express Challenge. В нем, помимо живых гроссмейстеров, участвовала программа Fritz на весьма неплохом "железе" - рабочей станции Olivetti с процессором Intel Pentium 90 МГц. Обыграв нескольких гроссмейстеров, в том числе, индийского гения Вишванатана Ананда, машина поделила с Каспаровым первое место. Тут же был проведен дополнительный поединок для выявления единоличного победителя, и в нем Каспаров выиграл со счетом 4-1. В конечном итоге, к 1996 году - к первому матчу с Каспаровым - Deep Blue представлял собой суперкомпьютер RS/6000, состоящий из 32 нодов, по 6 процессоров на нод. Система была способна обрабатывать (читай: оценивать) до 100 млн. шахматных позиций в секунду. Работало все это чудо под управлением операционной системы AIX UNIX.суперкомпьютер RS/6000 Проиграв первую партию, Каспаров выиграл вторую, затем сделал две ничьих и выиграл последние две партии. Итоговый результат: победа человека со счетом Уже через год состоялся матч-реванш, победу в котором со счетом 3,5 на 2,5 одержала машина.
15 TOP-500. Российский суперкомпьютер 56-й в мире текст: Анатолий Ализар В последнем рейтинге мощнейших компьютеров мира сразу три российских суперкомпьютера. Причем один из них на 56-м месте. И то, и другое рекордные достижения отечественных инженеров. Вчера был опубликован свежий рейтинг Топ500, который содержит список самых мощных суперкомпьютеров на планете. Рейтинг составляется два раза в год, начиная с 1993 г., с тех пор это уже 25-й выпуск. Ни разу за всю историю российские суперкомпьютеры не занимали таких высоких мест в рейтинге, и никогда их не было так много. В этом году в Топ500 вошли сразу три российские машины, которые заняли 56, 405 и 474 места. 56. Кластер MVS-15000BM. Модель системы JS20 Cluster производства IBM, в кластере 924 процессора PowerPC970 по 2,2 ГГц. Пиковая производительность 8131,2 Гфлопс Кластер CP6000. Модель системы Integrity rx2600 Itanium2 Cluster производства HP, в кластере 256 процессоров Intel Itanium 2 по 1,5 ГГц. Пиковая производительность 1536 Гфлопс. 474.Кластер SuperDome 875 МГц. Модель системы SuperDome HyperPlex производства HP (Convex), в кластере 608 процессоров HP по 875 МГц. Пиковая производительность 2128 Гфлопс. Впрочем, России еще очень далеко до мировых лидеров в области построения мощнейших вычислительных кластеров. Например, у Великобритании 32 представителя в Топ500, у Германии 40, а у США и вовсе 277, так что нам есть куда стремиться. Для сравнения, самый мощный в мире суперкомпьютер BlueGene имеет процессоров и пиковую производительность, равную Гфлопс, то есть в двадцать два раза больше, чем у российского рекордсмена.
Четверть века назад суперкомпьютеры обладали вычислительной мощностью современного смартфона. Объясняем, почему суперкомпьютер — это не просто большая и сверхбыстрая ЭВМ, и каково может быть их будущее развитие
Где и для чего используют суперкомпьютеры?
Главная задача суперкомпьютеров — выполнять максимум вычислений за минимум времени. Это полезно для многих областей: начиная от создания лекарств и заканчивая разработками новых продуктов и технологий,
Суперкомпьютер Fugaku изучает пути распространения вируса и его диагностику. Для этого он обрабатывает данные статистики, коэффициент заражения вируса, его состав и модель поведения. А еще ему поручат прогнозирование и симуляцию природных катастроф, разработку и совершенствование «зеленых» технологий.
Есть суперкомпьютеры, которые работают с одним-единственным приложением, которое задействует всю память. Например, для прогнозирования изменений погоды и климата или моделей ядерных испытаний. В будущем это позволит отказаться от реальных испытаний опасного оружия и исключить риски взрывов или утечек при долгом хранении.
Великобритания выделит $1,6 млрд на создание мощнейшего в мире суперкомпьютера для прогнозирования погоды и климатических изменений.
Министерство энергетики США и Аргоннская национальная лаборатория, совместно с Intel и Cray, обещают в 2021 году представить суперкомпьютер Aurora для исследований в области ядерного оружия. Он будет выполнять 1 квинтиллион операций в секунду и обойдется в $500 млн.
Но суперкомпьютеры не просто вычисляют, а моделируют реальность. То есть просчитывают все возможные варианты развития событий и строят прогнозы. Поэтому с их помощью астрономы и астрофизики воспроизводят самые разные события и процессы во Вселенной.
В марте этого года астрономы из Технологического университета Суинберна (Австралия) и Калифорнийского технологического университета (США) смоделировали на суперкомпьютере эволюцию Млечного Пути. Для этого они использовали все данные о звездных скоплениях в нашей галактике.
Разница между суперкомпьютером и квантовым компьютером
Даже с переходом на сверхпроводники или новую систему охлаждения производительность суперкомпьютеров может ускориться лишь незначительно. Тогда как с приходом многокубитных квантовых компьютеров можно говорить о настоящей технологической революции.
Обычные компьютеры и суперкомпьютеры хранят информацию в двоичном коде. Наименьшая единица хранения информации в них — бит. Он может принимать только одно из двух значений: 0 или 1. При решении какой-либо задачи ПК проводит много последовательных операций с битами, и в случае со сложными задачами этот процесс занимает много времени.
Квантовые компьютеры для решения любых алгоритмических задач используют квантовые биты — кубиты.
Кубиты могут существовать одновременно в нескольких состояниях, поэтому при проведении вычислений они не перебирают последовательно все возможные комбинации, как обычный компьютер (или даже суперкомпьютер), а производят вычисления одномоментно. В итоге та задача, на выполнение которой у обычного или продвинутого компьютера ушли бы дни, на квантовом устройстве выполняется за минуты. Например, в 2019 году Google заявил, что его квантовый компьютер Sycamore за 200 секунд провел расчеты, на которые у суперкомпьютера теоретически ушло бы 10 тыс. лет, а на верификацию данных — миллионы лет!
Квантовое масштабирование станет экспоненциальным по простой причине. Чтобы обычный ПК или суперкомпьютер мог решить в два раза более сложную задачу, количество процессов в нем необходимо увеличить ровно в два раза. В случае квантовых систем увеличение числа кубитов всего на несколько единиц приводит к тому, что машина начинает справляться с задачами, в десятки и сотни раз более сложными.
Квантовые компьютеры используют в работе принцип суперпозиции. Благодаря суперпозиции кубиты существуют одновременно в, как минимум, двух состояниях: например, восьмикубитная система способна одновременно проводить не 8 операций, а 28, то есть 64. И по нарастающей. То есть в суперпозиции квантовые частицы представляют собой комбинацию всех возможных состояний, пока не произойдет их наблюдение и измерение.
На сегодняшний день квантовые компьютеры и сопутствующие установки остаются громоздкими, однако ведутся работы по их миниатюризации. В сентябре австралийско-немецкая компания Quantum Brilliance поделилась успехами в этом направлении: разработчики построили компактный модуль на синтетических алмазах, структура которых позволяет обходиться без специального охлаждения и потреблять мало энергии. К 2030 году ученые планирует выпустить квантовый чип, который можно будет добавить в носимые гаджеты.
Ключевая разница: Компьютер - это программируемая машина общего назначения, которая выполняет арифметические и логические операции в соответствии с указанным набором инструкций. Суперкомпьютеры - это типы компьютеров, которые обладают наилучшей вычислительной мощностью и, следовательно, стоят дороже, чем другие типы компьютеров.
Многие люди определяют компьютер по-разному. Однако все они относятся к машине, ставшей вехой в достижениях человечества. Techencyclopedia (2003) определяет компьютер как «машину общего назначения, которая обрабатывает данные в соответствии с набором инструкций, которые хранятся внутренне, временно или постоянно».
Возможности этого электронного устройства расширились за эти годы. Он может эффективно манипулировать данными или информацией. Компьютер способен принимать данные, и затем определенные действия выполняются им в соответствии с предоставленными инструкциями, и, наконец, он дает результаты. Он может выполнять практически все типы арифметических и логических операций. Следующие аппаратные компоненты необходимы для создания компьютера общего назначения -
- Центральный процессор - это основной компонент компьютера, который выполняет инструкции
- Память - хранит данные программы и промежуточные результаты
- Запоминающее устройство - большие объемы данных и программ могут храниться постоянно
- Устройство ввода - обычно клавиатура или мышь; с помощью этих устройств вводятся данные и инструкции в компьютер
- Устройство вывода: устройство для просмотра результатов, достигнутых компьютером. Например - экран дисплея, принтер и т. Д.
Суперкомпьютеры - это типы компьютеров, которые сегодня являются самыми быстрыми и самыми большими машинами. Они способны нести наш миллиард или даже триллион вычислений. Эти компьютеры были представлены в 1960-х годах. Их можно рассматривать как систему многих компьютеров, которые работают вместе. Как правило, размер суперкомпьютера почти эквивалентен размеру комнаты.
Суперкомпьютеры из-за их исключительных возможностей очень дороги. Суперкомпьютеры работают быстрее обычных компьютеров благодаря специально разработанной иерархии памяти. Эти компьютеры не используются для проведения транзакций. Архитектура суперкомпьютеров намного более продвинута, чем другие типы компьютеров.
Обычный ПК способен выполнять несколько программ одновременно. С другой стороны, суперкомпьютеры предназначены для выполнения нескольких программ, но максимально быстро. «Компьютер» Этот термин обычно ассоциируется с любым типом компьютера общего назначения, тогда как суперкомпьютеры - это узкоспециализированные компьютеры. Суперкомпьютеры работают в контролируемой среде.
Сравнение между компьютером и суперкомпьютером:
компьютер
Суперкомпьютер
Программируемая машина общего назначения, которая выполняет арифметические и логические операции в соответствии с указанным набором инструкций.
Чрезвычайно быстрый компьютер, способный выполнять сотни миллионов инструкций в секунду.
Персональные компьютеры включают в себя материнскую плату, процессор, память (или ОЗУ), жесткий диск и видеокарту.
Суперкомпьютер включает в себя процессоры, память, систему ввода-вывода и межсоединение.
Мэйнфрейм-компьютер - это компьютер, используемый для критически важных приложений, который включает массовую обработку данных, планирование ресурсов предприятия и обработку транзакций.
Deep Blue - знаменитый шахматный суперкомпьютер
Образование, здравоохранение и медицина, ведение инвентарного отчета, бронирование билетов, учет и администрирование, инструмент обучения, управление гостиницей, банковский и финансовый сектор и т. Д.
Разработка ядерного оружия, точное прогнозирование погоды, хост-процессы для локального компьютера и т. Д.
Россия переместилась с 11-го на седьмое место среди стран, имеющих системы суперкомпьютеров, следует из рейтинга TOP 500. В рейтинг попали три суперкомпьютера от «Яндекса» — «Червоненкис» (занял 19-е место), «Галушкин» (36-е) и «Ляпунов» (40-е), два от Сбербанка — Christofari Neo (43-е) и Christofari (72-е), Lomonosov-2 от МГУ (241-е), а также Grom от компании МТС (294-е).
Лидерами рейтинга среди стран стали Китай со 173 суперкомпьютерами, далее идут США (149) и Япония (32).
Рейтинг TOP 500 обновляется каждый год в июне и ноябре. Проект был запущен в 1993 году и включает 500 самых мощных вычислительных систем мира. В составлении рейтинга участвуют компьютерные эксперты, ученые, производители и интернет-сообщество, которые оценивают количество ядер, пиковую производительность, быстродействие и мощность суперкомпьютеров. При этом разработчики суперкомпьютеров могут по собственному желанию принимать или не принимать участие в рейтинге, поэтому в нем отображены не все подобные машины, существующие в мире.
На июнь этого года в России было три суперкомпьютера: Cristofari (занимал 61-е место), Lomonosov-2 (199-е) и MTS Grom (240-е). В тройку лидеров также входили Китай, США и Япония.
Как пояснил представитель «Яндекса», они запустили три своих суперкомпьютера в декабре прошлого года и июне этого, а к ноябрьскому рейтингу ТОP 500 решили провести замеры. Он не называет сумму инвестиций в это направление, как и то, какой отдачи компания от него ожидает. «В рейтинг подались из интереса: мы накопили достаточно мощностей для наших задач и решили проверить, насколько наши суперкомпьютеры хороши», — отметил он.
Сбербанк представил свой первый суперкомпьютер осенью 2019 года, тогда же машина вошла в TOP 500, заняв в нем 29-е место. До этого момента в рейтинге было два суперкомпьютера от России — Lomonosov-2 и СуперЭВМ Главного вычислительного центра Росгидромета. «Сбер» использует свои суперкомпьютеры для развития искусственного интеллекта для собственных нужд, а также сдает мощности в аренду.
«Уже за границей, но могу порекомендовать друга»: как сдержать отток в ИТ
Какие специалисты сейчас особенно востребованы и почему — «Авито Работа»
«Дядя Ваня», ты не прав: как бренды используют тему санкций в маркетинге
Когда щедрость работодателя к выплатам премий заинтересует ФНС — кейсы
Поставки газа в ЕС падают. Что будет с акциями «Газпрома»
Почему экономисты и простые люди по-разному оценивают инфляцию
Как получить льготную ипотеку: чек-лист для сотрудников ИТ-компаний
Работать по 12 часов 6 дней в неделю. Как это — открыть бизнес в Китае
МТС использует суперкомпьютер для развития собственной цифровой экосистемы и искусственного интеллекта. Как говорится на сайте компании, суперкомпьютер должен ускорить создание и вывод на рынок продуктов в области машинного зрения и промышленной аналитики, обработки естественного языка, интеллектуального видеонаблюдения. «Попадание в рейтинг TOP 500 крупнейших суперкомпьютеров мира позволяет обозначить имеющиеся у компании вычислительные мощности, которые могут быть использованы медицинским, научным и бизнес-сообществом для решения ресурсоемких технологических задач», — говорит директор по развитию облачного бизнеса МТС Алексей Макаркин.
Lomonosov-2 используется для проектов МГУ и третьих лиц. На нем проводятся исследования в области наносистем и новых материалов, информационно-телекоммуникационных систем, энергетики и др.
«Результаты TOP 500 — знаковое событие национального масштаба. Оно укрепляет позиции России на глобальной арене инноваций, работает на международный престиж страны. Ровно так же, как это происходит в мире спорта на Олимпиадах», — уверен директор по корпоративному бизнесу NVIDIA Дмитрий Конягин. Он указал, что использование графических процессоров для супервычислений позволило резко снизить их стоимость, и суперкомпьютеры стали доступны для бизнеса, причем не только крупного. «Все новые участники рейтинга со стороны России построены для решения конкретных прикладных задач в области искусственного интеллекта. Работа поисковиков и рекомендательных систем, переводчики, чат-боты, создание финансовых моделей, разработка лекарств, роботы и беспилотный транспорт — искусственный интеллект будет везде», — отметил Конягин.
Какой компьютер является мощнейшим на сегодняшний день?
В конце июня 2020 года был опубликован ежегодный рейтинг из 500 самых мощных суперкомпьютеров в мире. Первую строчку в нем занял японский Fugaku. Он в 2,8 раз мощнее, чем прошлогодний лидер — Summit от IBM (он теперь на втором месте). Впервые рейтинг возглавил компьютер на базе процессоров ARM.
Fugaku разработала компания Fujitsu — та самая, что выпускала популярную фото- и видеотехнику Fuji. Разработки велись на базе Института Кобе в составе Института физико-химических исследований (RIKEN). Концепцию придумали еще в 2010 году, а на создание и сборку ушло более шести лет.
Пишут, что Fugaku сможет помочь в борьбе с коронавирусом. Но на самом деле суперкомпьютеры способны решать самые амбициозные задачи, которые приходят нам в голову.
Какое будущее ждет суперкомпьютеры?
Очевидно, что производительность суперкомпьютеров будет разгоняться до космических цифр, их размеры — уменьшаться, а потребление энергии — сокращаться. Но самое интересное кроется в задачах, которые они смогут решать.
Эксперты считают, что через 15 лет симуляции отойдут на второй план, а машинное обучение позволит суперкомпьютерам выполнять глубокую аналитику данных. В итоге их будут применять везде: от разработки бесконечных аккумуляторов до лекарства от рака.
Как отличить эти устройства по функционалу и областям применения? Об особенностях каждого компьютера РБК Трендам рассказал Руслан Юнусов, руководитель проектного офиса «Росатома» по квантовым технологиям
«Если бы последние 25 лет авиационная промышленность развивалась столь же стремительно, как вычислительная техника, то Boeing 767 можно было бы купить за $500 и облететь земной шар за 20 минут, израсходовав всего 19 л горючего», — так журнал «В мире науки» объяснял закон Мура еще в 1982 году.
Впрочем, наблюдение сооснователя Intel Гордона Мура, что каждые два года производительность вычислительных машин удваивается, позже было скорректировано. Другой президент корпорации, Дэвид Хаус, указал на то, что развитие идет еще быстрее: производительность компьютеров удваивается даже каждые 18 месяцев.
После обычных компьютеров очередной ступенькой для цивилизации стали суперкомпьютеры, а квантовые вычислительные устройства потенциально могут вывести человечество на совершенно новый уровень. Но чем квантовая машина превосходит суперкомпьютер, и для каких задач применимо каждое из поколений техники?
Разница между суперкомпьютером и обычным ПК
Как и обычные ПК, суперкомпьютеры имеют широкое пользовательское применение: моделирование физических, биологических и любых других процессов: от планирования космических миссий до обкатки новых автомобильных двигателей. По мере необходимости облачный доступ к мощностям приобретают и государственные, и частные компании.
Однако с технической точки зрения между этими «поколениями» огромная разница: суперкомпьютер представляет собой целый дата-центр, потребляющий энергию наравне с небольшим подмосковным городом. Чтобы питать такое сооружение, нужна электростанция, а чтобы охлаждать — практически целая река.
Очевидно, что суперкомпьютеры неэкологичны. Для решения этого вопроса человечество исследует разные возможности: рассматриваются варианты альтернативного охлаждения, разрабатывается сверхпроводниковая база, состоящая из материалов с крайне низким электрическим сопротивлением и создаются перспективные оптические архитектуры для передачи данных.
Определенные достижения в этой сфере уже есть. Так, еще в 2010 году разработчики суперкомпьютеров Grape-DR и Alice — Токийский университет и Университет Лестера — заявили о существенной оптимизации энергопотребления. К примеру, переход на экологичную Alice сократил выбросы углерода на 800 т. А пилотный суперкомпьютер Electra от NASA за два года использования сэкономил 2 млн кВт·ч электроэнергии и более 10 млн л воды. На основе этого проекта в 2019 году NASA вместе с HP запустили в Калифорнии новую версию суперкомпьютера, которую назвали Aitken.
Чем суперкомпьютер отличается от обычного?
Суперкомпьютеры называют «числодробилками» или «числогрызами»: они нужны для супербыстрых вычислений. Главное отличие в том, что обычный компьютер выполняет задачи последовательно, хотя и на высокой скорости — вплоть до доли секунды, поэтому мы этого не замечаем. Суперкомпьютер делает это одновременно и обрабатывает огромный массив данных.
Для этого им нужны тысячи супермощных процессоров. В результате вычисления, на которые у мощного игрового компьютера уйдет неделя, суперкомпьютер выполняет за день. Однако важно, чтобы программы работали корректно, с учетом технических особенностей машины. Иначе то, что корректно работает на 100 процессорах, сильно замедлится на 200.
Современные смартфоны работают так же быстро, как самый мощный суперкомпьютер 1994 года.
Суперкомпьютеры работают на специальном ПО. Например, у Fugaku операционная система Red Hat Enterprise Linux 8 c гибридным ядром, состоящим из одновременно работающих ядер Linux и McKernel. В качестве программных средств используют API — то есть интерфейсы или платформы для программирования — и открытое ПО, которое позволяет создавать виртуальные суперкомпьютеры на базе обычных. Часто суперкомпьютер — это несколько высокомощных компьютеров, которые объединены высокоскоростной локальной сетью.
Обычно производительность компьютеров оценивается во флопсах (FLOPS — FLoating-point Operations Per Second) — то есть количестве операций над числами с плавающей точкой в секунду. Для суперкомпьютеров сначала использовали мегафлопсы — MIPS, количество миллионов операций в секунду, а с 2008 года петафлопсы — то есть количество миллионов миллиардов вычислений в секунду. К примеру, у суперкомпьютера Fugaku производительность составляет 415 петафлопс, а у Summit — 148.
Как появился суперкомпьютер
В 1980-е годы, когда возникли первые игровые 3D-миры вроде Maze War и Battlezone, перед их создателями встал вопрос, как достоверно отобразить трехмерные объекты на плоском экране. Для этого требовалось просчитать траекторию смещения всех точек проекции на экране, то есть решить простое геометрическое уравнение для каждой точки. Сама по себе задача проста, но проблема заключалась в следующем: проводить вычисления для множества точек стандартными процессорами, которые выполняют операции только последовательно, было бы долго и дорого.
Решение нашлось довольно быстро: пришлось объединить усилия маломощных ядер в одном процессоре. Каждое из этих ядер параллельно с другими решало свою небольшую задачу. Так появились графические сопроцессоры GPU, как бы состоящие из тысячи маленьких компьютеров, способных решать ограниченный класс задач.
Именно системы с чрезвычайно высокой вычислительной производительностью, работающие по принципу «делить задачу на множество более простых подзадач и решать их параллельно», называют суперкомпьютерами.
Прародителем суперкомпьютеров считают Cray-1, который был представлен широкой публике в 1975 году. Первую в своем роде машину получила одна из лабораторий министерства энергетики США: новая вычислительная мощность обеспечила учреждению шестимесячную фору перед остальными организациями, пока инженеры готовили вторую систему.
Современные суперкомпьютеры состоят из нескольких тысяч мощных вычислительных серверов, соединенных друг с другом высокоскоростной магистралью для достижения максимальной производительности при распараллеливании сложной вычислительной задачи.
Сейчас в этой нише лидируют японский Fugaku и американский Summit. Первый, к примеру, способен производить 400 квадриллионов операций в секунду — он примерно в три раза быстрее, чем Summit. По общему количеству вычислительных устройств в государстве лидирует Китай, причем с большим отрывом: из топ-500 суперкомпьютеров 187 функционируют именно там, а в Штатах — 122. Однако половина самых мощных машин установлена в США.
Другими словами, технология давно известна и активно применяется, а победитель этой супергонки напрямую зависит от размера инвестиций и последующего масштабирования. Так, несколько лет назад отечественная разработка «Ломоносов-2» входила в двадцатку лучших, а сейчас она на 199 месте в мировом Топ-500. По общей мощности супервычислителей Россия находится на 18 месте в мире.
Читайте также: