5 самых мощных суперкомпьютеров: для чего они нужны?

Christofari и другие участники Топ 500 из России

Несмотря на недавний официальный анонс самого мощного российского суперкомпьютера Christofari, некоторые подробности о его архитектуре и производительности стали известны лишь сегодня из описания на сайте Топ-500. Система, созданная специалистами Сбербанка и Sbercloud в содружестве с Nvidia, выполнена на базе 24-ядерных процессоров Xeon Platinum 8168 с тактовой частотой 2,7 ГГц и графических ускорительных модулей Nvidia DGX-2.

Тройка российских суперкомпьютеров в новейшем топ500

Количество вычислительных ядер в системе Christofari в настоящее время составляет 99,6 тыс. (суммарно по процессорным и графическим чипам), при этом общий объем установленной памяти равен 115,2 тыс. ГБ. В качестве межузлового интерконнекта используется высокопроизводительная технология Mellanox InfiniBand EDR.

Система работает под управлением ОС Ubuntu 18.04.01, с использованием компиляторов Nvidia NVCC 10 и Intel Composer XE, математических библиотек Intel MKL и Nvidia CUDA BLAS, а также библиотеки интерфейса обмена данными OpenMPI-3.1.4-cuda.

Производительность суперкомпьютера Christofari в тестах Linpack зарегистрирована в итоговых данных Топ-500 на уровне 6,669 петафлопс, теоретическая пиковая производительность – на уровне 8,789 петафлопс.

Для сравнения: занимающий 107 строчку мирового рейтинга российский суперкомпьютер «Ломоносов-2», созданный компанией «Т-Платформы», выполнен на 14-ядерных процессорах Xeon E5-2697v3 с тактовой частотой 2,6 ГГц и 12-ядерных процессорах Intel Xeon Gold 6126 с тактовой частотой 2,6 ГГц, а также с применением графических ускорителей Nvidia K40m/P-100 (64 384 вычислительных ядер в сумме). В качестве интерконнекта используется шина Infiniband FDR, в качестве программной обвязки – ОС Linux с компилятором GCC, библиотеками MKL, cuBLAS и OpenMPI-1.10.7. Производительность системы зарегистрирована на уровне 2,478 петафлопса (теоретически на пике до 4,946 петафлопс).

Занимающий 465 строчку в новейшем Топ-500 суперкомпьютер Росгидромета на базе платформы Cray XC40-LC после последней модернизации, проведенной компанией «Т-Платформы» в ноябре 2018 г. включает 976 вычислительных узлов с двумя процессорами Intel Xeon E5-2697v4 и 128 ГБ оперативной памяти на узел с общей производительностью в 1293 Тфлопс (всего 35 136 вычислительных ядер). Вычислительная мощность суперкомпьютерной системы Росгидромета заявлена на уровне 1,2 петафлопс (до 1,29 петафлопс на пике).

Большой и мощный

Американская компания Cerebras Systems совместно с TSMC выпустила самый большой и производительный в мире процессор. Об этом сообщило издание Tom’s Hardware. Новинка, получившая название Wafer Scale Engine 2 (WSE-2), является преемником чипа WSE, выпущенного компанией в 2019 г.

Размеры чипа составляют 220×220 мм – на производство одной такой микросхемы уходит целая 300-миллиметровая кремниевая пластина. На площади чипа размером 46255 мм2 (примерно в 56 раз больше площади самого крупного графического процессора Nvidia A100) умещается 2,6 трлн транзисторов.

При одинаковых габаритах WSE-2 отличается от предшественника пониженным энергопотреблением, более чем удвоенным числом транзисторов и ядер. Все это стало возможным благодаря переходу с 16-нанометрового на более совершенный, 7-нанометровый техпроцесс.

Процессор WSE-2 рядом со столовыми приборами

Cerebras утверждает, что у нее уже есть рабочие системы на базе WSE-2, а на рынке процессор появится в III квартале 2021 г.

Как измеряется производительность суперкомпьютеров?

Вычислительные способности самых мощных компьютеров мира в 2021 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.

1. Производительность в 1 миллиард флопс в секунду, то есть 1 Гигафлопс была достигнута суперкомпьютером NEC SX-2 в 1983 году
2. 1 триллион флопс в секунду, то есть 1 Тфлопс «пробит» в 1996 году машиной ASCI Red
3. 1 квадриллион флопс, то есть 1 Петафлопс превышен моделью IBM Roadrunner в 2008 г.
4. 1 квинтиллион операций в секунду будут способны выполнять экзафлопсные компьютеры к 2021-2022 годам.

Так какой же компьютер самый мощный в мире прямо сейчас?

2014

Новый, самый мощный в России суперкомпьютер в МГУ — 2,57 Пфлопс

18 ноября 2014 года российский производитель суперкомпьютеров «Т-Платформы» сообщил, что завершает тестирование и пуско-наладку новой высокопроизводительной вычислительной системы для МГУ с пиковой производительностью 2,57 Пфлопс. В ноябрьском рейтинге Топ-500 мощнейших суперкомпьютеров мира эта система заняла 22 место. .

Рейтинг 50 крупнейших суперкомпьютеров в России

На конференции «Научный сервис в сети Интернет» состоялось объявление очередной редакции списка 50 самых высокопроизводительных компьютеров в России. Конференция проведена с 22 по 27 сентября 2014 года в Абрау-Дюрсо.

Пять самых быстрых вычислительных машин создали компании Т-Платформы, Hewlett-Packard, Группа компаний РСК.

Рейтинг TOP 50 самых быстрых суперкомпьютеров России. 21-я редакция рейтинга от 23 сентября 2014 года.

5 суперкомпьютеров HP вошли в новую редакцию TOP-50 самых высокопроизводительных систем России. Компания опередила всех вендоров по количеству её систем, вошедших в последнюю редакцию списка. В рейтинг заявлено 19 систем.

HP System X — второе место в рейтинге. Суперкомпьютер состоит из 150 узлов, каждый из которых – сервер HP ProLiant SL270 G8 с двумя процессорами Intel Xeon E5-2660 и тремя ГПУ nVidia Tesla K20. Коммуникационная сеть MPI – GbEthernet. Максимально достигнутая производительность (Rmax) по тесту Linpack составила 408 980 TFLOPS. Эффективность 71,9%.

HP System Z — 16 строка рейтинга. Суперкомпьютер создан из 60 узлов конфигурации, аналогичной HP System X, но использованы ГПУ nVidia M2070Q. Коммуникационная сеть MPI GbEthernet. Максимальная производительность – 60 643 TFLOPS.

HP System Y — третья система заняла 18 место. Суперкомпьютер построен из 30 аналогичных предыдущим узлов с ГПУ nVidia M2090. Коммуникационная сеть MPI – GbEthernet. Максимальная производительность машины – 52 783 TFLOPS.

Перечисленные системы установлены в интересах одного поставщика ИТ-услуг и применяются для работы ПО, активно использующего возможности векторных вычислений.

PTG-hp Seismic 3 заняла 44 место. Суперкомпьютер содержит 128 двухпроцессорных узлов без применения ускорителей. Максимальная производительность – 23 344 TFLOPS. Основа этого суперкомпьютера заложена несколько лет назад и после серии модернизаций, последняя из которых завершена летом 2014 года, машина достигла уровня быстродействия самых высокопроизводительных систем России. Суперкомпьютер установлен в московском офисе компании «ПетроТрейс Глобал» и используется для обработки и анализа сейсмических данных при поисках нефти и газа.

Cherry занимает 49 место. Пятая система HP в рейтинге. В составе суперкомпьютера 64 узла, каждый из них – это сервер HP ProLiant SL230 с установленными двумя процессорами Intel Xeon E5-2670 без применения ускорителей. Эта система демонстрировала максимальную производительность в 18 085 TFLOPS. Суперкомпьютер установлен в Национальном исследовательском технологическом университете «МИСиС».

Все системы HP, вошедшие в рейтинг, созданы с применением стандартных технологий и используют для охлаждения воздух.

Вычисления, и не только

— По каким направлениям идет применение суперкомпьютеров в компании?

— Сегодня суперкомпьютерные технологии нам представляются в виде пяти главных составляющих, где основная – это вычислительные ресурсы. Мы занимаемся этим каждый день.

Вторая главная составляющая – это набор отечественных пакетов программ, мы в основном базируемся на продуктах «Логос» разработки РФЯЦ-ВНИИЭФ. Это – целая серия программных продуктов по различным дисциплинам и способам их увязки между собой. Применяем еще два отечественных пакета – это пакет одномерного анализа SimInTech и среда моделирования динамических многокомпонентных механических систем Euler.

Для того, чтобы проверять адекватность всех моделей, мы бережно храним данные экспериментов, которые проводились как у нас на территории, так и с помощью наших смежников, и, самое главное, в наших летно-исследовательских центрах в Ахтубинске и в Жуковском. Это – третья составляющая.

Четвертая составляющая – это регламенты и нормативы, которые позволяют нам эти модели все больше и больше интегрировать в процесс проектирования. В настоящий момент этот процесс идет активно, начиная от фундаментальных, основополагающих документов, которые регламентируют процесс создания авиационной техники. В новой редакции, которая проходит сейчас процесс финального согласования, на всех этапах жизненного цикла прописаны способы, условия и правила применения математических моделей

Опираясь на этот фундаментальный документ, создается целая серия ГОСТов, которые будут описывать, – что для нас сейчас очень важно, – процесс виртуальных испытаний, которые дают максимальный эффект от применения суперкомпьютерных технологий

Пятая составляющая – подготовка кадров. Эта работа ведется давно, во многих вузах, и в МАИ как базовом университете – поставщике кадров для КБ. Мы проводим дополнительную подготовку молодых специалистов, ориентируем молодежь на решение прикладных задач, которые случаются в нашей практике. Это дает возможность как можно быстрее погрузиться в производственный процесс и начать решать основные задачи.

— Вы рассказывали о накопление экспериментальных данных. Это только новые результаты испытаний? Или проводится оцифровка прежних данных?

— Какие-то испытания, проходящие в настоящий момент, отцифровываются сразу. Для тех, что проводились ранее, мы проводим экспертизу на предмет адекватности, полезности и достаточности данных. В случае, если этих данных действительно хватает, мы осуществляем оцифровку. Разработанная в РФЯЦ-ВНИИЭФ единая база данных у нас развернута на специальных серверах, в ней происходит накопление экспериментальных данных в сравнении с расчетными – сотни задач.

Глобальный суперкомпьютерный рынок: тренды и перспективы

В последней редакции Топ-500 значительным образом укрепилась позиция Китая. ПО числу входящих в рейтинг систем страна лидирует с огромным отрывом: 228 суперкомпьютеров, или 45,6% всего списка. Системы из США, в свою очередь, представлены 117 комплексами (23,4%), однако они в сумме демонстрируют большую суммарную производительность – 37,1 % от суммарной мощности топ500, против 32,2% в сумме у всех систем из Китая.

Рейтинг стран по производительности в последнем топ500

Третье место в зачете рейтинга по странам у Японии с ее 29 системами, далее располагается Франция (18), Германия (16), Голландия (15), Ирландия (14) и Великобритания (11).

Пятьсот самых мощных суперкомпьютеров планеты обладают суммарной мощностью 1,65 экзафлопс (1018, квинтиллионов, или миллион триллионов операций с плавающей запятой в секунду). Минимальная производительность для входа в рейтинг выросла до 1,14 петафлопс, хотя еще полгода назад для этого было достаточно 1,02 петафлопс.

Десятка лидеров рейтинга за полгода не изменилась: первые две строчки принадлежат американским системам Summit и Sierra производства IBM на процессорах Power9 и ускорителях Nvidia Tesla V100 (148,6 петафлопс и 94,6 петафлопс соответственно). Тройку лидеров замыкает китайская система Sunway TaihuLight производительностью 93,0 петафлопс на процессорах Sunway SW26010.

Китайское доминирование в рейтинге отражено числом вошедших в него систем китайского производства: 174 от Lenovo, 71 от Sugon и 65 от Inspur. Cray, недавно приобретенная HPE, находится лишь на четвертой строчке с 36 системами, на пятом – собственно HPE с 35 системами.

Лидеры топ500. Вендоры, суммарная производительность

По-прежнему безоговорочным лидером на процессорном уровне остается Intel – на ее чипах (преимущественно Xeon и Xeon Phi разных поколений) собраны 470 из всех 500 систем рейтинга. IBM занимает второе место с 14 системами, десять из которых собраны на чипах Power, четыре на чипах Blue Gene/PowerPC. Чипы AMD представлены в рейтинге тремя системами. Пока что в списке нет ни одной системы на чипах Arm, но они ожидаются ближе к 2021 г.

Лидеры топ500. Вендоры, суммарное число систем

Среди поставщиков ускорителей в рейтинге доминирует Nvidia: 136 из 145 систем списка оснащены ее акселераторами. Полгода назад рейтинг включал только 134 системы с ускорителями.

Самые дорогие ноутбуки 2021

Ноутбуки – удобная альтернатива стационарному ПК, отличаясь компактностью и возможностью автономной работы. Несмотря на размеры успешно соперничает с компьютерами по производительности.

Microsoft Surface Book 2

Ноутбук от компании Майкрософт является мощным представителем своего сегмента:

• Intel Core i7-8650U.
• SSD 256 ГБ.
• nVidia GeForce GTX 1060.

Минималистичный дизайн и ультралёгкий вес, а также высокая производительность делают ноутбук желанным для не жалеющих денег геймеров. Стоимость: $3 200 (205 658 рублей).

Microsoft Surface Book 2 – мощный ноутбук от проверенного производителя

Acer Predator Helios 500

Один из фаворитов в игровом комьюнити, этот ноутбук является адаптацией своего более дорого предшественника от Acer.

• Intel Core i9-8950HK.
• RAM 32 ГБ.
• SSD 2 x 512 ГБ.
• nVidia GeForce GTX 1070.

Необычный угловатый дизайн делает ноутбук крайне привлекательным и футуристичным. Стоимость: $3 790 (243 576 рублей).

Acer Predator Helios 500 – мощный ноутбук с необычным дизайном

Alienware 17

Этот ноутбук также отличается высокой производительностью:

• RAM 16 ГБ;
• SSD 256 ГБ + HDD 1 ТБ.
• nVidia GeForce GTX 1070, 8 ГБ.
• Intel Core i7-8750H (2.2 – 4.1 ГГц).

Даже самые высокие настройки графики в игре и самый сложный программный софт не выбьют его из рабочей колеи. Стоимость ноутбука: $3 870 (248 717 рублей).

Alienware 17 – мощный ноутбук для сложных вычислений

HP OMEN X 17

Еще один игровой монстр от HP.

• Intel Core i7 7820HK.
• 3 Тб HDD и SSD.
• GTX 1080.
• 32 Гб оперативной памяти.

Никто не ожидал получить такой мощный продукт от компании, которая не слишком жалуется среди пользователей высоким качеством техники. Стоимость: $4 565 (293 384 рублей).

HP OMEN X 17, этой моделью производитель удивил многих геймеров

Apple MacBook Pro 15

Легендарные «яблоки» тоже радуют пользователей мощным и легким ноутбуком в классическом дизайне Apple:

• Radeon Pro 560X на 4 Гб памяти;
• SSD 4 ТБ.
• DDR4 2400 МГц.
• Intel Core 8-го поколения с 6-ядерным процессором.

Впрочем, яблочная техника никогда не отличалась дешевизной. Стоимость: $4 600 (295 633 рублей).

Apple MacBook Pro 15 – традиционно дорогой, но качественный ноутбук от мирового лидера

Fujitsu LIFEBOOK T938

Японский ноутбук-трансформер не создавался изначально как игровая машина, но может поразить техническими параметрами даже прихотливого пользователя;

• Intel Core i7 8650U.
• Intel UHD Graphics 620.
• SSD 2 ТБ.

Основная особенность этого ноутбука заключается в его необычном, трансформирующемся дизайне. Стоимость: $4 625 (297 240 рублей).

Fujitsu LIFEBOOK T938 – мощный ноутбук с удобным дизайном

Panasonic TOUGHBOOK CF-20 5.0

Многие эксперты не понимают, за что компания выставила такую цену на этот не слишком впечатляющий ноутбук:

• Intel Core m5 6Y57 1.1 ГГц.
• 8Гб DDR3.
• SSD-накопитель 256 Гб памяти.

Тем не менее, он заслужил место среди самых дорогих ноутбуков. Стоимость: $5 090 (327 125 рублей).

Panasonic TOUGHBOOK CF-20 5.0 – мощный ноутбук с завышенной ценой

MSI GT83 Titan 8RG 5.0

Этот ноутбук имеет заслуженное звание игрового монстра, но только после докупки оперативной памяти сверх установленной по умолчанию.

• NVidia GeForce GTX 1080 с 8 Гб.
• Intel Core i7 8850H , частотой 2.6 ГГц.
• 32 Гб оперативной памяти, которые могут увеличиваться еще на 4 слота.

Стоимость: $5 400 (347 048 рублей).

MSI GT83 Titan 8RG 5.0 – один из лучших геймерских ноутбуков

Dell Latitude 7414

Как и в случае с Panasonic TOUGHBOOK, этот ноутбук не отличается выдающимися техническими характеристиками, а поэтому его высокая стоимость выглядит неоправданной.

• Intel HD Graphics 520.
• Intel Core i5-6300U.
• 8 Гб оперативной памяти, частотой в 2100 МГц.

Хотя модель и не поражает своей мощностью, качество сборки отличается традиционным для Dell высоким уровнем. Стоимость: $5 415 (348 012 рублей).

Dell Latitude 7414 – дорогой, но качественный ноутбук

Особенности чипа

Процессор содержит 850 тыс. программируемых ядер, оптимизированных для вычислений в векторном пространстве, а объем встроенной памяти SRAM достигает 40 ГБ. Ядра работают на частоте в диапазоне 2,5-3 ГГц – такой же, как и у чипа первого поколения. В WSE-2 пропускная способность памяти по сравнению с WSE увеличилась с 9 ПБ/сек до 20 ПБ/сек.

Благодаря усилению межкомпонентных соединений общая пропускная способность чипа выросла со 100 Пбит/сек до 220 Пбит/сек. В чипе предусмотрена возможность обхода дефектных областей. Это необходимо, поскольку при таком внушительном количестве ядер возникновение брака при штамповке на фабрике очень вероятно.

Созданием чипов для решения задач в области искусственного интеллекта занимается множество компаний по всему миру. В их числе как гиганты вроде Nvidia, Intel, Qualcomm и Google, так и небольшие стартапы, например, британская Graphcore или американская Sambanova Systems.

ИИ-системы опираются на параллельные вычисления, для которых требуются многопроцессорные системы. Их производительность во многом ограничивает низкая скорость межпроцессорных коммуникаций, в которых задействована оперативная память. Cerebras в своих чипах линейки WSE решает эту проблему с помощью размещения огромного объема памяти непосредственно на кристалле. В нее загружается сразу вся необходимая для проведения вычислений с использованием всех рабочих ядер информация. При этом нагрузка распределяется равномерно таким образом, чтобы обработка данных была завершена всеми ядрами одновременно.

История

Называть гордым именем «суперкомпьютер» принято вычислительные системы, существенно превосходящие по производительности типичные ПК своего времени. Так, первым в истории вычислительным монстром считается антикитерский механизм – аналоговый компьютер из Древней Греции (100 год до н. э.). Хитроумное устройство и правда превосходило по возможностям все астрономические приборы того времени и не имело аналогов аж до эпохи Возрождения.

Антикитерский механизм

Впервые термин «супервычисления» засветился в статье про табулятор IBM из Колумбийского университета в газете New York World еще в 1920 году. Термин же «суперкомпьютер» приписывают инженерам Джорджу Майклу и Сиднею Фернбаху, в 1960-х трудившихся в Ливерморской национальной лаборатории и компании CDC.

Табулятор IBM Hollerith Type III

Но пионером и одним из активнейших деятелей в мировом суперкомпьютеростроении по праву считается Сеймур Крэй. Он с середины 1960-х до 1996 года создавал мощнейшие вычислительные системы для правительственных учреждений и научно-исследовательских центров США. С именем ученого даже связано альтернативное шутливое толкование термина «суперкомпьютер» – любой компьютер, созданный Крейем.

Сеймур Крэй и первый полностью им спроектированный суперкомпьютер Cray-1 (1974 год, производительность 80 MFLOPS)

Развитие и тенденции

Распределение суперкомпьютеров TOP500 по странам, ноябрь 2015 г.

В 2010-х годах Китай, США, Европейский Союз и другие страны соревновались за то, чтобы первыми создать суперкомпьютер 1  exaFLOP (10 18 или один квинтиллион FLOPS). Эрик П. ДеБенедиктис из Sandia National Laboratories предположил, что компьютер с zettaFLOPS (10 21 или один секстиллион FLOPS) необходим для выполнения полного моделирования погоды , которое могло бы точно охватывать двухнедельный промежуток времени. Такие системы могут быть построены примерно к 2030 году.

Во многих моделированиях Монте-Карло используется один и тот же алгоритм для обработки случайно сгенерированного набора данных; в частности, интегро-дифференциальные уравнения, описывающие физические процессы переноса , случайные траектории , столкновения, а также передачу энергии и импульса нейтронов, фотонов, ионов, электронов и т. д.Следующим шагом для микропроцессоров может стать третье измерение ; и специализируясь на Монте-Карло, многие слои могут быть идентичными, что упрощает процесс проектирования и производства.

Стоимость эксплуатации высокопроизводительных суперкомпьютеров выросла, в основном из-за увеличения энергопотребления. В середине 1990-х годов топ-10 суперкомпьютеров требовал мощности в диапазоне 100 киловатт, в 2010 году 10 лучших суперкомпьютеров требовали от 1 до 2 мегаватт. Исследование 2010 года, проведенное по заказу DARPA, определило энергопотребление как наиболее распространенную проблему при достижении Exascale-вычислений . В то время один мегаватт энергии в год стоил около 1 миллиона долларов. Были построены суперкомпьютерные средства для эффективного отвода увеличивающегося количества тепла, производимого современными многоядерными центральными процессорами . Исходя из энергопотребления суперкомпьютеров из списка Green 500 в период с 2007 по 2011 год, суперкомпьютеру с 1 эксафлопс в 2011 году потребовалось бы почти 500 мегаватт. Операционные системы были разработаны для существующего оборудования, чтобы по возможности экономить энергию. Ядра ЦП, не используемые во время выполнения распараллеленного приложения, были переведены в состояние с низким энергопотреблением, что привело к экономии энергии для некоторых суперкомпьютерных приложений.

Растущая стоимость эксплуатации суперкомпьютеров была движущим фактором тенденции к объединению ресурсов через распределенную суперкомпьютерную инфраструктуру. Национальные суперкомпьютерные центры сначала возникли в США, затем в Германии и Японии. Европейский Союз запустил Партнерство по передовым вычислениям в Европе (PRACE) с целью создания устойчивой панъевропейской суперкомпьютерной инфраструктуры с услугами для поддержки ученых всего Европейского Союза в портировании, масштабировании и оптимизации суперкомпьютерных приложений. Исландия построила первый в мире суперкомпьютер с нулевым уровнем выбросов. Этот суперкомпьютер, расположенный в центре обработки данных Thor в Рейкьявике , Исландия, использует полностью возобновляемые источники энергии, а не ископаемое топливо. Более холодный климат также снижает потребность в активном охлаждении, что делает его одним из самых экологичных объектов в мире компьютеров.

Финансирование суперкомпьютерного оборудования также становилось все труднее. В середине 1990-х годов 10 лучших суперкомпьютеров стоили около 10 миллионов евро, в то время как в 2010 году 10 лучших суперкомпьютеров требовали инвестиций в размере от 40 до 50 миллионов евро. В 2000-х годах национальные правительства разработали различные стратегии финансирования суперкомпьютеров. В Великобритании национальное правительство полностью финансировало суперкомпьютеры, а высокопроизводительные вычисления были переданы под контроль национального финансового агентства. Германия разработала смешанную модель финансирования, объединяющую местное государственное финансирование и федеральное финансирование.

Просчитанная пожаробезопасность

— Каковы практические результаты этой поддержки?

— На счету центра суперкомпьютерных технологий ОКБ Сухого уже много крупных достижений в области различных мультифизичных задач, в том числе модели движения самолета на больших углах атаки, нестационарная аэродинамика при отклонении органов управления и при их отказах, многочисленные задачи по применению авиационных средств поражения и отделяемых грузов.

— Могли бы рассказать о каком-то конкретном случае?

— Особую гордость у нас вызывает методика расчета работы системы пожаротушения для самолета С-70Б, которую компания «Сухой» разработала совместно с российским федеральным ядерным центром «Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики» (РФЯЦ-ВНИИЭФ). На базе отечественного программного продукта инженерного анализа «Логос» были разработаны подробные компьютерные модели системы пожаротушения и отсеков силовой установки. Гидравлическая часть содержит полные 3D-модели огнетушителей, системы разветвленных трубопроводов с коллекторами, более 500 форсунок для распыления огнегасящей смеси. Газодинамическая модель, состоящая из примерно 50 млн ячеек, основана на детализированных геометрических обводах отсека со всеми конструктивно-компоновочными особенностями, включая воздухозаборный тракт, двигатель с обвязкой и эжекторной частью сопла. Эти модели прошли валидацию на базе ранее проведенных стендовых и летных испытаний самолетов Су-35 и Су-57. Выполненные расчетные исследования убедительно доказали достаточность системы пожаротушения. Математическое моделирование позволило существенно сократить ресурсы, которые надо было затратить на создание системы пожаротушения С-70Б, время работ сократилось в несколько раз, финансовых средств потратили меньше в несколько десятков раз!

Еще один пример. Существует целый класс так называемых связанных задач. Их решение дает возможность существенно повысить точность определения характеристик летательного аппарата. Самолет – конструкция упругая, которая при различных внешних воздействиях деформируется. Эти деформации влияют на аэродинамику – изменяется интерференция отдельных агрегатов. Классическая аэродинамика подразумевает абсолютно жесткий самолет, а прочность учитывает аэродинамику довольно упрощенно, эти допущения вносят неточности в расчеты. Соединив дисциплины, избавив от допущений и неточностей, удается получить нагружение, соответствующее реальному, и исследовать полную картину обтекания с учетом деформаций. Это – так называемая статическая и динамическая упругость

Это очень важно, особенно для наших высоконагруженных конструкций, испытывающих высочайшие перегрузки при нахождении в различных сложных атмосферных условиях и в условиях применениях авиационных средств поражения. Такая связка дает возможность сократить отдельные виды испытаний по аэродинамике и прочности, и быстрее выйти на другие виды испытаний

Участники первой десятки

С такими показателями у японского Fugaku в июньском рейтинге Top500 нет ни одного достойного конкурента. Тройку лидеров замыкает еще один суперкомпьютер IBM, Sierra, со схожей с Summit архитектурой. В тесте HPL он выдает 94,64 петафлопса. Оба суперкомпьютера IBM расположены в США.

Четвертую строчку рейтинга занимает китайский суперкомпьютер Sunway TaihuLight на процессорах Sunway SW26010 с 260 ядрами и производительностью на уровне 93 петафлопса. В первую пятерку вошло еще одно творение китайских специалистов – Tianhe-2A на процессорах Intel Xeon и сопроцессорах Matrix-2000. Его итоговая производительность равна 61,44 петафлопса.

Шестое и седьмое место в списке Top500 занимают итальянский HPC5 и американский Selene соответственно. HPC построен компанией Dell и базируется на серверных 24-ядерных процессорах Intel Xeon Gold 6252 и ускорителях Nvidia Tesla V100, выдавая при этом 33,45 петафлопса. Компьютер Selene принадлежит компании Nvidia, включает 64-ядерные процессоры AMD Epyc 7742 и видеоускорители Nvidia Ampere A100, а его производительность равна 27,58 петафлопса.

Как дать сотрудникам возможность работать над интересными задачами, двигаясь в цифровую трансформацию
Бизнес

Восьмое место удерживает американский суперкомпьютер Dell Frontera с результатом 23,5 петафлопса (28-ядерные процессоры Xeon Platinum 8280), а девятая строчка принадлежит итальянскому Marconi-100. Он построен на чипах IBM Power9 и ускорителях Nvidia V100, а его производительность составляет 21,64 петафлопса. Десятое место в рейтинге Top100 получил швейцарский суперкомпьютер Piz Daint производительностью 21,23 петафлопса. Это суперкомпьютер Cray XC50 на 12-ядерных процессорах Intel Xeon E5-2690v3 и ускорителях Nvidia P100.

Ранние Суперкомпьютеры.

Что именно можно считать примером раннего “компьютера” до сих является предметом множества дискуссии: кто-то говорит, что счеты можно считать первым компьютером, другие указывают на механизм Антикитера, а третьи считают, что вычислительная машина Чарльза Беббиджа является первым прототипом компьютера. Каково бы ни было происхождение компьютера, со временем он и его качества и правда становятся Супер.

Разработка немецкого инженера Конрада Цузе.

Одними из первых супер-ЭВМ по праву можно считать разработки немецкого инженера Конрада Цузе. Созданные в 40-е годы прошлого века разработки Цузе  стали первыми программируемыми и многофункциональными компьютерами. Первую опытную модель под названием  Z1 инженер собирал на деньги друзей прямо посередине родительской гостиной.

Компьютер Z1 в гостиной родителей Конрада Цузе в 1936Вот компьютер Z1. На переднем плане ручная заводная рукоятка для улучшения тактовой частоты

 А это американская машина “Марк-I” разработанная и построенная в 1941 году гарвардским математиком Говардом Эйкеном на основе идеи Чарльза Бэббиджа.

“Марк-I”

После “Марк-I” американцы разработали ENIAC. На тот момент он был настоящий электронный мозг, способный совершать поразительные  расчеты.  По существу ENIAC  был калькулятором размером с комнату, но это был верх программирования 1943 года.

ENIAС

После ENIAC появился EDVAC  созданный Джоном фон Нейманом, его серия компьютеров совершила огромный скачок вперед в вычислительных способностях, гибкости и скорости.

EDVAC

60-е дали миру более крупные, но и более умные машины. Они стали громадинами состоящими из множеством разноцветных лампочек и кружащихся пленочных бобин. Способности этих компьютеров значительно переросли калькулятор и теперь их возможности позволяли прогнозировать погоду.

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  

Производительность

Производительность суперкомпьютеров чаще всего оценивается и выражается в количестве операций над числами с плавающей точкой в секунду (FLOPS). Это связано с тем, что задачи численного моделирования, под которые и создаются суперкомпьютеры, чаще всего требуют вычислений, связанных с вещественными числами, зачастую с высокой степенью точности, а не целыми числами. Поэтому для суперкомпьютеров неприменима мера быстродействия обычных компьютерных систем — количество миллионов операций в секунду (MIPS). При всей своей неоднозначности и приблизительности, оценка во флопсах позволяет легко сравнивать суперкомпьютерные системы друг с другом, опираясь на объективный критерий.

Первые суперкомпьютеры имели производительность порядка 1 кфлопс, то есть 1000 операций с плавающей точкой в секунду. В США компьютер, имевший производительность в 1 миллион флопсов (1 Мфлопс) (), был создан в 1964 году. Известно, что в 1963 году в московском НИИ-37 (позже НИИ ДАР) был разработан компьютер на основе модулярной арифметики с производительностью 2,4 млн оп/с. Это экспериментальный компьютер второго поколения (на дискретных транзисторах) Т340-А (гл. конструктор Д. И. Юдицкий). Однако следует отметить, что прямое сравнение производительности модулярных и традиционных ЭВМ некорректно. Модулярная арифметика оперирует только с целыми числами. Представление вещественных чисел в модулярных ЭВМ возможно только в формате с фиксированной запятой, недостатком которого является существенное ограничение диапазона представимых чисел.

1. Планка в 1 миллиард флопс (1 Гигафлопс) была преодолена суперкомпьютерами NEC SX-2 в 1983 году с результатом 1.3 Гфлопс.
2. В 1996 году суперкомпьютером ASCI Red взят барьер в 1 триллион флопс (1 Тфлопс).
3. Рубеж 1 квадриллион флопс (1 Петафлопс) перейден в 2008 году суперкомпьютером IBM Roadrunner.

В 2010-х годах несколькими странами ведутся работы, нацеленные на создание к 2020 году экзафлопсных компьютеров, способных выполнять 1 квинтиллион операций с плавающей точкой в секунду и потребляющих при этом не более нескольких десятков мегаватт. К 2021 году корпорации Intel и Cray планируют создать первую в США экзафлопсную систему под названием Aurora для Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США.

Sunway TaihuLight

Китайская СуперЭВМ удерживала лидирующую позицию в рейтинге TOP500 с 2016 до 2018 года. В соответствии с тестами LINPACK ее считали самым производительным суперкомпьютером, минимум в полтора раза превосходящим ближайшего конкурента и втрое опережающим самую производительную американскую модель Titan. Разработка и строительство вычислительной системы обошлось в 1,8 млрд. юаней или 270 млн долларов. Инвесторами проекта были правительство Китая, администрация китайской провинции Цзянсу и города Уси.

Суперкомпьютер потребляет 15,3 МВт электроэнергии и занимает площадь 605 кв.м. Расположен он на территории города Уси, в национальном суперкомпьютерном центре. Название модели дали в честь расположенного рядом озера Тайху, третьего по величине пресноводного водоема Китая.

Наличие в конструкции ЭВМ 41 тысячи процессоров SW26010 и 10,6 миллиона ядер позволяет ей проводить расчеты со скоростью 93 Пфлопс. Максимальная производительность – 125 Пфлопс. Переход на чипы китайского производства потребовал от разработчиков создания полностью новой системы. До этого предполагалось в 2 раза повысить производительность другой китайской СуперЭВМ Тяньхэ-2, но эти намерения пришлось изменить из-за проблем с поставками процессоров Intel из США.

Модель Sunway TaihuLight применяется для выполнения сложных вычислений в области медицины, горнодобывающей промышленности и производстве. С помощью вычислительной машины прогнозируют погоду, исследуют новые лекарства и анализируют «большие данные» – массивы информации, обработать которые не получится даже у самого мощного серийного компьютера.