Содержание
Суперкомпьютеры: титаны вычислений
Эти сверхмашины могут выполнять сложнейшие задачи и по своим характеристикам превосходят большинство компьютеров, с которыми мы сталкиваемся в обычной жизни. И хотя суперкомпьютеры до сих пор кажутся чем-то далеким, мы все чаще пользуемся результатами их работы: от поиска в интернете и прогнозов погоды до новейших лекарств и самолетов.
В 2019 году холдинг «Росэлектроника» создал новый суперкомпьютер «Фишер» для Российской академии наук. Разработка Ростеха поможет физикам в решении задач молекулярной динамики. Рассказываем о том, что такое супер-ЭВМ и где они применяются.
Супер-ЭВМ: квадриллион операций в секунду
Точного определения, что такое «суперкомпьютер», не существует. Компьютерная индустрия находится в постоянном развитии, и сегодняшние супермашины завтра уже будут далеко позади. Можно сказать, что суперкомпьютер – это очень мощный компьютер, который способен обрабатывать гигантские объемы данных и производить сложнейшие расчеты.
Там, где человеку для вычислений нужны десятки тысяч лет, суперкомпьютер обойдется одной секундой. И если в 1980-х суперкомпьютером в шутку предлагали называть любые ЭВМ, весящие более тонны, то сегодня они чаще всего представляют собой большое количество серверных компьютеров с высокой производительностью, объединенных высокоскоростной сетью.
Современный суперкомпьютер – это огромное устройство, состоящее из модулей памяти, процессоров, плат, объединенных в вычислительные узлы, связанные между собой сетью. Управляющая система распределяет задания, контролирует загрузку и отслеживает выполнение задач. Системы охлаждения и бесперебойного питания обеспечивают беспрерывную работу супер-ЭВМ. Весь комплекс может занимать значительные площади и потреблять огромное количество энергии.
Производительность суперкомпьютеров измеряется во флопсах – количестве операций с плавающей запятой, которые система может выполнять в секунду. Так, например, один из первых суперкомпьютеров, созданный в 1975 году американский Cray-1, мог совершать 133 миллиона операций в секунду, соответственно, его пиковая мощность составляла 133 мегафлопс.
А самый мощный на июнь 2019 года суперкомпьютер Summit Ок-Риджской национальной лаборатории обладает вычислительной мощностью 122,3 петафлопс, то есть 122,3 квадриллиона операций в секунду.
Суперкомпьютер «Ломоносов-2». Фото: «Т-Платформы»
Существует международный рейтинг топ-500, который с 1993 года ранжирует самые мощные вычислительные машины мира. Данные рейтинга обновляются два раза в год, в июне и ноябре. В 2019 году в первую десятку входят суперкомпьютеры США, Китая, Швейцарии, Японии и Германии. Единственный отечественный суперкомпьютер в первой сотне рейтинга − «Ломоносов-2» из Научно-исследовательского вычислительного центра МГУ производительностью 2,478 терафлопс, занявший в июне 2019 года 93-е место.
Чтобы определить мощность суперкомпьютера, или, как его еще называют в английском языке, «числодробилки» (number cruncher), используется специальная тестовая программа, которая предлагает машинам решить одну и ту же задачу и подсчитывает, сколько времени ушло на ее выполнение.
Что могут «числодробилки»
Первые суперкомпьютеры создавались для военных, которые применяли их в разработках ядерного оружия. В современную цифровую эпоху сложные вычисления требуются во многих областях человеческой деятельности. Суперкомпьютеры незаменимы там, где применяется компьютерное моделирование, где в реальном времени обрабатываются большие объемы данных и где задачи решаются методом простого перебора огромного множества значений. «Числодробилки» работают в статистике, криптографии, биологии, физике, помогают предсказывать погоду и глобальные изменения климата.
С развитием информационных технологий и применением их на практике появились новые направления на стыке информатики и прикладных наук – вычислительная биология, вычислительная химия, вычислительная лингвистика и многие другие. Суперкомпьютеры используются для создания искусственных нейросетей и искусственного интеллекта.
Именно сверхмощным компьютерам мы обязаны появлением точных прогнозов погоды. Суперкомпьютеры совершили революцию в медицине, в частности – в диагностике и лечении рака. С их помощью обрабатываются миллионы диагнозов и историй болезней, выявляются новые закономерности развития заболевания и вырабатываются новые способы лечения. Сверхумные машины применяются для расчета химических соединений, на основе которых изготавливаются новые лекарства. Масштабные расчеты помогают в сферах, связанных с проектированием: строительстве, машиностроении, авиастроении и других.
Суперкомпьютер с «бесконечным» масштабированием
В эпоху цифровой экономики и всеобщей цифровизации вычислениям отводится ключевое место. На создание суперкомпьютеров крупнейшие государства выделяют многомиллионные суммы. Эти вложения должны быть постоянными, так как производительность суперкомпьютеров удваивается каждые полтора года. Сегодня Россия находится только в начале построения национальной сети сверхмощных машин.
Структуры Ростеха в числе прочих российских предприятий вносят свой вклад в создание отечественной киберинфраструктуры. В сентябре 2019 года холдинг «Росэлектроника» объявил о запуске суперкомпьютера «Фишер» с пиковой производительностью 13,5 Тфлопс и практически неограниченными возможностями для масштабирования. Машина разработана специалистами холдинга для Объединенного института высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН). Новый суперкомпьютер поможет ученым-физикам в создании цифровых моделей веществ и прогнозе поведения материалов в экстремальных состояниях.
Суперкомпьютер «Фишер» состоит из 24 вычислительных узлов с 16-ядерными процессорами. Для улучшения терморегуляции вычислительного кластера «Фишера» используется иммерсионная (погружная) система охлаждения. Благодаря ей суперкомпьютер не требует специально оборудованных помещений и может работать при температурах от ‒50 °С до +50 °С. Подобные системы охлаждения применяются сегодня на самых высокопроизводительных машинах мира.
«Фишер» создан на основе коммуникационной сети «Ангара» − первого российского интерконнекта, позволяющего объединять группы машин в мощные вычислительные кластеры. С помощью «Ангары» можно соединять тысячи компьютеров разных производителей и с разной архитектурой центральных процессоров. Коммутаторное исполнение «Фишера» позволяет компоновать компьютеры с большей плотностью и в целом облегчает сборку и использование всей системы за счет уменьшения числа кабелей. Модульный характер системы позволяет масштабировать мощность «Фишера» под любые нужды.
Ученые из ОИВТ РАН уже несколько лет используют суперкомпьютер DESMOS мощностью 52,24 Тфлопс, созданный на базе предыдущего поколения сети «Ангара». Его вычислительные мощности оказались настолько востребованы, что было принято решение о создании «младшего брата» этого суперкомпьютера уже на базе нового поколения коммутационной сети.
Компактные супер-ЭВМ
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
Главная / закрытый раздел /Каталог технологий, продукции и услуг /Информационные продукты и технологии /Разработки /
РазработкиКомпактные супер-ЭВМПредлагаем оснащение научно-технических центров, КБ, инжиниринговых компаний, университетов программно-аппаратными комплексами разработки РФЯЦ-ВНИИЭФ на базе:
Назначение: решение широкого класса задач имитационного моделирования в интересах наукоемких отраслей промышленности, научных исследований, транспорта и т. Инновации РФЯЦ-ВНИИЭФ:
Универсальные КС-ЭВМ
Универсальная компактная супер-ЭВМ (КС-ЭВМ) разработки ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» — уникальная разработка, которая по совокупности параметров обладает передовыми в России техническими и экономическими характеристиками. Универсальная компактная супер-ЭВМ дополнительно может быть оснащена базовым прикладным программным обеспечением разработки ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», ориентированным на решение трехмерных задач инженерного анализа с целью повышения точности и уменьшения сроков проведения расчетов при проектировании и создании новых конкурентоспособных образцов техники на предприятиях высокотехнологичных областей, таких как атомная энергетика, автомобилестроение, авиационная промышленность и др. Основные технические характеристики:
Применение универсальных КС-ЭВМ
Во ФГУП “РФЯЦ-ВНИИЭФ” организовано серийное производство универсальных КС-ЭВМ. Специализированные КС-ЭВМ
Особенности: автономная эксплуатация в обычном рабочем помещении;
Программно-аппаратные комплексы «под ключ» для специализированных компактных супер-ЭВМ позволяют производить:
Основные технические характеристики:
*- в зависимости от комплектации |
п.
Это позволяет проводить на КС-ЭВМ сложные расчеты, недоступные на обычном персональном компьютере. КС-ЭВМ служит для индивидуального и коллективного использования конструкторами, исследователями, математиками.
35 экземпляров КС-ЭВМ уже поставлено на предприятия различных высокотехнологичных отраслей промышленности. В том числе на такие, как ОАО «ОКБ Сухого», ОАО «КАМАЗ», ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс», ФКП «НИЦ РКП», ОАО «КБ ХимАвтоматики», ОАО «ОКБМ Африкантов», ОАО «СПбАЭП», ОАО ОКБ «ГИДРОПРЕСС», ФГУП «НИТИ им. А.П. Александрова», ОАО «Атомэнергопроект», ФГУП «ЦАГИ», ОАО «ГосМКБ «Вымпел» им. И.И.Торопова» и другие.
10 лучших суперкомпьютеров, новые научные гиганты
Согласно цитате из нескольких источников, наука развивается на плечах гигантов.
В наше время эти слова приобрели особый смысл благодаря новому классу гигантов — суперкомпьютеров, — которые в наши дни раздвигают границы науки до таких уровней, до которых человеческий интеллект был бы не в состоянии добраться самостоятельно.
За несколько десятилетий мощность этих гигантов резко возросла: в 1985 году самый мощный в мире суперкомпьютер Cray-2 мог обрабатывать 1,9миллиард операций с плавающей запятой в секунду (FLOPS), или 1,9 гигафлопса, параметр, используемый для измерения мощности этих машин. Для сравнения, текущая игровая консоль PlayStation 4 достигает 1,84 терафлопс, почти в тысячу раз больше. На сегодняшний день в мире насчитывается не менее 500 суперкомпьютеров, которые могут превышать петафлоп, или миллиард флопов, согласно списку TOP500, составленному экспертами из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса и университетов Мангейма (Германия) и Теннесси (США). .
Ниже мы представляем десять самых мощных на данный момент суперкомпьютеров в мире и некоторые из их вкладов в науку.
1. Summit, Национальная лаборатория Ок-Ридж (США)
Самый мощный в мире суперкомпьютер на сегодняшний день — Summit, созданный IBM для Национальной лаборатории Ок-Риджа Министерства энергетики США в Теннесси. Он занимает площадь, эквивалентную двум баскетбольным площадкам, и достигает впечатляющих 148,6 петафлопс благодаря 2,41 миллионам ядер.
Summit — самый мощный суперкомпьютер в мире на сегодняшний день. Кредит: Carlos Jones/ORNL
Помимо своей большой мощности, Summit также является самым энергоэффективным компьютером в десятке лучших суперкомпьютеров мира. Его миссия — гражданские научные исследования, и с момента запуска в 2018 году он уже участвовал в таких проектах, как поиск генетических вариантов в популяции, связанных с заболеваниями, моделирование землетрясений в городских условиях, изучение экстремальных климатических явлений, изучение материалов в атомном масштабе и взрыв сверхновых, среди прочего.
2. Sierra, Ливерморская национальная лаборатория им.
Лоуренса (США)
IBM также отвечает за второй по мощности суперкомпьютер в списке, Sierra, расположенный в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса в Калифорнии. Основанная на аппаратном обеспечении, подобном Summit, Sierra управляет производительностью 94,6 петафлопс.
Суперкомпьютер Sierra предназначен для военных исследований. Кредит: LLNL
В отличие от своего старшего брата, Sierra занимается военными исследованиями, в частности моделированием ядерного оружия вместо подземных испытаний, поэтому ее исследования являются секретным материалом.
3. Sunway TaihuLight, Национальный центр суперкомпьютеров (Уси, Китай). Computing Technology и установлен в Национальном суперкомпьютерном центре в Уси. В отличие от других машин такого же калибра, в нем отсутствуют чипы-ускорители, поэтому его 93 петафлопса зависят от более чем 10 миллионов китайских процессоров Sunway.
TaihuLight установлен в Национальном суперкомпьютерном центре в Уси.
Кредит: Nsccwx
TaihuLight в некотором роде является продуктом торговой войны между Китаем и США, поскольку при его строительстве полностью обходятся без американских технологий в ответ на ограничения, наложенные США. Этот суперкомпьютер участвовал в таких исследованиях, как моделирование рождения и расширения Вселенной с использованием 10 миллиардов цифровых частиц.
4. Tianhe-2A, Национальный суперкомпьютерный центр (Гуанчжоу, Китай)
Китай также сохраняет четвертое место в рейтинге с Tianhe-2A, или Milky Way 2A, разработанным Национальным университетом оборонных технологий и оснащенным процессорами Intel Xeon, которые позволяют ему достигать 61,4 петафлопс. По словам его операторов, машина используется, в частности, для вычислений, связанных с государственной безопасностью.
Tianhe-2, в Национальном суперкомпьютерном центре в Гуанчжоу. Кредит: O01326
5. Frontier, Техасский центр передовых вычислений, Техасский университет (США)
Передовой вычислительный центр Техасского университета в Остине вошел в десятку лучших мировых суперкомпьютеров благодаря Frontera, новой системе, созданной Dell и оснащенной Intel.
Frontera была представлена миру в сентябре 2019 года как самый быстрый в мире суперкомпьютер, расположенный в университете. С июня он сотрудничает с тремя десятками научных групп в исследованиях, связанных с физикой черных дыр, квантовой механикой, дизайном лекарств и моделями климата. Его 23,5 петафлопса будут доступны научному сообществу, которое выиграет от его вычислительной мощности, особенно в областях астрофизики, материаловедения, энергетики, геномики и моделирования стихийных бедствий.
Суперкомпьютер Frontera в Техасском центре передовых вычислений. Кредит: TACC
6. Piz Daint, Швейцарский национальный суперкомпьютерный центр
Самая мощная система Европы занимает шестое место в списке. Piz Daint — суперкомпьютер, названный в честь альпийской горы, изображение которой отображается на его корпусе, расположенной в Швейцарском национальном суперкомпьютерном центре в Лугано. Это модернизация системы, созданной американской компанией Cray, основанной отцом суперкомпьютеров Сеймуром Крэем и ответственной за несколько самых мощных машин в мире.
Его процессоры Intel и NVIDIA обеспечивают скорость 21,2 петафлопс. Пиз Дэйнт занимается обширными исследованиями в области материаловедения, физики, геофизики, наук о жизни, климатологии и науке о данных.
Piz Daint — самая мощная система в Европе. Кредит: CSCS
7. Trinity, Лос-Аламосская национальная лаборатория (США)
Также продуктом компании Cray является система Trinity, Лос-Аламосской национальной лаборатории и Национальной лаборатории Сандии, способная достигать почти 20,2 петафлопс. Эта машина, унаследовавшая свое название от первого ядерного испытания в США в 1945 году, в основном предназначена для расчетов, связанных с ядерным оружием.
Trinity унаследовала свое название от первого ядерного испытания в США. Кредит: Лос-Аламосская национальная лаборатория
8. AI Bridging Cloud Infrastructure (ABCI), Национальный институт передовых промышленных наук и технологий (Япония)
19,9 петафлопс системы ABCI, созданной Fujitsu и принадлежащей Японскому национальному институту Передовые промышленные науки и технологии, поместите эту машину на восьмое место в рейтинге.
Одной из его самых поразительных особенностей является энергоэффективность, параметр, по которому он уступает только Summit. Цель ABCI — служить облачным ресурсом искусственного интеллекта, доступным для японских компаний и исследовательских групп. 9Цель 0003 ABCI — служить облачным ресурсом искусственного интеллекта. Предоставлено: ABCI
9. SuperMUC-NG, Leibniz Rechenzentrum (Германия)
В 2018 году суперкомпьютер SuperMUC нового поколения был официально введен в эксплуатацию в Центре суперкомпьютеров Лейбница в Гархинге, недалеко от Мюнхена (Германия). Созданный Lenovo с использованием технологий компании и Intel, самый мощный суперкомпьютер в Европейском союзе достигает скорости обработки 19,5 петафлопс.
Новое поколение суперкомпьютера SuperMUC введено в эксплуатацию в 2018 году. Кредит: lrz
Национальная лаборатория, построенная IBM с той же архитектурой. Его недавние улучшения увеличили скорость до 18,2 петафлопс.
В отличие от своего брата, Лассен занимается несекретными исследованиями.
Лассен занимается несекретными исследованиями. Кредит: LLN
Хавьер Янес
@ yanes68
Что такое суперкомпьютеры? | ИБМ
Что такое суперкомпьютерная технология?
Суперкомпьютерная технология включает в себя суперкомпьютеры, самые быстрые компьютеры в мире. Суперкомпьютеры состоят из межсоединений, систем ввода-вывода, памяти и процессорных ядер.
В отличие от традиционных компьютеров, суперкомпьютеры используют более одного центрального процессора (ЦП). Эти ЦП сгруппированы в вычислительные узлы, включающие процессор или группу процессоров — симметричная многопроцессорная обработка (SMP) — и блок памяти. В масштабе суперкомпьютер может содержать десятки тысяч узлов. Благодаря возможностям межсоединенной связи эти узлы могут сотрудничать для решения конкретной проблемы.
Узлы также используют межсоединения для связи с системами ввода-вывода, такими как хранилище данных и сеть.
Следует отметить, что из-за энергопотребления современных суперкомпьютеров центры обработки данных нуждаются в системах охлаждения и подходящих помещениях для размещения всего этого.
Для чего используются суперкомпьютеры?
Суперкомпьютеры и ИИ
Поскольку суперкомпьютеры часто используются для запуска программ искусственного интеллекта , суперкомпьютеры стали синонимом ИИ. Это регулярное использование связано с тем, что программы ИИ требуют высокопроизводительных вычислений, которые предлагают суперкомпьютеры. Другими словами, суперкомпьютеры могут справляться с типами рабочих нагрузок, обычно необходимых для приложений ИИ.
Например, IBM создала суперкомпьютеры Summit и Sierra с учетом рабочих нагрузок, связанных с большими данными и искусственным интеллектом.
Они помогают моделировать сверхновые звезды, создавать новые материалы и исследовать рак, генетику и окружающую среду, используя технологии, доступные для всех предприятий.
Насколько быстры суперкомпьютеры?
Супервычисления измеряются в операциях с плавающей запятой в секунду (FLOPS). Петафлопс — это мера скорости обработки компьютера, равная тысяче триллионов флопов. А компьютерная система производительностью 1 петафлоп может выполнить один квадриллион (10 15 ) провал. С другой точки зрения, вычислительная мощность суперкомпьютеров может быть в миллион раз выше, чем у самого быстрого ноутбука.
Какой самый быстрый суперкомпьютер?
Согласно списку TOP500 (ссылка находится за пределами ibm.com), самым быстрым суперкомпьютером в мире является японский Fugaku со скоростью 442 петафлопс по состоянию на июнь 2021 года. на уровне 148,8 и 94,6 петафлопс соответственно.
Саммит расположен в Национальной лаборатории Ок-Ридж, объекте Министерства энергетики США в Теннесси. Sierra находится в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии.
Чтобы представить сегодняшние скорости в перспективе, когда Cray-1 был установлен в Лос-Аламосской национальной лаборатории в 1976 году, его скорость составляла около 160 мегафлопс. Один мегафлоп может выполнить один миллион (10 6 ) флопов.
Суперкомпьютер против…
Термин «суперкомпьютинг» иногда используется как синоним других типов вычислений. Но в других случаях синонимы могут сбивать с толку. Чтобы прояснить некоторые сходства и различия между типами вычислений, вот несколько общих сравнений.
Суперкомпьютеры против высокопроизводительных вычислений
В то время как суперкомпьютеры обычно относятся к процессу сложных и больших вычислений, используемых суперкомпьютерами, высокопроизводительные вычисления (HPC) — это использование нескольких суперкомпьютеров для обработки сложных и больших вычислений.
Оба термина часто используются взаимозаменяемо.
Суперкомпьютеры против параллельных вычислений
Суперкомпьютеры иногда называют параллельными компьютерами, потому что суперкомпьютеры могут использовать параллельную обработку. Параллельная обработка — это когда несколько процессоров работают над решением одного вычисления в данный момент времени. Однако сценарии высокопроизводительных вычислений также используют параллелизм без обязательного использования суперкомпьютера.
Другим исключением является то, что суперкомпьютеры могут использовать другие процессорные системы, такие как векторные процессоры, скалярные процессоры или многопоточные процессоры.
Квантовые вычисления — это вычислительная модель, которая использует законы квантовой механики для обработки данных, выполняя вычисления на основе вероятностей. Он направлен на решение сложных проблем, которые самые мощные в мире суперкомпьютеры решить не могут и никогда не смогут.
История суперкомпьютеров
Когда появились суперкомпьютеры?
Суперкомпьютеры развивались в течение многих лет с тех пор, как в 1940-х годах в Блетчли-парке была введена в эксплуатацию машина Colossus. Colossus был первым функциональным электронным цифровым компьютером, разработанным Томми Флауэрсом, телефонным инженером-исследователем Главпочтамта.
Когда впервые был изобретен суперкомпьютер?
Термин суперкомпьютер стал использоваться в начале 1960-х годов, когда IBM выпустила IBM 7030 Stretch, а Sperry Rand представила UNIVAC LARC, первые два специально разработанных суперкомпьютера, которые были более мощными, чем самые быстрые коммерческие машины, доступные в то время. События, повлиявшие на развитие суперкомпьютеров, начались в конце 1950-х годов, когда правительство США начало регулярно финансировать разработку передовых высокопроизводительных компьютерных технологий для военных приложений.
Хотя суперкомпьютеры изначально производились в ограниченных количествах для правительства, разработанная технология нашла широкое применение в промышленности и коммерции. Например, две американские компании, Control Data Corporation (CDC) и Cray Research, возглавили индустрию коммерческих суперкомпьютеров с середины XIX века.60-х до конца 1970-х. CDC 6600, разработанный Сеймуром Крэем, считается первым успешным коммерческим суперкомпьютером. Позже IBM станет лидером коммерческой отрасли с 1990-х годов по сегодняшний день.
График времени суперкомпьютеров IBM (ссылка находится за пределами ibm.com)
Связанные решения
Решения для высокопроизводительных вычислений
Решения для высокопроизводительных вычислений помогают решить самые большие мировые проблемы, борясь с раком и идентифицируя материалы нового поколения.
Решения для ИТ-инфраструктуры искусственного интеллекта
Чтобы справиться с сегодняшними проблемами и подготовиться к будущему, вам нужны решения на основе ИИ, интегрированные с вашей инфраструктурой и стратегией обработки данных.
Суперкомпьютеры с Power10
Обеспечьте будущее гибридного облака с Power10, предназначенным для повышения энергоэффективности, емкости и производительности.
Ускоренные вычислительные серверы
Устраните узкие места ввода-вывода и разделите память между графическими и центральными процессорами, что позволит быстрее получать аналитические данные и создавать более точные модели.