Взяв пример с Китая, Япония приступила к разработке нового суперкомпьютера, который к моменту своего развертывания в 2020 году должен стать одним из самых быстрых в мире.

Разработка данного компьютера ведется в рамках национального проекта Flagship2020. Ее цель — «стократное увеличение производительности приложений» по сравнению с нынешним японским суперкомпьютером K Computer; в нем насчитывается 705 204 процессорных ядра, производительность составляет 10,5 PFLOPS, и он занимает в свежем мировом рейтинге Top500 третье место. Созданием нового суперкомпьютера занимаются компания Fujitsu и японский исследовательский центр RIKEN, которые разработали и K Computer.

Подробная информация о перспективном суперкомпьютере была представлена на конференции SC15 в американском Остине.

На сайте конференции сообщается, что новая машина будет базироваться на операционной системе Linux и использовать топологию 6D mesh, благодаря которой станет возможным подключение еще большего количества процессоров, объемов оперативной памяти и подсистемы хранения. Кроме того, планируется увеличить число уровней хранения.

K Computer построен на основе процессоров Fujitsu SPARC64 VIIIfx и межсоединений Tofu.

В гонку за самый быстрый суперкомпьютер в мире уже включились США, Япония и Китай. В 2011 году K Computer недолгое время успел побывать лидером рейтинга Top500. Сейчас самым быстрым суперкомпьютером в мире является китайский Tianhe-2 с пиковой производительностью 54,9 PFLOPS.

Страны, борющиеся за обладание самыми быстрыми компьютерами в мире, могут похвастаться не только своими достижениями в области технологий, но и ускоренными темпами реализации экономических, военных и научных программ.

Все лидеры суперкомпьютерной гонки анонсировали системы, претендующие занять верхние строчки рейтинга. Aurora, суперкомпьютер американского минэнерго, который должен появиться в 2019 году, будет обладать производительностью180 PFLOPS. Суперкомпьютер, чья производительность превысит 100 PLOPS, планирует представить и Китай.

А в период с 2018-го по 2020 год ожидается создание суперкомпьютеров экзамасштаба, то есть систем, способных выполнять миллион триллионов вычислительных операций в секунду.

Судя по свежей редакции списка самых мощных суперкомпьютеров мира Top500, заказчики систем начинают ориентироваться на энергоэффективность, а не на чистое быстродействие.

На верхушке рейтинга — без перемен: лидером в шестой раз подряд стал китайский Tianhe-2 мощностью 33,86 PFLOPS. Вся верхняя десятка практически не изменилась, только суперкомпьютер Trinity, недавно построенный компанией Cray для двух национальных лабораторий американского министерства энергетики, Лос-Аламосской и Сандия, сразу попал на шестое место, а еще одна машина Cray поднялась на восьмую позицию: Hazel-Hen, работающий в Штутгартском центре высокопроизводительных вычислений, теперь имеет вдвое больше процессорных ядер, чем шесть месяцев назад, когда он еще носил название Hornet и занимал 23 место.

Список Top500 выходит уже в 46-й раз; его дважды в год составляют специалисты по суперкомпьютерам из США и Германии.

В последнее время составители рейтинга отмечают, что общий рост вычислительной мощности систем в нем замедляется, и нынешний год не стал исключением.

Самые важные изменения можно увидеть, если отсортировать 500 самых быстрых суперкомпьютеров мира по энергоэффективности, измеряемой количеством операций с плавающей запятой, которое выполняется в расчете на каждый ватт израсходованной электроэнергии.

Лидер по энергоэффективности — машина двухлетней давности на 4,86 GFLOPS/Вт Tsubame-KFC/DL, построенная корпорацией NEC для Токийского технологического института, а все следующие шесть — новички рейтинга, созданные в Китае.

На втором месте — Cluster W780I, созданный компанией Sugon для Института современной физики Китайской академии наук. Его энергоэффективность — 4,78 GFLOPS/Вт. За ним следует пятерка машин на базе систем Inspur TS10000 HPC Server. Все пять используются ИТ-компаниями и интернет-провайдерами.

Семь самых энергоэффективных машин в рейтинге построены на процессорах Intel Xeon E5 и Nvidia Tesla. Ни одна не отличается предельным быстродействием — по вычислительной мощности эти системы занимают 92-е, 318-е, 456-е и с 225-го по 228-е место включительно, но все выдают больше 3,77 GFLOPS/Вт.

Энергоэффективность оценивалась только у половины машин из Top500. Средняя составляет 1,45 GFLOPS/Вт, тогда как в июле тот же показатель находился на уровне 1,35 GFLOPS/Вт.

Появление Китая среди лидеров по энергоэффективности — только один из факторов географических изменений в рейтинге. Количество систем из Соединенных Штатов в Top500 снизилось с 231 до 201, а доля Европы уменьшилась со 141 до 107. Европу обошел Китай: теперь в списке — 109 машин из этой страны, тогда как в июле их было лишь 37.

С временем проведения ежегодной конференции по суперкомпьютерам SC15, проходящей в Остине, совпала публикация очередной редакции рейтинга 500 самых мощных вычислительных систем в мире. В первой десятке — много знакомых имен, но есть и новые.

№ 10: Stampede

Stampede, построенный Dell для Техасского университета, переместился в конец десятки, но это по-прежнему чрезвычайно мощная машина, способная выполнять для ученых вычисления на скорости до 5186 TFLOPS.

№ 9: Shaheen II

Этот суперкомпьютер, используемый в Научно-технологическом университете имени короля Абдаллы в Саудовской Аравии, попадает в десятку уже во второй раз. Его 196608 процессорных ядер Intel Xeon E5 обеспечивают ему вычислительную мощность 5537 TFLOPS.

№ 8: Hazel Hen

Один из новичков, Hazel Hen — ядро центра высокопроизводительных вычислений Штутгартского университета. Германия сохранила место в горячей десятке благодаря этой системе, которая пришла на смену выбывшему из десятки суперкомпьютеру JUQUEEN.

№ 7: Piz Daint

Этот суперкомпьютер получил свое имя от одной из гор в швейцарских Альпах. Он работает со скоростью до 6271 TFLOPS благодаря в том числе 73808 графическим ядрам Nvidia Tesla, применяемым в роли ускорителей. Это самая энергоэффективная система в десятке: она выдает 2697,2 MFLOPS на каждый ватт израсходованной энергии.

№ 6: Trinity

Trinity — второй из новичков десятки, его мощность — 8100 TFLOPS. Это новый вычислительный «движок» Национальной Лос-Аламосской национальной лаборатории.

№ 5: Mira

Mira — одна из двух систем серии Blue Gene/Q, остающихся в десятке; она считает со скоростью 8596 TFLOPS. Mira принадлежит Аргоннской национальной лаборатории министерства энергетики, находящейся рядом с Чикаго.

№ 4: K Computer

Эта машина, построенная компанией Fujitsu, удерживается в первой суперкомпьютерной десятке рекордное время. При впечатляющем быстродействии 10510 TFLOPS это одна из наименее энергоэффективных систем в списке.

№ 3: Sequoia

Вторая из оставшихся в топ-10 система Blue Gene/Q. Установлена в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Ливерморе. Суперкомпьютер занимает второе место во всем списке по общему количеству процессорных ядер — их у него 1572864, а его вычислительная мощность — 17173 TFLOPS.

№ 2: Titan

Вычислительная «турбина» Окриджской национальной лаборатории. Для исследовательских проектов американского минэнерго он обеспечивает быстродействие на уровне 17590 TFLOPS.

№ 1: Tianhe-2

Победителем вот уже в шестой раз становится Tianhe-2 («Млечный Путь» по-китайски), самый большой и мощный суперкомпьютер на Земле. Его быстродействие достигает 33862 TFLOPS благодаря трем миллионам с лишним процессорных и ускорительных ядер.

В 1995 году самым популярным фильмом в США был «Бэтмен навсегда». (Вэл Килмер в роли Бэтмена, Джим Керри в роли Загадочника, Томми Ли Джонс в роли Двуликого.) Microsoft представила Windows 95. Майкл Джордан вернулся в Bulls. На Балканах полыхала война. Состоялся суд над О.Джей Симпсоном.

Конечно, было совсем другое время. Но все это не идет ни в какое сравнение с теми изменениями, которые произошли за прошедшие двадцать лет в мире суперкомпьютеров.

Сравним первые десятки рейтингов самых быстрых суперкомпьютеров в 1995-м и 2015 годах.

№ 10: 1995 – Cray T3D-MC512-8, Суперкомпьютерный центр в Питтсбурге, 50,8 GFLOPS

2015 – Vulcan, Национальная лаборатория им. Лоуренса в Ливерморе, Министерство энергетики США, 4 293 300 GFLOPS

Суперкомпьютерный центр в Питтсбурге по-прежнему действует, но ни одна из трех развернутых там систем – Sherlock, Blacklight и Anton – в новейший рейтинг Top500 не попадает. Последний раз это случилось в 2006 году, когда машина Big Ben разместилась на 256-й строчке. В 2001 году установленный в центре суперкомпьютер AlphaServer SC45, обладающий производительностью 7266 GFLOPS, занял второе место.

№ 9: 1995 – Cray T3D-MC512-8, Национальная лаборатория в Лос-Аламосе, 50,8 GFLOPS

2015 – JUQUEEN, Юлихский исследовательский центр в Германии, 5 008 900 GFLOPS

Да, одна и та же машина попала в рейтинг дважды. Это показывает, что суперкомпьютеры зачастую представляют собой не уникальные системы, сделанные на заказ и заполняющие гигантские помещения, а обычную продукцию, приобретаемую, скажем, у Cray или Intel. Суперкомпьютер JUQUEEN обладает в 98 600 раз более высокой вычислительной мощностью по сравнению со старой моделью T3D-MC512-8, оснащенной 512 ядрами и занимавшей пару больших шкафов.

№ 8: 1995 – Thinking Machines CM-5/896, Суперкомпьютерный центр в Миннесоте, 52,3 GFLOPS

2015 – Stampede, Texas Advanced Computing Center, 5 168 100 GFLOPS

Компания Thinking Machines была одним из первых производителей суперкомпьютеров, базировавшихся в районе Бостона. Впрочем, к моменту публикации рейтинга Top 500 в июне 1995 года она уже обанкротилась. В конечном итоге, большую часть ее активов в 1996 году выкупила Sun Microsystems. Факультет высокопроизводительных вычислений университета Миннесоты теперь носит название Minnesota Supercomputing Institute, а его новая система Mesabi, обладающая производительностью в 4,74 TFLOPS, занимает 141-е место в новейшем рейтинге.

№ 7: 1995 – Fujitsu VPP500/42, Японский институт исследования атомной энергии, 54,5 GFLOPS

2015 – Shaheen II, Научно-технологический университет им. короля Абдаллы, 5 537 000 GFLOPS

Компания Fujitsu постоянно пребывает в рейтинге Top 500 с момента первой его публикации в 1993 году, и рейтинг 1995 года не стал в этом смысле исключением. В ведущей десятке оказалось три суперкомпьютера Fujitsu. Японский институт исследования атомной энергии выпал из рейтинга еще в 2008 году, но, возможно, вскоре он вернется туда вновь. Недавно появилось сообщение о подписании соглашения о приобретении системы Silicon Graphics ICE X с теоретической максимальной производительностью в 2,4 PFLOPS. Правда, в последнем рейтинге с такой производительностью он не вошел бы даже в число 25 лучших.

№6: 1995 – Thinking Machines CM-5/1056, Национальная лаборатория в Лос-Аламосе, Министерство энергетики США, 59,7 GFLOPS

2015 – Piz Daint, Национальный суперкомпьютерный центр Швейцарии, 6 217 000 GFLOPS

Разница в производительности между двумя этими компьютерами превысила рекордные 100 тыс. раз. Отличительной чертой систем, возглавлявших рейтинг в 1995 году, стало относительно небольшое по сравнению с сегодняшним днем количество ядер. У модели CM-5, которая в 1995 году заняла шестое место, насчитывается 1056 ядер, а у компьютера Fujitsu, разместившегося на пятой строчке, их и вовсе только 42. Производительность в пересчете на ядро тоже отличается на несколько порядков, но наиболее существенный прирост объясняется все же заметным увеличением количества ядер – ни у одной из систем, представленных в рейтинге 2015 года, их число с учетом ускорителей не опускается ниже 189 792.

№ 5: 1995 – Fujitsu VPP500/80, Японская национальная лаборатория физики высоких энергий, 98,9 GFLOPS

2015 – Mira, Национальная лаборатория в Аргонне, Министерство энергетики США, 8 586 600 GFLOPS

По сравнению с 80-ядерным компьютером Fujitsu, почти достигшим отметки в 100 GFLOPS, производительность выросла в 87 тыс. раз. Модель VPP500/80 оставалась в рейтинге до 1999 года, не опускаясь при этом ниже 90-й позиции.

№ 4: 1995 – Cray T3D MC1024-8, вычислительный центр правительства США, 100,5 GFLOPS

2015 – Fujitsu K Computer, Институт современной вычислительной техники RIKEN, 10 510 000 GFLOPS

Система T3D MC1024-8, размещенная в правительственном центре, местонахождение которого не раскрывалось (впрочем, почти наверняка он не имел отношения к Агентству национальной безопасности США), стала первой из перешагнувших в 1995 году рубеж в 100 GFLOPS. В списке Top500 она оставалась до 2001 года. Солидный результат, и компьютер Fujitsu K, четвертый год входящий в перечень пяти лучших, имеет все шансы повторить его.

№ 3: 1995 – Intel XP/S-MP 150, Национальная лаборатория в Окридже, Министерство энергетики США,127,1 GFLOPS

2015 – Sequoia, Национальная лаборатория им. Лоуренса в Ливерморе, Министерство энергетики США, 17 173 200 GFLOPS

Системы министерства энергетики США всегда занимали не одну верхнюю строчку Top 500, и с этой точки зрения за прошедшие 20 лет ничего не изменилось. И в 1995-м, и в 2015 году в первой десятке присутствуют по четыре его представителя. Система XP/S-MP 150 имела в три раза больше ядер, чем любой из ее конкурентов за единственным исключением. У нее их насчитывалось 3072.

№ 2: 1995 – Intel XP/S140, Национальная лаборатория Сандия, Министерство энергетики США, 143,4 GFLOPS

2015 – Titan, Национальная лаборатория в Окридже, Министерство энергетики США, 17 590 000 GFLOPS

Лидером же по числу процессорных ядер в 1995 году стала еще одна система Intel. Их у нее было 3608. По этому показателю она намного опережала своих современников.

№ 1: 1995 – Fujitsu Numerical Wind Tunnel, Национальная аэрокосмическая лаборатория Японии, 170 GFLOPS

2015 – Tianhe-2, Национальный суперкомпьютерный центр Китая, 33 862 700 GFLOPS

Система Numerical Wind Tunnel, как следует из ее названия, использовалась для моделирования движения воздушных потоков в аэрокосмических исследованиях. Точнее говоря, речь шла об испытаниях в классической аэродинамической трубе и определении устойчивости корпуса летательного аппарата в условиях воздействия на него различных сил. Но лидер 2015 года, китайский суперкомпьютер Tianhe-2, по производительности опережает ее почти в 200 тыс. раз.

Президент США Барак Обама подписал распоряжение об учреждении Национальной стратегической компьютерной инициативы (NSCI) – проекта по созданию высокопроизводительных вычислительных систем, работать над которым в рамках единой стратегии будут вместе госструктуры, научное сообщество и частный сектор.

Согласно распоряжению, ключевой задачей NSCI является ускорение создания «эффективной экзаскалярной вычислительной системы, которая обеспечивала бы приложениям, применяемым для всевозможных государственных нужд, быстродействие в сто раз выше, чем у нынешних систем на 10 PFLOPS». При этом будет использоваться глобальный подход, подразумевающий вовлечение всех правительственных структур, имеющих специальные знания и интересы в области высокопроизводительных вычислений.

Сейчас в гонке суперкомпьютеров уже больше двух лет лидирует Китай с системой Tianhe-2, разработанной в государственном Оборонном научно-техническом университете. По тесту Linpack максимальная производительность Tianhe-2 составила 33,86 PFLOPS, что превышает быстродействие самой быстрой американской системы — суперкомпьютера Cray XK7 Titan министерства энергетики — почти в два раза. Согласно свежему выпуску рейтинга суперкомпьютеров Top500, мощность Cray XK7 Titan — 17,59 PFLOPS.

Соединенным Штатам по-прежнему принадлежит самое большое число суперкомпьютеров из перечня Top500 — 233, хотя по сравнению с ноябрем 2013 года результат уменьшился на 32 машины.

Судя по всему, руководство страны намерено исправить ситуацию. В президентском распоряжении подчеркивается, что «для получения максимума преимуществ высокопроизводительных вычислений в ближайшие десятилетия понадобятся эффективные действия со стороны государства, обусловленные повышением требований к производительности компьютеров, появлением новых технологических перспектив, а также укреплением экономических связей и усилением соперничества с другими странами».

Еще одна задача NSCI — планирование траектории развития суперкомпьютеров на ближайшие 15 лет, которая была бы действенной в том числе в «постмуровскую» эру, после достижения границ возможностей нынешних полупроводниковых технологий.

Головными учреждениями NSCI станут министерства энергетики и обороны, а также Национальный научный фонд; у каждого из них будут свои задачи. Министерства будут сотрудничать с Агентством передовых исследований в сфере разведки (IARPA) и Национальным институтом стандартов и технологий (NIST), которым в директиве отведена ведущая роль по научным разработкам. IARPA будет заниматься альтернативами традиционных полупроводниковых технологий, а NIST — направлять исследования в области метрологии.

Обама также перечислил ключевые госструктуры, которым необходимы суперкомпьютеры, — эти агентства смогут участвовать в проектировании архитектуры систем и их программного обеспечения, выдвигая свои конкретные требования к ним. Это прежде всего НАСА, ФБР, Национальный институт здравоохраненния, министерство внутренней безопасности и Национальное управление океанических и атмосферных исследований.

Исполнительный совет NSCI, сопредседателями которого станут директор управления по вопросам научно-технической политики и директор административно-бюджетного управления, должен в течение трех месяцев с момента подписания распоряжения представить план осуществления инициативы.

Конкретного графика работ по созданию суперкомпьютеров Обама не привел. В министерстве энергетики сообщали о планах по разработке и строительству экзаскалярных компьютерных систем к 2023-2024 году — их усредненная производительность должна быть на два порядка больше, чем у нынешних. В прошлом году специальный комитет министерства объявил, что в предстоящие десять лет на создание экзаскалярной системы понадобятся дополнительные 3 млрд долл.

Сразу после публикации последнего рейтинга Top 500, в котором представлены самые быстрые в мире суперкомпьютеры, IBM и Nvidia анонсировали создание двух новых суперкомпьютерных центров компетенции, где будут разрабатываться системы следующего поколения.

Новые центры, создаваемые в соответствии с условиями контракта с министерством энергетики США, будут размещаться в Национальной лаборатории им.Лоуренса в Ливерморе и Национальной лаборатории в Окридже. Их главной задачей станет разработка суперкомпьютерных систем Summit и Sierra, появление которых ожидается в 2017 году. Суперкомпьютер Summit будет установлен в Окридже, а Sierra будет располагаться в Лаборатории им.Лоуренса в Ливерморе. Ввод обоих систем в эксплуатацию запланирован на 2018 год.

Соответствующее объявление прозвучало на Международной суперкомпьютерной конференции во Франкфурте.

«Безусловно, создавая новые суперкомпьютеры, США делают очередной шаг вперед, – отметил вице-президент IDC по исследованиям в области высокопроизводительных вычислений Стив Конвей. – Речь идет о выходе на рубеж экзамасштаба».

Благодаря интеграции самых современных процессоров IBM Power с графическими процессорами Nvidia Tesla и высокоскоростной шиной Nvidia NVLink, суперкомпьютеры Summit и Sierra смогут минимизировать задержки, связанные с передачей и прохождением данных. А это в свою очередь поможет решить целый ряд других проблем и одновременно добиться сокращения энергопотребления.

Новые системы планируется проектировать в рамках концепции OpenPOWER, открывающей путь к совместному использованию инноваций и обмену передовым опытом с другими членами объединения OpenPOWER Foundation.

Новые машины будут применяться при проведении научных исследований в области энергетики, изучения климата, космологии, биофизики, астрофизики и медицины, а также в сфере ядерной безопасности и в других проектах, связанных с обеспечением национальной безопасности США.

Ожидается, что первые прототипы суперкомпьютеров станут доступны разработчикам систем и приложений уже в нынешнем году.

«Третье поколение суперкомпьютеров также будет разрабатываться специалистами Cray и Intel, – указал Конвей. – Система третьего поколения, развернутая в Аргоннской национальной лаборатории, обещает стать еще масштабнее, чем Summit и Sierra. В последние годы руководители государства поняли, что суперкомпьютеры имеют очень важное значение не только для науки, но и для экономики и промышленности. И эта тенденция прослеживается во всем мире. Обсуждение Больших Данных затрагивает и область высокопроизводительных вычислений, тем самым еще более повышая роль суперкомпьютеров. Если в начале 90-х годов рынок высокопроизводительных вычислений оценивался в 2 млрд долл., то в прошлом году оборот здесь достиг уже 21 млрд долл. Сегодня крупные компании проявляют к нему нескрываемый интерес, особенно в условиях замедления темпов роста рынка корпоративных серверов. Стоимость современных суперкомпьютеров может достигать 550 млн долл. В настоящее время в мире ежегодно продается более 100 тыс. суперкомпьютерных систем, но цена большинства из них благодаря использованию широко тиражируемых технологий не превышает 100 тыс. долл. Все привыкли сравнивать их с мощными гоночными болидами, изготовленными по индивидуальному заказу, но на практике они похожи скорее на семейные седаны, построенные на базе общедоступных технологий Nvidia и Intel. Отрадно, что благодаря использованию широко распространенных технологий работы, выполняемые на действительно больших суперкомпьютерах, станут доступны и пользователям менее мощных систем».

«Несмотря на то что китайский суперкомпьютер занимает верхнюю строчку в рейтинге Top 500, США продолжают сохранять лидерство в этой области, – отметил профессор Высшей школы информатики и вычислительной техники при Техническом университете штата Джорджия Дэвид Бейдер. – Ведущая китайская система Tianhe-2 содержит более 3 млн процессорных ядер, и все они изготовлены компанией Intel. Технологии, применяемые во многих или даже в большинстве самых быстрых машин мира, разработаны американскими компаниями, в том числе IBM, Cray, AMD и Nvidia».

Бейдер является одним из составителей другого рейтинга высокопроизводительных вычислительных систем, Graph 500, который дополняет Top 500 и ориентирован в первую очередь на приложения интенсивной обработки данных. В последней версии Graph 500 первую строчку занимает компьютер K, установленный в японском институте современной вычислительной техники RIKEN. На втором месте находится суперкомпьютер IBM Sequoia, развернутый в Лаборатории им.Лоуренса в Ливерморе. Система IBM Blue Gene/Q, Mira, из Аргоннской национальной лаборатории удерживает за собой третью позицию.

В первой десятке рейтинга Graph 100 присутствуют сразу несколько систем IBM.

«Все лидеры выглядят весьма впечатляюще, – подчеркнул Бейдер. – Но с точки зрения новой аналитической обработки в нашем списке доминирует IBM Blue Gene/Q».

Китайский суперкомпьютер по-прежнему остается самым быстрым из известных в мире компьютеров. А США в последней редакции рейтинга суперкомпьютеров Top500 близки к тому, чтобы продемонстрировать самый низкий в истории составления этого рейтинга результат.

Компьютер Tianhe-2, находящийся в Национальном суперкомпьютерном центре в Гуанчжоу, попал на вершину списка более двух лет тому назад. Его максимальная производительность составляет 33,863 TFLOPS и почти в два раза превышает показатели суперкомпьютера министерства энергетики США Cray Titan, развернутого в Национальной лаборатории в Окридже.

На третьем месте расположился компьютер IBM Sequoia из Национальной лаборатории им.Лоуренса в Ливерморе, а на четвертом – Fujitsu K японского института Advanced Institute for Computational Science. Единственной новой машиной, которой удалось потеснить соперников и попасть в первую десятку, стала модель Shaheen II, размещенная в научно-технологическом университете им. короля Абдаллы в Саудовской Аравии. Она занимает седьмое место.

Рейтинг Top 500, публикации которого происходят дважды в год и совпадают по времени с суперкомпьютерными конференциями, рассматривается как индикатор состояния разработок и инвестиций в области высокопроизводительных вычислений во всем мире. Кроме того, он позволяет понять, какие технологии пользуются популярностью у организаций, создающих такие машины. Участие в этом мероприятии добровольное. Вполне возможно, что в мире существует несколько секретных суперкомпьютеров, не нашедших отражения в рейтинге.

США, на долю которых приходится 231 машина из списка Top500, сохранили за собой лидерство по количеству суперкомпьютеров, но уже сейчас их результаты близки к минимальному показателю, зафиксированному в середине 2002 года. Тогда в рейтинге присутствовали 226 американских суперкомпьютеров. Со временем важное место в рейтинге стало отводиться Китаю. В прошлом году в списке Top500 насчитывалось 76 китайских суперкомпьютеров, но в последней редакции их число сократилось до 37.

Изменений в верхней части списка произошло немного, но совокупная вычислительная мощность 500 представленных в рейтинге компьютеров продолжает увеличиваться, хотя и не столь высокими темпами, как раньше. В нынешней версии она составляет 361 PFLOPS, что на 31% превышает прошлогодний результат.

Десятка лидеров отражает и рост популярности графических процессоров. Две машины используют процессоры Nvidia K20x. Это занимающая второе место модель Cray Titan и находящаяся на шестом месте Cray Piz Daint, установленная в Швейцарском национальном суперкомпьютерном центре.

Наиболее популярными продолжают оставаться процессоры Intel Xeon E5. Три поколения этих чипов (SandyBridge, IvyBridge и Haswell) установлены в 80% систем и на них приходится 67% общей производительности.

Рейтинг Top500 составлен специалистами по суперкомпьютерам из университета Мангейма в Германии, а также из университета штата Теннесси и Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли министерства энергетики США.

Какое, казалось бы, отношение политика имеет к суперкомпьютерам? Но дело в том, что компьютерные системы становятся все более сложными и дорогостоящими, и борьба за необходимое для их создания финансирование обещает развернуться совсем нешуточная, а конгресс совершенно не стесняется урезать расходы на научные исследования.

Поэтому политические реалии не могут не тревожить суперкомпьютерное сообщество. На состоявшейся в ноябре крупной суперкомпьютерной конференции SC14 речь шла о том, что исследователи должны учиться пропагандировать преимущества суперкомпьютеров среди все более широкой аудитории.

Темой конференции стала актуальность высокопроизводительных вычислений.

Финансирование работ по созданию суперкомпьютеров в США находится на подъеме под давлением конкурентов из Европы, Японии и Китая, которому принадлежит самый быстрый на сегодняшний день суперкомпьютер в мире. Министерство энергетики США анонсировало закупку у IBM за 325 млн долл. двух систем производительностью 150 PFLOPS. Планируется, что производительность одной из систем будет доведена до 300 PFLOPS.

По словам вице-президента IBM по вычислительным технологиям Дэйва Турека, архитектура этих систем позволяет увеличить их производительность до 500 PFLOPS, или половины экзафлопса (EFLOPS).

1 EFLOPS равен квинтильону (единице с 18 нулями) вычислительных операций в секунду. Это очередная масштабная цель в суперкомпьютерной области, но прежде системе IBM, построенной в США в 2008 году, предстоит достичь производительности в 1 PFOLPS, или 1000 TFLOPS; 1 PFLOPS равен квадрильону (единице с 15 нулями) вычислительных операций в секунду.

«В 2023 году мы должны прийти к системе экзамасштаба, – указал Уильям Хэррод, возглавляющий научно-исследовательское подразделение, которое занимается реализацией программы Advanced Scientific Computing Research Министерства энергетики США. – Соединенные Штаты уже потратили на системы следующего поколения почти 300 млн долл., но этого явно недостаточно».

Для того чтобы проект уложился в отведенные сроки, конгресс должен утвердить дополнительное финансирование. В настоящее время там относятся к этому вполне лояльно, но делать далеко идущие прогнозы Хэррод поостерегся.

Разработчикам систем экзамасштаба нужно преодолеть массу технических трудностей. Сюда относятся организация программного параллелизма при использовании сотен тысяч процессорных ядер, обеспечение устойчивой работы системы при возникновении аппаратных сбоев и доведение эффективности энергопотребления до приемлемого уровня.

Эффективность энергопотребления привлекает особое внимание. Каждый мегаватт потребляемой мощности ежегодно обходится примерно в миллион долларов. Ожидается, что мощность систем министерства энергетики производительностью 150 PFLOPS, ввод в действие которых планируется в 2017 году, составит около 10 МВт.

Как признают исследователи, задачи построения систем экзамасштаба приходится решать в условиях жесткой конкуренции между странами, но при этом нужно понимать: разработка программного стека таких систем настолько сложна, что международная кооперация просто необходима.

И если Европа придерживается примерно того же графика, что и США, то Япония объявила о намерении построить систему экзамасштаба к 2020 году. Правда, заместитель директора отделения вычислительной техники института RIKEN Акинори Йонезава указал в интервью, что на самом деле к 2020 году поставлена цель построить систему производительностью от 200 до 600 PFLOPS. Об экзафлопсе речи пока не идет.

В октябре RIKEN поручил компании Fujitsu разработать базовую архитектуру системы.

В 2008 году первую в США систему петамасштаба представила корпорация IBM. И если считать, что закон Мура по-прежнему применим к области высокопроизводительных вычислений, то систему производительностью в 1 EFLOPS следовало бы ожидать в США в 2018 году. Однако уже давно ясно: технические трудности настолько велики, что разработчики не сумеют уложиться в эти сроки.

«Для построения системы экзамасштаба нам необходимо объединить несметное количество процессоров, – пояснил Турек. – Вопрос заключается в том, что именно будет работать на всем этом великолепии и для решения каких задач предназначена система».

Сегодня для измерения производительности суперкомпьютеров, входящих в список Top500, используется эталонный тест Linpack. Но для систем экзамасштаба, по словам Турека, нужен другой критерий, определяющий производительность приложений. Первостепенное значение имеет то, какой вклад вносит компьютерная система в совершенствование окружающего нас мира.

Системы IBM, создаваемые по заказу Министерства энергетики США, должны стать важным шагом на пути к построению суперкомпьютеров экзамасштаба. «Они помогут нам уменьшить риски, – пояснил Турек. – Понятно ведь, что для достижения поставленной цели нам нужно еще очень многому научиться и внедрить очень много инноваций».

В свежей редакции, вышедшей в понедельник, первое места снова заняла система Tianhe-2 Китайского национального университета оборонных технологий, остающаяся лидером уже четыре выпуска подряд.

При этом мощность суперкомпьютера по сравнению с июнем 2013 года, когда он впервые занял верхнюю строчку, не изменилась: это 33,86 PFLOPS — 33,86*1015 операций с плавающей запятой в секунду.

В десятке лидеров Top500 на этот раз всего один новичок — система, построенная компанией Cray для неназванного американского правительственного агентства. Ее мощность — 3,57 PFLOPS.

Составители Top500 — специалисты Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли, Университета Теннесси и компании Prometheus, организатора International Supercomputing Conference, пока не высказали предположений о том, почему рост быстродействия суперкомпьютеров замедляется, по крайней мере судя по показателям Top500. Обнародовать анализ обещано в ближайшее время на конференции SC14.

В числе возможных факторов — снижение объема финансирования исследований государством и появление облачных сервисов суперкомпьютерного масштаба вроде предоставляемых Amazon и Microsoft, для которых не требуются большие начальные капиталовложения, необходимые для локальной установки большой машины.

Составители рейтинга признают, что в связи с охлаждением конкурентной борьбы в верхних строчках рейтинга замедляется его развитие в целом. Обычно самые быстрые машины из перечня в очередных выпусках постепенно перемещаются вниз, а их место занимают более быстрые. Соответственно, совокупная вычислительная мощность систем исторически росла. Но теперь этот рост, похоже, замедляется. Между 1994 и 2008 годом ежегодное приращение составляло 90%, а в последние пять лет уменьшилось до 55%.

Общее быстродействие всех 500 систем в новом выпуске — 309 PFLOPS, тогда как в июне аналогичный показатель составлял 274 PFLOPS, а год назад — 250 PFLOPS.

В предстоящие годы ситуацию может встряхнуть американское минэнерго, финансирующее разработку суперомпьютеров для научных исследований. У минэнерго есть план по созданию компьютера на 300 PFLOPS, который планируется ввести в действие в 2017 году, если Конгресс выделит необходимые средства.

У Соединенных Штатов по-прежнему больше всех систем в рейтинге, но сейчас их количество уменьшилось до исторического минимума — 231, это на две меньше, чем в июне, и на 32 — чем год назад. Число азиатских суперкомпьтеров снизилось с июньских 132 до 120. Результат Европы, между тем, вырос со 116 до 130.

Среди поставщиков преобладает HP — она сконструировала 179 систем из Top500. На втором месте IBM — 153 суперкомпьютера, а на третьем Cray — ее машин в списке 62.