Техника сегодня развивается стремительными темпами, и буквально с каждым днем производительность компьютеров увеличивается. Персональный компьютер с хорошими характеристиками, купленный в конце 2012 года, уже к лету текущего года будет считаться устаревшим. А еще через некоторое время он будет просто не способен запустить ни одну новейшую компьютерную игрушку. Таким образом, возможности и производительность современных компьютеров растут в соответствии с увеличением потребностей людей.
Самыми мощными и производительными компьютерами в мире, конечно, являются суперкомпьютеры. Практически ежегодно для определения самого мощного суперкомпьютера в мире составляется список, который получил название «Топ 500». В этот список, который начал составляться еще с 1993 года, входят только самые мощные вычислительные системы.
Необходимость в создании такого списка обусловлена не только тем, чтобы определить, какой же компьютер является самым производительным на данный момент. Список создает атмосферу соревнования между разработчиками крупнейших компаний и научно-исследовательских лабораторий, стимулируя, тем самым, разработки в области высоких технологий.
Производительность самых мощных компьютеров современности оценивается в петафлопах. Один петафлоп равен мощности примерно ста тысяч новейших ноутбуков, которыми можно услать дорожку в два с половиной километра. Естественно, что подавляющее число суперкомпьютеров из списка «Топ 500» являются американскими разработками. Однако нужно отметить, что в последние годы американцев начинают серьезно теснить разработчики из Японии и Китая. Поскольку лидеры списка «Топ 500» меняются ежегодно, можно рассказать о нескольких моделях суперкомпьютеров, которые на современном этапе развития претендовали или являются самыми мощными вычислительными системами мира.
Американские суперкомпьютеры Jaguar и Roadrunner
В течение некоторого времени список «Топ 500» возглавлял американский суперкомпьютер Jaguar, имеющий производительность в 1,64 петафлопа. В частности, он был признан самым мощным компьютером 2010 года. Этот компьютер располагается в Национальной лаборатории департамента энергетики США (штат Теннесси) и осуществляет моделирование среднестатистических точек изменения климата и энергетики, а также выполняет задачи исследования структуры магмы и воды.
Jaguar построен на основе объединения 181 000 процессоров AMD, работающих на частоте чуть больше 2,25 МГц. Он имеет 362 Тб оперативной памяти и дисковую подсистему объемом 10 Пб. Подсистема ввода-вывода обеспечивает перемещение 284 Гб данных всего за одну секунду. Суперкомпьютер работает под управлением собственной операционной системы Cray Linux Environment. Благодаря огромной вычислительной мощности с помощью компьютера Jaguar ученые могут моделировать процессы формообразования на десятки тысяч лет, узнавая, тем самым, интересную информацию о прошлом нашей планеты и составляя прогнозы на будущее.
Компании IBM принадлежит мощный суперкомпьютер под названием Roadrunner, который был разработан для департамента энергетики Национальной администрации по ядерной безопасности в Лос-Аламосе, где с помощью его вычислительных возможностей планируется осуществлять контроль над всеми ядерными объектами на территории Соединенных Штатов. Суперкомпьютер Roadrunner размещается на площади равной 560 квадратных метров, а общий вес оборудования, входящего в состав вычислительной системы, составляет 23 тонны. Пиковая производительность Roadrunner достигает около 1,5 петафлопов.
Компьютер построен на основе 20 тысяч высокопроизводительных двухъядерных процессоров AMD Opteron и Cell Broadband Engine производства самой IBM. Объем оперативной памяти составляет 80 Тб. Всего за один день Roadrunner способен выполнить вычисления, которые все человечество, вооружившись калькуляторами, смогло бы решить только за сорок шесть лет. Особенностью данного суперкомпьютера является относительно низкое энергопотребление – 3,9 мегаватта или 376 миллионов операций на один ватт. По словам разработчиков, это один из лучших показателей среди всех самых мощных вычислительных машин в мире.
Китайский суперкомпьютер Tianhe-1A и японский K Computer
В оборонном научно-техническом университете китайского города Тяньцзинь в конце 2010 года был представлен суперкомпьютер Tianhe-1A (в переводе означает «Млечный путь номер один»), который по своей мощи опередил американский Jaguar. Его производительность достигает 2,57 петафлоп, что составляет более двух квадриллионов операций за секунду. В Tianhe-1A установлено 14336 6-ядерных центральных процессоров Xeon X5670, которые работают вместе с 7168 графическими процессорами NvidiaTesla M2050. Использование дополнительных графических процессоров позволило не только повысить производительность компьютера, но и сделать его более экономичным в плане энергопотребления.
На создание этого гиганта потребовалось 88 миллионов долларов, а на его ежегодное обслуживание необходимо еще 20 миллионов долларов. Однако такие затраты вполне окупаются, поскольку суперкомпьютеру Tianhe-1A, установленному в Национальном центре города Тяньзинь, поручено решать важнейшие задачи, связанные с национальными интересами в энергетике, науке, финансах и обороне.
В 2011 году звание самого мощного компьютера в мире у Tianhe-1A «украл» японский конкурент, разработанный компаний Fujitsu. Он называется K computer, причем название происходит от японской приставки «кэй», означающей «10 квадриллионов», и это отнюдь не случайно. Суперкомпьютер получил 88128 8-ядерных фирменных процессоров SPARC64 VIIIfx, которые выполнены по 45-нанометровому техпроцессу, и 1 410 048 Гб оперативной памяти. K computer стал первым компьютером в мире, чья производительность превысила отметку в 10 квадрильона вычислительных операций в секунду. Пиковая же мощность устройства составила рекордные 10,51 петафлоп.
Компьютер работает под управлением операционной системы Linux и предназначен, главным образом, для научных расчетов, например, для моделирования изменения климата в масштабах планеты. Чтобы отводить тепло от тысяч процессоров и блоков памяти в K computer используется мощное водяное охлаждение, которое также способствовало снижению потребления энергии машиной. Поэтому по уровню энергопотребления и экономичности японская разработка заметно превосходит китайскую систему Tianhe-1A или американскую Jaguar.
Рекордсмен – суперкомпьютер Cray Titan
Рекордсменом же по производительности и быстродействию в настоящее время является американский суперкомпьютер Cray Titan, расположенный в Национальной лаборатории Окриджа, ведущем вычислительном центре министерства энергетики США. Cray Titan – это, по сути, обновление предыдущего суперкомпьютера – Jaguar. Модернизация Jaguar и превращение его в Titan заняла около года и потребовала несколько десятков миллионов долларов. В суперкомпьютере используется гибридная архитектура на базе традиционных x86 процессоров AMD серии Opteron 6200 (Interlagos) и многопоточных графических ускорителей NvidiaTesla K20. В общей сумме Titan имеет 299008 ядер архитектуры x86 с рабочей частотой 2,2 – 3,2 ГГц и 50 233 344 ядер CUDA в 261 632 SMX блоках. Пиковая производительность машины достигает около 20 петафлопов, что на сегодняшний день заметно превосходит возможности других суперкомпьютеров в мире.
Вычислительные мощности Cray Titan будут задействованы для решения ряда научных и исследовательских задач в таких областях, как климатология, материаловедение, океанология, физика элементарных частиц, астрономия и ядерная энергетика. Для размещения этой уникальной машины требуется 404 квадратных метра, при этом все оборудование, входящее в состав суперкомпьютера, потребляет в среднем 8,2 МВт. В будущем предполагается дальнейшая модернизация и масштабирование CrayTitan, что позволит обеспечить производительность компьютера до 50 петафлоп.
Лидеры рейтинга самых мощных компьютеров мира постоянно меняются и, возможно, уже в этом году мы узнаем имя новой вычислительной машины, которой удалось побить прежний рекорд производительности. Впрочем, для рядового потребителя все эти петафлопы кажутся какой-то фантастикой, ведь для выполнения повседневных вычислений и расчетов нам не требуется сверхвысокая производительность компьютера. Достаточно иметь в распоряжении персональный компьютер, который обеспечит достойную производительность в современных играх.