​Опубликован новый рейтинг Top500 самых мощных суперкомпьютеров мира. На этот раз американская машина взяла первое место, подвинув китайского "коллегу". Компания IBM запустила самый мощный суперкомпьютер Summit, который был создан по заказу Национальной лаборатории Ок-Ридж Министерства энергетики США. Производительность его системы оценивалась в 200 петафлопс (200 квадриллионов операций в секунду).

Пока Китай и США борются за "медали", российские машины довольствуются лишь местом в восьмом десятке. Илья Плеханов рассказывает о вычислительной гонке и о новых возможностях крупнейших стран мира с их мощными машинами.  

После стандартного теста Linpack, который фиксирует рабочую производительность суперкомпьютера, реальный показатель американского Summit составил 122,3 петафлопс, а производительность бывшего чемпиона, китайского Sunway TaihuLight - 93 петафлопс. Так СШA вернули себе пальму первенства в самых производительных суперкомпьютерах, которую уступили Китаю в 2013 году.

Новый американский Summit состоит из 4 608 двухпроцессорных серверов IBM AC922 на базе 22-ядерных процессоров IBM Power9, в каждом из которых работает 6 графических процессоров NVIDIA Tesla V100. Для внутренних соединений используется сеть Mellanox dual-rail EDR InfiniBand с пропускной способностью 200 Гбит/с на каждый сервер. Суперкомпьютер работает под управлением операционной системы Red Hat Enterprise Linux 7.4. Издание MIT Technology Review сообщает, что Summit весит больше, чем пассажирский авиалайнер, и занимает помещение площадью в 2 теннисных корта.

Еще до окончательного завершения создания системы исследователи запустили вычисления по сравнению геномов, в ходе которых зафиксировали производительность Summit в 1,88 эксафлопс. По словам Томаса Захарии, директора Национальной лаборатории Ок-Ридж, это первый случай в истории, когда был преодолен барьер в 1 эксафлопс. Зимой Китай грозился к концу этого года запустить компьютер с производительностью в 1 эксафлопс, то есть квинтильон (10 в 18-й степени) операций в секунду, а в США ранее было выделено $258 млн на создание суперкомпьютера с производительностью более 1 эксафлопс к 2021 году. Разработку, как было заявлено в 2017 году, ведут шесть американских компаний — Hewlett-Packard, IBM, Intel, NVIDIA, Cray и AMD.

Символ мощи страны

Появление очередного суперкомпьютера — это своего рода престижная веха и показатель того, что может страна, есть ли у нее ресурсы и умение, бюджет от сотен миллионов долларов до свыше миллиарда на создание суперкомпьютера, есть ли энергетические мощности для питания, инженерные решения для отвода тепла, есть ли свои процессоры, квалифицированные кадры и так далее. Министр энергетики США Рик Перри так прокомментировал появление Summit:

Именно вопрос национальной безопасности можно считать ключевым, так как в США в крайней мере обеспокоены намерением Китая стать лидером в области искусственного интеллекта. Это ведь означает применение ИИ и в военной сфере.

Ушедший на второе место китайский Sunway TaihuLight был прорывом для Китая в создании собственной вычислительной и элементной базы. Процессоры Sunway TaihuLight базируются на архитектуре локальной ShenWei, созданной в государственном Шанхайском центре разработки высокопроизводительных интегральных схем (Shanghai High Performance IC Design Center). Система межпроцессорного соединения узлов, известная под названием Sunway Network, также была разработана в Китае. Кроме того, Sunway TaihuLight имеет собственную реализацию программного стандарта для параллельного программирования — операционную систему SunWay Raise OS 2.0.5 на базе Linux. То есть Китай смог преодолеть зависимость от американских элементов и введенные ограничения на поставки высокотехнологичной продукции с 2015 года.

В России в 2009 году в МГУ установили суперкомпьютер "Ломоносов", который содержит 6 654 вычислительных узла, более 94 000 процессорных ядер, обладает пиковой производительностью 1,37 Пфлопс. Реальная производительность системы на тесте Linpack равна 674 Тфлопс, что позволило ему занять в июне 2011 года 13–е место в списке Top500 самых производительных компьютеров мира.

В марте 2018 года в МГУ объявили, что закончена разработка и началась опытная эксплуатация нового раздела суперкомпьютера "Ломоносов-2" с пиковой производительностью 1,8 Пфлопс, что в будущем позволит ему подойти вплотную к рубежу в 5 Пфлопс. Новый раздел суперкомпьютера базируется на многоядерных процессорах Intel Skylake и графических процессорах NVidia Pascal P100 с аппаратной поддержкой высокоскоростного интерфейса NVLink.

В марте сотрудники Объединенного института ядерных исследований в подмосковном городе Дубна представили новый суперкомпьютер "Говорун", который будет использоваться для обработки данных, получаемых с будущего коллайдера тяжелых ионов NICA. Производительность "Говоруна" составляет 1 петафлопс. Суперкомпьютер построен на базе 72-ядерных процессоров Intel Xeon Phi 7290 и Intel Xeon Gold 6154.

Суперкомпьютеры в России появляются, но не такой производительности, чтобы попадать в рейтинг Top500. В январе этого года исполняющий тогда обязанности руководителя ЦКП "Сибирский Суперкомпьютерный Центр" ИВМиМГ СО РАН Игорь Черных заявил:

По мнению директора по корпоративным коммуникациям группы компаний РСК Олега Горбачева, ситуация могла бы исправить национальная программа: Для развития производства нам как раз и нужна национальная программа. США и Китай львиную долю этих систем в рейтинге имеют именно потому, что у них есть национальная программа, потому что есть государственное понимание, что это нужно, и все это расписано в программах и подкреплено в бюджетах.

Задачи суперкомпьютера

Суперкомпьютер нужен для того, чтобы работать с огромным количеством данных и переменных - с информацией, измеряемой в эксабайтах (10 в 18-й степени байт), и в иоттабайтах (10 в 24-й степени байт). И дело не только в объемах, но и в скорости. Например, вычисления метеорологических условий окажутся бессмысленны, если будут длиться дольше, чем наступление того или иного погодного явления.

Другой вопрос, что трудности возникают не столько с количеством операций в секунду, а с проработкой тех алгоритмов, которые требуют таких скоростей и такого количества процессоров. То есть технические возможности совершенствуются, но им нужны и математические модели, программная начинка — понимание, как и что именно считать.

Доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник ИПМ им. М.В. Келдыша Андрей Кулешов объясняет, в чем специфика использования суперкомпьютерной техники:

Разработанное для маломощных машин и эффективно на них функционирующее программное обеспечение совершенно не годится для суперкомпьютеров, особенно гибридных архитектур, где вместе с обычными процессорами используются, например, графические ускорители. Без создания специальных алгоритмов, которые предназначены для работы на этих вычислительных архитектурах, возможности суперкомпьютеров реализовать не удастся.

Поэтому российские ученые считают, что отставание России от США и Китая в петафлопсах не так страшно. Ключ к эффективному использованию машин - высокий математический уровень и класс специалистов в области программного обеспечения в России.

Что делают сейчас

Например, испанский суперкомпьютер MareNostrum (так называли Средиземное море древние римляне-язычники) находится в помещении бывшей христианской часовни Торре Жирона и используется для вычислений генной инженерии, астрофизиками, при создании новых лекарств и прогнозировании погоды.

Но не все зациклено только на масштабных научных изысканиях. Бизнес также активно применяет суперкомпьютеры. Например, компания Ford использует мощные машины при выполнении crash-тестов, когда автомобили разбиваются о препятствие и необходимо снимать, замерять и анализировать массу параметров. Использование суперкомпьютера позволяет сокращать количество разбиваемых реальных автомобилей и затраты на тесты на треть, экономя миллионы долларов.

Компания DuPont при помощи суперкомпьютеров синтезировала новый материал - невоспламеняемый, стойкий к коррозии и низкотоксичный. За одну неделю были проведены необходимые расчеты на суперкомпьютере, на которые в общеq сложности потратили около $5 тысяч. Исследование "по старинке" обошлось бы как минимум в $50 тысяч и в три месяца работы.

С 1990 года партнер турнира "Уимблдон" в области технологий - американская компания IBM, которая предоставляет организаторам первенства суперкомпьютер Watson. С его помощью анализируют социальные сети, чтобы выявлять позитивные и негативные настроения болельщиков, выдавать комментаторам любые сравнительные данные из архивов, автоматизировать маркетинг и PR в интернете.

Французская компания Total при нефтеразведке применяет суперкомпьютер для анализа информации о недрах. Моделирование позволяет не прибегать к бурению, когда есть сомнения в наличии нефти. В одном таком случае отказ от бурения сэкономил компании около $80 млн.

Что касается нового американского суперкомпьютера, некоторые проекты получат доступ к нему уже в этом году для моделирования субатомного поведения материалов, выявления факторов, вызывающих онкологические заболевания, и изучения взаимодействия белков и клеточных систем. Основным заказчиком в 2019 году будет министерство энергетики, которое использует его для своих вычислений в области альтернативной энергии. Summit будет также использоваться в применении искусственного интеллекта в 2019 году.

С помощью российского суперкомпьютера группа мехмата МГУ и Институт прикладной математики РАН получили результаты по численному моделированию формирования и развития концевых вихрей на сверхзвуковых режимах, обрабатывались сейсмические данные, для нужд РКК "Энергия" были проведены расчеты обтекания космического корабля при торможении в атмосфере и посадки на поверхность Земли. На "Ломоносове" также была решена задача о массотеплообмене для перспективного ядерного реактора. В апреле ученые физического факультета МГУ исследовали разные типы реакций полимеризации с помощью компьютерного моделирования на суперкомпьютере "Ломоносов-2".

Весной этого года стало известно, что "Росатом" и "Роскосмос" начинают испытывать в виртуальной реальности в рамках моделирования на суперкомпьютере двигатели для новой российской сверхтяжелой ракеты. Проект начался еще в 2014 году и обошелся почти в 270 млн рублей. 30 января 2018 года подписан акт о приемке работ по разработке софта для виртуальных тестов.

Что могут в будущем

Вариантов много. Суперкомпьютеры могут быть использованы для увеличения точности метеопрогнозов, диагнозов, для выявлении связи между генами и раковыми заболеваниями, для моделирования турбулентности, процессов горения, для разработки новых материалов, новых лекарств, для моделирования работы новой техники, расчета деформаций твердых тел с учетом процессов разрушения, контроля над дронами, моделирования применения современных вооружений, для анализа данных от спутников и беспилотников, криптографии, моделирования воздействия электромагнитного излучения на композиционные материалы (в частности, на покрытия летательных аппаратов), моделирования работы мозга и так далее.

Суперкомпьютеры также будут задействованы при профилировании личности и внедрении систем распознавания лиц, мониторинге активности и социального рейтинга в Китае. По некоторым прогнозам, суперкомпьютеры смогут точно смоделировать погодную систему Земли целиком после достижения ими производительности, превышающей 1 зетафлопс (1000 эксафлопс). Появление таких машин ожидают к 2030 г.

Кто имеет доступ

Важна не только производительность лучшего суперкомпьютера, но и общее количество машин в стране и их доступность. Чем больше вычислительных центров, чем больше организаций и институтов могут получить доступ к ним, тем больший спектр задач может быть решен.

В России возможностями только одного суперкомпьютерного комплекса Московского университета сегодня пользуются 2 500 специалистов из 20 подразделений МГУ, более 100 институтов Российский академии наук, более 100 университетов России.

Согласно данным проекта Top500, страной с наибольшим числом сверхмощных вычислительных машин на июнь этого года является Китай: ему принадлежит 206 суперкомпьютеров из рейтинга (шесть месяцев назад была 201 система). В то же время США сократили свою долю в рейтинге со 143 систем до 124. Но можно отметить, что по совокупной производительности всех систем в стране США на этот раз обогнали Китай. Американская общая производительность составляет 38,2% от всей производительности Top500, а китайская — 29,1%.

После Китая и США по количеству суперкомпьютеров в рейтинге идут Япония (36 систем), Великобритания (22 системы), Германия (21 система), Франция (18 систем).

У России четыре суперкомпьютера в рейтинге - на один больше, чем в предыдущем списке шесть месяцев назад. "Ломоносов-2" занял 72-е место, компьютер в Росгидромете - 172-е, "Ломоносов" - 326-ю позицию, суперкомпьютер в Курчатовском институте - 458-ю строчку рейтинга.

Что дальше?

А дальше передовые страны будут работать над преодолением физических ограничений существующих суперкомпьютеров. Компании сосредоточатся на создании таких технологий, как кремниевая фотоника, нейроморфные и квантовые вычисления, создание биокомпьютеров и клеточных компьютеров. Например, компанией IBM в 2014 году по первым направлениям были открыты научно-исследовательские программы с объемом финансирования в $3 млрд.

Ускорение разработки новых материалов и технологий с помощью суперкомпьютеров по разным направлениям может в итоге дать совокупный гигантский толчок к развитию стран и их технологическом отрыве от конкурентов. Стремительный рост производительности компьютеров называют даже революцией в развитии цивилизации.

Похожие новости

  • 05/02/2018

    Россия должна преодолеть риски цифровой экономики

    Технологии будут развиваться только если государство сделает акцент на привлечении и удержании квалифицированных специалистов, обеспечив доступ к финансированию и создав благоприятные условия для роста экономики.
    477
  • 14/12/2016

    Сверхпрочные ноутбуки создадут для Сибири московские разработчики

    ​Ударопрочные, водостойкие ноутбуки для работы в ±50 °С разрабатывают в "Т-Платформе" для геологов и нефтяников - компания получила субсидию Минпромторга в 150 млн рублей. Российская компания "Т-Платформа" получила 150 млн рублей субсидии Министерства промышленности и торговли РФ на создание отечественного ноутбука для работы в экстремальных условиях.
    834
  • 20/08/2018

    В Якутии займутся вопросами кибербезопасности

    Вопросы кибербезопасности остро стоят не только в России, но и по всему миру, что требует особого внимания к этому направлению, в частности, в Якутии. Об этом заявил врио главы региона Айсен Николаев по итогам ознакомления с проектами, разработанными участниками форума по IT и кибербезопасности «ICEБЕРГ».
    181
  • 27/04/2017

    Мощность новосибирского суперкомпьютерного центра выросла после модернизации

    Сибирский суперкомпьютерный центр СО РАН установил новый вычислительный кластер, благодаря чему его пиковая производительность выросла на 70% - до 197 терафлопс (197 трлн операций в секунду). Как сообщил на открытии обновленного центра директор Института вычислительной математики и математической геофизики (ИВМиМГ) СО РАН Сергей Кабанихин, новые мощности позволят проводить вычисления для решения экологических проблем и ликвидации чрезвычайных ситуаций.
    988
  • 18/10/2017

    Цифровая экономика: ориентиры и миражи

    ​Зачем России цифровая экономика? В чем разница между цифровизацией и оцифровкой? Какие проблемы ставит перед нами цифровое будущее и сможем ли мы их решить? Этим вопросам посвящена редакторская колонка портала profiok.
    840
  • 27/08/2018

    Что на самом деле придумал выдающийся кибернетик Виктор Глушков

    ​24 августа 1923 года родился Виктор Глушков, "разработчик советского интернета" (неправда) и выдающийся кибернетик, который предложил спасти плановую экономику компьютерными сетями (так и было).
    74
  • 15/08/2017

    О цифровых методах в гуманитарных науках

    Шутки про невозможность пересечения гуманитариев и «матана» становятся все менее смешными в мире интернета, социальных сетей и больших данных. Методы компьютерных наук проникают в науки гуманитарные, заставляя лингвистов, архивистов и культурологов осваивать программирование, а в вузах появляются программы подготовки «цифровых гуманитариев».
    742
  • 02/07/2018

    Проект Сибирского суперкомпьютерного центра представили на президиуме РАН

    ​В Москве обсудили развитие суперкомпьютерных цифровых технологий в Российской Федерации. Научный руководитель Сибирского суперкомпьютерного центра (ССКЦ), директор Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН СО РАН член-корреспондент РАН Сергей Игоревич Кабанихин на заседании президиума РАН отметил, что сегодня суперкомпьютеры представляют собой технологическое оружие.
    260
  • 15/01/2018

    По мнению экспертов, России нужна нацпрограмма по разработке суперкомпьютеров

    ​Россия на сегодняшний день значительно отстает от других стран в разработке и производстве суперкомпьютеров, для развития этой отрасли необходима национальная программа, рассказали РИА Новости участники рынка.
    350
  • 22/11/2017

    Могут ли роботы заменить человека?

    ​Еще в XVIII столетии некоторые европейские философы-просветители, рассуждая о светлом будущем, утверждали, будто однажды тяжелую и унизительную работу обслуги возьмут на себя машины. Долгое время эта мечта казалась несбыточной.
    273