Суперкомп'ютери. Як сучасні технології змінюють світ

Чим суперкомп’ютер відрізняється від звичайного ПК

Суперкомп’ютером (надобчислювачем, number cruncher) називають спеціалізовану обчислювальну машину, яка за своїми технічними параметрами (габаритами, потужністю, енергоспоживанням) значно перевищує звичайний ПК. Загалом під терміном “суперкомп’ютер” слід розуміти цілий комплекс серверних комп’ютерів, які підключені один до одного і працюють паралельно через високошвидкісну мережу. Таке обладнання може знаходитися в одному приміщенні або на певній відстані одне від одного. Але в обох випадках потужність великої мережі обладнання підсумовується з метою паралельної обробки великого обсягу інформації.

Продуктивність суперкомп’ютерів вимірюється у спеціальних одиницях — флопсах (FLOPS — FLoating-point Operations Per Second). Значення показує кількість обчислень чисел з плаваючими точками, які виконуються щосекунди. Спочатку для розрахунку продуктивності number cruncher використовувати мегафлопси, якими вимірюють мільйон операцій в секунду. Але зі зростанням потужності обладнання перейшли на петафлопси, які вимірюють мільярд операцій в секунду.

Отже, з огляду на технічні параметри, суперкомп’ютер — це:

• велика кількість ядер процесора (1 млн ядер, 2 млн ядер замість 2 ядер, 4 ядер, 8 ядер);
• оперативна пам’ять, яка вимірюється не гігабайтами, а сотнями терабайт;
• потужність, яка вимірюється десятками тисяч кіловат;
• продуктивність, яка вимірюється десятками петафлопсів.

Історія появи і розвитку суперкомп'ютерів

Термін “суперкомп’ютер” з'явився в США ще у 60-х роках, коли мали місце перші спроби створення такого пристрою. А от першим суперкомп’ютером у світі вважається апарат Cray-1, який був створений в 1974 році американським вченим Сеймуром Креєм, на честь якого і був названий. Пристрій висотою 1,5 метри займав приблизно 5-10 квадратних метри і мав максимальну потужність всього 180 мегафлопсів.

Вже пізніше, у 80-х роках, завдяки тому ж Сеймуру Крею світ побачив ще дві моделі суперкомп'ютерів. А починаючи з 90-х років, такі великі IT-корпорації, як “Hewlett-Packard”, “IBM”, “NEC”, налагодили випуск надобчислювачів власного виробництва.

Найпотужніші сучасні суперкомп'ютери

Починаючи з 1993 року, існує світовий рейтинг найпотужніших обчислювальних машин, який складається з 500 позицій. Цей перелік оновлюється двічі на рік (у червні та листопаді) на основі відомостей, які надають компанії-виробники або користувачі пристроїв.

Станом на сьогодні актуальна 62-а версія рейтингу, який очолюють американські суперкомп'ютери: перше місце посідає Frontier (1,194 петафлопсів, 8,699,904 ядер), друге належить Aurora (585,34 петафлопсів, 4,742,808 ядер), а на третьому знаходиться Eagle (561,20 петафлопсів, 1,123,200 ядер). Японський комплекс Fugaku (442,01 петафлопсів, 7,630,848 ядер), який ще пару років тому посідав перше місце, зараз перемістився на четверте. На п'ятій позиції знаходиться фінський LUMI (379,70 петафлопсів, 2,752,704 ядер). Всі перелічені суперкомп'ютери працюють на операційній системі Linux.

Американський суперкомп’ютер Frontier

Американський суперкомп’ютер Aurora

Американський суперкомп’ютер Eagle

Японський суперкомп’ютер Fugaku

Фінський суперкомп'ютер LUMI

Сфери застосування суперкомп'ютерів

З розвитком технологій стає все більше варіантів застосування суперкомп'ютерів. Найчастіше їх використовують в тих галузях, де потрібно обробляти велику кількість інформації. Зокрема, це:

• Медицина та фармакологія. За допомогою number cruncher можна точно визначати причини і закономірності розвитку деяких захворювань, виявляти ефективні методи діагностики і лікування (наприклад, деяких видів раку), проводити розрахунки різних хімічних сполук при розробці нових ліків, оцінювати ефективність противірусних препаратів тощо.
• Наука. Надобчислювачі допомагають вченим проводити різноманітні наукові дослідження (людського мозку, геному), використовуються у криптографії, хімії та фізиці, молекулярній біології та низці інших сфер.
• Погода та клімат. Використання суперкомп’ютерів дозволяє більш точно складати прогноз погоди, відстежувати кліматичні зміни, стан морів і океанів, прогнозувати землетруси і виверження вулканів шляхом моделювання стану земної кори і т.д.
• Авіація та космос. Тут суперкомп’ютери служать для створення моделей і симуляцій з метою вдосконалення конструкційних характеристик літаків, а також для дослідження космосу (моделювання зіткнення двох планет, астероїда і планет тощо).
• Безпека та військова промисловість. Суперкомп’ютери знаходять застосування в охоронних системах, дозволяють моделювати реальні ситуації для випробування зброї в процесі її створення, служать для зберігання та оперативного доступу до засекречених даних.
• IT-бізнес. Суперкомп'ютери активно впроваджуються в роботу великими приватними компаніями, які працюють з високими технологіями або займаються розробкою ПЗ.
• Штучний інтелект (ШІ) та великі дані. Завдяки своїй обчислювальній потужності суперкомп’ютери допомагають технологіям ШІ швидко аналізувати великі масиви даних, а також активно використовуються в сфері Big Data.

Резюме

Сьогодні суперкомп’ютери, що працюють швидше за людську думку, вже не є рідкістю: вони постійно розвиваються і приносять користь в багатьох галузях. А в перспективі здатні стати незамінними помічниками у сферах, пов'язаних з машинним навчанням та штучним інтелектом. Але навіть найпотужніший з таких комп'ютерних пристроїв поступається в роботі квантовому комп'ютеру, який став революційною розробкою нашого часу. Тож вже можна впевнено говорити про те, що майбутні суперкомп'ютери будуть квантовими.