Суперкомпьютеры. Как современные технологии меняют мир

Чем суперкомпьютер отличается от обычного ПК

Суперкомпьютером (сверхвычислителем, number cruncher) называют специализированную вычислительную машину, которая по своим техническим параметрам (габаритам, мощности, энергопотреблению) значительно превышает обычный ПК. В общем под термином “суперкомпьютер” следует понимать целый комплекс серверных компьютеров, которые подключены друг к другу и работают параллельно через высокоскоростную сеть. Такое оборудование может находиться в одном помещении или на определенном расстоянии друг от друга. Но в обоих случаях мощность крупной сети оборудования суммируется с целью параллельной обработки большого объема информации.

Производительность суперкомпьютеров измеряется в специальных единицах — флопсах (FLOPS — FLoating-point Operations Per Second). Значение показывает количество вычислений чисел с плавающими точками, которые выполняются каждую секунду. Сначала для расчета производительности number cruncher использовали мегафлопсы, которыми измеряют миллион операций в секунду. Но с ростом мощности оборудования перешли на петафлопсы, которые измеряют миллиард операций в секунду.

Итак, с учетом технических параметров, суперкомпьютер — это:

• большое количество ядер процессора (1 млн ядер, 2 млн ядер вместо 2 ядер, 4 ядер, 8 ядер);
• оперативная память, которая измеряется не гигабайтами, а сотнями терабайт;
• мощность, которая измеряется десятками тысяч киловатт;
• производительность, которая измеряется десятками петафлопсов.

История появления и развития суперкомпьютеров

Термин “суперкомпьютер” появился в США еще в 60-х годах, когда имели место первые попытки создания такого устройства. А вот первым суперкомпьютером в мире считается аппарат Cray-1, который был создан в 1974 году американским ученым Сеймуром Крэем, в честь которого и был назван. Устройство высотой 1,5 метра занимало примерно 5-10 квадратных метров и имело максимальную мощность всего 180 мегафлопсов.

Уже позднее, в 80-х годах, благодаря тому же Сеймуру Крэю мир увидел еще две модели суперкомпьютеров. А начиная с 90-х годов, такие крупные IT-корпорации, как “Hewlett-Packard”, “IBM”, “NEC”, наладили выпуск сверхвычислителей собственного производства.

Самые мощные современные суперкомпьютеры

Начиная с 1993 года, существует мировой рейтинг самых мощных вычислительных машин, который состоит из 500 позиций. Этот перечень обновляется дважды в год (в июне и ноябре) на основе сведений, которые предоставляют компании-производители или пользователи устройств.

По состоянию на сегодня актуальна 62-я версия рейтинга, который возглавляют американские суперкомпьютеры: первое место занимает Frontier (1,194 петафлопсов, 8,699,904 ядер), второе принадлежит Aurora (585,34 петафлопсов, 4,742,808 ядер), а на третьем находится Eagle (561,20 петафлопсов, 1,123,200 ядер). Японский комплекс Fugaku (442,01 петафлопсов, 7,630,848 ядер), который еще пару лет тому назад занимал первое место, сейчас переместился на четвертое. На пятой позиции находится финский LUMI (379,70 петафлопсов, 2,752,704 ядер). Все перечисленные суперкомпьютеры работают на операционной системе Linux.

Американский суперкомпьютер Frontier

Американский суперкомпьютер Aurora

Американский суперкомпьютер Eagle

Японский суперкомпьютер Fugaku

Финский суперкомпьютер LUMI

Сферы применения суперкомпьютеров

С развитием технологий становится все больше вариантов применения суперкомпьютеров. Чаще всего их используют в тех отраслях, где нужно обрабатывать большое количество информаци. В частности, это:

• Медицина и фармакология. С помощью number cruncher можно точно определить причины и закономерности развития некоторых заболеваний, обнаруживать эффективные методы диагностики и лечения (например, некоторых видов рака), проводить расчеты различных химических соединений при разработке новых лекарств, оценивать эффективность противовирусных препаратов и т.п.
• Наука.Сверхвычислители помогают ученым проводить разнообразные научные исследования (человеческого мозга, генома), используются в криптографии, химии и физике, молекулярной биологии и ряде других сфер.
• Погода и климат. Использование суперкомпьютеров позволяет более точно составлять прогноз погоды, отслеживать климатические изменения, состояние морей и океанов, прогнозировать землетрясения и извержения вулканов путем моделирования состояния земной коры и т.д.
• Авиация и космос. Здесь суперкомпьютеры служат для создания моделей и симуляций с целью усовершенствования конструкционных характеристик самолетов, а также для исследования космоса (моделирования столкновения двух планет, астероида и планет и т.п.).
• Безопасность и военная промышленность. Суперкомпьютеры находят применение в охранных системах, позволяют моделировать реальные ситуации для испытания оружия в процессе его создания, служат для хранения и оперативного доступа к засекреченным данным.
• IT-бизнес. Суперкомпьютеры активно внедряются в работу крупными частными компаниями, которые работают с высокими технологиями или занимаются разработкой ПО.
• Искусственный интеллект (ИИ) и большие данные. Благодаря своей вычислительной мощности суперкомпьютеры помогают технологиям ИИ быстро анализировать большие массивы данных, а также активно используются в сфере Big Data.

Резюме

Сегодня суперкомпьютеры, работающие быстрее человеческой мысли, уже не являются редкостью: они постоянно развиваются и приносят пользу во многих отраслях. А в перспективе способны стать незаменимыми помощниками в сферах, связанных с машинным обучением и искусственным интеллектом. Но даже самый мощный из таких компьютерных устройств уступает в работе квантовому компьютеру, который стал революционной разработкой нашего времени. Поэтому уже можно уверенно говорить о том, что будущие суперкомпьютеры будут квантовыми.