Самые быстрые компьютеры планеты

Дважды в год операторы самых быстрых компьютеров в мире с нетерпением ждут последних результатов рейтинга, составленного проектом «Top500».

Список основан на максимальной скорости, с которой компьютер может обрабатывать числа с использованием так называемых операций с «плавающей запятой».

Все компьютеры входящие в этот рейтинг устроены несколько непросто, чего впрочем и следовало ожидать. Они не представляют из себя целостной структуры, но являются программно-аппаратным объединением других машин. И самое интересное — каждая отдельная «клетка» этого отдельного цифрового организма не сильней компьютера, на котором работаете Вы.

В большинстве случаев для создание кластеров — так называются объединенные в вычислительную сеть компьютеров — используются заурядные и даже бытовые процессоры. Список этого года, если честно, вообще не содержит интересных технических решений. Все, что делают разработчики — это экстенсивно объединяют еще больше еще более быстрых чипов посредством той или иной сети в одно цифровое целое. Но у этого подхода есть предел и он легко наблюдаем.

В школьной практике нас мучили задачами про неутомимых землекопов, и все решение сводилось к пропорциям. Но в реальной жизни такого не происходит. Сто землекопов не будут выкапывать канаву в 30 метров в 20 раз быстрее, чем пять землекопов. Почему? Они просто не поместятся в канаву! Так и в вычислительной математике — существует масса вредных задач, которые вообще или почти не подвергаются разложению на параллельные ветки. И поэтому принято считать, что в общем, для неких «предполагаемых задач» рост производительности не линеен относительно числа процессоров? Иллюстрация из жизни? Сколько угодно и самых простых: разве ваш четырехпроцессорный аппарат будет грузить Windows или Linux быстрее, чем однопроцессорный? Может и быстрее, но не в четыре раза.

В практике строительства высокомощных вычислителей есть эмпирическое допущение, которое гласит, что скорость системы растет логарифмически, по мере роста числа обработчиков (i.e. процессоров). Т.е. 100-процессорный кластер будет работать в 2 раза быстрей, чем 10-ти процессорный. Иными словами, для усредненных задач класс вычислителей, построенных на экстенсивном умножении числа обработчиков является весьма затратным.

К счастью для математиков (и подрядчиков строительства суперкомпьютеров на база кластеров) есть одна особенность: в насущной необходимости человечества, в так сказать большой и малой математической нужде, превалируют задачи, которые очень легко могут быть сведены к параллельным вычислениям. Задачи гидро- и аэродинамики, задачи моделирования океана, климата и ряда других спокойно укладываются в почти линейную модель роста производительности в зависимости от количество вычислителей. Значительно хуже обстоит дело во многих других областях, например практически не параллельные задачи теории (и практики чисел). Но за их решения не платят таких денег…

Что интересного в новом списке? Пожалуй то, что пятое место в мире занял компьютер из Китая. И строительство самого мощного компьютера в мире — компьютера Jaguar, чья вычислительная мощность составляет 1,8 петафлопсов (для сравнения — карманный калькулятор имеет мощность порядка 1 килофлопса) . Флопс — это одна базовая операция с двумя числами с плавающей запятой. Если не понятно, что такое «операция над двумя числами плавающей запятой» — придется принять на веру, что 1,8 петафлопс — это очень много.

Итак, пятерка самых быстрых компьютеров планеты перед Вами:

5 место: Tianhe-1

Производительность: 563 терафлопс

Новичок в списке Top500, самый быстрый компьютер в Китае оказался способным произвести более 500 триллионов операций в секунду. Для сравнения: производительность обычного калькулятора примерно 10 флопс.

«Тяньхэ», что означает «река в небе», расположен в Национальном центре Суперкомпьютеров в Тяньцзине. Он более чем в четыре раза быстрее, чем его предшественник — самый быстрый компьютер в Китае. Компьютер сочетает в себе 6 144 процессора Intel  с 5 120 графическими процессорами, произведенными AMD, которые зачастую можно найти в компьютерных видеокартах.

4 место: Jugene

Производительность: 825 терафлопс

В то же время другой супербыстрый компьютер Jugene, находящийся в Центре Суперкомпьютеров Jülich, Германия, основан на проекте компьютерной архитектуры IBM -«Blue Gene / P», в которой используется много небольших, мало-мощных чипов. Индивидуальные процессоры в этой конструкции имеют максимальную скорость в 850 мегагерц, медленнее, чем в среднем домашнем компьютере. Но 292 000 чипов, работая вместе, делают его самой быстрой машиной в Европе.

3 место: Kraken
Производительность: 831 терафлопс

Kraken, находящийся в Национальном институте вычислительной науки и финансируемый Национальной Научной Федерацией США, размещен в Национальной Лаборатории штата Теннеси. Этот силач имеет 100 000 двухъядерных процессоров Opteron, произведенных AMD (обычно используются в серверах и высокопроизводительных рабочих станциях).

Kraken самый быстрый компьютер в мире среди тех, кем владеет и управляет учебное заведение — университет штата Теннесси. В октябре 2009г. Федерация выделила университету еще $ 10 млн для создания нового компьютера — Наутилус, для анализа результатов деятельности Kraken.

Это самое подробное моделирование землетрясений когда-либо сделанное человечеством. Его построил Kraken, он показал, что произойдет, если сдвинется разлом Сан-Андреас в Калифорнии.
Моделирование показывает, какие ударные волны разойдутся по региону после землетрясения.

2 место: Roadrunner

Производительность: 1042 терафлопс или 1,042 петафлопс.

Начиная с июня 2008 года и до ноября 2009 года эта машина была самой быстрой в мире. Roadrunner стал первым компьютером, который когда либо за историю человечества превысил барьер 1 петафлоп — 1.000.000.000.000.000 операций в секунду.

Roadrunner находится в Лос-Аламосской Национальной Лаборатории в Нью-Мексико. Компьютер имеет необычный дизайн, который сочетает в себе двухъядерные процессоры AMD, встречающиеся во многих компьютерах потребителей, и девяти-ядерный процессор Cell, являющийся сердцем игровой приставки Sony PlayStation 3.

1 место: Jaguar
Производительность: 1,8 петафлопс

Обладая скоростью большей почти на 70 процентов, чем Roadrunner, супергигант Jaguar разместился в Национальной Лаборатории Департамента энергетики США по соседству с уже описанным выше компьютером Kraken. Он — самая быстрая машина в мире. Может поэтому дома города Оак Ридж, где находятся эти два титана, имеют самое высокое компьютерное оснащение в мире.

Запущенные только в 2008 году, 181 000 ядер Ягуара начали работать лишь в 2009. Что необычно для объектов, финансируемых правительством США, это -гражданский компьютер!  Министерство энергетики ранее строило свои быстрые машины, такие, как Roadrunner, для моделирования ядерных взрывов.

Значительная часть работы Ягуара сосредоточена на моделировании изменения климата и энергетики, а также изучении областей других наук, например, исследование структуры воды.

Моделирование, произведенное Ягуаром: поток двуокиси углерода, выпущенный и поглощенный почвой и растительностью, в момент восхода солнца над восточной Европой.

Сильное поглощение показано зелено-белым цветом, и наиболее сильно в тропиках. Красно-белый цвет показывает области, выпускающие CO ₂ в атмосферу, наиболее сильно в Центральной Африке, где солнце не светит.