Япония планирует построить сверхэффективный компьютер, который к концу следующего года поможет ей выйти в лидеры суперкомпьютерного рейтинга.

Компьютер, обладающий вычислительной мощностью 130 PFLOPS, опередит нынешнего мирового лидера – китайский Sunway TaihuLight, чья производительность оценивается в 93 PFLOPS. (1 PFLOPS – это миллион миллиардов операций с плавающей запятой в секунду.)

Японский национальный институт передовых наук и технологий (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, AIST) намерен построить не только самый быстрый, но и один из самых эффективных в мире суперкомпьютеров. Его энергопотребление не должно превышать 3 мегаватт – впечатляющий показатель, если учесть, что производительность самого быстрого японского суперкомпьютера Oakforest-PACS, входящего в Top500, почти в десять раз ниже (13,6 PFLOPS) при том же энергопотреблении.

Китайский же TaihuLight потребляет более 15 мегаватт.

AIST намерен достичь показателя эффективности энергопотребления PUE (Power Usage Effectiveness — соотношение общего энергопотребления, включая энергию, которая требуется для охлаждения, к энергии, потребляемой вычислительными устройствами), не превышающего 1,1. Таким значением могут похвастаться только наиболее эффективные ЦОД.

В суперкомпьютере планируется использовать жидкостное охлаждение – оно применяется и в ряде других разработок, в том числе французской компанией Atos в суперкомпьютерной архитектуре, проектируемой по заказу Комиссии по альтернативной и атомной энергетике Франции. В Atos нацелились на производительность в 1 EFLOPS (миллиард миллиардов операций с плавающей запятой в секунду), но их компьютер будет готов не раньше 2020 года, AIST же собирается представить свою машину уже через год.

В то время как другие страны оптимизируют свои ведущие суперкомпьютеры для расчетов в области атмосферного моделирования, имитации применения ядерного оружия и тому подобных задач, AIST ориентируется на приложения машинного и глубинного обучения в развивающейся сфере искусственного интеллекта.

В опубликованном AIST в начале ноября документе говорится, что проект AI Bridging Cloud Infrastructure (ABCI) адресован стартапам, промышленным предприятиям, нуждающимся в суперкомпьютерных вычислениях, и научным учреждениям.

Система ABCI будет построена в кампусе Касива Токийского университета, в 40 км к северо-востоку от Токио.

Cамый быстрый на сегодняшний день компьютер обладает производительностью примерно в 125 PFLOPS, но в ближайшие годы предельный уровень быстродействия может вырасти в четыре раза.

У суперкомпьютера Cray XC50, анонсированного в 14 ноября, производительностью в 1 PFLOPS обладает каждый узел, а их объединение позволяет довести общую производительность до 500 PFLOPS. (Типичный современный суперкомпьютер состоит из множества серверов, так называемых узлов, которые соединены друг с другом и позволяют достигать небывалой вычислительной мощности.) Процесс создания специальной конфигурации, обеспечивающей быстродействие в 500 PFLOPS, может занять несколько лет.

Быстродействие XC50 повышается благодаря применению целого ряда передовых технологий. Суперкомпьютер оснащается графическими процессорами Nvidia Tesla P100, а также с процессорами Intel Xeon и Xeon Phi, выступающими в роли ускорителей при организации научных вычислений.

Развернутый в Швейцарии суперкомпьютер Piz Daint, использующий более старую систему Cray XC30, будет модернизирован до уровня XC50. Согласно новому мировому рейтингу Top500 в настоящее время он входит в восьмерку самых быстрых систем.

В результате уже начатой модернизации Piz Daint будет объединен с другим суперкомпьютером, Piz Dora. После завершения процедуры объединения и установки новых компонентов Piz Daint станет одним из самых мощных суперкомпьютеров в мире. Однако конкретные цифры его производительности Cray пока не сообщает.

Появление Cray XC50 станет еще одним шагом на пути к рубежу в один эксафлопс (миллион триллионов вычислительных операций в секунду). На вершине нынешнего рейтинга Top500 по-прежнему располагается китайский суперкомпьютер TaihuLight, обладающий производительностью в 125 PFLOPS.

Существующий вариант Piz Daint построен на базе старых процессоров Intel Xeon E5-v3, но способен поддерживать и чипы Intel Xeon E5-v5 с архитектурой Skylake, которые появятся в середине следующего года. Новые процессоры позволят существенно поднять уровень быстродействия.

Но на производительность компьютера влияют не только процессоры. Важную роль играют также шины передачи данных, подсистема хранения и сетевые каналы. Суперкомпьютер XC50 получит обновленную систему внутренних соединений Aries, которая используется в ряде моделей, относящихся к числу самых быстрых в мире. Топология Aries позволяет организовать многоточечные соединения вычислительных узлов.

XC50 будет оснащен массивом флеш-накопителей, которые придут на смену жестким дискам. Суперкомпьютер имеет небольшие индивидуальные шасси, благодаря чему расходы на охлаждение и энергопотребление окажутся достаточно низкими. Система жидкостного охлаждения для XC50 не понадобится.

Китайские суперкомпьютеры Sunway TaihuLight и Tianhe-2, возглавившие рейтинг Top500 шесть месяцев назад, сохранили за собой лидерство и в его новой, 48-й по счету версии.

Общее число американских и китайских суперкомпьютеров, включенных в рейтинг, возросло. Теперь США и Китай идут нога в ногу, имея по 171 системе. В июньской версии рейтинга, обновляемого раз в полгода, у Китая насчитывалось 167 систем, а у США – 165.

Германия представлена в списке 32 системами, далее идут Япония (27), Франция (20) и Великобритания (17). По сравнению с тем, что было годом раньше, ситуация существенно изменилась. Тогда рейтинг возглавляли США (200 суперкомпьютеров), вслед за которыми шли Китай (108), Япония (37), Германия (33), а также Франция и Великобритания (по 18).

Год от года суперкомпьютеры становятся все более мощными. Совокупная производительность 500 ведущих систем составляет сейчас 672 PFLOPS, что на 60% превышает прошлогодний уровень. (Один петафлопс – это тысяча триллионов операций с плавающей точкой в секунду.)

Соединенные Штаты возглавляют и агрегированный рейтинг производительности, рассчитываемый с помощью теста Linpack. На долю их суперкомпьютеров приходится 33,9% от общего уровня быстродействия, на долю Китая – 33,3%.

Система TaihuLight, производительность которой по тесту Linpack составляет 93 PFLOPS, привлекает особое внимание, поскольку полностью собрана на процессорах, разработанных и произведенных в Китае. В июне она потеснила другой китайский суперкомпьютер – Tianhe-2, обладающий производительностью в 33,9 PFLOPS и возглавлявший рейтинг суперкомпьютеров на протяжении трех лет.

В системе TaihuLight, развернутой в Национальном суперкомпьютерном центре в Вукси, установлено 40 960 процессоров SW26010, каждый из которых имеет 260 ядер. В Tianhe-2 насчитывается 260 тыс. 12-ядерных процессоров Intel Xeon E5-2692v2.

Причиной появления TaihuLight считалось стремление Китая уменьшить зависимость от зарубежных процессорных технологий в критически важных областях, после того как США запретили поставки чипов Intel Xeon в четыре китайских суперкомпьютерных исследовательских центра.

Корпорация Intel продолжает оставаться крупнейшим поставщиком процессоров для суперкомпьютеров. Ее чипы установлены в 462 из 500 ведущих систем. Доля конкурирующей AMD сокращается. Ее чипы присутствуют только в семи системах, представленных в нынешнем рейтинге, в то время как еще полгода назад таковых насчитывалось 13. Процессоры IBM Power установлены в 22 системах.

После приобретения SGI компания Hewlett Packard Enterprise может похвастаться 140 системами, далее следует Lenovo, у которой 92 системы. Компания Cray построила 56 суперкомпьютеров, но по агрегированной производительности занимает первое место среди всех поставщиков.

В первой десятке появилось два новичка. Оба они созданы на базе 68-ядерного процессора Xeon Phi 7250, который разрабатывался под кодовым наименованием Knights Landing и имеет пиковую производительность в 3 TFLOPS. Суперкомпьютер Cori – Cray XC40, установленный в Национальном научно-исследовательском вычислительном центре энергетических исследований в Беркли, находится на пятом месте с результатом в 14 PFLOPS по тесту Linpack. Шестую же строчку занимает новый суперкомпьютер Oakforest-PACS – кластер Fujitsu Primergy CX1640 M1, развернутый в японском Общем центре передовых высокопроизводительных вычислений. Его производительность по тесту Linpack составляет 13,6 PFLOPS.

Давайте посмотрим, как выглядят теперь самые важные и самые неудобные в мире шкафы… С момента составления предыдущего рейтинга прошло полгода, а значит, пришло время составлять новый. У старого вышел срок годности, и вот перед нами уже новая иерархия невероятно мощных суперкомпьютеров, выстроенных в соответствии со своей производительностью на сайте Top500.org. Итак, представляем первую десятку.

№ 10: Shaheen II
Суперкомпьютер Shaheen II, установленный в научно-технологическом университете им. короля Абдаллы, третий раз подряд попадает в ведущую десятку. Машина, построенная на базе системы Cray, имеет почти 200 тыс. процессорных ядер, производительность в 5536 PFLOPS по результатам выполнения теста LINPACK и вполне разумное энергопотребление (1954 MFLOPS на ватт).

№ 9: Hazel Hen
Hazel Hen из университета Штутгарта – один из двух представителей Европы в первой десятке. Благодаря наличию 185 тыс. процессорных ядер суперкомпьютер с птичьим названием может похвастаться производительностью в 5,64 PFLOPS.

№ 8: Piz Daint
Piz Daint из Швейцарского национального компьютерного центра находится в рейтинге с 2012 года. В общей сложности в нем размещается 116 тыс. процессорных ядер, из которых 73 808 принадлежат ускорителям NVIDIA Tesla. Суперкомпьютер имеет производительность в 6,27 PFLOPS и занимает второе место по эффективности энергопотребления (2697 MFLOPS на ватт).

№ 7: Trinity 5
Система Trinity, установленная в Национальной лаборатории США в Лос-Аламосе, получила свое название в честь ядерных испытаний, проводившихся в июле 1945 года недалеко от этого места. Она призвана помочь ученым из США в прогнозировании распространения ядерного оружия и организации противодействия этому процессу. Суперкомпьютер Trinity уже во второй раз оказался в первой десятке. В предыдущей версии рейтинга его производительности в 8,1 PFLOPS оказалось достаточно, для того чтобы разместиться на шестом месте, но на этот раз он только седьмой.

№ 6: Mira
Система Mira, развернутая в Аргонской национальной лаборатории недалеко от Чикаго, является долгожителем рейтинга. Более 786 тыс. процессорных ядер обеспечивают производительность в 8,59 PFLOPS. Только две системы, занимающиеся места выше Mira, находятся в рейтинге дольше.

№5: K Computer
Суперкомпьютер Fujitsu K Computer из японского института RIKEN, обладающий производительностью в 10,5 PFLOPS, держится в первой десятке Top500 дольше всех. Лишь 11 машин за всю историю существования Top500 находились в списке дольше, чем K Computer, но ни одной из них так и не удалось войти в первую десятку.

№ 4: Sequoia
Суперкомпьютер IBM, установленный в Национальной лаборатории Лоуренса в Ливерморе, развивает производительность в 17,1 PLOPS и обладает 1 573 000 процессорными ядрами. По критерию эффективности энергопотребления он занимает третье место с результатом 2177 MFLOPS на ватт.

№ 3: Titan
Titan – основной центр вычислений Национальной лаборатории США в Окридже. Обладая производительностью в 17,6 PFLOPS, он принимает непосредственное участие в реализации наиболее сложных исследовательских проектов министерства энергетики США. Один из четырех бывших лидеров рейтинга по-прежнему находится в первой десятке наряду с K Computer и двумя суперкомпьютерами, располагающимися в табели о рангах выше него.

№ 2: Tianhe-2
"Млечный путь-2", как переводится название этого суперкомпьютера, наконец был свергнут с трона после шестикратного пребывания в лидерах. Это по-прежнему невероятно мощная система, имеющая 3 120 000 процессорных ядер и производительность в 33,9 PFLOPS, но верхнюю строчку она уступила другой машине, созданной китайским правительством и предприятиями компьютерной отрасли.

№ 1: Sunway TaihuLight
И наконец, новый чемпион – самый большой и мощный суперкомпьютер из всех, что когда-либо были созданы человеком. Имея более 10 млн процессорных ядер и почти в три раза (с результатом в 93 PFLOPS) превосходя по производительности ближайшего конкурента, TaihuLight является настоящим монстром. Помимо лидерства в производительности этот суперкомпьютер удерживает за собой лидерство и в эффективности энергопотреблении (6051 MFLOPS на ватт).

На выставке International Supercomputing Conference, прошедшей во Франкфурте, альтернативные процессорные архитектуры составили серьезную конкуренцию продукции Intel x86.

Китайский суперкомпьютер TaihuLight, занявший в новой версии рейтинга Top500 первую строчку, построен на базе полностью китайских чипов. А очередной флагманский суперкомпьютер Fujitsu создан на основе процессоров с архитектурой ARM, широко применяемых в мобильных устройствах.

Система Fujitsu Post-K станет преемником K Computer, занимающего сейчас пятое место в списке самых быстрых суперкомпьютеров мира Top500.

Post-K будет развернут в японском институте современной вычислительной техники RIKEN в 2020 году. На выставке представители Fujitsu сообщили более подробную информацию о своей системе.

K Computer с пиковой производительностью 10,5 PFLOPS использует разработанные компанией Fujitsu процессоры SPARC64 VIIIfx. Для Post-K решено было выбрать чипы с архитектурой ARM.

В 2014 году в Fujitsu заявляли, что очередная версия K будет создана на базе процессоров SPARC Xlfx. Будет ли использоваться этот чип при модернизации существующей системы K, пока неясно. На этот вопрос в Fujitsu так и не ответили.

Компания продает также серверы, построенные на основе процессоров SPARC. «Есть вероятность, что в конечном итоге предпочтение будет отдано процессорам ARM», – отметил главный аналитик компании Tirias Research Джим Макгрегор.

Fujitsu уже выпускает микроконтроллеры и сетевые чипы с архитектурой ARM.

«Фундаментальная смена процессорной архитектуры потребует серьезных изменений и инвестиций в электронные компоненты, программное обеспечение и поддержку клиентов, – указал Макгрегор. – Fujitsu может прийти к выводу, что архитектура SPARC утратила конкурентные преимущества и имеет смысл остановить свой выбор на x86, Power или ARM. Для серверов Fujitsu, которым отводится роль инфраструктурной платформы, процессоры ARM могут стать оптимальным вариантом. Возможно, Intel это и не нанесет большого урона, но игровое поле для альтернатив x86 определенно расширяется».

Альтернативы архитектуре x86 для обработки клиентских запросов рассматривают и в Google, где совместно с Rackspace сейчас занимаются проектированием сервера Zaius, создаваемого на базе архитектуры Power9.

Между тем Intel продолжает доминировать на рынке серверных процессоров. По оценкам IDC, 99,2% от всех серверов, выпущенных в 2015 году, построены на основе чипов этой компании. Процессоры ARM превосходят чипы Intel Xeon по эффективности энергопотребления, но пока они по большей части находятся на этапе тестирования. Аналитики убеждены в том, что со временем рыночная доля процессоров ARM будет увеличиваться.

Растут опасения и в отношении того, что наиболее мощные суперкомпьютеры будут потреблять слишком много электроэнергии. В этом смысле процессоры ARM для суперкомпьютеров представляют собой более выгодную альтернативу.

Китайский суперкомпьютер Tianhe-2 уступил первую строчку в рейтинге Top500 китайскому же Sunway TaihuLight, который способен выполнять 93 миллиона миллиардов операций с плавающей точкой в секунду.

TaihuLight дает китайцам и еще один повод для национальной гордости: он полностью построен на китайской элементной базе, в отличие от своего предшественника, в котором были установлены процессоры Intel.

Однако и это еще не все: в 47-й версии суперкомпьютерного рейтинга Top500 присутствуют сразу 167 китайских систем. Это позволило Китаю обогнать США, у которых в рейтинг попало 165 суперкомпьютеров.

TaihuLight продемонстрировал в тесте Linpack результат в 93 PFLOPS, используя 40 960 спроектированных и выпущенных в Китае процессоров SW26010. Каждый процессор содержит четыре элемента управления обработкой (management processing elements, MPE) и четыре блока, включающих в себя по 64 вычислительных элемента. Таким образом, в каждом процессоре находится 260 ядер, а вся система насчитывает 10 649 600 ядер.

У Tianhe-2, возглавлявшего с производительностью в 33,9 PFLOPS рейтинг Top500 с 2013 года, имеется 260 тыс. процессоров Intel Xeon E5-2692v2, каждый из которых содержит 12 ядер, работающих на частоте 2,2 ГГц. В общей сложности в суперкомпьютере присутствует 3 120 000 ядер.

Внезапный спурт TaihuLight лишил нефтяную компанию Total надежд на то, что обновленная версия ее компьютера Pangea попадет в первую десятку рейтинга. Она оказалась только 11-й.

Одним из самых разрекламированных компьютеров, не попавших в  Top500,  стала система Tulip Trading C01N.  Построенная, как предполагается,  изобретателем биткойна Крейгом  Райтом,  она занимала в ноябре 2014 года 64-ю строчку, а в июне 2015 года после модернизации переместилась на 15-е место.

«Когда в отношении этой системы у нас возникли сомнения, мы попытались подтвердить  ее  существование из независимых источников, и в конечном итоге сделать это нам так и не удалось», – пояснил один из составителей рейтинга Top500 Эрих Стромайер.

В ноябре 2015 года суперкомпьютер C01N располагался в рейтинге на 17-й строчке.

«Мы хотели удалить его, однако для этого нужно время, – пояснил Стромайер. – Его следовало удалить из всех списков, хотя на старые версии рейтинга обращают гораздо меньше внимания, чем на новые». В итоге система C01N была удалена из списка за ноябрь 2015 года в мае. То же самое произошло и со всеми кэшированными копиями, а машины, располагавшиеся вслед за  C01N,  поднялись в рейтинге вверх.

Китай представил свой новейший суперкомпьютер — монолитную систему с 10,65 млн вычислительных ядер, целиком построенную на микропроцессорах местной разработки. В прошлом году, напомним, правительство Соединенных Штатов вынесло решение запретить доступ Китая к самым быстрым чипам Intel.

Ни одна из построенных в США систем даже не приближается к новому китайскому суперкомпьютеру, который получил название Sunway TaihuLight. Его теоретическое пиковое быстродействие, согласно свежему выпуску рейтинга Top500, — 123,5 PFLOPS. Это первая система, обладающая мощностью более 100 PFLOPS, а 1 PFLOPS — это такое быстродействие, при котором суперкомпьютер устойчиво выполняет квадриллион операций с плавающей запятой в секунду.

Микропроцессоры собственной разработки — пожалуй, самая важная особенность Sunway TaihuLight. Раньше в Китае при создании суперкомпьютеров в сильной степени полагались на американские чипы. Прежний лидер, вторая по быстродействию система, Tianhe-2 с пиковым быстродействием 54,9 PFLOPS, создана на основе процессоров Intel Xeon.

В TaihuLight, установленном в Национальном суперкомпьютерном центре Китая в Уси, применяются центральные процессоры ShenWei, разработанные в Цзяннаньской лаборатории компьютерных исследований. Суперкомпьютер работает под управлением китайского диалекта Linux — Sunway Raise.

TaihuLight «очень впечатляет», признался в своем сообщении о новой системе Джек Донгарра, профессор Университета Теннесси, участвующий в составлении рейтинга Top500.

На TaihuLight работают приложения «порядочного масштаба», в том числе сложные производственные системы, модели географической оболочки Земли, приложения из сферы биологии и системы обработки Больших Данных, отмечает Донгарра. По его словам, это «демонстрирует, что система способна выполнять реальные приложения, а не создана только для показухи».

О том, что в Китае разрабатывают систему мощностью более 100 PFLOPS, было известно давно, но считалось, что для достижения этого уровня производительности Китай обратится к американским процессорным технологиям. Однако около года назад в США неожиданно запретили Intel поставлять процессоры Xeon в четыре ведущих суперкомпьютерных исследовательских центра Китая.

Запрет был обоснован тем, что, по мнению американских властей, система Tianhe-2 применялась для «деятельности, связанной с разработкой, проектированием или изготовлением» ядерных вооружений. В Китае, в свою очередь, посчитали, что США просто пытается таким образом затормозить китайские проекты по развитию суперкомпьютерной отрасли.

Через четыре месяца после запрета, в июле 2015 года, Белый дом издал распоряжение о выдвижении «национальной стратегической компьютерной инициативы» с целью «удержания экономического лидерства» в области исследований, связанных с высокопроизводительными вычислениями.

Но похоже, что распоряжение запоздало. В Китае уже уверенно развивали суперкомпьютеры, в том числе разрабатывая собственные микропроцессоры. Еще в 2011 году в стране появился относительно небольшой суперкомпьютер, основанный на китайских чипах, но крупные системы по-прежнему строились на американских.

При этом секрета из намерений Китая никогда не делалось. Эксперты давно предупреждали, что разработка экзамасштабных (мощностью от 1000 PFLOPS) суперкомпьютеров с целью достижения очередной вехи в развитии систем высокопроизводительных вычислений в Соединенных Штатах идет слишком медленно.

Стремительно продвигается вперед не только Китай. Свои инициативы по развитию систем высокопроизводительных вычислений есть также в Японии и России. В Европе строят суперкомпьютеры на процессорах ARM и, подобно Китаю, хотят ослабить зависимость от американских чипов.

На днях в правительстве Китая заявили о планах построить экзамасштабную систему к 2020 году, тогда как в США собираются добиться того же только в 2023-м.

Как отмечает Донгарра, сейчас у Китая больше суперкомпьютеров в рейтинге Top500, чем у США: в июньской редакции перечня числятся 167 китайских систем , а американских — 165. Еще десять лет назад у Китая в списке было всего десять систем.

Суммарное быстродействие китайских суперкомпьютеров в Top500 составляет 211 PFLOPS, тогда как тот же показатель для американских — 173 PFLOPS. Стоит отметить, что в рейтинге представлены не все суперкомпьютеры США — в него не включаются системы, используемые, к примеру, разведывательными агентствами. Но лидерство по общему количеству суперкомпьютеров в рейтинге Соединенные Штаты утратили впервые.

Разработки Китая в суперкомпьютерной области получают признание во всем мире. TaihuLight стал финалистом премии Гордона Белла за выдающиеся достижения в области суперкомпьютеров сразу в трех категориях.

Самый быстрый американский суперкомпьютер занимает лишь третью строчку в Top500. Это система Cray Titan, используемая Окриджской национальной лабораторией министерства энергетики. Ее теоретическая пиковая мощность — около 27 PFLOPS.

Вопрос о том, ускорил ли американский запрет на доступ к процессорам разработку собственных китайских чипов, определенно станет предметом споров. Но известно одно — в Китае уже давно стремятся положить конец зависимости от американских технологий.

«Китайцы в любом случае планировали перейти на процессоры собственной разработки, — отмечает Стив Конвей, аналитик IDC. — Думаю, что запрет сыграл свою роль, укрепив Китай в этой решимости».

Высокопроизводительные вычисления играют все более важную роль в экономике. Когда-то суперкомпьютеры применялись лишь в крупных научных исследованиях, а также для нужд национальной безопасности и аэрокосмического проектирования, но сегодня благодаря возможностям виртуализации и анализа Больших Данных на высокопроизводительные вычисления полагаются практически во всех отраслях. Производственные предприятия всех размеров все активнее применяют суперкомпьютеры для проектирования и моделирования изделий вместо изготовления прототипов. Кроме того, суперкомпьютеры используются для распознавания финансовых мошенничеств.

Таким образом, сегодня высокопроизводительные вычислительные системы приобрели «настолько большое стратегическое значение, что импортировать их из зарубежных стран уже не стоит», заключает Конвей.

К 2020 году Китай намерен преодолеть рубеж в один экзафлопс – важную веху в истории развития суперкомпьютеров. Планы США предусматривают выход на этот уровень лишь три года спустя.

По сообщениям официального китайского новостного агентства «Синьхуа», соответствующее заявление сделали представители Национального университета оборонных технологий.

Новая система будет называться Tianhe-3, продолжая именной ряд, который был открыт в 2010 году, когда Китай представил свою первую систему петамасштаба Tianhe-1. Первая система с производительностью, превышающей 1 PFLOPS, в США была разработана в 2008 году.

В соответствии с имеющимися планами, система экзамасштаба – с производительностью в тысячу петафлопс – должна появиться в США в 2023 году.

Правда, пока неясно, что именно получит к 2020 году Китай. Теоретически компьютер экзамасштаба может быть построен уже сегодня, но с практической точки зрения он будет неэффективен – его энергопотребление будет превышать все разумные рамки. В США же к 2020 году рассчитывают создать систему, потребляющую 20-30 мегаватт.

"Конечно, одна или несколько стран к 2020 году вполне могут развернуть суперкомпьютеры с гипотетической пиковой производительностью, превышающей 1 экзафлопс, – указал аналитик IDC Стив Конвей, специализирующийся на высокопроизводительных вычислениях. – Экзафлопс – это весьма притягательный рубеж, красивое круглое число, имеющее примерно то же символическое значение, каковым когда-то считалось преодоление одной мили за четыре минуты. Но что на самом деле получит Китай в 2020 году? Прежде всего, вероятно, пиковую производительность на уровне одного экзафлопса, и тест Linpack должен подтвердить притязания этой страны на верхнюю строчку в суперкомпьютерном рейтинге Top 500. Однако цифры эти, имеющие большое символическое значение, мало что значат на практике, если разработчикам не удастся устойчиво поднять на такой уровень реальную производительность 64-разрядных приложений.

А по имеющимся оценкам, произойти это должно в период с 2022-го по 2024 год.

Именно такие сроки установили себе разработчики из США и под производительностью экзамасштаба они понимают именно устойчивое быстродействие.

Белый дом, выступивший в прошлом году в роли заказчика, представил план координированной разработки и указал, что под системой экзамасштаба следует понимать суперкомпьютер, который обеспечивает устойчивое быстродействие, в сто раз превышающее достигнутый сегодня уровень в 10 PFLOPS при выполнении целого ряда приложений, в которых заинтересовано правительство.

Акцент делается именно на устойчивой, а не на пиковой производительности. Даже если Китай достигнет к 2020 году поставленных сегодня целей, споры в отношении полезности такой машины будут продолжаться. Тем не менее, Китай может ссылаться на нее, подчеркивая свои научные достижения.

В настоящее время китайская система Tianhe-2 с производительностью в 34 PFLOPS возглавляет суперкомпьютерный рейтинг Top 500, но на конференции ISC High Performance Conference, которая пройдет во Франкфурте, существующий список будет обновлен.

На протяжении десятилетий увеличение вычислительной мощности суперкомпьютеров на три порядка через каждые десять лет, соответствующее закону Мура, в США воспринимали как должное. Но после появления в 2008 году систем петамасштаба постепенно стало ясно, что совершить следующий скачок и создать в тысячу раз более мощную систему будет очень сложно.

Поначалу некоторые считали, что компьютер экзамасштаба будет построен примерно через 10 лет, то есть к 2018 году. Однако проблем становилось все больше и больше. Такому компьютеру требовалось очень много энергии, а для того, чтобы приложения могли эффективно использовать невообразимый ранее уровень параллелизма при наличии сотен миллионов процессорных ядер, нужно было искать новые подходы. Еще одна проблема заключалась в обеспечении устойчивости – возможности продолжать работу в условиях многочисленных аппаратных сбоев, сопровождающих функционирование систем такого масштаба.

Теперь выйти на указанный рубеж предполагается к 2023 году, примерно через 15 лет после появления систем петамасштаба. Один экзафлопс – это производительность, равная квинтиллиону (миллион триллионов) операций с плавающей запятой в секунду. В тысячу раз быстрее, чем петафлопс.

Другими словами, власти намерены создать систему, которая сможет решать вычислительные задачи в 50 раз быстрее доступных сейчас суперкомпьютеров с производительностью 20 PFLOPS.

«Соединенные Штаты столкнулись сегодня с серьезными вызовами в области экономики, защиты окружающей среды и национальной безопасности, требующими срочного решения, – указывается в документе, подготовленном Министерством энергетики США для поставщиков компьютерных систем. – Над нами нависли энергетические и климатические угрозы, а также угрозы, связанные с безопасностью. Для того чтобы противостоять им, стране нужны высокопроизводительные вычислительные системы. Необходимо разрабатывать компьютеры экзамасштаба, которым отводится важнейшая роль в решении этих проблем».

Ожидается, что система такого масштаба будет потреблять 20-30 МВт электроэнергии, то есть для ее энергоснабжения придется построить небольшую электростанцию.

Финансовые затраты тоже будут соответствующими. В этом году на разработку системы экзамасштаба правительство потратит почти 300 млн долл., а в следующем году сумма расходов возрастет еще больше. Согласно планам министерства энергетики США, общая стоимость создания системы экзамасштаба оценивается примерно в 3 млрд долл.

В деле построения суперкомпьютера с производительностью, измеряемой в экзафлопсах, США ведут соперничество с Китаем, Европой и Японией.

По словам Джека Донгарры, профессора из Университета Теннесси и одного из составителей рейтинга наиболее мощных в мире суперкомпьютеров Top500, Китай уже сейчас работает над двумя проектами по созданию систем производительностью 100 PFLOPS и в ближайшее время объявит об этом.

«В гонке проектирования систем экзамасштаба может победить любой, – добавил аналитик IDC Стив Конвей. – Трудно сказать, кто здесь окажется первым, с какими наработками он пересечет финишную черту и насколько полезным окажется предложенный им суперкомпьютер».