Современные тенденции развития суперкомпьютерной техники

Сейчас в мире идет гонка за экзафлопсом. Дело в том, что по закону Мура, где говорится о двукратном увеличении производительности компьютеров каждые 2 года, наблюдался 10- или 11-летний цикл прироста производительности от гигафлопс до петафлопс. Рубеж 1 петафлопс был преодолён в 2008 году. Тогда же ведущие создатели суперкомпьютеров поставили себе задачу достичь к 2019 году уровня 1 экзафлопс. Но существует проблема. Она состоит в том, что пока не разработаны технологии энергосбережения, которые позволят создать такой суперкомпьютер при разумных затратах труда и денежных средств. Считается, что на данный момент достигнут предел по физическому количеству транзисторов в одном микрочипе, то есть теперь закон Мура перестаёт действовать, и даже если инженеры смогут поставить достаточное количество транзисторов для обеспечения вычислительной мощности компьютеров нового поколения, процессоры будут перегреваться и плавиться. Если же создавать системы с производительностью от 1 экзафлопс по современным технологиям, то для работы только одной из них нужно строить целую электростанцию мощностью более 2 гигаватт, а это сравнимо с энергопотреблением целого города. К тому же при гипотетической реализации проекта неизбежно возникнет проблема надёжности узлов. Чем больше узлов, тем чаще они будут выходить из строя. Такой компьютер с производительностью от 1 экзафлопс будет ломаться непрерывно, и поэтому за данный проект сейчас не возьмётся ни одна организация мира, слишком большие проблемы придётся решать, и это будет слишком дорого стоить. Всё это требует радикальных изменений компьютерной архитектуры, и наиболее важное из них – уменьшение энергопотребления. Усилия разработчиков сейчас направлены к тому, чтобы до 2020 года был создан суперкомпьютер нового поколения, который бы потреблял не более 20 мегаватт электроэнергии. Это решения недалёкого будущего, а обратившись к современным реалиям, мы можем увидеть, что суперкомпьютеры традиционно использовались в военных и научных целях, но в последние годы сфера их применений расширилась. Изменения связаны с тем, что вычислительная мощность систем непрерывно увеличивалась и доросла до моделирования реальных процессов и создания трёхмерных моделей предметов при доступной для бизнеса стоимости.

С 1993 года начали два раза в год публиковать список из 500 самых мощных компьютеров мира, назвав этот рейтинг Top500. За время существования рейтинга первые места регулярно делились между американскими и японскими машинами. Но с 2010 года на лидерство претендует Китай, сперва с аппаратом Tianhe-1A вычислительной мощностью 2,6 петафлопс (квадриллион операций в секунду), а позже и с Tianhe-2, текущим лидером среди всех суперкомпьютеров планеты с производительностью в 33,86 петафлопс.

Как правило, современные суперкомпьютеры представляют собой большое число высокопроизводительных серверных компьютеров, соединённых друг с другом локальной высокоскоростной магистралью для достижения максимальной производительности в рамках подхода распараллеливания вычислительной задачи

По данным международной исследовательской компании IDC, объем мирового рынка суперкомпьютеров составляет более $6 млрд, российского — примерно $100 млн. Мировой лидер отрасли — компания IBM с долей около 47%. На втором месте обосновалась НР, занимающая 12%. Замыкает тройку лидеров американская компания CRAY — около 11% мирового рынка. Суперкомпьютеры делятся на системы высшего, среднего и низшего диапазона. Высший и средний диапазон попадает в списки влиятельного мирового рейтинга Топ-500.

Единственный российский участник этого рейтинга — компания «Т-Платформы». В последнем рейтинге суперкомпьютер «Ломоносов» от «Т-Платформ» занимает 17 место. Согласно данным IDC, доля «Т-Платформ» на мировом рынке — порядка 1%, на российском — 80%. Более 90% клиентов «Т-Платформ» находятся в России. Оставшиеся 10% делят между собой Сингапур (покупатель — Сингапурский суперкомпьютерный центр), Германия (университет в Ганновере). Основные российские клиенты «Т-Платформ» сосредоточены в крупнейших региональных университетах и научно-исследовательских центрах. Клиенты от науки охотно покупают кластерные системы, комплексные высокопроизводительные решения для естественно - научного и инженерного анализа.

Самый яркий пример создания суперкомпьютера для российской науки — это «Ломоносов» для одноименного столичного университета, созданный «Т-Платформами». Первоначальная производительность «Ломоносова» — 420 терафлопс (Тфлопс). Но сегодня «Т-Платформы» работают над его совершенствованием: уже сейчас мощность «Ломоносова» доведена до 5 терафлопс, в планах — расширение мощности до 500 с лишним Тфлопс. Более того, объявлен конкурс на вторую очередь этой машины, в которой будет уже 800 Тфлопс. В ближайшем будущем обе очереди этой машины объединятся в единую системную сеть с мощностью более петафлопса — это будет первая установка с такой производительностью в России, одна из немногих в мире.

В России в настоящее время суперкомпьютеры устанавливаются в основном в крупных университетах, научных учреждениях и силовых ведомствах, которые в силу специфики своей работы не участвуют в рейтингах Top500 и не распространяются о своих системах. Установка суперкомпьютеров осуществляется преимущественно при финансировании государства. Лидером на рынке СНГ является суперкомпьютер «Ломоносов», который работает в МГУ им. Ломоносова. Эта система занимает 37-е место в мировой табели о рангах с производительностью 902 терафлопса

Суперкомпьютерные технологии в современном мире стали стратегической областью, без которой невозможно дальнейшее развитие экономики. Мощность национальных суперкомпьютеров сейчас так же важна, как мощность электростанций или количество боеголовок. Суперкомпьютер стал показателем технического уровня государства. В XX веке существовали две великие гонки, оказавшие самое сильное воздействие на дальнейшее развитие человечества, – ядерная и космическая. Теперь наступила пора третьей гонки – вычислительной.

Роль суперкомпьютеров, к примеру, в поддержании боеспособности американского ядерного потенциала обеспечивает им приоритетный статус. Теперь же, когда Китай бросает серьёзный вызов западному компьютерному превосходству, многие специалисты заговорили о том, что суперкомпьютеры должны играть большую роль и в обеспечении национальной экономики. Эти аппараты многократно умножают мощь науки, инженерных разработок и делают возможным оптимальное распределение ресурсов для достижения поставленных целей, так что обладатели самых мощных компьютеров имеют фору в экономической гонке. Суперкомпьютеры не только демонстрируют уровень технологической мощи государства, но и способствуют его повышению.