Усередині листопадового рейтингу TOP500 суперкомп’ютерів 2013 року

01.09.2026

Коли люди чують слово “суперкомп’ютер”, вони зазвичай уявляють собі Deep Blue. Ця машина від IBM перемогла Гаррі Каспарова у шахи у 1997 році. Вона стала публічною особою високопродуктивних обчислень. Перемога була спірною. Деякі стверджували, що комп’ютер був надто надійним або що Каспаров погано зіграв. Щоправда виявилася заплутанішою. IBM фактично розібрала Deep Blue невдовзі після матчу. Він не зберігся як робоча система.

Пізніше Watson змінив правила гри. Він переміг чемпіонів вікторини “Jeopardy!” Кена Дженнінгса та Бреда Раттера. Він легко справлявся з природною мовою та фактами з вікторин. Ці системи були блискучими. Але вони блідли порівняно з тим, що було у листопадовому списку TOP500 2013 року.

TOP500 відстежує 500 найпотужніших комерційно доступних систем. Назва звучить іронічно. Ці системи не є комерційними в тому сенсі, що їх можна придбати з полиці. Це інституційні моноліти. Вони виглядають як відлуння 1950-х років. Ранні комп’ютери займали цілі кімнати. Сучасні займають склади. Вони використовують стійки з новітнім обладнанням для створення петафлопс обчислювальної потужності.

У вашому ноутбуці чотири ядра. У суперкомп’ютері їх сотні тисяч. Лідер списку мав понад три мільйони ядер.

Зміст

Як вимірюються суперкомп’ютери

TOP500 використовує бенчмарк Linpack. Він подає комп’ютеру систему лінійних рівнянь. Він вимірює, наскільки швидко їх вирішує машина. Альтернативний метод перебуває у розробці. Рейтинг є важливим, тому що він відстежує глобальний прогрес. Список оновлюється кожні шість місяців. Нові системи піднімаються у рейтингу. Китайський Tianhe-2 посів перше місце у листопаді 2013 року.

Ось як виглядав топ-10 на початку 2014 року.

10: SuperMUC (Німеччина)

9: Vulcan (США)

Рейтинги знову змінились. SuperMUC опустився із четвертого на десяте місце. Це зниження болісно. Але у центрі уваги залишається ефективність. Водяне охолодження робить різницю. Повітряне охолодження не може конкурувати. Цифри IBM різання. Відведення тепла відбувається у 4000 разів швидше. Це не помилка. Це фізика.

Чому це має значення? Рахунки за електроенергію. Вуглецевий слід. Вартість підтримки «мозку» у живому стані. SuperMUC заощаджує 40 відсотків енергії. Це величезний показник для такого масштабу машини. 150 000 ядер не працюють на добрій волі. Вони працюють електрикою. Центр суперкомп’ютерних обчислень імені Лейбніца знав про це. Вони встановили водяне охолодження. Воно не дає процесорам розплавитись. Це просто. Це ефективно.

Другий за швидкістю в Німеччині. Третій у Європі. Майже вдвічі вище за минулорічне десяте місце. Швидкість – не все. Важливою є стабільність. Важлива ефективність. SuperMUC доводить, що для обчислень не потрібно спалювати планету.

Але США не сидять склавши руки. Наступний запис у списку змінює правила гри.

9: Vulcan (США)

Vulcan. Національна лабораторія Сандія. Нью-Мексико. Це не просто швидко. Це щільно. Системи Cray. Процесори Xeon. Мережі InfiniBand. Архітектура інша. Йдеться розміщення обчислювальної потужності у меншому обсязі. Менше місця. Більше обчислень.

Як він порівнюється? SuperMUC ширша. Vulcan глибше. Щільність енергії вища. Це створює нові завдання для охолодження. Чи не баки з гарячою водою. Мікроканальне охолодження. Рідкісні холодні пластини. Обладнання має “дихати” інакше.

Хто його використовує? Національна безпека. Моделювання клімату. Астрофізика. Завдання мають високий рівень відповідальності. Vulcan запускає симуляції, що передбачають результати. Результати, що впливають політику. Витрати, вартість яких обчислюється мільярдами.

Мова не лише про швидкість. Мова про точність. При 150 000 ядрах одна зміна біта може викликати ланцюгову реакцію. SuperMUC справляється із цим за рахунок масштабу. Vulcan справляється з допомогою проектування. Тісна інтеграція. Низька затримка.

Що краще? Залежить від завдання. SuperMUC для загальних важких завдань. Vulcan для спеціалізованих завдань із високою щільністю. Кордон розмивається. Обидва вони вичавлюють максимум із того, що фізично можливо в центрі обробки даних.

Системи охолодження розповідають про цю історію. Одна використовує водяні контури. Інша використовує пряме охолодження рідини чіпів. Обидві вирішують одну й ту саму проблему. Тепло – ворог. Енергія – ресурс. Ефективність – метрика.

Потраплення Vulcan до десятки найкращих – це не просто зміна рейтингу. Ця заява. США роблять ставку на густину. На ефективність. На виконання більшого обсягу робіт за менших витрат.

Гонка не закінчена. Вона лише розігрівається. Буквально.

Vulcan: Потужний центр NNSA відкриває двері для індустрії

Vulcan зайняв дев’яте місце в рейтингу, ставши першим представником топ-10, який працює на потужній архітектурі BlueGene/Q від IBM. Система спирається на процесори Power BQC – 16-ядерні чіпи з тактовою частотою 1,6 ГГц – для забезпечення обчислювальної потужності. Продуктивність системи становить 4,3 петафлоп. Це значний стрибок: Vulcan перевершує свого попередника на більш ніж один петафлопс, використовуючи майже 400 000 ядер для виконання завдань.

Він не працює в ізоляції. У Каліфорнії, в Національній лабораторії Лоуренса в Ліверморі (LLNL), розташовані дві з десяти найкращих суперкомп’ютерних систем світу, і Vulcan — одна з них. Машина знаходиться у віданні Національного управління з ядерної безпеки (NNSA) Міністерства енергетики США.

Однак, справжня історія полягає в тому, хто має до неї доступ.

У середині 2013 року LLNL зробила стратегічний крок: вона відкрила час роботи Vulcan для американських компаній. Це був відкритий доступ всім. Компанії могли використовувати обладнання для спільних проектів, але мали покривати частину операційних витрат. Мета була зрозуміла: стимулювати науковий та технологічний прогрес, зміцнювати конкурентоспроможність США та розширювати кадри у галузі високопродуктивних обчислень (HPC).

До співпраці також було запрошено академічні та дослідницькі установи. Партнерство було спрямовано конкретні, високозначні області.

Енергетика
Безпека
атмосферні науки
Біонауки

«Vulcan призначений для співпраці з академічними та дослідницькими установами в таких галузях, як енергетика, безпека, атмосферні науки та біонауки.»

Такий підхід перетворив об’єкт із високим рівнем секретності на центр державно-приватного партнерства. Він дозволив зовнішнім організаціям отримати доступ до ресурсів, які інакше були б недоступні, за умови наявності вагомих підстав для цього та засобів, необхідних для покриття експлуатаційних витрат.

8: JuQUEEN (Німеччина)

JuQUEEN не з’явився з нізвідки. Він побудований на архітектурі IBM BlueGene/Q – платформі, призначеної для масштабної паралельної обробки даних. Система досягає пікової продуктивності 5 петафлопс, працюючи приблизно на 459 000 ядер. Це приголомшлива обчислювальна потужність, але вона коштує недешево.

На відміну від деяких систем цього списку, які стабільно працювали протягом декількох років, JuQUEEN має свою конкретну історію. Він був побудований у 2012 році, щоб замінити JUGENE. Сам JUGENE був важкоатлетом, займаючи дев’яте місце у списку TOP500 найшвидших систем на листопад 2010 року. Заміна машини вищого класу – це не просто наявність нового логотипу на стійці. Йдеться про підтримку наукового імпульсу.

Доступ до системи не є відкритим для публіки. Дослідники, афілійовані з Jülich-Aachen Research Alliance, мають представляти свої проекти. Їм необхідно довести, чому їм потрібні саме ці ядра. Якщо пропозиція буде схвалена, вони матимуть можливість використати час на одному з найпотужніших суперкомп’ютерів планети. Це конкурентний процес. Ви не просто орендуєте сервер. Ви заслуговуєте на право використовувати ресурси, що визначають передній край високопродуктивних обчислень.

Ця модель доступу поширюється поза межами JuQUEEN. Вчені можуть вимагати час на двох інших німецьких гігантах: SuperMUC та HERMIT. HERMIT займає 39 місце у списку TOP500. Все це координується через Гаусівський центр суперкомп’ютерів (Gauss Centre for Supercomputing, GCS). Також існує Партнерство з передових обчислень у Європі (PRACE). Ці організації управляють розподілом те, що насправді є національної і континентальної інфраструктурою.

7: Stampede (США)

Піднесення та архітектура Stampede

Stampede недовго утримувався на вершині. У листопаді 2012 року він пробився на 7 місце. До червня 2013 року він піднявся до 6-ї позиції. Тепер він знову опустився до свого попереднього рейтингу в останньому списку. Але апаратне забезпечення залишилося тим самим. Система працює на процесорах Intel Xeon E5 з 8 ядрами та частотою 2,7 ГГц у парі із співпроцесорами Intel Xeon Phi. Ця комбінація забезпечує приблизно 462 000 ядер. Результат? Майже 5,2 петафлопсу чистої обчислювальної потужності.

Кошти на створення цієї системи було отримано у вигляді гранту від Національного наукового фонду (NSF). Центр передових обчислень Техасу (TACC) при Університеті Техасу в Остіні розміщує систему Dell PowerEdge. Вона там стоїть, тихо гудячи й чекаючи на завдання.

Хто може використовувати суперкомп’ютери, які фінансуються NSF?

З січня 2013 року Stampede відкрито для вчених та дослідників з усіх галузей науки. Він є частиною програми NSF «Екстремальне середовище для наукових та інженерних відкриттів» (XSEDE). Уявіть собі віртуальну мережу, яка відкрито ділить обчислювальну потужність 16 суперкомп’ютерів та інших ресурсів. 90% потужності Stampede виділяється для XSEDE. Директор TACC контролює 10%, що залишилися.

Кваліфіковані дослідники з будь-яких американських установ можуть подавати заявки через веб-сайт XSEDE. Вони не просто приходять і підключають ноутбук до порту. Вони повинні подати заявку та довести, що їм справді потрібна така обчислювальна потужність.

6: Piz Daint (Швейцарія)

Суперкомп’ютер Cray під назвою Piz Daint працює із квітня 2013 року. Він недовго залишався у тіні: після великого оновлення він одразу посів 6-те місце у світовому рейтингу. Це дозволило йому витіснити JuQUEEN, і Piz Daint став найпотужнішим суперкомп’ютером у Європі.

Система розміщена у Національному центрі суперкомп’ютерних обчислень Швейцарії. Вона об’єднує процесори Intel Xeon E5 та графічні процесори NVIDIA. Ця гібридна конфігурація важлива не тільки для швидкості, але і для виконання більшого обсягу обчислень при меншому споживанні енергії. Машина оснащена 116 000 обчислювальних ядер, що дозволяє досягати продуктивності 6,3 петафлопс. Дослідники використовують її для моделювання погодних та кліматичних явищ, а також для наукових обчислень у багатьох інших областях.

Тут важливою є ефективність. Piz Daint входить до числа найбільш енергоефективних суперкомп’ютерів. Його показник становить 3185,9 мегафлопс на ват. Ця метрика взята із рейтингу GREEN500.

Piz Daint — єдиний суперкомп’ютер, який увійшов до топ-10 як списку TOP500, так і GREEN500.

Більшість систем жертвують енергоефективністю заради потужності. Ця система – ні. Рейтинг GREEN500 ранжує всі суперкомп’ютери зі списку TOP500 за рівнем їхньої енергоефективності. Гібридна архітектура Piz Daint забезпечує низьке споживання енергії. Графічні процесори енергоефективніші, ніж традиційні процесори. Саме цей вибір архітектури робить різницю.

5: Mira (США)

Чому суперкомп’ютер Mira IBM домінував у 2013 році

Mira був не просто черговим записом у списку TOP500. Він вийшов на повну потужність у 2013 році і відразу утвердився як потужна обчислювальна система, досягаючи пікової продуктивності в приголомшливі 8,6 петафлопс. Щоб зрозуміти масштаб цього показника: Mira перевершував швейцарський Piz Daint більш ніж на 2 петафлопи та випереджав систему Stampede майже на 3,5 петафлопси. Розрив був суттєвим. То був ясний сигнал.

В основі Mira лежить платформа IBM BlueGene/Q. Система налічує 786 000 процесорних ядер та розміщена в масштабній інфраструктурі Національної лабораторії Аргонн (Argonne National Laboratory) у штаті Іллінойс. Цей центр є науково-дослідним хабом для Міністерства енергетики США (DOE). Mira не з’явився звідки: він замінив Intrepid, старішу систему IBM, яка в 2008 році посідала четверте місце в тому ж рейтингу. Це оновлення було значним та ознаменувало чітке зрушення у обчислювальних можливостях для науки, що фінансується DOE.

Як дослідники отримують доступ до Mira

Отримання часу роботи на Mira – це не просто питання оплати збору. Система працює у рамках суворої моделі розподілу ресурсів, призначеної для високоефективних наукових досліджень про. Основним каналом доступу є програма INCITE (Innovative and Novel Computational Impact on Theory and Experiment – Інноваційний та новаторський обчислювальний вплив на теорію та експеримент). Дослідники повинні подавати заявки через Управління науки Міністерства енергетики США (DOE Office of Science), щоб отримати доступ.

Поділ ресурсів виглядає так:
– 60% обчислювальної потужності Mira виділено переможцям програми INCITE.
– 30% підтримується програмою Advanced Science Computing Research Leadership Computing Challenge.
– 10%, що залишилися, зарезервовані для термінових обчислень, що вимагають негайного рішення і не очікують стандартного циклу розгляду заявок.

Така структура гарантує, що система обслуговує як заплановані великомасштабні проекти, і раптові критичні потреби. Вона балансує довгострокові наукові цілі із негайними операційними завданнями.

Японський претендент: суперкомп’ютер K

Переміщаючись із США до Японії, суперкомп’ютер K представляє інший підхід до високопродуктивних обчислень. Розташований в Інституті передових наукових досліджень RIKEN, ця система була розроблена компанією Fujitsu та використовує процесори SPARC64 VIIIfx. Як і Mira, він вийшов на сцену з серйозними намірами, кидаючи виклик порядку домінування в суперкомп’ютерній сфері. Його архітектура була спрямована на ефективність і щільність енергоспоживання, прагнучи забезпечити величезну пропускну здатність без невиправдано високої витрати енергії.

Підвищення та відносне зниження статусу суперкомп’ютера K

Суперкомп’ютер K від Fujitsu посідав перше місце у рейтингу найпотужніших машин світу на початку 2011 року. Сьогодні він перебуває на четвертій позиції. Це падіння не означає, що він слабкий. Він, як і раніше, впевнено випереджає IBM Mira, демонструючи сиру продуктивність на рівні 10,5 петафлопс. Він залишається єдиним японським представником у світовій десятці лідерів.

Цей комп’ютер розташований в Інституті передових обчислювальних наук RIKEN у Японії. Його повсякденні завдання включають запобігання глобальним катастрофам, метеорології та медичним дослідженням. Все це він виконує без використання архітектури IBM. Натомість він працює на основі власних восьмиядерних процесорів Fujitsu SPARC64 VIIIfx. Величезна кількість ядер – 705 000 – виконує основну роботу. Вони обробляють обчислення з темпом, який, як і раніше, здається неймовірним.

Але давайте будемо чесні: три машини, що займають перші три місця, знаходяться у зовсім іншій лізі. Вони на порядки потужніші.

3: Sequoia (США)

Sequoia залишила перше місце у червні 2012 року. До листопада вона опустилася на другу позицію. Нині вона посідає третє місце. Вона не відстає – її просто обганяють. Машина, як і раніше, викликає повагу завдяки 1,6 мільйона обчислювальних ядер та приголомшливій 17,2 петафлопс сирій обчислювальній потужності.

Подумайте про те, що насправді означає це число.

Ще в 2008 році комп’ютер Roadrunner від IBM вийшов на перші сторінки заголовків. Це була перша машина, яка подолала бар’єр у один петафлопс. Тобто тисяча трильйонів операцій на секунду. IBM стверджувала, що вона працювала так само, як 100 тисяч ноутбуків того часу. Sequoia – це не просто оновлення. Вона в 17 разів швидше цього зразка 2008 року.

Апаратне забезпечення всередині не є передовим за сучасними споживчими стандартами. Sequoia покладається на архітектуру BlueGene/Q від IBM. Кожен чіп має 16 ядер, що працюють на частоті 1,6 ГГц. Ця тактова частота зараз видається повільною. Але масштаб змінює все. З 96 стійками цих чіпів, що працюють узгоджено, сукупна продуктивність стає лякаюче ефективною.

Кому потрібна така потужність?

Ви можете поставити запитання, навіщо комусь потрібні 17,2 петафлопс. Відповідь прихована за зачиненими дверима Національної лабораторії Лівермору.

Це частина Адміністрації національної безпеки ядерної зброї при Міністерстві енергетики США. Sequoia разом зі своїм братом Vulcan виконує засекречені роботи. Найважливіше завдання? Моделювання ядерних вибухів.

Їм не потрібні реальні детонації. Їм потрібна фізика. Фізика у реальному часі.

Sequoia на 63 відсотки швидше за комп’ютер, який посів четверте місце в листопадовому рейтингу 2013 року. Ця різниця – не просто питання его. Це потреба. Коли ви моделюєте імплозію боєголовки без жодного випробувального вибуху, мілісекунди мають значення. Мікросекунди теж. Різниця між успішним моделюванням та невдалим може коштувати мільйони доларів чи життів.

Це підводить нас до наступного претендента у гонці за домінуванням у галузі сирих обчислювальних потужностей.

2: Titan (США)

Гібридна міць Titan в Оук-Рідж

Він знаходиться в приміщенні Національної лабораторії Оук-Рідж у штаті Теннессі, тихо гудячи, виконуючи важку роботу. Titan – це не просто ім’я. Він повністю виправдовує його. Ця машина посідає друге місце у рейтингу Top500, стабільно утримуючи цю позицію з червня 2013 року. Зовні він не справляє особливого враження. Просто шафи. Але всередині приховано серйозне обладнання.

Його збудувала компанія Cray. Або точніше вона інтегрувала його. В основі системи лежать процесори AMD Opteron 6274. Ви дивитеся на шістнадцять ядер на чіп, що працюють на частоті 2,2 ГГц. Але ці процесори лише допоміжний персонал. Справжніми зірками є графічні процесори NVIDIA, що підключені до кожного вузла. Разом вони забезпечують продуктивність 17,6 петафлопс. Це величезна кількість. Для досягнення цього результату система використовує приблизно 561 000 ядер.

Чому це важливо? Тому що Titan – це гібридна система. Це не лише процесори. Це не лише графічні процесори. Це і те, й інше. Цей вибір архітектури змінив все для Керівної обчислювальної facility (OLCF) в Оук-Рідж. Їм не потрібні були нові будівлі. Їм не потрібні були нові енергомережі. Вони змогли розмістити Titan у тому самому фізичному просторі, де раніше знаходився Jaguar.

Jaguar був їхньою старою машиною. Titan у дев’ять разів швидше. При цьому споживання енергії зросло приблизно на 60 відсотків. Це і є ефективність. Ви отримуєте в дев’ять разів більше обчислювальної потужності за незначного збільшення енергоспоживання. Якби вони збудували систему виключно на процесорах такого розміру, рахунок за електроенергію був би астрономічним. Графічні процесори дозволили підтримувати тепловиділення та споживання енергії на прийнятному рівні.

Програмування для прискореного обладнання

Є один аспект. Не можна просто запустити старий код і чекати на диво. Графічні процесори потребують іншого підходу. Необхідно писати програмне забезпечення, яке розуміє, як взаємодіяти з паралельними процесорами. Це не рішення «підключи та працюй».

Щоб вирішити це завдання, OLCF не діяв поодинці. Вони вступили у партнерство з компаніями Cray та NVIDIA. Ціль була ясна: зробити ці машини зручними для вчених. Результатом стала робота Центру забезпечення готовності додатків до прискорених обчислень (CAAR). Ця група займається розробкою найкращих практик. Вона пише керівництво. Вона створює фреймворки, щоб дослідникам не доводилося з нуля розумітися на всіх низькорівневих деталях.

Як насправді використати цю міць? Ви не просто купуєте на ній час. Це ресурс, який служить суспільному благу. Дослідники подають заявки через програму INCITE Міністерства енергетики США. Якщо ваш проект проходить вибір, ви отримуєте доступ. Це конкурентний та суворий процес. Але для тих, кому пощастить, це найкраща обчислювальна потужність на Землі.

Titan довів, що гібридна архітектура – це не нішевий експеримент. Це майбутнє. Він показав, що можна масштабувати обчислювальні потужності, не розоряючись на електроенергії.

1: Тяньхе-2 (Китай)

Характеристики суперкомп’ютера Tianhe-2: Ubuntu Kylin та домінування китайських HPC-систем

Tianhe-2 з’явився у 2012 році, випередивши запланований графік на два роки. Він не просто увійшов до рейтингів — він одразу посів перше місце.

Продуктивність системи складає 33,9 петафлопс. Це майже вдвічі перевищує показники Titan чи Sequoia. Вона також більш ніж удесятеро швидше, ніж Tianhe-1A, яка у червні 2013 року посідала десяте місце.

Це не просто програмне вдосконалення. Апаратна частина масивна.

Система працює на базі процесорів Intel Xeon E5, користувальницьких процесорів та співпроцесорів Intel Xeon Phi. Усього налічується близько 3,12 мільйона ядер.

Хто створює найкращий суперкомп’ютер Китаю?

Система розробила Національний університет оборони (NUDT). Вона розташована в Національному центрі суперкомп’ютерних технологій у Гуанчжоу. Мета – освіта та наукові дослідження.

Нині це єдиний китайський представник у топ-10. Але завдяки чистій обчислювальній потужності однієї машини репутація залишається міцною.

“Tianhe-2 забезпечує їм репутацію завдяки чистій обчислювальній потужності однієї машини.”

Чому Ubuntu Kylin важлива для китайських технологій

Tianhe-2 працює на спеціальній версії Linux від Ubuntu під назвою Kylin. Вона створювалася над вакуумі.

Вона з’явилася в результаті партнерства між NUDT, Центром сприяння розвитку програмного забезпечення та інтегральних схем Китаю (CSIP) та Canonical, творцями Ubuntu.

На цьому наголошує ширший тренд. Всі суперкомп’ютери з топ-10 і більшість із топ-500 працюють на будь-якій варіації Linux. Windows тут не йде в жодне порівняння. Поки що.

Однак Kylin не обмежується серверними приміщеннями. Це безкоштовна операційна система з відкритим кодом, спеціально адаптована для китайських користувачів. Її можна завантажити із сайту Ubuntu. Вона також працює на персональних комп’ютерах.

Це означає, що та сама ОС, яка живить одну з найшвидших машин у світі, доступна і на вашому робочому столі. Якщо ви живете в Китаї або просто хочете використовувати Linux з оптимізацією для китайського введення, це варіант.

Як вона порівнюється з іншими суперкомп’ютерами?

Характеристики Tianhe-2 є конкретними. 33,9 петафлопс. 3,12 мільйони ядер. Intel Xeon E5 та Phi.

Порівняйте це з Titan або Sequoia. Розрив великий. Майже вдвічі.

Також варто наголосити, чому Linux домінує тут. Відкритий вихідний код. Гнучкість. Контроль. Ви можете налаштувати ядро. Ви можете безпосередньо керувати апаратним забезпеченням. Саме тому кожна система із топ-лідерів працює на ній.