Top500

Опубликована 55 редакция рейтинга самых высокопроизводительных суперкомпьютеров мира.
О новых лидерах списка и возможностях суперкомпьютеров экстра-класса читайте под катом.



Предыдущий лидер списка суперкомпьютер Summit (OLCF-4) Ок-Риджской национальной лаборатории стал вторым, уступив почетное первое место новой японской топ-системе Fugaku, которая показала результат High Performance Linpack (HPL) равный 415,5 петафлопс. Данный показатель превосходит возможности Summit в 2,8 раза. Fugaku оснащен 48-ядерным процессором A64FX SoC от Fujitsu, таким образом, японская разработка стала первой в истории системой 1 в списке ТOP500, оснащенной процессорами ARM. При одинарной или более низкой точности, которая часто используется для задач машинного обучения и искусственного интеллекта, пиковая производительность Fugaku составляет более 1000 петафлопс (1 экзафлопс). Новая система установлена в Центре вычислительных наук RIKEN (R-CCS) в Кобе, Япония.

Упомянутый выше Summit, суперкомпьютер, созданный IBM, показывает в тесте HPL производительность в 148,8 петафлопс. Система имеет 4356 узлов, каждый из которых оснащен двумя 22-ядерными процессорами Power9 и шестью графическими ускорителями NVIDIA Tesla V100. Узлы объединяет сеть InfiniBand EDR. Summit остается самым быстрым суперкомпьютером в США.

На третьем месте тоже оказался американец суперкомьютер Sierra Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL), Калифорния, показавший результат в 94,6 петафлопс. Его архитектура очень похожа на Summit: он оснащен двумя процессорами Power9 и четырьмя графическими ускорителями NVIDIA Tesla V100 в каждом из 4320 узлов. Sierra использует тот же InfiniBand Mellanox EDR, что и Sunway TaihuLight, суперкомпьютер, разработанный Китайским национальным исследовательским центром параллельной вычислительной техники и технологий (NRCPC). Он, к слову, опустился на четвертое место в списке. Система полностью основана на 260-ядерных процессорах Sunway SW26010. Его отметка HPL в 93 петафлопс осталась неизменной с момента его установки в Национальном суперкомпьютерном центре в Уси, Китай, в июне 2016 года.

На пятом месте также находится китайская разработка Tianhe-2A (Milky Way-2A), реализованная Китайским национальным университетом оборонных технологий (NUDT). Его производительность HPL 61,4 петафлопс является результатом гибридной архитектуры с использованием процессоров Intel Xeon и специально созданных сопроцессоров Matrix-2000. Он развернут в Национальном суперкомпьютерном центре в Гуанчжоу, Китай.

Новичок в списке, HPC5, занял шестое место, показав производительность HPL 35,5 петафлопс. HPC5 это система PowerEdge, созданная Dell и реализованная итальянской энергетической фирмой Eni S.p.A, что делает ее самым быстрым суперкомпьютером в Европе.

Еще одна новая система, Selene, находится на седьмом месте с показателем HPL 27,58 петафлопс. Selene установлена на NVIDIA в США.

Frontera, система Dell C6420, установленная в Техасском вычислительном центре (TACC) в США, занимает восьмое место в списке. Его 23,5 HPL петафлопс достигается с помощью 448,448 ядер Intel Xeon.

Второй итальянский суперкомпьютер в топ-10 Marconi-100, он установлен в исследовательском центре CINECA. Marconi-100 работает на процессорах IBM Power9 и графических ускорителях NVIDIA V100, его производительность равна 21,6 петафлопс, он занял девятое место в списке.
Завершает топ-10 с показателем 19,6 петафлопс система Cray XC50, установленная в Швейцарском национальном суперкомпьютерном центре (CSCS) в Лугано. Он оснащен процессорами Intel Xeon и графическими ускорителями NVIDIA P100.

Российская разработка суперкомпьютер Кристофари (Christofari) на базе Xeon Platinum, Nvidia DGX-2 и Tesla V100 набирает в тесте HPL 6,67 петафлопс, занимая пока лишь 36 место.

Результаты Green500

Самая энергоэффективная система в списке Green500 это MN-3, основанная на новом сервере от Preferred Networks. Суперкомпьютер достиг рекордного показателя в 21,1 гигафлопс /ватт при производительности 1,62 петафлопс. Система обладает превосходной энергоэффективностью благодаря чипу MN-Core, ускорителю, оптимизированному для матричной арифметики. Занимает 395 место в списке TOP500.

На втором месте новый суперкомпьютер NVIDIA Selene, DGX A100 SuperPOD, работающий на новых графических ускорителях A100. На третьем месте находится система NA-1, система PEZY Computing / Exascaler, установленная в NA Simulation в Японии. Суперкомпьютер достиг 18,4 гигафлопс / ватт и находится на позиции 470 в TOP500.

Основные тренды

• Совокупная производительность списка теперь составляет 2,23 экзафлопс, по сравнению с показателем в 1,65 экзафлопс всего шесть месяцев назад. Львиная доля такого бурного роста является заслугой нового суперкомпьютера Fugaku, занявшего 1е место в списке.
• Общее количество новых систем в списке составляет всего 51, что является антирекордом с самого начала создания списка TOP500 (с 1993 года).
• Китай продолжает доминировать в TOP500 по количеству систем (226), США по количеству суперкомпьютеров в списке занимает втрое место (114), Япония- третье (30).;
• В общей сложности 144 системы из списка используют ускорители или сопроцессоры. Как и раньше, большинство систем, используют графические ускорители NVIDIA.
• X86 продолжает оставаться доминирующей архитектурой процессора, присутствуя в 481 из 500 систем. Intel используется на 469 из них, AMD установлен в 11, Hygon в оставшихся.
• Китайские производители доминируют в списке: на Lenovo (180), Sugon (68) и Inspur (64) приходится 312 из 500 систем.

В гонке мощностей, которая составляет основную суть хроники развития суперкомпьютеров, истории отдельных проектов по большей части стираются. Лидеры быстро оттесняют друг друга, технологии устаревают, и только переходы на новый порядок пока ещё западают в память. Сегодня мы бы хотели немного исправить эту несправедливость и рассказать об одном уникальном суперкомпьютере, история которого началась восемнадцать лет назад. Назывался он System X и был собран, можно сказать, из подручных средств с неожиданно удачным результатом.

История необычного суперкомпьютера началась весной 2003 года, а к концу осени уже достигла своей кульминации. В то время Политехнический университет Виргинии поставил перед собой цель попасть в тридцатку лучших исследовательских университетов США. В этом местной команде могли помочь, во-первых, дополнительные вычислительные мощности, а, во-вторых, яркий, запоминающийся проект, способный привлечь к себе широкое внимание. Забегая вперед, следует сказать, что суперкомпьютер System X оправдал надежды и сумел дать своим создателям и то, и другое.

Название для вычислительного комплекса было выбрано не просто за благозвучность авторы вложили в него двойной смысл. Во-первых, римская цифра X намекала на рубеж в десять терафлопс, которые они рассчитывали преодолеть первыми среди всех исследовательских центров на базе университетов. Во-вторых, всё та же X, если воспринимать её как букву, перекликалась с названием операционной системы Mac OS X, ненавязчиво подчеркивая главную отличительную черту проекта использование стандартных процессоров Apple при сборке узлов для суперкомпьютера.

По словам исследователей, в мысли о том, что обычных пользовательских компьютеров может быть достаточно для начинки продвинутой вычислительной машины, их утвердила высокая оценка технических характеристик модели Apple Power Mac G5: G5 идеально подходили для нашей системы с точки зрения архитектуры: 64-битный процессор с двумя математическими сопроцессорами для вычислений двойной точности, отличной пропускной способностью памяти и архитектурой ввода-вывода, которая позволяет соединять машины в единый суперкомпьютер.

Суперкомпьютер состоял из 1100 узлов, в каждом узле по два 64-битных процессора с одним ядром и тактовой частотой 2.0 ГГц. Таким образом, система имела 2200 процессоров/ядер). Чуть позже команда усовершенствовала систему за счёт перехода на платформы Apple Xserve G5 и итоговые характеристики узла стали:

• разрядность х64
• тактовая частота 2.3 ГГц
• количество ядер 2
• количество процессоров 2
• 4 Гб оперативной памяти
• 80 Гб на жёстком диске

Суммарно суперкомпьютер располагал 4,4 терабайтами оперативной памяти и 88 терабайтами хранения (HDD); дополнительно к системе было подключено внешнее хранилище объёмом в 53 терабайта. Для коммуникации между узлами была применена сеть InfiniBand (новинка на тот момент) часть успеха проекта авторы приписывали её высокой пропускной способности (20 Gbps на узел) в сочетании с низкой латентностью (менее 8 микросекунд). Технология Gigabit Ethernet использовалась в качестве вспомогательной, для управления системой и запуска операций.

По меркам мира суперкомпьютеров история создания System X разворачивалась очень и очень стремительно. Общая концепция была определена к марту 2003 года, проектирование завершилось в середине лета. В июле исследователи и студенты университета, а также привлечённые ими волонтёры запустили процесс установки и сборки. Пара месяцев ушла на подготовительные работы: установку стоек, проведение всех необходимых коммуникаций для системы охлаждения (гибридной, что тоже было на тот момент инновационным решением), электропитания, кондиционирования и так далее. Сотрудники лаборатории оставили довольно подробную фотохронику событий, по которой можно составить представление о том, как происходит и каких ресурсов требует размещение суперкомпьютера в пределах обычного, функционирующего учреждения. Процессоры и корпуса, которые поступили в университет только в сентябре, были собраны и подключены в единую систему менее чем за три недели работы (по отзывам участников, впрочем, крайне напряженной).

Спешка окупилась тем, что признание пришло к авторам проекта уже к концу года: они успели попасть в ноябрьскую редакцию top500.org мирового рейтинга суперкпомпьютеров. Производительность System X была оценена на тесте HPL (High-Performance Linpack) авторства Джека Донгарра и показала впечатляющие результаты на фоне конкурентов с куда более солидными репутациями и финансированием. Исследователям Политехнического университета Виргинии удалось осуществить задуманное и вывести суперкомпьютер на уровень выше 10 триллионов операций в секунду: производительность System X составила 10,28 терафлопс при пиковой производительности в 20,24 терафлопс.

В мировом рейтинге System X дебютировал с третьего места. На такой результат не рассчитывали даже сами создатели системы: они полагали, что при самом удачном раскладе попадут в середину первой десятки. Однако радовал их не только сам факт произведенного фурора, но и ещё один почётный титул, которого они удостоились: мощнейший и самый дешёвый суперкомпьютер, созданный в обычных условиях.

Авторы надеялись, что разработка даст толчок развитию новой ветви бюджетных суперкомпьютеров. За счёт того, что в качестве строительных блоков использовались готовые машины, System X обошёлся Политехническому университету дёшево: все траты составили 5,2 миллиона долларов. Для сравнения, вычислительный комплекс Лос-Аламосской национальной лаборатории, который расположился в рейтинге одной строкой выше, был на 30% мощнее, но при этом на 210 миллионов долларов дороже (в 41 раз).

Эта система представляет большой шаг вперёд в том, что касается производительности, цены и простоты управления суперкомпьютерами. Она показала, что практически любой, кто располагает 5,2 миллионами долларов, способен создать вычислительную машину того масштаба, который необходим для исследований с высокопроизводительными вычислениями.

Что же было потом? Если говорить о судьбе самого System X, он продолжил и завершил свою карьеру вполне достойно. В 2004 году команда выпустила доработанную версию: заменила серверы и устранила проблему со сбоями из-за влияния космических лучей, которой кластеры были подвержены особенно сильно из-за большого числа микросхем памяти. Обновлённый суперкомпьютер сумел удержаться в первой десятке top500.org ему досталась седьмая строка. К концу того же года вышло ещё одно обновление (стоимостью около 600 000 долларов), которое позволило команде разогнать производительность до 12,25 терафлопс и выйти на четырнадцатое место в рейтинге 2005 года.

В последующие несколько лет позиции суперкомпьютера в общем рейтинге постепенно падали (до сорок седьмой в 2006 и двести восьмидесятой в 2008 году), однако он по-прежнему оставался одной из мощнейших машин, состоящих при университете. В 2012 году System X прекратил функционирование.

Что же касается революции в финансовой и логистической доступности суперкомпьютеров, едва ли можно сказать, что она состоялась. У System X было несколько последователей; так, уже к 2005 году появилась система Xseed от Государственного университета Боуи в Мэриленде, которая попала на сто восемьдесят восьмое место в мировом рейтинге. Политехнический университет также собрал по опробованной схеме вычислительный комплекс System G из трёхсот с лишним компьютеров Mac Pro. Однако, в общем и целом, полуфабрикатные суперкомпьютеры не стали массовым явлением возможно, виной тому ускоряющиеся темпы развития технологий или общая нерентабельность подобных предприятий в обычных условиях. Тем не менее, о том, что прецедент был, забывать нельзя возможно, когда-нибудь найдётся и другая предприимчивая группа энтузиастов.

На сегодняшний день история System X уже перестала быть примером для подражания, но по-прежнему привлекает интерес сообщества. Так, в этом году мы стали свидетелями разработки и релиза приложения Performance Index 64 от EcoComputers, JSC, которое не только измеряет мощность машины, но и позволяет оценить её в исторической перспективе. Основное назначение Performance Index 64 расчёт эффективности различных конфигураций 64-разрядных систем Mac по ряду параметров. В число параметров входит и производительность, измерение которой производится на базе всё того же теста HPL, применяющегося при составлении рейтинга суперкомпьютеров top500.org. Однако результат пользователь получает не только в гигафлопсах, но и в особых условных единицах G5 по этому показателю можно понять, насколько машина производительнее, чем базовая модель компьютера G5, которая была выпущена в 2003 году и стала основой для третьего по мощности суперкомпьютера в мире на тот момент.

Помимо этого, приложение позволяет провести аналогичный тест-сравнение системы пользователя и базовой конфигурации Mac Pro 7.1 на основе процессоров Intel. И, наконец, как логическое завершение измерение производительности машины пользователя в сравнении с новыми инновационными компьютерами Mac на базе чипа М1 (этот тест доступен при оформлении подписки). Таким простым способом разработчик даёт пользователю узнать, насколько мы продвинулись вперёд в вычислительных возможностях всего за пару десятилетий. А заодно и задаться вопросом, на что способны наши современные рабочие лошадки.