12 snelste supercomputers ter wereld | In 2021

Voor de meesten van ons lijkt een computer waarschijnlijk snel genoeg als hij 8K-video's of de nieuwste versie van Far Cry in 60 fps kan draaien zonder te vertragen. Er zijn echter veel gecompliceerde taken waarvoor miljarden berekeningen per seconde nodig zijn, iets wat een desktop met i9-processor niet kan.

Dat is waar supercomputers van pas komen. Ze bieden een hoog prestatieniveau waarmee overheden en organisaties problemen kunnen oplossen die met conventionele computers niet mogelijk zouden zijn.

De supercomputers van vandaag zijn gebouwd met AI (kunstmatige intelligentie) in het achterhoofd. Naast weersvoorspellingen, klimaatonderzoek, fysieke simulaties en olie- en gasexploratie, helpen supercomputers wetenschappers om veerkrachtigere bouwmaterialen te ontdekken en menselijke eiwitten en cellulaire systemen op een extreem gedetailleerd niveau te bestuderen.

Gewoonlijk worden de prestaties van de supercomputer gemeten in drijvende-kommabewerkingen per seconde (FLOPS). Op het gebied van wetenschappelijke berekeningen is FLOPS een nauwkeuriger getal dan het meten van instructies per seconde.

Wist je dat de eerste supercomputer - Livermore Atomic Research Computer - in 1960 werd gebouwd voor het onderzoeks- en ontwikkelingscentrum van de Amerikaanse marine.

Om u te laten zien hoe ver we sindsdien zijn gekomen, hebben we een gedetailleerde lijst samengesteld met de snelste supercomputers ter wereld. Het zijn allemaal niet-gedistribueerde computersystemen die op Linux draaien.

12. Sequoia

Snelheid: 17.1 petaFLOPS
Kern: 1.572.864

Verkoper: IBM
Locatie: Lawrence Livermore National Laboratory, Verenigde Staten

Sequoia gebruikt IBM's BlueGene/Q-servers om theoretische topprestaties van 20 petaFLOPS te leveren. Het heeft 123% meer cores en is 37% energiezuiniger dan zijn voorganger K-computer.

Hoewel de machine vooral wordt gebruikt voor simulatie van kernwapens, is hij ook beschikbaar voor tal van wetenschappelijke doeleinden, zoals klimaatverandering en analyse van het menselijk genoom. Het heeft ook zijn grote schaalbaarheid aangetoond met een 3D-simulatie van de elektrofysiologie van het menselijk hart.

11. PANGEA III

Tegoed:Total S.A.

Snelheid: 17,8 petaFLOPS
Kern: 291.024

Verkoper: IBM
Locatie: CSTJF technisch en wetenschappelijk onderzoekscentrum in Pau, Frankrijk

Pangea III vertrouwt op IBM's AI-geoptimaliseerde, krachtige architectuur. IBM en NVIDIA werkten samen om de enige CPU-naar-GPU NVLink-verbinding in de branche te bouwen, die meer dan 5 keer snellere geheugenbandbreedte mogelijk maakt tussen de IBM POWER9 CPU en NVIDIA Tesla V100 Tensor Core GPU's dan de conventionele x86-gebaseerde systemen.

De architectuur verbetert niet alleen de computerprestaties, maar verbetert ook de energie-efficiëntie. Het nieuwe systeem verbruikt minder dan 10% van het energieverbruik per petaFLOP zoals zijn voorganger Pangea I en II.

Pangea III heeft verschillende toepassingen, vooral op drie verschillende gebieden:exploratie en ontwikkeling, seismische beeldvorming, ontwikkelings- en productiemodellen, en waardering en selectiviteit van activa.

10. Lassen

Snelheid: 18.2 petaFLOPS
Kern: 288.288

Verkoper: IBM
Locatie: Lawrence Livermore National Laboratory, Verenigde Staten

Lassen is bestemd voor niet-geclassificeerde simulatie en analyse. Het wordt in hetzelfde lab geïnstalleerd en gebruikt dezelfde bouwcomponenten als Sierra (#2 snelste supercomputer).

Hoewel Sierra een groot systeem is, is Lassen op zich een behoorlijke maat:het is precies 1/6 van de grootte van zijn grotere broer. Het Lassen-systeem is ondergebracht in 40 rekken, terwijl Sierra 240 rekken in beslag neemt.

IBM Power9-processors en 253 terabyte aan hoofdgeheugen helpen Lassen een prestatie van 23 petaFLOPS te behalen.

9. SuperMUC-NG

Snelheid: 19.4 petaFLOPS
Kern: 305.856

Verkoper: Lenovo
Locatie: Leibniz Supercomputing Center, Duitsland

SuperMUC-NG beschikt over 6.400 Lenovo ThinkSystem SD650 direct watergekoelde computerknooppunten met meer dan 700 terabyte aan hoofdgeheugen en 70 petabyte aan schijfopslag.

Het is verbonden met krachtige visualisatiesystemen die een grote 4K stereoscopische powerwall en een 5-zijdige CAVE kunstmatige virtual reality-omgeving bevatten.

De supercomputer bedient Europese wetenschappers op vele gebieden, waaronder genoomanalyse, vloeistofdynamica, kwantumchromodynamica, levenswetenschappen, geneeskunde en astrofysica.

8. AI overbruggende cloudinfrastructuur

Tegoed:ABCI

Snelheid: 19.8 petaFLOPS
Kern: 391.680

Verkoper: Fujitsu
Locatie: Nationaal Instituut voor geavanceerde industriële wetenschap en technologie, Japan

Dit is 's werelds eerste grootschalige Open AI Computing Infrastructure die 32.577 petaFLOPS aan topprestaties levert. Het heeft in totaal 1.088 nodes, elk met 2 Intel Xenon Gold Scalable-processors, 4 NVIDIA Tesla V100 GPU, 2 InfiniBand EDR HCA's en 1 NVMe SSD.

Fujitsu Limited beweert dat de supercomputer 20 keer de thermische dichtheid van conventionele datacenters en een koelcapaciteit van 70 kW Rack kan bereiken door gebruik te maken van warm water en luchtkoeling.

7. Drie-eenheid

Snelheid: 21.2 petaFLOPS
Kern: 979.072

Verkoper: Cray
Locatie: Los Alamos National Laboratory, Verenigde Staten

Trinity is gebouwd om een ​​buitengewone rekenkracht te bieden voor de NNSA Nuclear Security Enterprise. Het is bedoeld om de geometrische en fysica-getrouwheid in de simulatiecode van kernwapens te verbeteren, terwijl ervoor wordt gezorgd dat de nucleaire voorraad veilig, beveiligd en effectief is.

De supercomputer werd in twee fasen ontwikkeld:de eerste fase bevatte de Intel Xeon Haswell-processor en de tweede fase omvatte een aanzienlijke prestatieverbetering met behulp van de Intel Xeon Phi Knights Landing Processor. Het kan een totale topprestatie leveren van meer dan 41 petaFLOPS.

6. Piz Daint

Snelheid: 21.2 petaFLOPS
Kern: 387.872

Verkoper: Cray
Locatie: Zwitsers nationaal supercomputercentrum, Zwitserland

Deze supercomputer, genoemd naar de berg Piz Daint in de Zwitserse Alpen, draait op Intel Xeon E5-26xx microprocessor en NVIDIA Tesla P100.

Piz Daint maakt gebruik van DataWarp's 'burst-buffermodus' om de effectieve bandbreedte van en naar opslagapparaten te vergroten. Dit versnelt de gegevensinvoer/uitvoersnelheden, waardoor de analyse van miljoenen kleine, ongestructureerde bestanden wordt vergemakkelijkt.

Naast zijn dagelijkse taken kan het de gegevensanalyse van enkele van 's werelds meest gegevensintensieve projecten aan, zoals gegevens die zijn verzameld tijdens experimenten bij de Large Hadron Collider.

Lezen: Wat is een deeltjesversneller?

5. Frontera

Een weergave tussen twee rijen Frontera-servers | Krediet:TACC

Snelheid: 23.5 petaFLOPS
Kern: 448.448

Verkoper: Dell EMC
Locatie: Texas Advanced Computing Center, Verenigde Staten

Frontera opent nieuwe mogelijkheden op het gebied van engineering en onderzoek door uitgebreide computerbronnen te bieden die het voor wetenschappers gemakkelijker maken om veel complexe uitdagingen op een breed scala van domeinen aan te pakken.

Frontera heeft twee computersubsystemen:de eerste richt zich op prestaties met dubbele precisie, terwijl de tweede zich richt op single-precision stream-memory computing. Het heeft ook cloudinterfaces en meerdere applicatieknooppunten voor het hosten van virtuele servers.

4. Tianhe-2A

Tianhe-2 in het National Supercomputer Center in Guangzhou

Snelheid: 61.4 petaFLOPS
Kern: 4.981.760

Verkoper: NUDT
Locatie: Nationaal supercomputercentrum in Guangzhou, China

Met meer dan 16.000 computerknooppunten vertegenwoordigt Tianhe-2A 's werelds grootste installatie van Intel Ivy Bridge- en Xeon Phi-processors. Hoewel elk knooppunt 88 gigabyte geheugen heeft, is het totale geheugen (CPU+coprocessor) 1.375 tebibyte.

China heeft 2,4 miljard yuan (390 miljoen dollar) uitgegeven aan het bouwen van deze supercomputer. Het wordt nu vooral gebruikt in simulaties, analyses en beveiligingstoepassingen van de overheid.

3. Sunway TaihuLight

Snelheid: 93 petaFLOPS
Kern: 10,649,600

Verkoper: NRCPC
Locatie: Nationaal supercomputercentrum in Wuxi, China

De rekenkracht van TaihuLight komt van een in eigen beheer ontwikkelde SW26010 CPU met meerdere kernen die zowel rekenverwerkingselementen als beheerverwerkingselementen omvat.

Een enkele SW26010 levert een topprestatie van meer dan 3 teraFLOPS, dankzij de 260 verwerkingselementen (geïntegreerd in één CPU). Elk computerverwerkingselement heeft een kladblokgeheugen dat dient als een door de gebruiker bestuurde cache, waardoor de geheugenknelpunt in de meeste toepassingen aanzienlijk wordt verminderd.

Naast biowetenschappen en farmaceutisch onderzoek, is TaihuLight gebruikt om het universum te simuleren met 10 biljoen digitale deeltjes. China probeert echter nog veel meer te bereiken:het land heeft al aangegeven dat het zich tot doel heeft gesteld om in 2030 de leider te zijn op het gebied van AI.

2. Sierra

Afbeelding tegoed:Wikimedia

Snelheid: 94,6 petaFLOPS
Kern: 1.572.480

Verkoper: IBM
Locatie: Lawrence Livermore National Laboratory, Verenigde Staten

Sierra biedt tot 6 keer de duurzame prestaties en 7 keer de werklastprestaties van zijn voorganger Sequoia. Het combineert twee soorten processorchips:IBM's Power 9-processors en NVIDIA's Volta GPU's.

Sierra is speciaal ontworpen voor het beoordelen van de prestaties van kernwapensystemen. Het wordt gebruikt voor voorspellende toepassingen in voorraadbeheer, het Amerikaanse programma voor betrouwbaarheidstests en onderhoud van kernwapens zonder kernproeven.

Lezen:Wat is Tensor Processing Unit (TPU)? Wat is het verschil met GPU?

1. Top

Afbeelding tegoed:ORNL

Snelheid: 148.6 petaFLOPS
Kern: 2,414,592

Verkoper: IBM
Locatie: Oak Ridge National Laboratory, Verenigde Staten

Summit kan op het hoogtepunt 200 petaFLOPS leveren. Dit komt overeen met 200 quadriljoen drijvende-kommabewerkingen per seconde.

Het is ook 's werelds derde meest energiezuinige supercomputer, met een geregistreerd energierendement van 14,66 gigaFLOPS per watt.

De 4.600+ servers van Summit, die zo groot zijn als twee basketbalvelden, bevatten meer dan 9.200 IBM Power9-processors en meer dan 27.600 NVIDIA Tesla V100 GPU's. Het systeem is verbonden met een glasvezelkabel van 185 mijl en verbruikt genoeg stroom om 8.100 huishoudens van stroom te voorzien

In 2018 werd Summit de eerste supercomputer die de exascale-barrière doorbrak. Bij het analyseren van genomische gegevens bereikte het een piekdoorvoer van 1,88 exaops, wat bijna 2 miljard miljard berekeningen per seconde is.

De Verenigde Staten willen volgend jaar een volledig capabel exascale computerecosysteem ontwikkelen voor wetenschappelijke studies, en Summit is een stap in die richting.

1. Fugaku

Snelheid: 442 petaFLOPS
Kern: 7.630.848

Verkoper: Fujitsu
Locatie: RIKEN Centrum voor Computational Science, Japan

Met een theoretische piekprestatie van 537 petaFLOP's is Fugaku 's werelds snelste supercomputer. Het is ook de eerste supercomputer van topklasse die wordt aangedreven door ARM-processors.

Volgens de HPCG-benchmark overtreffen de prestaties van Fugaku de gecombineerde prestaties van de volgende vier beste supercomputers ter wereld.

Het is een geweldige prestatie voor de Japanse regering, maar het ontwerpen van zo'n krachtig systeem was niet goedkoop. Sinds 2014 heeft de overheid ongeveer $ 1 miljard uitgegeven aan R&D, acquisities en applicatie-ontwikkeling van het project.

Fugaku draait op twee besturingssystemen naast elkaar:Linux en een 'lichtgewicht multi-kernel OS' genaamd IHK/McKernel. Linux verwerkt Portable Operating System Interface (POSIX)-compatibele services, terwijl McKernel krachtige simulaties uitvoert.

Het is ontworpen om sociale en wetenschappelijke problemen met hoge prioriteit aan te pakken, zoals weersvoorspellingen, de ontwikkeling van schone energie, het ontdekken van medicijnen, gepersonaliseerde geneeskunde en het onderzoeken van de wetten van de kwantummechanica.

Lees:18 meest interessante feiten over kwantumcomputers

Veelgestelde vragen

Op welke software draaien supercomputers?

Bijna alle moderne supercomputers gebruiken het Linux-besturingssysteem. De voornaamste reden hiervoor is het open-source karakter van Linux.

Omdat supercomputers zijn ontworpen voor specifieke doeleinden, hebben ze een aangepast besturingssysteem nodig dat is geoptimaliseerd voor die specifieke vereisten. Het blijkt dat het ontwikkelen en onderhouden van gesloten, goed ontwikkelde besturingssystemen een veel kostbaar en tijdrovend proces is.

Linux daarentegen is gratis, betrouwbaar en gemakkelijk aan te passen. Ontwikkelaars kunnen voor elk van de supercomputers aparte versies van Linux configureren of maken.

Lees: Linus Torvalds:de man die de Linux-kernel heeft gemaakt

Wie gebruikt een supercomputer?

Supercomputers worden meestal door wetenschappers en onderzoekers gebruikt om rekenintensieve taken op verschillende gebieden uit te voeren, waaronder

• Aerodynamisch onderzoek en weersvoorspellingen
• De kracht van versleuteling testen
• Moleculaire dynamische simulatie
• Financiën en marktonderzoek
• 3D-kerntestsimulaties
• Drugsontdekking
• Ruimteonderzoek

Welk land heeft de meeste supercomputers?

Vanaf 2021 heeft China 188 van de 500 best presterende supercomputers ter wereld. De Verenigde Staten hebben 122 en Japan heeft 34 supercomputers. Samen zijn de twee grootste landen goed voor 62% van 's werelds krachtigste supercomputers.

Lezen:13 beste computerwetenschappelijke boeken om te lezen

Wat is de toekomst van supercomputers?

Volgens het Technavio-rapport zal de wereldwijde supercomputermarkt tussen 2021 en 2025 met $12,5 miljard groeien, met een CAGR van 20% tijdens de prognoseperiode.

Het toenemende gebruik van kunstmatige intelligentie, machine learning en cloudtechnologie is de belangrijkste reden voor deze groei. De behoefte aan zeer geavanceerde modellen om complexe fysica, scheikunde en milieukwesties aan te pakken, kan de groei verder versnellen.

Al met al zal de vraag naar supercomputers in de nabije toekomst toenemen met de opkomst van geavanceerde toepassingen. Overheidsinstanties zullen naar verwachting de hoogste inkomsten genererende eindgebruikers zijn.