2021's Top 12 supercomputers: rankings & prestatie-inzichten

Voor de meeste van ons lijkt een computer waarschijnlijk al snel genoeg als het 8K-video's kan afspelen of de nieuwste versie van Far Cry in 60 fps zonder vertraging. Er zijn echter veel ingewikkelde taken die miljarden berekeningen per seconde vereisen — wat een desktop met i9-processor niet kan.

Daar komen supercomputers van pas. Ze bieden een hoog prestatieniveau dat regeringen en organisaties in staat stelt problemen op te lossen die niet mogelijk zouden zijn met conventionele computers.

Tegenwoordig worden supercomputers gebouwd met AI (kunstmatige intelligentie) workloads in gedachten. Naast weersvoorspelling, klimaatonderzoek, fysieke simulaties, en olie- en gasexploratie, helpen supercomputers wetenschappers om meer weerstandsfähige bouwnaterialen te ontdekken en menselijke eiwitten en cellulaire systemen op een extreem detailniveau te bestuderen.

Meestal wordt de prestatie van een supercomputer gemeten in floating-point operations per second (FLOPS). Op het gebied van wetenschappelijke berekeningen is FLOPS een nauwkeurigere cijfer dan het meten van instructies per seconde.

Wist u dat de eerste supercomputer — Livermore Atomic Research Computer — in 1960 gebouwd werd voor het US Navy Research and Development Centre.

Om te laten zien hoe ver we zijn gekomen sinds toen, hebben we een gedetailleerde lijst samengesteld van de snelste supercomputers ter wereld. Ze zijn allemaal non-gedistribueerde computersystemen die op Linux draaien.

12. Sequoia

Snelheid: 17,1 petaFLOPS
Cores: 1.572.864

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

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

Hoewel de machine voornamelijk gebruikt wordt voor kernwapensimulaties, is het ook beschikbaar voor veel wetenschappelijke doeleinden zoals klimaatverandering en menselijke genoomanalyse. Het heeft ook zijn grote schaalbaarheid gedemonstreerd met een 3D-simulatie van de electrofysiologie van het menselijk hart.

11. PANGEA III

Credit: ABCI

Snelheid: 19,8 petaFLOPS
Cores: 391.680

Leverancier: Fujitsu
Locatie: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Japan

Dit is de werelds eerste grootschalige Open AI Computing Infrastructure die 32.577 petaFLOPS piekprestatie levert. Het heeft in totaal 1.088 knooppunten, elk bevattend 2 Intel Xenon Gold Schaalbare processors, 4 NVIDIA Tesla V100 GPU, 2 InfiniBand EDR HCAs, en 1 NVMe SSD.

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

7. Trinity

Snelheid: 21,2 petaFLOPS
Cores: 979.072

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

Trinity is gebouwd om een uitzonderlijke rekenkundige capaciteit te bieden voor het NNSA Nuclear Security Enterprise. Het heeft als doel de geometrische en fysieke fideliteit in kernwapensimulatiecode te verbeteren, terwijl het waarborgt dat de kernvoorraad veilig, beveiligd, en effectief is.

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

6. Piz Daint

Snelheid: 21,2 petaFLOPS
Cores: 387.872

Leverancier: Cray
Locatie: Swiss National Supercomputing Centre, Zwitserland

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

Piz Daint gebruikt DataWarp's 'burst buffer mode' om de effectieve bandbreedte naar en van opslagapparaten te vergroten. Dit versnelt de data input/output-snelheden, wat de analyse van miljoenen kleine, ongestructureerde bestanden vergemakkelijkt.

Naast zijn dagelijkse taken, kan het de data-analyse van een aantal van de meest data-intensieve projecten ter wereld aan, zoals data verzameld van experimenten bij de Large Hadron Collider.

Lees: Wat Is Een Deeltjesversneller?

5. Frontera

Een uitzicht tussen twee rijen Frontera-servers | Credit: TACC

Snelheid: 23,5 petaFLOPS
Cores: 448.448

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

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

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

4. Tianhe-2A

Tianhe-2 in Nationaal Supercomputer Centrum in Guangzhou

Snelheid: 61,4 petaFLOPS
Cores: 4.981.760

Leverancier: NUDT
Locatie: Nationaal Supercomputer Centrum in Guangzhou, China

Met meer dan 16.000 computernodes, vertegenwoordigt Tianhe-2A de werelds grootste installatie van Intel Ivy Bridge en Xeon Phi processors. Terwijl elk node 88 gigabytes geheugen heeft, is het totale geheugen (CPU+coprocessor) 1.375 tebibyte.

China gaf 2,4 miljard yuan (VS$390 miljoen) uit aan het bouwen van deze supercomputer. Het wordt nu voornamelijk gebruikt in simulaties, analyses, en overheidsbeveiligingstoepassingen.

3. Sunway TaihuLight

Snelheid: 93 petaFLOPS
Cores: 10.649.600

Leverancier: NRCPC
Locatie: Nationaal Supercomputer Centrum in Wuxi, China

De rekenkracht van TaihuLight komt van een eigen meerdere-core SW26010 CPU die zowel rekenverwerkings-elementen als beheerverwerkings-elementen omvat.

Een enkele SW26010 levert een piekprestatie van meer dan 3 teraFLOPS, dankzij zijn 260 verwerkings-elementen (geïntegreerd in één CPU). Elk rekenverwerkings-element heeft een scratchpad-geheugen dat fungeert als door de gebruiker gecontroleerde cache, wat de geheugenknelpunt in de meeste toepassingen aanzienlijk vermindert.

Naast levenswetenschappen en farmaceutisch onderzoek, is TaihuLight gebruikt om het universum te simuleren met 10 biljoen digitale deeltjes. Echter, China probeert veel meer te bereiken: het land heeft al zijn doel uitgesproken om de leider in AI te zijn in 2030.

2. Sierra

Afbeeldingscredit: Wikimedia

Snelheid: 94,6 petaFLOPS
Cores: 1.572.480

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

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

Sierra is specifiek ontworpen voor het beoordelen van de prestaties van kernwapensystemen. Het wordt gebruikt voor voorspellende toepassingen in voorraadbeheer, het VS-programma van betrouwbaarheidstesten en onderhoud van kernwapens zonder enige kernproeven.

Lees: Wat Is Een Tensor Processing Unit (TPU)? Hoe Verschilt Het Van GPU?

1. Summit

Afbeeldingscredit: ORNL

Snelheid: 148,6 petaFLOPS
Cores: 2.414.592

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

Summit kan 200 petaFLOPS leveren op piek. Dit is gelijk aan 200 biljoen floating-point operaties per seconde.

Het is ook de werelds derde meest energie-zuinige supercomputer, met een vastgelegde energie-efficiëntie van 14,66 gigaFLOPS per watt.

Summit's 4.600+ servers, die de grootte van twee basketbalvelden innemen, huisvesten meer dan 9.200 IBM Power9-processors en meer dan 27.600 NVIDIA Tesla V100 GPU's. Het systeem is verbonden door 185 mijl glasvezelkabel, en het verbruikt genoeg stroom om 8.100 huishoudens te voeden.

In 2018 werd Summit de eerste supercomputer die de exaschaalbarrière doorbrak. Tijdens het analyseren van genomische data, haalde het een piekdoorvoer van 1,88 exaops, wat bijna 2 biljoen biljoen berekeningen per seconde is.

De Verenigde Staten hebben als doel een volledig functioneel exaschaal-computing-ecosysteem voor wetenschappelijke studies te ontwikkelen volgend jaar, en Summit is een stap in die richting.

1. Fugaku

Snelheid: 442 petaFLOPS
Cores: 7.630.848

Leverancier: Fujitsu
Locatie: RIKEN Center for Computational Science, Japan

Met een theoretische piekprestatie van 537 petaFLOPS, is Fugaku de werelds snelste supercomputer. Het is ook de eerste top-gerankte supercomputer die aangedreven wordt door ARM-processors.

Volgens de HPCG-benchmark, overstijgt Fugaku's prestatie de gecombineerde prestatie van de volgende top vier supercomputers ter wereld.

Het is een grote prestatie voor de Japanse overheid, maar het ontwerpen van zo'n krachtig systeem was niet goedkoop. Sinds 2014 heeft de overheid ongeveer $1 miljard uitgegeven aan het project's R&D, aanschaffingen, en applicatieontwikkeling.

Fugaku draait op twee besturingssystemen naast elkaar: Linux en een 'lichtgewicht multi-kernel OS' genaamd IHK/McKernel. Linux handelt Portable Operating System Interface (POSIX) compatibele diensten af, terwijl McKernel high-performance simulaties draait.

Het is ontworpen om hoge-prioritaire maatschappelijke en wetenschappelijke problemen aan te pakken, zoals weersvoorspelling, schone energie-ontwikkeling, geneesmiddelontdekking, gepersonaliseerde geneeskunde, en het verkennen van de wetten van de kwantummechanica.

Lees: 18 Meest Interessante Feiten Over Kwantumcomputers

Veelgestelde Vragen

Wat voor software draaien supercomputers?

Bijna alle moderne supercomputers gebruiken het Linux-besturingssysteem. De primaire reden hiervoor is de open-source aard van Linux.

Aangezien supercomputers ontworpen zijn voor specifieke doeleinden, vereisen ze een aangepast OS geoptimaliseerd voor die specifieke vereisten. Het blijkt dat het ontwikkelen en onderhouden van gesloten, proprietair besturingssystemen een ver te duur en tijdrovend proces is.

Linux, aan de andere kant, is gratis, betrouwbaar, en gemakkelijk aan te passen. Ontwikkelaars kunnen Linux voor elke supercomputer configureren of afzonderlijke versies maken.

Lees: Linus Torvalds: De Man Die Linux Kernel Creëerde

Wie gebruikt een supercomputer?

Supercomputers worden meestal gebruikt door wetenschappers en onderzoekers om rekenintensieve taken uit te voeren in diverse velden, waaronder

• Aerodynamisch onderzoek en weersvoorspelling
• Testen van de sterkte van encryptie
• Moleculaire dynamica-simulatie
• Financiën en marktonderzoek
• 3D kernproefsimulaties
• Geneesmiddelontdekking
• Ruimteonderzoek

Welk land heeft de meeste supercomputers?

Per 2021 heeft China 188 van de 500 top-presterende supercomputers ter wereld. De Verenigde Staten heeft 122 en Japan heeft 34 supercomputers. Samen staan de top twee landen voor 62% van de meest krachtige supercomputermachines ter wereld.

Lees: 13 Beste Computerwetenschapsboeken Om Te Lezen

Wat is de toekomst van supercomputers?

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

Het toenemende gebruik van kunstmatige intelligentie, machine learning, en cloudtechnologie is de hoofdreden achter deze groei. De behoefte aan hooggesofisticeerde modellen om te gaan met complexe fysica, chemie, en milieukwesties kan de groei verder versnellen.

Al met al, met opkomende gesofisticeerde toepassingen in de nabije toekomst, zal de vraag naar supercomputers consequent toenemen. Overheidsinstanties worden verwacht de hoogste opbrengst genererende eindgebruikers te zijn.