I 10 migliori supercomputer

Se qualcuno dice " supercomputer ", la tua mente potrebbe saltare a Deep Blue e non saresti solo. Il mago degli scacchi in silicio di IBM ha sconfitto il gran maestro Gary Kasparov nel 1997, consolidandolo come uno dei computer più famosi di tutti i tempi (anche alcune polemiche sulla vittoria hanno aiutato). Per anni Deep Blue è stato il volto pubblico dei supercomputer, ma non è certo l'unico pensatore artificiale onnipotente del pianeta. In effetti, IBM ha smontato Deep Blue poco dopo la storica vittoria! Più recentemente, IBM ha fatto la storia del supercalcolo con Watson, che ha sconfitto "Jeopardy!" i campioni Ken Jennings e Brad Rutter in una partita speciale.

Per quanto brillanti, né Deep Blue né Watson sarebbero stati in grado di eguagliare la potenza computazionale dei sistemi nell'elenco TOP500 di novembre 2013. TOP500 si definisce un elenco dei "500 più potenti sistemi informatici disponibili in commercio a noi noti". I supercomputer in questo elenco sono un ritorno ai primi computer degli anni '50 - che occupavano intere stanze - tranne per il fatto che i computer moderni utilizzano rack su rack di hardware all'avanguardia per produrre petaflop di potenza di elaborazione .

Il tuo computer di casa probabilmente funziona su quattro core del processore. La maggior parte dei supercomputer di oggi utilizza centinaia di migliaia di core e la voce più alta ne ha più di 3 milioni.

TOP500 attualmente si basa sul benchmark Linpack, che fornisce a un computer una serie di equazioni lineari per misurare le sue prestazioni di elaborazione, sebbene sia in lavorazione un metodo di test alternativo. L'elenco di novembre 2013 vede la cinese Tianhe-2 in cima al mondo. Ogni sei mesi, TOP500 pubblica un elenco e alcuni nuovi computer salgono nella classifica dei più veloci del mondo. Ecco i campioni dell'inizio del 2014. Continua a leggere per vedere come stanno mettendo al lavoro il loro coraggio elettronico.

1. SuperMUC (Germania)
2. Vulcano (Stati Uniti)
3. JuQUEEN (Germania)
4. Stampede (Stati Uniti)
5. Piz Daint (Svizzera)
6. Mira (Stati Uniti)
7. K computer (Giappone)
8. Sequoia (Stati Uniti)
9. Titano (Stati Uniti)
10. Tianhe-2 (Cina)

Il SuperMUC ha prestazioni di 2,9 petaflop, grazie a circa 150.000 core di elaborazione. Nonostante questa incredibile potenza di elaborazione, è stato spostato dal numero 4 nell'elenco di giugno 2012 fino al numero 10. È uno dei numerosi sistemi IBM a fare l'elenco, ma il SuperMUC è unico in un paio di modi diversi. Situato nel Leibniz Supercomputing Centre in Germania, il SuperMUC utilizza un nuovo sistema di raffreddamento ad acqua calda per evitare che il cervello del computer si frigga mentre esegue miliardi e miliardi di operazioni.

L'efficienza è ciò che distingue davvero il SuperMUC: IBM afferma che è il 40% più efficiente dal punto di vista energetico rispetto a un sistema raffreddato ad aria. Affermano che l' acqua rimuove il calore 4.000 volte in modo più efficiente dell'aria. Grazie al suo hardware all'avanguardia, il SuperMUC è il secondo supercomputer più veloce della Germania. In effetti, è il terzo supercomputer più veloce in Europa e quasi due volte più veloce del numero 10 dell'anno precedente.

Vulcan è il primo di quattro computer tra i primi 10 in esecuzione sulla potente piattaforma BlueGene/Q di IBM con processori Power BQC a 16 core da 1,6 GHz. Superando la voce precedente di oltre un petaflop, questa centrale elettrica si comporta a 4,3 petaflop con i suoi quasi 400.000 core.

Questo supercomputer è uno dei due tra i primi 10 che operano presso la National Nuclear Security Administration (NNSA) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti presso il Livermore National Laboratory (LLNL) in California . A metà del 2013, il laboratorio ha aperto il tempo al computer su Vulcan alle aziende statunitensi per il lavoro collaborativo su progetti che aumenteranno il progresso scientifico e tecnologico, miglioreranno la competitività degli Stati Uniti e miglioreranno la forza lavoro di calcolo ad alte prestazioni (HPC), il tutto in cambio di una quota dei costi operativi. Vulcan è inteso anche per la collaborazione con istituzioni accademiche e di ricerca in settori quali l'energia, la sicurezza, la scienza dell'atmosfera e la bioscienza.

JuQUEEN funziona anche sulla piattaforma IBM BlueGene/Q, con prestazioni massime di 5 petaflop su circa 459.000 core. Mentre molti computer nell'elenco sono in circolazione negli ultimi due anni, JuQUEEN è stato costruito nel 2012 in sostituzione di un altro sistema, JUGENE, che era il nono sistema più veloce del TOP500 di novembre 2010.

I ricercatori della Jülich-Aachen Research Alliance possono presentare proposte di progetti per giustificare l'utilizzo di alcuni dei core di JuQUEEN e, se approvati, possono ritagliarsi del tempo con uno dei supercomputer più potenti del mondo. Il tempo su questo e altri due potenti supercomputer tedeschi, SuperMUC e HERMIT (39° nella lista TOP500), possono essere richiesti tramite il Gauss Center for Supercomputing (GCS) e la Partnership for Advance Computing in Europe (PRACE).

Stampede si è fatto strada al numero 7 nel novembre 2012, è salito al numero 6 nel giugno 2013 e poi ha ripreso il suo precedente posto nell'elenco più recente. Il finanziamento per il sistema è venuto da un premio della National Science Foundation (NSF) e Stampede è ospitato presso il Texas Advanced Computing Center (TACC) presso l'Università del Texas ad Austin. Questo sistema Dell PowerEdge esegue processori Intel Xeon E5 a 8 core da 2,7 GHz in combinazione con coprocessori Intel Xeon Phi. I suoi circa 462.000 core gli consentono di raggiungere quasi 5,2 petaflop in termini di prestazioni.

Da gennaio 2013, Stampede è stato aperto all'uso da parte di scienziati e altri ricercatori in tutti i campi come parte del programma Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE) della NSF, un sistema virtuale per condividere apertamente la potenza di calcolo di 16 supercomputer e risorse correlate. Il novanta per cento del sistema è dedicato a XSEDE e il resto è a discrezione del direttore del TACC. Ricercatori qualificati presso qualsiasi istituto statunitense possono presentare proposte tramite il sito Web XSEDE.

Sebbene Piz Daint sia operativo dall'aprile 2013, questo sistema Cray ha subito un importante aggiornamento che lo ha portato alla posizione n. 6 e ha detronizzato JuQUEEN come il supercomputer più potente d'Europa.

Piz Daint esegue processori Intel Xeon E5 insieme a unità di elaborazione grafica (GPU) NVIDIA per prestazioni aggiuntive, che gli consentono di raggiungere 6,3 petaflop con i suoi 116.000 core di elaborazione. Risiede presso il Centro nazionale svizzero di supercalcolo (CSCS) e sarà utilizzato per la modellazione dei modelli meteorologici e climatici e per l'esecuzione di calcoli scientifici in una varietà di altri campi.

Il Piz Daint è anche uno dei supercomputer più efficienti dal punto di vista energetico della lista, con un livello di efficienza di 3.185,9 megaflop per watt (MFLOPS/W) [fonti: Green500 , Smith ]. È l'unico supercomputer ad essere tra i primi 10 nelle liste TOP500 e GREEN500. GREEN500 prende tutti i supercomputer nell'elenco TOP500 e li classifica in base all'efficienza energetica. L'architettura ibrida di Piz Daint, che utilizza sia CPU tradizionali (unità di elaborazione centrale) sia GPU più efficienti dal punto di vista energetico, aiuta a mantenere basso il consumo di energia.

Mira di IBM, che è diventata pienamente operativa nel 2013, raggiunge un picco di prestazioni di 8,6 petaflop. Sono più di 2 petaflop sul Piz Daint e quasi 3,5 petaflop in più rispetto a Stampede.

Mira funziona su 786.000 core del processore. Si trova presso l'Argonne National Laboratory, un laboratorio di ricerca per il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti . Utilizza la piattaforma BlueGene/Q di IBM e sostituisce un vecchio sistema IBM, Intrepid, che si è classificato quarto nell'elenco nel 2008.

I ricercatori che presentano proposte per il programma Innovative and Novel Computational Impact on Theory and Experiment (INCITE) tramite l'Office of Science del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti possono richiedere il tempo del processore su Mira. Il 60% della capacità del computer va alla loro ricerca, mentre il 30% va all'Advanced Science Computing Research Leadership Computing Challenge. L'ultimo 10 percento è riservato a calcoli urgenti e sensibili al tempo [fonte: Information Week ].

Il computer K di Fujitsu, l'unico supercomputer in Giappone che è entrato nella top 10, ha regnato come il supercomputer più veloce del mondo in entrambe le liste del 2011, ma da allora è sceso al numero 4. Tuttavia, rompe la barriera a una cifra e fa un notevole salto di velocità rispetto a Mira di IBM con una performance di 10,5 petaflop.

Il computer K si trova presso il RIKEN Advanced Institute for Computational Science del Giappone, dove esegue operazioni scientifiche tra cui la prevenzione dei disastri globali , la meteorologia e la ricerca medica [fonte: Fujitsu ]. A differenza di molti altri supercomputer nell'elenco, non funziona su architettura IBM. Il computer K utilizza i processori octo-core SPARC64 VIIIfx di Fujitsu. I suoi 705.000 core di computer lo aiutano a svolgere le operazioni a un ritmo incredibile.

Ma che tu ci creda o no, gli ultimi tre supercomputer più veloci sono passi da gigante più potenti del computer K.

Sequoia era il supercomputer al primo posto nell'elenco TOP500 di giugno 2012, ma è sceso al n. 2 nel novembre 2012 e ora si trova al n. petaflop di prestazioni. Ti chiedi quanto sia incredibile?

Bene, se guardiamo indietro a meno di un decennio fa, al 2008, Roadrunner di IBM ha fatto la storia (e ha conquistato il primo posto) per aver infranto 1 petaflop, ovvero eseguire 1.000 trilioni di operazioni al secondo [fonte: IBM ]. IBM ha affermato che Roadrunner era equivalente a 100.000 laptop del 2008 in termini di prestazioni. E Sequoia è 17 volte più veloce! Sequoia è uno dei quattro computer nell'elenco di novembre 2013 in esecuzione sul design BlueGene/Q IBM, un chip a 16 core da 1,6 GHz. Non è una velocità di clock particolarmente elevata per gli standard odierni, ma con 96 rack di chip, le prestazioni aumentano davvero.

Che ci fa Sequoia con tutta quella velocità, comunque? Sequoia è il 63% più veloce del quarto computer più veloce della lista e IBM sta mettendo Sequoia al lavoro, ovviamente. Come Vulcan, opera presso la National Nuclear Security Administration del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti presso il Livermore National Laboratory. Il computer sta facendo un lavoro importante (e classificato): una delle sue responsabilità è la simulazione di esplosioni nucleari .

Uno dei due sistemi Cray nell'elenco, il Titan è all'altezza del suo nome, utilizzando processori Opteron 6274 a 16 core da 2,2 GHz insieme a GPU NVIDIA per prestazioni incredibili di 17,6 petaflop su circa 561.000 core. Si trova presso l'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) gestito dall'Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF). Titan ha conquistato il primo posto nella Top500 il mese dopo essere stato schierato alla fine del 2012, ma è sceso al numero 2 nella classifica di giugno 2013, dove rimane.

Titan è tecnicamente un importante aggiornamento del precedente supercomputer dell'ORNL, Jaguar. Grazie alla sua nuova architettura ibrida , Titan si adatta agli stessi armadi della Jaguar, raggiungendo una velocità nove volte superiore a quella della Jaguar con un aumento del consumo energetico di appena il 60 percento circa.

Titan è uno dei due supercomputer nella top 10 che incorpora GPU NVIDIA per aumentare le prestazioni mantenendo il consumo energetico inferiore a quello che sarebbe per un sistema all-CPU altrettanto potente. Tuttavia, l'utilizzo delle GPU per eseguire applicazioni alla velocità di cui è capace il sistema richiede un nuovo approccio alla programmazione del software. Per affrontare questo problema, l'OLCF ha collaborato con Cray e NVIDIA per creare il Center for Accelerated Application Readiness (CAAR), che sta lavorando sodo per elaborare le migliori pratiche per lo sviluppo del codice.

Come con Mira, i ricercatori possono presentare proposte attraverso il programma INCITE del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti per guadagnare tempo su questo cavallo di battaglia.

The Tianhe-2 (which means Milky Way-2) appeared on the scene in 2012, more than two years ahead of schedule, and leapt into the No. 1 spot. It processes at an astounding 33.9 petaflops, nearly twice the performance of the Titan or Sequoia, and more than 10 times the performance of Tianhe-1A, which held the No. 10 spot in June 2013.

The system runs on a mix of Intel Xeon E5 processors, custom processors and Intel Xeon Phi coprocessors: approximately 3,120,000 cores in total.

Developed by China 's National University of Defense Technology (NUDT) and located at the National Super Computer Center in Guangzhou, the system will be used for education and research. It is currently China's only top-10 entry, but the Tianhe-2 gives them bragging rights for sheer processing power in a single machine.

Tianhe-2 runs on a custom version of the Ubuntu Linux operating system called Kylin, which was developed through a partnership between the NUDT, the China Software and Integrated Circuit Promotions Centre (CSIP) and Canonical (creators of Ubuntu). In fact, all of the top 10 supercomputers, and most of the top 500, run some flavor of Linux .

Kylin non è solo per i supercomputer. Si tratta di un sistema operativo open source disponibile gratuitamente su misura per gli utenti cinesi e può essere scaricato dal sito di Ubuntu per l'uso su personal computer.

Nota dell'autore: i 10 migliori supercomputer

L'elenco dei supercomputer del 2012 è stato assolutamente sorprendente. Questi computer sono sempre stati eccellenti rispetto ai PC che abbiamo a casa, ma guardando gli elenchi degli ultimi anni si è capito quanto la tecnologia sia migliorata in così poco tempo. Fino al 2008, un supercomputer capace di 1 petaflop di prestazioni era un grosso problema. Oggi, il supercomputer più veloce di IBM può funzionare a 16 petaflop! Non riesco nemmeno a immaginare di cosa saranno capaci queste cose tra cinque anni. -WF

Ho aggiornato questo articolo con i migliori supercomputer del 2013 e che differenza fa un anno! Dalle liste di novembre 2012 a novembre 2013, la potenza di elaborazione dei computer al primo e al decimo posto è quasi raddoppiata. Si spera che questa capacità di calcolo sempre crescente si traduca in scoperte scientifiche sempre più rapide, come la realizzazione di utili robot domestici e la crescita di organi che devono essere sostituiti e simili. Gli sviluppatori di supercomputer stanno già guardando al futuro dell'elaborazione degli exabyte e, di questo passo, potrebbe essere solo qualche anno fuori. - BJ

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