Вычислить всё. Суперкомпьютеры наращивают скорости, но только не в России

Быстрее, выше, сильнее

Самый быстрый и самый мощный — такая парадигма изначально легла в основу термина «суперкомпьютер» еще в 20-х годах XX века. Обычный компьютер делает последовательные вычисления, хоть и на высокой скорости. Суперкомпьютер и решает, и анализирует огромные массивы данных одновременно. Если в 1980-х годах мощными считались машины с восемью процессорами, то уже в 1990-е годы начали появляться суперкомпьютеры с тысячами процессоров.

Однако еще позже стало понятно, что соединением огромного количества процессоров, которые потребляют большое количество энергии, рекордов не достичь. Сегодня чаще всего используется подход вертикального масштабирования узлов вкупе с высокопроизводительными каналами связи между CPU и GPU (виды процессоров. — Прим. «НП») c ускорителями.

«Крутизну» суперкомпьютеров принято определять флопсами (количество операций над числами с плавающей точкой в секунду, FLOPS. — Прим. «НП»). Самые первые суперкомпьютеры имели производительность около 1 флопс, то есть 1 тыс. операций в секунду. В 1964 году в США появился компьютер с производительностью в 1 млн флопс (1 мегафлопс). В 1983 году была преодолена планка в 1 млрд флопс (1 гигафлопс), а в 1996 году был взят барьер в 1 трлн флопс (1 терафлопс). В 2008 году суперкомпьютер IBM «перешел Рубикон» в 1 квадриллион флопс (1 петафлопс). На сегодняшний день самым мощным является японский суперкомпьютер Fugaku с заявленной производительностью 442 петафлопс.

В 1993 году был запущен рейтинг с описанием 500 самых мощных вычислительных систем мира. По данным на ноябрь 2021 года, по числу таких систем лидирует Китай, у которого есть 173 суперкомпьютера. На втором месте США — 149. Затем идут Япония — 32, Германия — 26, Франция — 19, Великобритания — 11, Нидерланды — 11, Канада — 11, Южная Корея — семь. Российская IT-инфрастуктура насчитывает семь суперкомпьютеров.

Космическая скорость

Следующий шаг в гонке за скоростями — эксафлопсный суперкомпьютер (эксафлопс равен 1 тыс. петафлопс). Официально пока не запущено ни одного такого суперкомпьютера, хотя разработки ведутся и в Китае, и в США, и в Японии. Самый известный анонс — эксафлопсный компьютер США Frontier, или OLCF-5. Его целевая вычислительная производительность по планам составит 1,5 эксафлопс. Ранее его запуск анонсировался в 2021 году, теперь он перенесен на 2022 год. Цель этого проекта амбициозна — смоделировать изменения в галактике, похожей на Млечный Путь, чтобы сделать «график» образования, эволюции и гибели отдельных звезд.

Эксперты Meta(компания признана экстремистской организацией в РФ, деятельность запрещена)утверждают, что если 1 флопс эквивалентен ходьбе, то 1 эксафлопс — это скорость света.

Кстати, компания Марка Цукерберга, развивающая свою метавселенную, также недавно объявила о создании нового «самого быстрого в мире» суперкомпьютера. По данным самой компании, после полного развертывания системы в середине 2022 года его производительность составит 5 эксафлопс. Для Цукерберга приоритетом является разработка технологий для метавселенной и исследований в области искусственного интеллекта.

А компания Nvidia, осенью прошлого года объявившая о планах по созданию самого мощного в мире суперкомпьютера с искусственным интеллектом, будет использовать его для прогнозирования изменения климата. «Мы должны знать свое будущее, видеть его и чувствовать, чтобы действовать безотлагательно. Чтобы сделать наше будущее реальностью, симуляция — это ответ», — уверены в компании.

Россия тоже была «супер»

Россия за последний год удвоила число суперкомпьютеров, входящих в мировой рейтинг, с трех до семи. Это произошло главным образом благодаря суперкомпьютерам «Яндекса», который раньше не подавал информацию о своих системах для рейтинга.

Так, суперкомпьютер «Яндекса» «Червоненкис» занял 19-ю строчку рейтинга суперкомпьютеров топ-500, став самой производительной системой не только в России, но и во всей Восточной Европе. Его реальная производительность составляет 21,53 петафлопс. Еще две машины, «Галушкин» и «Ляпунов», заняли в рейтинге 36-е в и 40-е места соответственно. Заявленная в списке реальная производительность этих машин составляет 16,02 и 12,81 петафлопс.

В компании говорят, что суперкомпьютеры нужны, чтобы обучать нейросетевые модели. Например, утверждают в «Яндексе», благодаря им «Переводчик» точнее и быстрее переводит тексты, распознает картинки и видео, а «Директ» отбирает более релевантную рекламу. Поисковым роботам языковые модели из семейства YaLM помогают составлять и ранжировать быстрые ответы, а Алисе — поддерживать живой диалог с пользователем.

Сбербанк вошел в топ-500 мирового рейтинга с суперкомпьютером «Кристофари нео» с реальной мощностью в 11,95 петафлопс (43-е место в списке). Его производительность в 1,8 раза выше, чем у первого суперкомпьютера «Кристофари», представленного 2 года назад. Тот расположился в последнем рейтинге на 72-й строчке. К слову, за последний год «Кристофари» обработал более 1 петабайта данных. В сентябре прошлого года «Сбер» запустил семейство виртуальных ассистентов «Салют», которых обучали с помощью «Кристофари». Кроме этого, говорят в банке, этот суперкомпьютер «помогает предпринимателям, научным учреждениям и компаниям внедрять передовые решения в области машинного обучения».

Также в рейтинг от России попали суперкомпьютер МГУ «Ломоносов-2» и «МТС Гром», принадлежащий МТС (241-е и 294-е места, мощность 2,478 петафлопс и 2,258 петафлопс соответственно).

«Ломоносов-2» используется для научных исследований. МТС использует «MTS Гром» для развития своей цифровой экосистемы. Планируется, что суперкомпьютер ускорит создание и вывод на рынок продуктов в области машинного зрения и промышленной аналитики, обработки естественного языка, интеллектуального видеонаблюдения. Кроме того, компания хочет продавать мощности в рамках портфеля облачного провайдера #CloudMTS.

Государство на страже

В прошлом году президент Российской академии наук Александр Сергеев заявил, что Россия более чем в 100 раз отстает по производительности суперкомпьютеров от стран — мировых лидеров в этой сфере. Правительство РФ пересматривает концепцию развития суперкомпьютерной инфраструктуры. До конца 2021 года государство собиралось определить модель и структуру российской сети суперкомпьютерных центров, но пока этого не случилось.

Пока же в России действует Национальная исследовательская компьютерная сеть России (НИКС), созданная по заданию Минобрнауки в 2019 году. Это симбиоз федеральной университетской компьютерной сети RUNNet (Russian UNiversity Network) и сети организаций Российской академии наук RASNet (Russian Academy of Science Network). Сеть RASNet включает более 100 научных организаций в Московском регионе, узлы объединенной сети НИКС есть в более чем 40 регионах России. Общее количество пользователей сети, по независимым экспертным оценкам, превышает 3 млн человек.

Теперь, с уходом крупных поставщиков комплектующих и вынужденным резким переходом на импортозамещение, развитие российских суперкомпьютеров может забуксовать.

Мобильный суперкомпьютер

Правда, возможно, скоро громоздкие проекты уже просто не понадобятся. Ученые НИТУ «МИСиС» выяснили, что вычислительная сеть, состоящая исключительно из миллионов распределенных по всему миру мобильных телефонов, вполне может достигнуть уровня производительности суперкомпьютера.

По данным американского портала Digital Trends, количество пользователей смартфонов в мире в 2020 году достигло 6,1 млрд и продолжает расти. Даже маломощные процессоры мобильных устройств могут выполнять ресурсоемкие операции. По мнению исследователей из Института информационных технологий и компьютерных наук НИТУ «МИСиС», включение мобильных устройств в сетевую и вычислительную инфраструктуру в ближайшее время приведет к появлению новой категории вычислительных систем — мобильной. А развитие квантовых компьютеров, скорее всего, в целом сведет на нет огромный пласт суперкомпьютеров. Как скоро — покажет время.