世界で最速の12台のスーパーコンピューター| 2021年に
私たちのほとんどにとって、コンピューターは、8Kビデオまたは最新バージョンのFarCryを60fpsで速度を落とさずに実行できれば、おそらく十分に高速に見えます。ただし、1秒あたり数十億の計算を必要とする複雑なタスクが多数あります。これは、i9プロセッサを搭載したデスクトップでは実行できないことです。
そこでスーパーコンピューターが役に立ちます。これらは、政府や組織が従来のコンピューターでは不可能だった問題を解決できるようにする高レベルのパフォーマンスを提供します。
今日のスーパーコンピューターは、AI（人工知能）ワークロードを念頭に置いて構築されています。スーパーコンピューターは、天気予報、気候研究、物理シミュレーション、石油とガスの探査に加えて、科学者がより弾力性のある建築材料を発見し、人間のタンパク質と細胞システムを非常に詳細に研究するのに役立ちます。
通常、スーパーコンピューターのパフォーマンスは、1秒あたりの浮動小数点演算（FLOPS）で測定されます。科学的計算の分野では、FLOPSは1秒あたりの命令を測定するよりも正確な数値です。
最初のスーパーコンピューターであるLivermoreAtomic Research Computerは、1960年に米国海軍の研究開発センター向けに構築されたことをご存知ですか。
それ以来、私たちがどれだけ進んだかを示すために、世界で最速のスーパーコンピューターの詳細なリストを作成しました。これらはすべて、Linux上で実行される非分散型コンピューターシステムです。
12。セコイア
速度： 17.1ペタフロップス
コア： 1,572,864
ベンダー： IBM
場所： ローレンスリバモア国立研究所、米国
Sequoiaは、IBMのBlueGene / Qサーバーを使用して、20ペタフロップスの理論上のピークパフォーマンスを実現します。コア数が123％増え、前モデルの京よりもエネルギー効率が37％高くなっています。
この機械は主に核兵器のシミュレーションに使用されますが、気候変動やヒトゲノム分析などの多くの科学的目的にも利用できます。また、人間の心臓の電気生理学の3Dシミュレーションにより、その優れた拡張性も実証されています。
11。パンゲアIII
クレジット：Total S.A.
速度： 17.8ペタフロップス
コア： 291,024
ベンダー： IBM
場所： フランス、ポーにあるCSTJF技術および科学研究センター
Pangea IIIは、IBMのAIに最適化された高性能アーキテクチャーに依存しています。 IBMとNVIDIAは協力して、業界で唯一のCPU-GPU NVLink接続を構築しました。これにより、IBM POWER9CPUとNVIDIATesla V100 Tensor CoreGPU間のメモリ帯域幅が従来のx86ベースのシステムの5倍以上になります。
このアーキテクチャは、コンピューティングパフォーマンスを向上させるだけでなく、エネルギー効率も向上させます。新しいシステムは、その前身であるパンゲアIおよびIIとして、petaFLOPあたりのエネルギー消費量の10％未満を使用します。
Pangea IIIには、特に3つの異なる分野、つまり探査と開発の地震イメージング、開発と生産モデル、資産の評価と選択性など、さまざまな用途があります。
10。ラッセン
速度： 18.2ペタフロップス
コア： 288,288
ベンダー： IBM
場所： ローレンスリバモア国立研究所、米国
ラッセンは、未分類のシミュレーションと分析に指定されています。 Sierra（＃2最速のスーパーコンピューター）と同じラボにインストールされ、同じ建築コンポーネントを使用しています。
シエラは大きなシステムですが、ラッセンはそれ自体でまともなサイズです。それは、兄のサイズのちょうど1/6です。ラッセンシステムは40ラックに含まれていますが、シエラは240ラックを占有しています。
IBM Power9プロセッサーと253テラバイトのメイン・メモリーは、ラッセンが23ペタフロップスの特典パフォーマンスを達成するのに役立ちます。
9。 SuperMUC-NG
速度： 19.4ペタフロップス
コア： 305,856
ベンダー： Lenovo
場所： ライプニッツスーパーコンピューティングセンター、ドイツ
SuperMUC-NGは、700テラバイトを超えるメインメモリと70ペタバイトのディスクストレージを備えた6,400台のLenovo ThinkSystemSD650直接水冷コンピューティングノードを備えています。
大型の4K立体視パワーウォールと5面CAVE人工バーチャルリアリティ環境を含む強力な視覚化システムに接続されています。
スーパーコンピューターは、ゲノム解析、流体力学、量子色力学、生命科学、医学、天体物理学など、多くの分野のヨーロッパの科学者にサービスを提供しています。
8。 AIブリッジクラウドインフラストラクチャ
クレジット：ABCI
速度： 19.8ペタフロップス
コア： 391,680
ベンダー： 富士通
場所： 産業技術総合研究所、日本
これは、32.577ペタフロップスのピークパフォーマンスを提供する世界初の大規模なオープンAIコンピューティングインフラストラクチャです。合計1,088のノードがあり、それぞれに2つのIntel Xenon Goldスケーラブルプロセッサ、4つのNVIDIA Tesla V100 GPU、2つのInfiniBand EDR HCA、および1つのNVMeSSDが含まれています。
富士通株式会社によると、スーパーコンピューターは従来のデータセンターの20倍の熱密度と、温水と空冷を使用することで70kWラックの冷却能力を実現できるとのことです。
7。トリニティ
速度： 21.2ペタフロップス
コア： 979,072
ベンダー： クレイ
場所： ロスアラモス国立研究所、アメリカ合衆国
Trinityは、NNSA Nuclear SecurityEnterpriseに並外れた計算機能を提供するために構築されています。これは、核兵器のシミュレーションコードの幾何学的および物理的忠実度を向上させると同時に、核備蓄が安全、確実、かつ効果的であることを保証することを目的としています。
スーパーコンピューターは2つの段階で開発されました。最初の段階にはIntelXeon Haswellプロセッサーが組み込まれ、2番目の段階にはIntel Xeon Phi Knights LandingProcessorを使用した大幅なパフォーマンスの向上が含まれていました。 41ペタフロップスを超える合計ピークパフォーマンスを実現できます。
6。 Piz Daint
速度： 21.2ペタフロップス
コア： 387,872
ベンダー： クレイ
場所： スイス国立スーパーコンピューティングセンター、スイス
このスーパーコンピューターは、スイスアルプスのPiz Daint山にちなんで名付けられ、Intel XeonE5-26xxマイクロプロセッサーとNVIDIATeslaP100で動作します。
Piz Daintは、DataWarpの「バーストバッファモード」を利用して、ストレージデバイスとの間の有効帯域幅を増やします。これにより、データの入出力速度が向上し、数百万の小さな非構造化ファイルの分析が容易になります。
日常業務に加えて、大型ハドロン衝突型加速器での実験から収集されたデータなど、世界で最もデータ集約的なプロジェクトのデータ分析を処理できます。
読む：粒子加速器とは
5。フロンテラ
2列のFronteraサーバー間のビュー|クレジット：TACC
速度： 23.5ペタフロップス
コア： 448,448
ベンダー： Dell EMC
場所： 米国テキサスアドバンストコンピューティングセンター
Fronteraは、科学者が幅広い分野にわたる多くの複雑な課題に取り組むことを容易にする広範な計算リソースを提供することにより、エンジニアリングと研究に新しい可能性を開きます。
Fronteraは、2つのコンピューティングサブシステムを備えています。1つは倍精度のパフォーマンスに焦点を当て、2つ目は単精度のストリームメモリコンピューティングに焦点を当てています。また、仮想サーバーをホストするためのクラウドインターフェイスと複数のアプリケーションノードもあります。
4。天河2号
広州の国立スーパーコンピューターセンターの天河2号
速度： 61.4ペタフロップス
コア： 4,981,760
ベンダー： NUDT
場所： 中国広州の国立スーパーコンピューティングセンター
16,000を超えるコンピューターノードを備えたTianhe-2Aは、Intel IvyBridgeおよびXeonPhiプロセッサーの世界最大のインストールを表しています。各ノードには88ギガバイトのメモリがありますが、合計メモリ（CPU +コプロセッサ）は1,375テビバイトです。
中国はこのスーパーコンピューターの構築に24億元（3億9000万米ドル）を費やしました。現在、主にシミュレーション、分析、および政府のセキュリティアプリケーションで使用されています。
3。神威太湖
速度： 93ペタフロップス
コア： 10,649,600
ベンダー： NRCPC
場所： 中国、無錫の国立スーパーコンピューティングセンター
TaihuLightのコンピューティング能力は、コンピューティング処理要素と管理処理要素の両方を含む自家製の数コアSW26010CPUから得られます。
単一のSW26010は、260個の処理要素（1つのCPUに統合）のおかげで、3テラフロップスを超えるピークパフォーマンスを提供します。各コンピューティング処理要素には、ユーザー制御のキャッシュとして機能するスクラッチパッドメモリがあり、ほとんどのアプリケーションでメモリのボトルネックを大幅に削減します。
ライフサイエンスと製薬研究に加えて、TaihuLightは10兆のデジタル粒子で宇宙をシミュレートするために使用されてきました。ただし、中国はさらに多くのことを達成しようとしています。中国は、2030年までにAIのリーダーになるという目標をすでに表明しています。
2。シエラ
画像クレジット：ウィキメディア
速度： 94.6ペタフロップス
コア： 1,572,480
ベンダー： IBM
場所： ローレンスリバモア国立研究所、米国
Sierraは、以前のSequoiaの最大6倍の持続パフォーマンスと7倍のワークロードパフォーマンスを提供します。これは、IBMのPower9プロセッサとNVIDIAのVoltaGPUの2種類のプロセッサチップを組み合わせたものです。
シエラは、核兵器システムの性能を評価するために特別に設計されています。これは、核兵器備蓄管理、核実験なしの核兵器の信頼性試験および保守の米国プログラムにおける予測アプリケーションに使用されます。
読む：テンソルプロセッシングユニット（TPU）とは何ですか？ GPUとの違いは何ですか？
1。サミット
画像クレジット：ORNL
速度： 148.6ペタフロップス
コア： 2,414,592
ベンダー： IBM
場所： アメリカ合衆国、オークリッジ国立研究所
サミットは、ピーク時に200ペタフロップスを配信できます。これは、1秒あたり200兆回の浮動小数点演算に相当します。
また、世界で3番目にエネルギー効率の高いスーパーコンピューターであり、記録された電力効率は1ワットあたり14.66ギガフロップスです。
2つのバスケットボールコートのサイズを占めるSummitの4,600以上のサーバーには、9,200を超えるIBMPower9プロセッサーと27,600を超えるNVIDIATesla V100GPUが搭載されています。このシステムは185マイルの光ファイバーケーブルで接続されており、8,100世帯を運営するのに十分な電力を消費します
2018年、サミットはエクサスケールの壁を打ち破った最初のスーパーコンピューターになりました。ゲノムデータを分析している間、1.88 exaopsのピークスループットを達成しました。これは、1秒あたり約20億回の計算です。
米国は来年までに科学研究のための完全に機能するエクサスケールコンピューティングエコシステムを開発することを目指しており、サミットはそれに向けた一歩です。
1。富岳
速度： 442ペタフロップス
コア： 7,630,848
ベンダー： 富士通
場所： 理化学研究所計算科学センター、日本
537ペタフロップスの理論上のピークパフォーマンスを備えた富岳は、世界最速のスーパーコンピューターです。また、ARMプロセッサを搭載した最初のトップランクのスーパーコンピュータでもあります。
HPCGベンチマークによると、Fugakuのパフォーマンスは、世界の次の上位4台のスーパーコンピューターの合計パフォーマンスを上回っています。
日本政府にとっては素晴らしい成果ですが、このような強力なシステムの設計は安くはありませんでした。 2014年以来、政府はプロジェクトの研究開発、買収、アプリケーション開発に約10億ドルを費やしてきました。
Fugakuは、LinuxとIHK / McKernelと呼ばれる「軽量マルチカーネルOS」の2つのオペレーティングシステムで動作します。 LinuxはPortableOperating System Interface（POSIX）互換のサービスを処理し、McKernelは高性能シミュレーションを実行します。
天気予報、クリーンエネルギー開発、創薬、個別化医療、量子力学の法則の探求など、優先度の高い社会的および科学的問題に対処するように設計されています。
読む：量子コンピューターに関する18の最も興味深い事実
よくある質問
スーパーコンピューターはどのソフトウェアを実行しますか？
最近のほとんどすべてのスーパーコンピューターは、Linuxオペレーティングシステムを使用しています。これの主な理由は、Linuxのオープンソースの性質です。
スーパーコンピューターは特定の目的のために設計されているため、それらの特定の要件に最適化されたカスタムOSが必要です。クローズドエンドの適切なオペレーティングシステムの開発と保守は、はるかに費用と時間がかかるプロセスであることが判明しました。
一方、Linuxは無料で信頼性が高く、カスタマイズも簡単です。開発者は、スーパーコンピューターごとにLinuxの個別のバージョンを構成または作成できます。
読む：Linus Torvalds：Linuxカーネルを作成した男
スーパーコンピューターを使用しているのは誰ですか？
スーパーコンピューターは主に、科学者や研究者が次のようなさまざまな分野で計算集約型のタスクを実行するために使用します。
- 空力研究と天気予報
- 暗号化の強度のテスト
- 分子動力学シミュレーション
- 財務および市場調査
- 3D核実験シミュレーション
- 創薬
- 宇宙研究
スーパーコンピューターが最も多い国はどこですか？
2021年の時点で、中国には世界で最も高性能な500台のスーパーコンピューターのうち188台があります。米国には122台、日本には34台のスーパーコンピューターがあります。合わせて、上位2か国は世界で最も強力なスーパーコンピューティングマシンの62％を占めています。
読む：読むべき13のコンピュータサイエンスの本
スーパーコンピューターの未来は？
Technavioのレポートによると、世界のスーパーコンピューター市場は2021年から2025年の間に125億ドル成長し、予測期間中は20％のCAGRで成長します。
この成長の背後にある主な理由は、人工知能、機械学習、クラウドテクノロジーの使用の増加です。複雑な物理学、化学、環境問題に対処するための高度なモデルの必要性は、成長をさらに加速させる可能性があります。
全体として、近い将来、高度なアプリケーションが台頭するにつれて、スーパーコンピューターの需要は結果的に増加するでしょう。政府機関は、収益を生み出すエンドユーザーの数が最も多いと予想されます。
産業技術