Na opublikowanej właśnie 31. edycji listy TOP500, na której wymieniono 500 najpotężniejszych komputerów świata, po raz pierwszy w historii znalazła się maszyna o wydajności przekraczającej 1 petaflops. Po raz pierwszy też lista uwzględnia pobór mocy poszczególnych superkomputerów. W końcu, po raz pierwszy w historii polski superkmputer uplasował się tak wysoko.
Przyjrzyjmy się zatem, jak wygląda obecna lista najpotężniejszych maszyn.

Najlepsze z najlepszych

Pierwszą dziesiątkę listy zdominowały maszyny zbudowane przez IBM-a. Błękitny Gigant stworzył aż pięć z 10 najpotężniejszych superkomputerów.

Jego najmłodsze, oprócz komputera Akka, dziecko to petaflopsowy potwór Roadrunner czyli BladeCenter QS22/LS21 Cluster. To najpotężniejszy obecnie komputer na świecie, którego teoretyczna wydajność wynosi 1375,75 TFlops, a wydajność zmierzona testem Linpack to 1026 teraflopsów. Bardziej szczegółowo Roadrunnera opisywaliśmy już wcześniej.

Na drugim miejscu uplasowała się kolejna IBM-owska maszyna - BlueGene/L. Również i ten superkomputer, podobnie jak Roadrunner, jest własnością Lavrence Livermore National Laboratory. Komputer jest zbudowany ze 106 496 węzłów. W skład każdego z nich wchodzą dwa 700-megahercowe procesory PowerPC. Ponadto 67% węzłów wyposażono w 512 megabajtów pamięci, a 33% - w 1 gigabajt RAM. W sumie BlueGene/L korzysta z 69 terabajtów pamięci operacyjnej i 212 992 procesorów. Maszyna pracuje pod kontrolą systemu SuSE SLES 9. Jej teoretyczna wydajność to 596,38 TFlops, a wydajność zmierzona wynosi 478,20 TFlops.

Trzecie miejsce przypadło kolejnemu dziełu IBM-a - maszynie BlueGene/P. Należący do Argonne National Laboratory komputer korzysta ze 163 840 rdzeni procesora, a jego największa zmierzona wydajność to 450,30 teraflopsów.

Czwarte miejsce należy do pierwszej maszyny, która nie została wyprodukowana przez IBM-a. To komputer Ranger, czyli SunBlade x6420 firmy Sun Microsystems. Zbudowany został na zamówienie Texas Advanced Computing Centerna University of Texas. Komputer o najwyższej zmierzonej wydajności wynoszącej 326 teraflopsów działa dzięki 15 744 czterordzeniowym procesorom Opteron Quad, które taktowane są 2-gigahercowym zegarem. To najpotężniejszy na świecie komputer, który jest udostępniany społeczności naukowej. Używać go mogą wszyscy uczeni zatrudnieni w amerykańskich instytucjach badawczych. Obecnie 90% czasu pracy Rangera jest wykorzystywanych na potrzeby projektu TeraGrid, 5% jest zarezerwowanych dla instytucji edukacyjnych stanu Teksas, a kolejne 5% zarezerwowano na potrzeby przemysłu.

Na 5. pozycji znajdziemy Jaguara. To Cray XT4 Quad Core firmy Cray Inc. Komputer ten wykorzystywany jest przez Oak Ridge National Laboratory. Jaguar składa się z 7832 węzłów XT4, a każdy z nich jest zbudowany z czterordzeniowego procesora Opteron taktowanego 2,1-gigahercowym zegarem oraz 8 gigabajtów pamięci operacyjnej. Ponadto w skład Jaguara wchodzą węzły serwisowe zbudowane z dwurdzeniowych 2,6-gigahercowych Opteronów i 8 gigabajtow pamięci. Teoretyczna wydajność Jaguara wynosi 260,2 TFlops, a wydajność zmierzona to 205 teraflopsów.

Szósty pod względem wydajności superkomputer świata to jednocześnie pierwsza maszyna pracująca poza granicami USA. JUGENE, klaster o architekturze BlueGene/P, należy do niemieckiego Centrum Badawczego Julich. Komputer zbudowany jest z 16 384 czterordzeniowych procesorów PowerPC 450 taktowanych 850-megahercowym zegarem. Maszyna osiągnęła w Linpacku wydajność rzędu 180 teraflopsów.

Kolejne cztery miejsca w pierwszej dziesiątce zajmują jeden komputer z USA (Encanto produkcji SGI korzysta z czterordzeniowych Xeonów 53xx taktowanych zegarem o częstotliwości 3 GHz, a jego najwyższa zmierzona wydajność wynosi 133,20 TFlops), Indii (EKA czyli Cluster Platform 3000 BL460c autorstwa Hewletta-Packarda to komputer również wykorzystujący Xeony 53xx, które pozwalają mu na osiągnięcie wydajności rzędu 132,80 TFlops) oraz dwie maszyny z Francji. Na 9. miejscu znalazł się BlueGene/P o wydajności 112,50 teraflopsów, a na 10. SGI Altix ICE 8200EX, którego wydajność wynosi 106,1 TFlops.

Wymagania

Najbardziej energożernym superkomputerem jest lider listy, Roadrunner. Do pracy potrzebuje on aż 2,345 megawatów mocy. Nieco mniej, bo 2,329 MW zużywa BlueGene/L.

Jednak fakt tak dużego zużycia mocy nie świadczy o rozrzutności. Wręcz przeciwnie. Średnie zużycie mocy dla komputerów z pierwszej 10 wynosi 1,32 megawata. Jednocześnie na każdy wat zapewniają one 248 megaflopsa mocy obliczeniowej. Systemy z pierwszej 50 zużywają średnio 908 kilowatów, ale na każdy wat zapewniają 193 megaflopsy mocy obliczeniowej. Jeszcze gorzej wygląda średnia wydajność dla całej listy. Przeciętny superkomputer potrzebuje do pracy 257 kilowatów mocy, a na każdy zużyty wat dostarcza 122 megaflopsów mocy obliczeniowej.

Należy jednak pamiętać, że w pierwszej dziesiątce uplasowały się maszyny, które uruchomiono w 2008 lub 2007 roku. Korzystają więc one z najnowszych zdobyczy technicznych, także pod względem wydajności w stosunku do zużycia energii.

Najbardziej energooszczędne części superkomputerów to IBM-owskie serwery typu blade QS22 z procesorami Cell, które na każdy zużyty wat dostarczają nawet 488 megaflopsów mocy obliczeniowej oraz komputer BlueGene/P, którego wydajność wynosi do 371 MFlops/wat.

Ranking krajów

Polska umieściła na najnowszej liście TOP500 aż 3 superkomputery. Tak dobrego wyniku nasz kraj nie uzyskał od 1995 roku. Sukces jest tym większy, że dotychczas najwyżej notowanym polskim superkomputerem był słynny Holk, który w październiku 2003 roku zajął 231. miejsce w zestawieniu.

Naszą najpotężniejszą maszyną jest klaster Galera stojący na Politechnice Gdańskiej. Korzysta on z 1344 czterordzeniowych procesorów Xeon taktowanych zegarem o częstotliwości 2,33 GHz. Galera ma do dyspozycji 5376 gigabajtów pamięci operacyjnej i 107,5 terabajtów pamięci dyskowej. Jak czytamy na stronach Centrum Informacyjnego Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej "Klaster zbudowany jest z serwerów zawierających po dwie płyty główne - nody w architekturze SMP. Każdy nod zawiera po dwa procesory czterordzeniowe Xeon, 8 GB pamięci operacyjnej, dysk twardy SATA o pojemności 160 GB, dwa porty Gigabit Ethernet oraz port InfiniBand. Nody są połączone za pomocą zespołu przełączników InfiniBand (switch fabric) oraz pojedynczego łącza do przełączników gigabitowych. Moduły pracują po kontrolą systemu operacyjnego Debian GNU/Linux 4.0. Do komunikacji używane są biblioteki MVAPICH, LAM-MPI,OpenMPI i MPICH".
Galera, ze zmierzoną wydajnością rzędu 38,17 teraflopsów, uplasowała się na 45. pozycji. Teoretyczna wydajność superkomputera wynosi 49,73 TFlops.

Kolejny polski superkomputer to notowany na 274. miejscu HP Cluster Platform 300BL należący do firmy ABC Data. Komputer korzysta z intelowskich Xeonów E54xx taktowanych zegarem o częstotliwości 2,66 GHz. Jego zmierzona wydajność to 12,505 TFlops, a wydajność teoretyczna wynosi 22,131 TFlops.

Na 318. pozycji znajdziemy komputer Nova należący do Wrocławskiego Centrum Sieciowo-Komputerowego. Maszyna zbudowana jest z 1696 rdzeni obliczeniowych (procesory Intel Xeon) i ma do dyspozycji około 3,4 terabajta pamięci operacyjnej oraz około 70 terabajtów pamięci dyskowej. Jej zmierzona wydajność to 11,34 TFlops, a wydajność teoretyczna - 15,99 TFlops.

Najwięcej superkomputerów znajduje się w Stanach Zjednoczonych. Pracuje tam aż 257 takich maszyn, co stanowi 51,4% wszystkich z listy TOP500. Korzystają one w sumie z ponad 1,5 miliona procesorów i zapewniają 6,999 petaflopsów zmierzonej mocy obliczeniowej.

Na drugim miejscu w rankingu krajów należy wymienić Wielką Brytanię (53 maszyny, 148 308 procesorów i 822,305 teraflopsów mocy). Kolejne pozycje zajmują Niemcy (46 komputerów, 195 408 rdzeni i 963,465 TFlops), Francja (34 komputery), Japonia (22 maszyny) oraz Chiny (12 superkomputerów).

Budowniczowie supermaszyn

Największym dostawcą superkomputerów wśród firm wymienionych na TOP500 jest IBM. Błękitny Gigant czuje na plecach oddech Hewlett-Packarda, ale wciąż do niego spływa najwięcej zamówień.
IBM zbudował 210 spośród 500 najpotężniejszych maszyn. Wykorzystał do ich stworzenia 1.406.956 procesorów, a jego komputery zapewniają wydajność rzędu 5,612 petaflopsów.
Nieco gorszy jest Hewlett-Packard, który jest autorem 183 komputerów. Do ich zbudowania wykorzystał 449 528 procesorów, a maszyny spod znaku HP zapewniają 2,624 petaflopsy mocy obliczeniowej. Daleko z tyłu pozostały Dell (27 superkomputerów), SGI (22 maszyny) oraz Cray (16 komputerów).

Po co komu superkomputer?

Najwięcej tego typu maszyn, bo aż 134, jest używanych do bliżej niesprecyzowanych celów. Wystarczy na przykład rzucić okiem na czołówkę by stwierdzić, że najpotężniejsze maszyny na świecie należą do amerykańskiego Departamentu Energii. Prowadzą więc one zarówno ściśle tajne badania dotyczące broni jądrowej jak i, w wielu przypadkach równie tajne, związane z poszukiwaniem nowych źródeł energii.

Drugim pod względem zastosowań obszarem jest szeroko pojęty rynek finansowy. Pracuje dla niego 76 superkomputerów. Pięćdziesiąt maszyn jest wykorzystywanych do szeroko pojętych badań naukowych, a 49 pracuje na rzecz geofizyki. Co ciekawe aż 3 superkomputery są używane w przemyśle gier wideo. Przemysły samochodowy i lotniczy używają po 4 takie maszyny, dwie pracują dla przemysłu medycznego, dwie dla farmaceutycznego, a badania nad modelowaniem pogody i klimatu są głównym zadaniem 9 superkomputerów.

Procesory

Wśród producentów procesorów zdecydowanym liderem rynku superkomputerów jest Intel. Układy tej firmy są wykorzystywane w 375 maszynach. Układy Intel EM64T, czyli 64-bitowe kości x86, znajdziemy w 356 superkomputerach. Szesnaście maszyn korzysta z układów IA-64, to 64-bitowa architektura Itanium, zainstalowano w 16 superkomputerach, a 3 maszyny korzystają z 32-bitowych Itanium (IA-32). Na drugim miejscu pod względem popularności znalazły się IBM-owskie układy Power, które zastosowano w 68 superkomputerach. Trzecia pozycja należy do AMD i procesorów x86_64. To 64-bitowe Opterony obecne w 55 maszynach. Po jednym superkomputerze korzysta z procesorów Craya i NEC-a.

Interesująco wygląda też rozkład komputerów pod względem liczby zainstalowanych procesorów. Najwięcej, bo 208, maszyn korzysta z od 2049-4096 procesorów. W 191 superkomputerach zastosowano pomiędzy 1025 a 2048 CPU. Istnieją jednak aż 54 komputery, w których znajdziemy od 4 do 8 tysięcy procesorów, a w 23 maszynach zastosowano od 8 do 16 tysięcy CPU. Rekordziści to dwa superkomputery z ponad 128 000 procesorów, a na drugim końcu listy uplasowały się 3 maszyny z zaledwie 64-128 CPU.

Systemy operacyjne

Od wielu lat rynek superkomputerów zdominowany jest przez systemy operacyjne spod znaku Linuksa. Obecnie korzysta z nich aż 427 maszyn. Na 40 komputerach zainstalowano różne systemy operacyjne. Tzrecie miejsce przypadło maszynom z Uniksem, których jest 25. Na czwartej pozycji znajdziemy systemy Windows. Microsoft ostatnio zaczął interesować się rynkiem superkomputerów i przygotował specjalne systemy dla klastrów. Obecnie z oferty z Redmond korzysta 5 superkomputerów. Dwie maszyny używają systemu Mac OS, a jedna - bazującego na BSD.

Jeśli przyjrzymy się bliżej używanym systemom operacyjnym, zauważymy, że w ogólnej kategorii Linux zmieściło się 378 maszyn. Prawdopodobnie są to superkomputery korzystające ze specjalnie dla nich stworzonych dystrybucji.

Najbardziej popularnym systemem, który możemy wymienić z nazwy jest CNK/SLES9 zainstalowany na 32 maszynach. Z AIX-a korzystają 23 komputery. System SLES10 + SGI ProPack 5 znajdziemy na 14 komputerach, a same SLES9 i SLES10 są obecne na 7 maszynach każdy. Można więc stwierdzić, że liderem wśród dystrybucji Linuksa jest SuSE Linux Enterprise Server. Po 6 maszyn używa RedHat Enterprise 4 i CNL. Superkomputery korzystają też z systemów CentOS (2), SuSE Linux (2), RedHat Linux (5) czy UNICOS/Linux (4). Wśród pięciu maszyn z systemami Microsoftu, na trzech zainstalowano Windows HPC 2008, a na dwóch Windows Compute Cluster Server 2003.

Lista TOP500 prowadzona jest od 1992 roku. W tym czasie opublikowano 31 zestawień, a lider listy zmieniał się zaledwie 11-krotnie. Świadczy to o tym, jak potężne komputery trafiają na jej czołówkę. Moc superkomputerów bardzo szybko wzrasta. System, który obecnie jest na ostatniej pozycji jeszcze pół roku temu uplasowałby się na miejscu 200.

Obecnie ostatni superkomputer na TOP500 charakteryzyje się wydajnością rzędu 9 gigaflopsów. Jeszcze w listopadzie 2007 roku by dostać się na TOP500 wystarczyła wydajność rzędu 5,93 GFlops. To chyba najlepsze świadectwo błyskawicznego przyrostu mocy obliczeniowej, jaką dysponuje ludzkość.