12 Supercomputadores Mais Rápidos do Mundo | Em 2021

Para a maioria de nós, um computador provavelmente parece rápido o suficiente se pode executar vídeos de 8K ou a versão mais recente do Far Cry em 60 fps sem desacelerar. No entanto, existem muitas tarefas complicadas que exigem bilhões de cálculos por segundo - algo que um desktop com processador i9 não pode fazer.

É aí que os supercomputadores são úteis. Eles oferecem um alto nível de desempenho que permite que governos e organizações resolvam problemas que não seriam possíveis com computadores convencionais.

Os supercomputadores de hoje são construídos com cargas de trabalho de IA (inteligência artificial) em mente. Além de previsão do tempo, pesquisa climática, simulações físicas e exploração de petróleo e gás, os supercomputadores ajudam os cientistas a descobrir materiais de construção mais resistentes e estudar proteínas humanas e sistemas celulares em um nível extremo de detalhe.

Normalmente, o desempenho do supercomputador é medido em operações de ponto flutuante por segundo (FLOPS). No campo dos cálculos científicos, FLOPS é uma figura mais precisa do que instruções de medição por segundo.

Você sabia que o primeiro supercomputador - Livermore Atomic Research Computer - foi construído para o Centro de Pesquisa e Desenvolvimento da Marinha dos EUA em 1960?

Para mostrar o quanto avançamos desde então, organizamos uma lista detalhada dos supercomputadores mais rápidos do mundo. Todos eles são sistemas de computador não distribuídos rodando em Linux.

12. Sequoia

Velocidade: 17,1 petaFLOPS
Cores: 1.572.864

Fornecedor: IBM
Localização: Laboratório Nacional Lawrence Livermore, Estados Unidos

Sequoia usa servidores BlueGene / Q da IBM para fornecer um desempenho de pico teórico de 20 petaFLOPS. Ele tem 123% mais núcleos e é 37% mais eficiente em termos de energia do que seu computador K predecessor.

Embora a máquina seja usada principalmente para simulação de armas nucleares, ela também está disponível para muitos fins científicos, como mudanças climáticas e análise do genoma humano. Ele também demonstrou sua grande escalabilidade com uma simulação 3D da eletrofisiologia do coração humano.

11. PANGEA III

Crédito:Total S.A.

Velocidade: 17,8 petaFLOPS
Cores: 291.024

Fornecedor: IBM
Localização: Centro de pesquisa técnica e científica da CSTJF em Pau, França

Pangea III depende da arquitetura de alto desempenho otimizada por IA da IBM. A IBM e a NVIDIA trabalharam juntas para construir a única conexão NVLink de CPU para GPU da indústria, que permite largura de banda de memória 5 vezes mais rápida entre as GPUs IBM POWER9 CPU e NVIDIA Tesla V100 Tensor Core do que os sistemas convencionais baseados em x86.

A arquitetura não apenas melhora o desempenho do computador, mas também aumenta a eficiência energética. O novo sistema usa menos de 10% do consumo de energia por petaFLOP como seu antecessor, Pangea I e II.

Pangea III tem várias aplicações, especialmente em três campos diferentes - exploração e desenvolvimento de imagens sísmicas, modelos de desenvolvimento e produção e avaliação e seletividade de ativos.

10. Lassen

Velocidade: 18,2 petaFLOPS
Cores: 288.288

Fornecedor: IBM
Localização: Laboratório Nacional Lawrence Livermore, Estados Unidos

Lassen é designado para simulação e análise não classificadas. Ele é instalado no mesmo laboratório e usando os mesmos componentes de construção que o Sierra (supercomputador nº 2 mais rápido).

Embora Sierra seja um sistema grande, Lassen tem um tamanho decente por si só:é exatamente 1/6 do tamanho de seu irmão maior. O sistema Lassen está contido em 40 racks, enquanto a Sierra consome 240 racks.

Os processadores IBM Power9 e 253 terabytes de memória principal ajudam Lassen a atingir um desempenho perk de 23 petaFLOPS.

9. SuperMUC-NG

Velocidade: 19,4 petaFLOPS
Cores: 305.856

Fornecedor: Lenovo
Localização: Leibniz Supercomputing Center, Alemanha

O SuperMUC-NG apresenta 6.400 Lenovo ThinkSystem SD650 nodos de computação resfriados diretamente por água com mais de 700 terabytes de memória principal e 70 petabytes de armazenamento em disco.

Ele está conectado a sistemas de visualização poderosos que contêm um grande powerwall estereoscópico de 4K e um ambiente de realidade virtual artificial CAVE de 5 lados.

O supercomputador serve a cientistas europeus de muitos campos, incluindo análise de genoma, dinâmica de fluidos, cromodinâmica quântica, ciências da vida, medicina e astrofísica.

8. Infraestrutura de nuvem de ponte de IA

Crédito:ABCI

Velocidade: 19,8 petaFLOPS
Cores: 391.680

Fornecedor: Fujitsu
Localização: Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Industrial Avançada, Japão

Esta é a primeira infraestrutura de computação aberta em grande escala do mundo que oferece 32.577 petaFLOPS de desempenho máximo. Ele tem um total de 1.088 nós, cada um contendo 2 processadores escaláveis ​​Intel Xenon Gold, 4 GPU NVIDIA Tesla V100, 2 HCAs InfiniBand EDR e 1 SSD NVMe.

A Fujitsu Limited afirma que o supercomputador pode atingir 20 vezes a densidade térmica dos data centers convencionais e uma capacidade de resfriamento de rack de 70 kW usando água quente e resfriamento a ar.

7. Trindade

Velocidade: 21.2 petaFLOPS
Cores: 979.072

Fornecedor: Cray
Localização: Laboratório Nacional de Los Alamos, Estados Unidos

O Trinity foi construído para fornecer uma capacidade computacional extraordinária para a NNSA Nuclear Security Enterprise. Seu objetivo é melhorar as fidelidades geométricas e físicas no código de simulação de armas nucleares, garantindo ao mesmo tempo que o estoque nuclear é seguro, protegido e eficaz.

O supercomputador foi desenvolvido em dois estágios:o primeiro estágio incorporou o processador Intel Xeon Haswell e o segundo estágio incluiu um aumento substancial de desempenho usando o processador Intel Xeon Phi Knights Landing. Ele pode fornecer um desempenho de pico total de mais de 41 petaFLOPS.

6. Piz Daint

Velocidade: 21.2 petaFLOPS
Cores: 387.872

Fornecedor: Cray
Localização: Centro Nacional de Supercomputação da Suíça, Suíça

Este supercomputador, batizado em homenagem à montanha Piz Daint nos Alpes suíços, roda no microprocessador Intel Xeon E5-26xx e NVIDIA Tesla P100.

Piz Daint utiliza o ‘modo burst buffer’ do DataWarp para aumentar a largura de banda efetiva de e para dispositivos de armazenamento. Isso acelera as taxas de entrada / saída de dados, facilitando a análise de milhões de arquivos pequenos e não estruturados.

Além de suas tarefas diárias, ele pode lidar com a análise de dados de alguns dos projetos mais intensivos de dados do mundo, como dados coletados de experimentos no Grande Colisor de Hádrons.

Leia:O que é um acelerador de partículas?

5. Frontera

Uma visão entre duas linhas de servidores Frontera | Crédito:TACC

Velocidade: 23,5 petaFLOPS
Cores: 448.448

Fornecedor: Dell EMC
Localização: Texas Advanced Computing Center, Estados Unidos

Frontera abre novas possibilidades em engenharia e pesquisa, fornecendo extensos recursos computacionais que tornam mais fácil para os cientistas enfrentarem muitos desafios complexos em uma ampla gama de domínios.

Frontera apresenta dois subsistemas de computação:o primeiro se concentra no desempenho de precisão dupla, enquanto o segundo se concentra na computação de memória de fluxo de precisão única. Ele também possui interfaces de nuvem e vários nós de aplicativo para hospedar servidores virtuais.

4. Tianhe-2A

Tianhe-2 no National Supercomputer Center em Guangzhou

Velocidade: 61,4 petaFLOPS
Cores: 4.981.760

Fornecedor: NUDT
Localização: Centro Nacional de Supercomputação em Guangzhou, China

Com mais de 16.000 nós de computador, Tianhe-2A representa a maior instalação do mundo de processadores Intel Ivy Bridge e Xeon Phi. Embora cada nó tenha 88 gigabytes de memória, a memória total (CPU + coprocessador) é de 1.375 tebibytes.

A China gastou 2,4 bilhões de yuans (US $ 390 milhões) na construção deste supercomputador. Agora ele é usado principalmente em simulações, análises e aplicativos de segurança governamental.

3. Sunway TaihuLight

Velocidade: 93 petaFLOPS
Cores: 10.649.600

Fornecedor: NRCPC
Localização: Centro Nacional de Supercomputação em Wuxi, China

O poder de computação do TaihuLight vem de uma CPU SW26010 de vários núcleos desenvolvida internamente que inclui elementos de processamento de computação e elementos de processamento de gerenciamento.

Um único SW26010 fornece um desempenho de pico de mais de 3 teraFLOPS, graças aos seus 260 elementos de processamento (integrados em uma CPU). Cada elemento de processamento de computação possui uma memória de rascunho que funciona como um cache controlado pelo usuário, reduzindo significativamente o gargalo de memória na maioria dos aplicativos.

Além das ciências da vida e da pesquisa farmacêutica, o TaihuLight tem sido usado para simular o universo com 10 trilhões de partículas digitais. No entanto, a China está tentando fazer muito mais:o país já declarou sua meta de ser líder em IA até 2030.

2. Sierra

Crédito da imagem:Wikimedia

Velocidade: 94,6 petaFLOPS
Cores: 1.572.480

Fornecedor: IBM
Localização: Laboratório Nacional Lawrence Livermore, Estados Unidos

O Sierra oferece até 6 vezes o desempenho sustentado e 7 vezes o desempenho da carga de trabalho de seu antecessor Sequoia. Ele combina dois tipos de chips de processador:processadores Power 9 da IBM e GPUs Volta da NVIDIA.

O Sierra foi projetado especificamente para avaliar o desempenho de sistemas de armas nucleares. É usado para aplicações preditivas em gestão de estoques, o programa dos EUA de teste de confiabilidade e manutenção de armas nucleares sem qualquer teste nuclear.

Leia:O que é unidade de processamento de tensor (TPU)? Como é diferente da GPU?

1. Cimeira

Crédito da imagem:ORNL

Velocidade: 148,6 petaFLOPS
Cores: 2.414.592

Fornecedor: IBM
Localização: Laboratório Nacional de Oak Ridge, Estados Unidos

A Summit pode entregar 200 petaFLOPS no pico. Isso é equivalente a 200 quatrilhões de operações de ponto flutuante por segundo.

É também o terceiro supercomputador com maior eficiência energética do mundo, com uma eficiência energética registrada de 14,66 gigaFLOPS por watt.

Os mais de 4.600 servidores da Summit, que ocupam o tamanho de duas quadras de basquete, acomodam mais de 9.200 processadores IBM Power9 e mais de 27.600 GPUs NVIDIA Tesla V100. O sistema é conectado por 185 milhas de cabo de fibra óptica e consome energia suficiente para operar 8.100 residências

Em 2018, a Summit se tornou o primeiro supercomputador a quebrar a barreira exascale. Ao analisar os dados genômicos, ele atingiu um pico de processamento de 1,88 exaops, que é quase 2 bilhões de bilhões de cálculos por segundo.

Os Estados Unidos pretendem desenvolver um ecossistema de computação exascale totalmente capaz para estudos científicos até o próximo ano, e a Summit é um passo nessa direção.

1. Fugaku

Velocidade: 442 petaFLOPS
Cores: 7.630.848

Fornecedor: Fujitsu
Localização: RIKEN Center for Computational Science, Japão

Com um desempenho de pico teórico de 537 petaFLOPs, Fugaku é o supercomputador mais rápido do mundo. É também o primeiro supercomputador com a melhor classificação a ser alimentado por processadores ARM.

De acordo com o benchmark HPCG, o desempenho de Fugaku supera o desempenho combinado dos próximos quatro maiores supercomputadores do mundo.

É uma grande conquista para o governo japonês, mas projetar um sistema tão poderoso não saiu barato. Desde 2014, o governo gastou cerca de US $ 1 bilhão em P&D, aquisições e desenvolvimento de aplicativos do projeto.

O Fugaku é executado em dois sistemas operacionais lado a lado:Linux e um 'SO multi-kernel leve' chamado IHK / McKernel. O Linux lida com serviços compatíveis com Portable Operating System Interface (POSIX), enquanto o McKernel executa simulações de alto desempenho.

Ele é projetado para abordar problemas sociais e científicos de alta prioridade, como previsão do tempo, desenvolvimento de energia limpa, descoberta de medicamentos, medicina personalizada e exploração das leis da mecânica quântica.

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Perguntas frequentes

Que software os supercomputadores executam?

Quase todos os supercomputadores modernos usam o sistema operacional Linux. A principal razão para isso é a natureza de código aberto do Linux.

Como os supercomputadores são projetados para fins específicos, eles exigem um sistema operacional personalizado otimizado para esses requisitos específicos. Acontece que o desenvolvimento e a manutenção de sistemas operacionais apropriados e próximos é um processo muito caro e demorado.

O Linux, por outro lado, é gratuito, confiável e fácil de personalizar. Os desenvolvedores podem configurar ou fazer versões separadas do Linux para cada um dos supercomputadores.

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Quem usa um supercomputador?

Supercomputadores são usados ​​principalmente por cientistas e pesquisadores para realizar tarefas computacionalmente intensas em vários campos, incluindo

• Pesquisa aerodinâmica e previsão do tempo
• Testando a força da criptografia
• Simulação de dinâmica molecular
• Finanças e pesquisa de mercado
• Simulações de teste nuclear 3D
• descoberta de drogas
• Pesquisa espacial

Qual país tem mais supercomputadores?

Em 2021, a China tinha 188 dos 500 supercomputadores de melhor desempenho do mundo. Os Estados Unidos têm 122 e o Japão 34 supercomputadores. Juntos, os dois principais países respondem por 62% das máquinas de supercomputação mais poderosas do mundo.

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Qual é o futuro dos supercomputadores?

De acordo com o relatório da Technavio, o mercado global de supercomputadores crescerá US $ 12,5 bilhões entre 2021 e 2025, progredindo a um CAGR de 20% durante o período de previsão.

O uso crescente de inteligência artificial, aprendizado de máquina e tecnologia de nuvem é a principal razão por trás desse crescimento. A necessidade de modelos altamente sofisticados para lidar com física, química e questões ambientais complexas pode acelerar ainda mais o crescimento.

Em suma, com o aumento de aplicativos sofisticados em um futuro próximo, a demanda por supercomputadores aumentará conseqüentemente. Espera-se que as entidades governamentais sejam os usuários finais de maior geração de receita.