СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ Системы высокопроизводительных вычислений в 2011–2012 годах: обзор достижений и анализ рынка Часть I Сергей Павлов, Dr. Phys. сточником вдохновения для подготовки на- подобной задачи, поскольку высказываются мнения, Иших ежегодных двухчастных обзоров систем что S-кривая развития современных технологий уже высокопроизводительных вычислений (ВПВ) или вышла на стадию насыщения. High-Performance Computing (HPC), как и прежде, В качестве зачина, дабы оценить прогресс вы- является Top500 – мировой рейтинг, который дваж- числительной техники за истекшие 20 лет, сравним ды в год, начиная с июня 1993 г., ранжирует самые размеры суперкомпьютера, возглавившего 1-й список мощные суперкомпьютеры. Таким образом, нынеш- Top500, с современной рабочей станцией (рис. 1). ний 2012-й год, с его недавно опубликованным 39-м и ­Реальная производительность обеих систем состав­ грядущим в ноябре 40-м списками Top500, замыкает ляет порядка 100 GFLOPS. первое 20-летие систематически документированной Ну а теперь плавно перейдем к обзору достиже- гонки за флопсами. Планка достижений повышает- ний и анализу…. ся с завидной регулярностью, примерно раз в 11 лет: Первая часть статьи будет посвящена преиму- 1997 год – терафлопс, 2008 год – петафлопс… Сле- щественно финансовым вопросам: характеристи- дующая веха ожидается в 2019 году – экзафлопсный кам HPC­ -рынка как сегмента серверного и процес- суперкомпьютер с быстродействием 1018 FLOPS. сорного рынков, а также доходам “королей” – по­ Однако прогресс не довольствуется даже этим, ставщиков HPC-систем и процессоров для них (к и уже началось обсуждение возможности построе­ HPC­ -“королям” мы относим многопрофильные ком- ния суперкомпьютера с производительностью пании-мультимиллиардеры). еще на три порядка больше – в один зеттафлопс Во второй части, которая будет подготовлена к (1 ZFLOPS = 1021 FLOPS). Если темпы роста по- завершающему этот год номеру журнала, мы сосре- казателей сохранятся, то такой супервычислитель доточимся на достижениях, зафиксированных в ве- должен появиться в 2030 году. Ключевым здесь яв- сеннем и осеннем рейтингах Top500. ляется вопрос о границах возможностей существую- Начало нашего обзора будет несколько необыч- щих технологий и об их достаточности для решения ным – мы ознакомимся с положением дел на рынках,

Progress stages: a – installed at Los Alamos National Laboratory supercomputer CM-5/1024 from Thinking Machines Corporation, leader of Top500 the 1st list in 1993 with peak speed 131 GFLOPS; b – released in 2012 workstation Z1 (form-factor All-in-one), based of quad-core Intel Xeon E3-1280 processor with speed 112 GFLOPS a) b) IT Clips Hewlett Packard Источник: Источник: Рис. 1. Этапы прогресса: a – установленный в Лос-Амамосской национальной лаборатории cупер- компьютер CM-5/1024 от Thinking Machines Corporation, лидер списка №1 Top500 в 1993 году, c пиковой производительностью 131 GFLOPS; b – рабочая станция Z1 (форм-фактор All-in-one) на базе 4-ядерного процессора Intel Xeon E3-1280 (112 GFLOPS), и выпущенная в 2012 году

76 CAD/CAM/CAE Observer #5 (73) / 2012 которые ранее не рассмат- ривались в обзорах по Progress stages: a – personal computer (form-factor tower) based ВПВ, однако в ближай- on Pentium 4 Extreme Edition processor (speed 9726 MIPS) released in 2003; b – smartphone based on Qualcomm Krait processor (speed 9900 MIPS) шем будущем, благодаря released in 2011 достижениям мобильной революции, могут оказать a) b) значительное влияние на, если так можно выразить- ся, мейнстримизацию ВПВ. (Напомним, что мобильная революция, как третий этап VI ин­ формационной револю­ ции, характеризуется мас­совым распростране- нием технологий для мо- бильного использования Samsung всевозможного цифрового

контента – см. статью “В Источник: 2011 году фондовый ры- Рис. 2. Этапы прогресса: a – персональный компьютер нок впервые оценил вы- (форм-фактор tower) с процессором Pentium 4 Extreme Edition сокотехнологичную ком- (быстродействие 9726 MIPS) 2003 года выпуска; b – смартфон панию выше нефтяной”, на базе процессора Qualcomm Krait (9900 MIPS) 2011 года выпуска Observer #2/2012.)

Мобильная революция: что это означает чтобы обеспечивать инженеру-аналитику и конструкто- для CAE? ру, например, такие действия: Благодаря достижениям в сфере информационных • обращение к хранящейся на корпоративном серве- технологий, в руках (в прямом смысле этого слова!) ре базе данных об изделии; инженера-аналитика и конструктора появились но- • подготовка данных для многовариантных расче- вые инструменты – ноутбуки (laptop), планшетники тов; (tablet), смартфоны и мобильные телефоны. Еще сов- • запуск солвера системы инженерного анализа; сем недавно такая вычислительная мощь и возмож- • контроль над процессом вычислений; ности визуализации были доступны на стационарном • просмотр результатов моделирования процессов – компьютере в основном для продвинутых пользова- как графических изображений в статике, так и анима-

телей. Теперь же подобные мобильные устройства ционных фильмов, демонстрирующих параметры изу- СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ рассчитаны на массовое применение самым широким чаемого процесса в динамике. кругом пользователей. Чтобы выяснить, как пользователи CAE-сис- Чтобы в этом убедиться, посмотрим на рис. 2: со­ тем относятся к применению мобильных систем для временный смартфон оснащен процессором, быстро- действию которого лет десять назад мог позавидовать Aviation engine 3D model at smartphone, профессионал, работающий на офисной рабочей стан- tablet and notebook displays using ции. Прогресс в развитии вычислительных систем на VGX technology from NVIDIA базе графических процессов позволяет отображать с высоким разрешением даже на экране смартфона про- странственные модели крайне сложных машинострои- тельных изделий (рис. 3). Ключевое дополнение к вычислительной и графи- ческой мощности мобильных систем – это средства те- лекоммуникаций, обеспечивающие выход в интернет. В какой бы точке мира ни находился конструктор или инженер-аналитик, это открывает ему доступ к инфор- мационным и вычислительным ресурсам, обеспечивает

возможность подключения к корпоративной сети. NVIDIA Конечно, серьезные ресурсоёмкие инженерные рас- четы на мобильных системах вряд ли когда-либо будут производиться – для этого разумнее дистанционно об- Источник: ратиться к вычислительным ресурсам территориально Рис. 3. Отображение 3D-модели авиационного удаленного суперкомпьютерного центра. Тем не менее, двигателя на экране смартфона, планшетника ресурсов и планшетника, и смартфона, не говоря уже и ноутбука с использованием технологии VGX о ноутбуке, уже сейчас вполне достаточно для того, от NVIDIA

CAD/CAM/CAE Observer #5 (73) / 2012 77 инженерных расчетов, аналитическая компания • Я думаю, что политика нашей компании, касающая­ CIMdata провела опрос под названием, которое выне- ся разрешения доступа извне к CAE-данным и другой сено в заголовок этого раздела – The mobility revolution: корпоративной информации с использованием мобиль- What does it mean for CAE? ных устройств, в ближайшее время изменится – 20%. В качестве респондентов выступили, как обычно, О распространенности применения мобильных уст- посетители сайта CIMdata. Хотя аналитики CIMdata, ройств в PLM-среде позволяет судить еще один опрос традиционно предупреждают, что результаты опро- компании CIMdata: са являются anecdotal, то есть не систематичными • Мобильные устройства (смартфоны, планшетни- ­(просьба не путать с дословным переводом J), по ним ки и др.) уже опробованы в качестве пользователь- вполне можно судить об отношении корпоративной ских инструментов при работе в нашей корпоративной администрации к проблемам безопасности данных и PLM­ -среде – 13%; режиму удаленного доступа к ним, а также получить • Возможности мобильных устройств впечатляют, и представление о гаджетных вкусах инженеров-анали- их интеграция в нашу корпоративную PLM-среду уже тиков. Итак: началась – 46%; • У меня нет необходимости во внешнем (извне кор- • Возможности мобильных устройств впечатляют, поративного брандмауэра) доступе к данным – 23%; однако в ближайшее время они не будут использовать- • В нашей компании внешний доступ к данным мо- ся в нашей корпоративной PLM-среде – 30%; делирования процессов запрещен – 33%; • У мобильных устройств есть свое место в бизнесе, • В нашей компании внешний доступ к данным но не в нашей корпоративной PLM-среде – 11%. разрешен только с использованием принадлежащих компании ноутбуков через Virtual Private Network Рынок мобильных устройств (VPN) – 40%; Приведенные результаты опроса свидетельст­вуют • Я имею доступ к данным с моего домашнего ПК – о росте популярности мобильных устройств среди 20%; продвинутых пользователей корпоративных CAE- и • Я имею доступ к данным с любого публичного PLM­ -систем. Конечно, число устройств, приходящих- компьютера – 13%; ся на подобных потребителей, составляет относительно • Я имею беспроводной доступ к данным с предо- небольшую часть объема мировых поставок мобильных ставленного компанией мобильного устройства (план- устройств. Тем не менее, для этого сегмента рынка про- шетника или смартфона) – 13%; являются, по всей вероятности, те же тенденции, что и • Я имею беспроводной доступ к данным с моего для рынка в целом. Этим обстоятельством объясняется собственного, а не предоставленного компанией, мобиль- наш интерес к рынку мобильных устройств. ного устройства (планшетника или смартфона) – 17%;  Мобильные ПК Если рассматривать всю номен­ PC market’s shipment and growth rates for 2010÷2012 клатуру мобильных устройств, то, на- as well as forecast for 2012÷2016 (marked with *) верное, наиболее сформировавшимся здесь является рынок мобильных ПК, как сегмент рынка ПК. Систематичес- кие наблюдения здесь ведутся компа- нией IDC. Её аналитики недавно под- готовили прогноз до 2016 года (рис. 4), который предусматривает существенно более высокие темпы роста поставок IDC мобильных ПК по сравнению с на- стольными ПК. Кроме того, рис. 4 ил-

по данным люстрирует развитие тенденции превы­ шения объемов поставок мобильных ПК над объемами поставок настоль­ ных ПК, впервые зафиксированной CAE Observer / еще в 2009 году. На рынке ПК лидируют компании CAM / Hewlett-Packard (HP), Lenovo, Dell,

CAD Acer Group и ASUSTeK Computers (ASUS) (рис. 5), среди которых по предыдущим обзорам нам хорошо знакомы HP и Dell – как поставщики серверов и HPC-систем. Отметим, что ­определенное время производителем Рис. 4. Объем поставок и темпы роста/снижения объема ПК была и компания IBM – пока не поставок ПК в 2010–2011 гг., а также прогноз на 2012–2016 гг. (отмечены *) продала этот бизнес компании Lenovo. Подобный шаг хотела сделать и

78 CAD/CAM/CAE Observer #5 (73) / 2012 компания HP. И вот сейчас, после завершения периода о своих хардверных амбициях. Компания Microsoft падения продаж (который начался, когда было объяв- будет оснащать свои планшетники новой версией опе- лено о выделении бизнеса, связанного с производством рационной системы Windows 8, подготовленной в двух ПК, в отдельную компанию; об отказе от этих планов вариантах – для процессоров с системами команд x86 и сообщило уже новое руководство компании), HP снова ARM. Еще один миллиардер, компания Intel, произ- смогла возглавить список лидеров рынка ПК. водящая процессоры x86, решила для конкуренции с планшетниками вообще сформировать особый рынок –  Планшетные компьютеры ультрабуков (хотя этот форм-фактор скорее можно от- На рынке планшетников безраздельно господствует нести к классу мобильных ПК). компания Apple (рис. 6), которая в 2010 году вывела Как бы то ни было, этот рынок еще только форми- на рынок инновационное изделие iPad. Отметим, что руется, так что распределение долей пятерки лидеров, а аналитики IDC к рынку планшетников присовокупи- также её состав, будут меняться от квартала к кварталу. ли рынок электронных книг (e-reader). Скорее всего, в Сейчас сложно прогнозировать, чей девайс окажется по обозримом будущем, по мере расширения числа произ- вкусу пользователям, и кому из вендоров удастся поко- водителей планшетников, а также становления рынка в лебать прочные позиции Apple. целом, необходимость в таком объединении отпадет. А пока среди вендоров, выпускающих планшетные ком-  Смартфоны пьютеры, на втором месте идет Samsung. Рынок смартфонов начал бурно расти в 2007 году, Рынок планшетных компьютеров быстро растет, после выпуска компанией Apple своего прорывного из- и о его привлекательности можно судить, например, делия iPhone, во многом определившего направление по устремлениям лидеров софтверной IT-индустрии – развития целого класса мобильных устройств. Microsoft и Google. Недавно эти компании представили По данным компании IDC, в IV кв. 2010 г. квар­ свои собственные разработки, заявив, таким образом, тальный объем поставок смартфонов впервые

PCs market leaders’ shipment and shares Media tablets and e-readers market leaders’ in 1st quarter 2012 shipment and shares in 4th quarter 2011 IDC по данным СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ CAE Observer /

Рис. 5. Объем поставок ПК и рыночные доли CAM Рис. 6. Объем поставок планшетников и электрон- лидеров в I кв. 2012 г. / ных книг и рыночные доли лидеров в IV кв. 2011 г. CAD

Smartphones market leaders’ shipment Mobile phones market leaders’ shipment and shares in 1st quarter 2012 and shares in 1st quarter 2012 IDC по данным CAE Observer / CAM

Рис. 7. Объем поставок смартфонов и рыночные / Рис. 8. Объем поставок мобильных телефонов доли лидеров в I кв. 2012 г. и рыночные доли лидеров в I кв. 2012 г. CAD

CAD/CAM/CAE Observer #5 (73) / 2012 79 Помимо них, в первую пятерку входят Nokia, Research IBM Sequoia with real speed 16.325 PFLOPS, the champion of world's supercomputers Top500 list in In Motion (RIM) и High Tech Computer (HTC). June 2012, have been mounted with 98304 sixteen- Рынок смартфонов, как и рынок планшетников, core processors Power BQC 16C 1.6GHz сегодня крайне привлекателен. Так, среди вендоров замечены HP, Dell и Fujitsu, а недавно о выпуске своего смартфона объявила и компания Intel. По­ следняя ужe давно стремится выйти на этот рынок и, будучи производителем процессоров с системой команд x86, вступить в открытую конкуренцию с ­устройствами на базе процессоров с архитектурой ARM, которая пока является безраздельным лиде- ром для коммуника­ционных устройств.

 Мобильные телефоны Что касается рынка мобильных телефонов, на развитие которых сильное влияние оказывают по- вышающаяся вычислительная мощь процессоров и расширяющаяся функциональность смартфонов, то первое место на нём принадлежит Samsung (рис. 8).

Источник: Lawrence Livermore National Laboratory Эта компания недавно опередила многолетнего лиде- Рис. 9. IBM Sequoia с реальным быстродейст­ ра – Nokia. Помимо них, в первую пятерку входят вием 16.325 PFLOPS, рекордсмен суперком- компании Apple, ZTE и LG Electronics. пьютерного рейтинга Top500 в июне 2012 года, За бурными изменениями последних лет, которые смонтирован из 98304 шестнадцатиядерных сопровождаются перераспределением капитала между процессоров Power BQC 16C 1.6GHz рынками мобильных телефонов и смартфонов, пока не могут угнаться компании Nokia и RIM. Руководство превысил объем поставок ПК – 100.9 и 92.1 млн. этих компаний обсуждает и реализует различные ва­ штук соответственно. В соответствии с прогнозом IDC, рианты оздоровления, а аналитики предрекают воз- в 2012 году такая ситуация ожидается и для годовых можное их поглощение другими производителями. объемов поставок. Эта тенденция отмечена и другими К примеру, такой акулой может оказаться компания аналитическими компаниями (их данные отличаются Microsoft, которая, вслед за планшетником, захочет друг от друга в зависимости от применяемой методи- удивить мир выпуском своего смартфона, несмотря на ки оценки). Как бы то ни было, аналитики компании неудачный опыт недавнего прошлого и на заверение, Canalys объявили о победе смартфонов уже в 2011 году. что в планах компании выпуск смартфона не значится. Возглавляет список лидеров рынка смартфонов И в завершение краткого экскурса в мир мобиль- компания Samsung (рис. 7), недавно обошедшая Apple. ных устройств еще одно важное замечание. Для обес- печения эффективного функциониро- вания мобильных устройств и достав- HPC market’s size and growth rates for 2007÷2011 ки контента, необходимого пользова- as well as forecast for 2012 2016 ÷ телю, в любую географическую точку, где этот пользователь находится, тре- буется соответствующая инфраструк- тура, и даже более того – экосистема. Построение такой инфраструктуры базируется на облачной концепции. www.IDC В наших последующих обзорах мы обратимся также и к облачной темати- ке. Поскольку интересы автора связа- ны с развитием методов инженерного анализа и моделирования процессов, по данным портала данным по то первыми в число объектов иссле- дования попадут организация вы- числений с применением мобильных устройств и достижения в сфере об- CAE Observer Observer CAE / лачных вычислений в наступившей CAM / “эре после ПК”. Своему рождению

CAD этот новый термин (по-английски – Post-PC Era) обязан стремительному росту использования мобильных уст- Рис. 10. Объем и темпы роста/снижения объема рынка ВПВ ройств для решения разнообразных, в в 2007–2011 гг., а также прогноз на 2012–2016 гг. том числе и инженерно-технических,

80 CAD/CAM/CAE Observer #5 (73) / 2012 задач в сравнении с настольными ком- пьютерами. Servers’ and HPC systems’ markets sizes and growth rates for 2007÷2011 Лидеры мирового рейтинга суперкомпьютеров Top500 Теперь перейдем к традиционной тематике наших обзоров. Сначала рассмотрим некоторые достижения

HPC­ -индустрии, зафиксированные в www.IDC 39-м списке мирового рейтинга Top500. По показателю реальной произво- дительности к июню 2012 года петаф- лопсовый барьер преодолело два десят-

ка супервычислителей из семи стран: портала данным по США (7 систем), Япония (4), Герма- ния (2), Китай (2), Италия (1), Фран- ция (2), Великобритания (2). CAE Observer Observer CAE Если принимать во внимание пико- /

вую производительность, то можно до- CAM бавить к ним еще 9 систем; при этом в / списке стран окажется и Россия. CAD Приведем основные параметры но- вого рекордсмена и систем, вошедших в первую десятку.

Впервые с ноября 2009 года рей- Рис. 11. Объемы и темпы роста/снижения объемов рынков тинг возглавил американский супер- серверов и систем ВПВ в 2007–2011 гг. компьютер – построенный в 2012 году компанией IBM супервычислитель физико-химических исследований (RIKEN) в городе Sequoia с архитектурой Blue Gene/Q (рис. 9). Он уста- Кобе потребовалось 88 128 восьмиядерных процессо- новлен в Ливерморской национальной лаборатории им. ров SPARC64 VIIIfx, содержащих в общей сложности Э. Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory) 705 024 ядра. в Калифорнии. По энергоэффективности система занимает всего Система Sequoia построена на базе 16-ядерных лишь 57-е место с показателем 830.18 MFLOPS/W. процессоров Power BQC 16C (так- HPC market segments of HPC systems’ price for 2007 2011 товая частота 1.6GHz) собственного ÷ СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ айбиэмовского производства. Чтобы обеспечить реальное быстродействие 16.325 PFLOPS, понадобилось в об- щей сложности 1 572 864 ядер. Вычис- лительная эффективность – отношение реальной и пиковой производительнос- ти – составила 81%. Энергоэффективность “Секвойи” составляет 2069.04 MFLOPS/W, что www.IDC обеспечило ей 19-е место по этому по- казателю среди всех систем, включен- ных в Top500, и 3-е место, если рас- сматривать только первую десятку. по данным портала данным по Лидер двух предыдущих рей- тингов, японский “K computer” ком-

пании Fujitsu, первым в мире преодо- Observer CAE левший рубеж в 10 квадриллионов / CAM операций с плавающей точкой в секун- /

ду и достигший производительности CAD 10.51 PFLOPS (пиковое значение – 11.28 PFLOPS), оказался на втором месте. Для строительства этого супер- Рис. 12 Структура рынка ВПВ в 2007–2011 гг. вычислителя на базе Института в разрезе стоимости систем ВПВ

CAD/CAM/CAE Observer #5 (73) / 2012 81 центре им. Лейбница (Leibniz Supercomputing Centre) HPC market segments of HPC systems’ price в Гархинге (федеральная земля Бавария, ФРГ). in 2011 На 5-е место опустился лидер 36-го списка – китайский суперкомпьютер Tianhe-1A, установлен- ный в Национальном суперкомпьютерном центре (National Supercomputing Center) в гор. Тяньцзинь. Реальное быстродействие, зафиксированное тестами

IDC LINPACK, составляет 2.566 PFLOPS, а пиковый (расчетный) показатель – 4.701 PFLOPS. Напомним, что Tianhe-1A является собственной

по данным китайской разработкой Национального университета оборонных технологий (National University of Defense Technology – NUDT). Система относится к гибрид- ным, и в ней сочетаются центральные процессоры CAE Observer / Intel Xeon X5670 и графические процессоры NVIDIA. CAM / Шестое место теперь занимает лидер 34-го и CAD 35-го списков – суперкомпьютер Jaguar от компа- нии Cray, который после апгрейда, выполненного в 2012 году, обеспечивает реальное быстродействие 1.941 PFLOPS (пиковое – 2.628 PFLOPS). Система Рис. 13. Структура рынка ВПВ в 2011 г. установлена в Окриджской национальной лаборато- в разрезе стоимости систем ВПВ рии (Oak Ridge National Laboratory), расположен- ной в штате Теннеси (США). Третьим призером стал суперкомпьютер Mira, построенный в 2012 году компанией IBM для Аргон- На седьмом месте оказался суперкомпьютер ской национальной лаборатории (Argonne National Fermi с архитектурой IBM BlueGene/Q, построен- Laboratory). Система базируется на архитектуре Blue ный в 2012 году для CINECA – консорциума, куда Gene/Q. Реальное быстродействие – 8.153 PFLOPS, входит порядка 50-ти итальянских университетов. что обеспечивается 16-ядерными процессорами Быстродействие системы – 1.725 PFLOPS (пико- Power BQC 16C с общим числом ядер 786 432. вое – 2.097 PFLOPS).

На 4-е место в топе поднялся самый мощ- На восьмое место поднялся супервычислитель ный европейский суперкомпьютер SuperMUC с JuQUEEN с архитектурой IBM BlueGene/Q, уста- быстродействием 2.897 PFLOPS и вычислитель- новленный в 2012 году в Исследовательском цент­ ной эффективностью 91%. Система с архитектурой ре Юлих (Forschungszentrum Juelich) в Германии. IBM iDataplex создана в 2012 году на базе процес- Реальное быстродействие системы – 1.38 PFLOPS соров от Intel и размещена в Суперкомпьютерном (пиковое – 1.678 PFLOPS).

Servers market segments of operating systems Servers market segments of processor command in 2011 systems in 2011 IDC IDC по данным по данным CAE Observer CAE Observer / / CAM CAM / / CAD CAD Рис. 14. Структура рынка серверов в 2011 г. Рис. 15. Структура рынка серверов в 2011 г. в разрезе применяемых операционных систем в разрезе систем команд применяемых процессоров

82 CAD/CAM/CAE Observer #5 (73) / 2012 Французский суперкомпьютер HPC systems vendors’ revenues and HPC market size for 2007 2011 “Curie thin nodes” занимает 9-е мес- ÷ то. Его вычислительная мощь состав- ляет 1.359 PFLOPS (пиковое значе- ние – 1.667 PFLOPS). Система уста­ новлена в вычислительном центре Tr¢s Grand Centre de Calcul (TGCC) в местечке Bruy¢res-le-Châtel близ Парижа (Франция). Супервычис- литель построен в 2012 году на базе “лезвий” от французской компании Bull, в которых применяется процес- IDC сор Intel Xeon E5-2680 8C.

С 4-й позиции на 10-ю переехал по данным супервычислитель Nebulae с быстро- действием 1.271 PFLOPS (пиковое – 2.984 PFLOPS), который первым из CAE Observer китайских суперкомпьютеров преодо- / лел петафлопсовый барьер. Напом- CAM ним, что система является гибрид- /

ной и построена на процессорах Intel CAD X5650 и графических процессорах NVIDIA Tesla C2050. Рис. 16. Доходы поставщиков систем ВПВ и объем рынка ВПВ Рекордсменом первой десятки рей- в 2007–2011 гг. тинга является компания IBM, по­ строившая пять суперкомпьютеров с общей производительностью 30.49 PFLOPS. переоценку объема рынка до величины 10.076 млрд. долларов). Таким образом, в 2011 году объем рынка Состояние мирового рынка HPC впервые превысил лучший докризисный показатель и серверного рынка 2007 года. Теперь перейдем к анализу состояния рынка HPC В соответствии с обновленным прогнозом анали- и финансовых показателей его лидеров. Напомним, тиков компании IDC, объем рынка HPC будет рас- что источником цифровых данных является ком­ ти в среднем на 6.2% в год и к 2016 году достигнет пания IDC, изучающая рынок HPC как сегмент сер- 14 млрд. долларов (рис. 10).

верного рынка, начиная с 1999 года. На построенных Динамика серверного рынка, сегментом которо- СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ автором графиках данные IDC сопоставляются начи- го является рынок HPC, показана на рис. 11. Доля ная с 2007 года, когда компания усовершенствовала HPC-систем составляет без малого пятую часть свой аналитический инструментарий, что позволило объема серверного рынка: в 2009, 2010 и 2011 го- более точно определять долю HPC-сегмента в общем дах – 19.98%, 19.74% и 19.8% соответственно. Ранее, “пироге” серверного рынка. в 2007 и 2008 гг., эта доля была несколько меньше и Напомним также еще раз, что с эволюцией оценок составляла соответственно 18.28% и 18.34%. и прогнозов рынка, которые компания IDC сдела- ла с помощью старой методики, можно ознакомиться HPC market leaders’ revenues and shares in 2011 в наших предыдущих обзорах. При этом приведен- ные ниже цифры могут незначительно отличаться от опубликованных в более ранних наших обзорах, поскольку компания IDC постоянно уточняет свои прежние данные (хотя и не акцентирует на этом вни- IDC мания читателей своих отчетов). По результатам 2011 года, объем рынка HPC вырос до 10.301 млрд. долларов (рис. 10), что озна- по данным чает увеличение на 8.4% в сравнении с 2010 годом. В первом послекризисном году объем рынка HPC

вырос, в сравнении с предыдущим, 2009 годом, на CAE Observer 10.3% – до 9.504 млрд. долларов. До того, в кри- / CAM зисном 2009-м, рынок ужался на 11.8% в сравнении /

с 2008 годом – до 8.614 млрд. В свою очередь, в CAD 2008 году объем рынка уменьшился до 9.771 млрд. – то есть на 3% в сравнении с 2007 годом (в 2007 г. компания IDC с помощью новой методики сделала Рис. 17. Доходы и доли лидеров рынка ВПВ в 2011 г.

CAD/CAM/CAE Observer #5 (73) / 2012 83 Если сравнивать объем сегмен- HPC systems vendors’ revenues and HPC market size for 2007÷2011 тов рынка HPC в денежном выра- жении в 2011 году с докризисными показателями 2007 года, получа- ется следую­щая картина. Бурный рост в размере 62.5% наблюдается в сегменте supercomputers – с 2.7 до 4.4 млрд. долларов (рис. 12). Почти на половину уменьшился объем сег- мента workgroup – до 1.2 млрд. (то есть на 48.8%), а сегмент divisional похудел почти на четверть – до IDC 1.25 млрд. (на 23.3%). Объем сегмен- та departmental чуть-чуть вырос – до

по данным уровня 3.5 млрд. долларов (на 2.4%). Между системами HPC различной стоимости по результатам 2011 года ры- ночный “пирог” поделился следующим CAE Observer / образом (рис. 13): supercomputers – 42.3%; departmental – 33.8%; divi­ CAM / sional – 12.1%; workgroup – 11.8%. CAD  Операционные системы для серверов Рис. 18. Доходы поставщиков серверов и объем рынка серверов в 2007–2011 гг. В 2011 году при оснащении сер- веров преимущество отдавалось операционной системе Microsoft В 2011 году объем серверного рынка вырос, по Windows – 47.3% или 24.6 млрд. долларов (рис. 14). сравнению с 2010 годом, на 8.1% – до 52.029 млрд. Далее следуют Unix и Linux – 22.1% (11.5 млрд. долларов (рис. 11). Это несколько ниже темпов рос- долл.) и 18.6% (9.7 млрд. долл.) соответственно. та в первый посткризисный 2010 год: тогда объем Любопытно, что на подавляющем большинстве серверного рынка вырос в сравнении с 2009 годом суперкомпьютеров из Top500 инсталлируется ОС на 11.7% – до 48.138 млрд. Напомним, что в период Linux, тогда как Windows управляет работой всего кризиса этот рынок существенно сжался: в 2009 году двух систем. его объем составил 43.1 млрд. – падение на 19.1% по сравнению с 53.3 млрд. в 2008 году или на 21.8% по  Системы команд процессоров, применяемые сравнению с 55.1 млрд. в 2007 году. в серверах И по годовым, и по квартальным данным мож- В 2011 году доля стоимости серверов на базе про- но сделать заключение, что полного восстановления цессоров с системой команд x86 составила примерно показателей рынка серверов еще не произошло: мак- две трети – 66% или 34.1 млрд. долларов (рис. 15). симальный докризисный объем (15.674 млрд. долла- Серверы на базе процессоров с альтернативными ров) был зафиксирован в IV кв. 2007 года, а макси- системами команд обошлись пользователям, в общей мальный послекризисный объем пока был достигнут в IV кв. 2010 года – 14.959 млрд. долларов (рис. 20). Servers market leaders’ revenues and shares in 2011 Структура рынка HPC и серверного рынка IDC  Классификация HPC-систем по стоимости Структура рынка HPC анализируется компани-

ей IDC на базе своей классификации по стоимости по данным HPC-систем (в скобках даны оригинальные назва- ния сегментов на английском языке): • суперкомпьютеры (supercomputers) имеют стои- CAE Observer мость свыше 500 тыс. долларов; /

• системы для крупных подразделений CAM (divisional) – от 250 до 500 тыс. долларов; / • системы для отделов (departmental) – от 100 до CAD 250 тыс. долларов; • системы для рабочих групп (workgroup) – до Рис. 19. Доходы лидеров рынка серверов 100 тыс. долларов. и их рыночные доли в 2011 г.

84 CAD/CAM/CAE Observer #5 (73) / 2012 сложности, в сумму 17.9 млрд. долла- Servers vendors’ quarterly revenue and server markets quarterly size ров (34% объема рынка). for 2007÷2012 Ожидается, что положение дел в ближайшие год-два может поменять- ся, поскольку уже началось тестиро- вание серверов на базе ARM-процес- соров (пока с 32-битной адресацией); экспериментальные образцы созданы компаниями HP и Dell. Напомним, что ARM лидирует на рынке процессоров для мобильных и

встроенных систем, где счет постав- IDC ляемых процессоров идет на милли- арды. Благодаря своим показателям

энергоэффективности, ARM-про- по данным цессоры привлекли внимание и сер- верных вендоров. Однако в период ожидания 64-битного процессора от CAE Observer ARM пока идет только накопление, /

как теперь стало модно выражаться, CAM “экспертизы” (то бишь, старого доб- / рого опыта), поскольку переписывать CAD 64-битное программное обеспечение на 32 бита, а затем обратно – как-то не с руки. Рис. 20. Квартальные доходы поставщиков серверов и квартальные объемы рынка серверов в 2007–2012 гг. Основные финансовые показатели лидеров рынка В Top500 системы от IBM являются безраздель- HPC ными лидерами – как по суммарной производитель- Как мы уже не раз отмечали, высокая позиция ности, так и по количеству. в рейтинге Top500 (и даже нахождение в первой де- сяткe) является свидетельством технологического ли- В 2011 году компания HP закончила со вто- дерства компании-компьютеростроителя, однако со- рым результатом – 3.307 млрд. долларов или 32.1% вершенно не гарантирует соответствующее место при от всего объема мировых поставок HPC-систем. До ранжировке по суммарной выручке от реализации этого, в 2010-м, она была на 1-м месте с доходом

HPC-систем. 3.041 млрд. (32% объема рынка HPC). В 2009 году эти СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ В соответствии с финансовым рей- тингом, безраздельными фаворитами HP, IBM, Dell, Oracle (Sun) annual revenues for 2007÷2011 рынка HPC (рис. 16, 17), как сегмен- та серверного рынка (рис. 18, 19), в течение всего периода наших наблю- дений являются две компании, кото- рые в результате острой конкуренции постоянно меняются желтой майкой лидера:

В 2011 году на 1-е место вышла компания IBM. Её доход от HPC составил 3.358 млрд. долларов или 32.6% от всего объема рынка HPC. В 2010 году IBM находилась на вто- рой позиции с доходом 2.851 млрд. (30% объема рынка HPC). До этого, в 2009 году, IBM была лидером это- CAE Observer

го рынка с показателем 2.532 млрд. / (29.4%); в 2008 году заработанные CAM 2.59 млрд. (26.5%) позволили IBM /

занять только второе место, а в CAD 2007 году компании IBM и HP шли “ноздря в ноздрю” – по 3.315 млрд. Рис. 21. Годовой доход компаний HP, IBM, Dell и Sun (Oracle) долларов (32.9%). в 2007–2011 гг.

CAD/CAM/CAE Observer #5 (73) / 2012 85 показатели были 2.473 млрд. (28.7%), Servers vendors’ quarterly revenue and server markets quarterly size в 2008 году – 3.563 млрд. (36.5%), а в for 2007÷2012 2007-м – 3.315 млрд. (32.9%). Следует отметить, что HPC-до- ходы IBM и HP в 2011 году соста- вили всего 3.1% и 2.7% их совокуп- ного годового дохода, который вы- ражался суммами 107 и 125 млрд. долларов соответственно (рис. 21). В 2010 году эти показатели были 2.9% и 2.4% от 99.9 и 127.2 млрд. долларов соответст­венно. С данными за 2010 год осталь- ных лидеров рынка HPC можно оз- накомиться в нашем прошлогоднем обзоре. Это связано с тем, что дан- ные аналитической компании IDC за 2011 год ограничиваются только дву- CAE Observer

мя лидирующими компаниями. На- / помним, что в 2010 году следующие CAM за IBM и HP ступеньки заняли Dell, /

Cray, SGI, Oracle (рис. 16). CAD На серверном рынке лидерами являются пять компаний: IBM, HP, Dell, Oracle и Fujitsu (рис. 18, 19). Рис. 22. Квартальные доходы компаний HP, IBM, Dell Доля дохода от реализации серверов и Sun (Oracle) в 2007–2012 гг. в совокупном доходе 2011 года у этих компаний значительно выше, чем доходы от HPC-сис­ работает 74 высококлассных специалиста. В прошлом тем – 15.4%, 12.2%, 12.4%, 8.9% и 4.4% от 107, 125, году Intel купила компанию Fulcrum Systems, специа­ 62.1, 36.7 и 50.3 млрд. долларов соответственно. лизирующуюся на сетевых соединениях, а в январе У компании Oracle годовые и квартальные по- этого года – компанию Qlogic, разработчика решений казатели (рис. 21, 22) продолжают постоянно рас- для коммуникационного стандарта InfiniBand. Все ти, в то время как доходы от реализации серверов эти шаги способствуют продвижению по пути созда- и HPC­ -систем убывают. Это объясняется выбранной ния экзафлопсного суперкомпьютера. стратегией, которая делает ставку в основном на по­ ставки программного обеспечения; при этом хардвер- AMD тоже является поставщиком процессоров ные решения хоть и дополняют софтверные, но всё- с системой команд x86 и делит оставшуюся от компа- таки играют вспомогательную роль. нии Intel долю в Top500 с компанией IBM. На рис. 24 приведено распределение доходов ком- Основные финансовые показатели пании между подразделениями Computing Solutions поставщиков суперкомпьютерных и Graphics. процессоров Intel, AMD, NVIDIA, IBM microelectronics and ARM quarterly На рис. 23÷25 представлены revenue for 2007÷2012 квар­тальные и годовые доходы для следую­щих пяти компаний:

Intel является поставщиком процессоров с системой команд x86, на базе которых построено подавляю- щее большинство суперкомпьютеров, включенных в Top500. На рис. 24 приведено распределение

доходов компании между подразделе- CAE Observer ниями Data Center Group, PC Client / CAM Group и Other Intel Archi­tecture Group. /

Следует отметить недавнее приоб- CAD ретение компанией Intel за 140 млн. долларов у компании Cray груп- пы разработки аппаратных средств Рис. 23. Квартальные доходы Intel, AMD, NVIDIA, IBM внутренних соединений, в которой (только в сфере микроэлектроники) и ARM в 2007–2012 гг.

86 CAD/CAM/CAE Observer #5 (73) / 2012 Structure of Intel and AMD annual revenue; NVIDIA and ARM На рис. 23, 24 приведены as well as IBM microelectronics annual revenue for 2007÷20110 данные для подразделения Microelectronics OEM. Мик- ропроцессорный бизнес обес- печивает компании всего лишь порядка 2% годового дохода. Тем не менее, подразделение Microelectronics OEM обеспе- чило независимое от конку- рентов производст­во собствен- ных 16-ядерных процессоров, на базе которых построены супервычислители с экстре- мальными характеристика- CAE Observer / ми, отмеченные в 39-м списке

CAM Top500. /

CAD NVIDIA, по результатам новейшего рейтинга Top500, может похвастаться примене- нием её графических акселе- раторов при строительст­ве 52-х суперкомпьютеров.

ARM Holding уже в Рис. 24. Структура годового дохода компаний Intel и AMD, ближайшем будущем станет а также величина годового дохода NVIDIA, ARM и IBM лицензиаром архитектуры (только в сфере микроэлектроники) в 2007–2011 гг. процессоров для HPC-систем. Ощутимая разница фи- Отделенная в 2008 году от AMD компания нансовых показателей первых четырех компаний не GlobalFoundries, занимающаяся исключительно про- мешает им уживаться на достаточно тесном супер- изводством процессоров, совсем недавно стала полно- компьютерном рынке и выигрывать контракты на по­ стью независимой. ставку своих процессоров для самых разных заказ- чиков с различными источниками финансирования. IBM является поставщиком RISC-процессоров У каждой компании есть свои козыри: Intel выде-

с системой команд POWER. ляется универсальностью, широтой охвата и запасом СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ прочности, AMD может предложить Intel, AMD, NVIDIA, IBM and ARM annual revenue for 2007÷2011 конкурентоспособную продукцию по более демократичным ценам, IBM – прорывные инновации и RISC-ар- хитектуру, NVIDIA – графические процессоры для набирающих попу- лярность гибридных систем. В заключение напомним читате- лям, что вторая часть обзора будет посвящена июньскому и ноябрьскому спискам суперкомпьютерного рей- тинга Top500; планируется, что она ­появится в #8/2012. (Продолжение следует)

Об авторе: Павлов Сергей Иванович –

CAE Observer Dr. Phys., редактор аналитическо- / го PLM-журнала CAD/CAM/CAE CAM / Observer ([email protected]),

CAD научный сотрудник Лаборатории математического моделирования окружающей среды и технологи- Рис. 25. Годовой доход компаний Intel, AMD, NVIDIA, IBM ческих процессов Латвийского уни- и ARM в 2007–2011 гг. верситета ([email protected])

CAD/CAM/CAE Observer #5 (73) / 2012 87 СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ Системы высокопроизводительных вычислений в 2011–2012 годах: обзор достижений и анализ рынка Часть II (Продолжение. Начало в #5/2012) Сергей Павлов, Dr. Phys.

Во второй части обзора мы обратимся к дан- “Titan” from Cray – champion of world's ным из опубликованного в ноябре 2012 года supercomputers Top500 list in November 2012 юбилейного, 40-го, списка суперкомпьютерного рейтинга Top500 (www.top500.org). Напомним, что история этого долгоиграющего мероприятия началась 20 лет назад, когда в июне 1993 года вышел в свет 1-й список самых мощных супер- компьютеров в мире. Теперь у нас есть воз- можность с завидной регулярностью, с полу- годовой периодичностью, получать информа- цию о достижениях в сфере High-Performance Computing (HPC), отслеживая, таким образом, тенденции развития инструментов для высоко­ производительных вычислений (ВПВ). Если воспользоваться единицей изменения быстродействия супервычислителей, принятой в рейтинге Top500 (в качестве таковой сейчас 9

служит 1 GFLOPS = 10 FLOPS), то нетруд- Источник: Oak Ridge National Laboratory но подсчитать, что за 20 лет суммарная про- Рис. 1. “Titan” от компании Cray возглавил супер- изводительность пятиста систем, включаемых компьютерный рейтинг Top500 в ноябре 2012 г. в рейтинг, возросла с 1 123 GFLOPS в 1-м списке до 161 973 487 GFLOPS в 40-м (табл. 1). То есть, рост превысил пять порядков – почти Лидеры юбилейного рейтинга Top500 150 000 раз. Впрочем, теперь более привычны- Возглавил юбилейный рейтинг амери- ми стали подсчеты в петафлопсах (1 PFLOPS = канский суперкомпьютер Titan (рис. 1) от =1015 FLOPS). В этих единицах измерения сум- компании Cray, реальное быстродействие ко- марные достижения юбилейного списка записы- торого достигает 17.59 PFLOPS, а пиковое – ваются более компактно – 162 PFLOPS. 27.113 PFLOPS. Вычислительная эффектив- Примечательно, что если лидеру 1-го спис- ность (отношение реальной производитель- ка в 1993 года было еще далеко даже до те- ности к пиковой) у рекордсмена составляет рафлопсового уровня реальной производи- 64.9%. тельности (он выдавал на-горa´ всего лишь Система Titan является гибридной: она 59.7 GFLOPS), то 20 лет спустя уже 23 супер- по­­строена на базе новейшей архитектуры компьютера из пятисот преодолели петафлоп- Cray XK7 с применением 16-ядерных процес- совый барьер. Эти системы инсталлированы в соров Opteron 6274 (тактовая частота 2.2 GHz) семи странах: США (10 систем), Японии (4), от компании AMD и ускорителей K20x компа- Великобритании (2), Германии (2), Китае (2), нии NVIDIA. Общее число вычислительных Франции (2), Италии (1). За прошедшие с ядер – 560 640, в том числе 261 632 ядра гра- июня 2012 года полгода прирост числа пета­ фических процессоров. флопсников наблюдается только в США – Система установлена в Окриджской нацио­ плюс 3 системы. нальной лаборатории (Oak Ridge National Если же опираться на показатель пиковой Laboratory), расположенной в штате Теннеси производительности, то к супервычислите- (США). лям петафлопсного класса можно отнести еще Следует отметить, что на месте инсталляции 9 систем. Они распределяются так: Китай (3), (и, соответственно, в “горячей десятке”) Titan США (2), Германия (1), Австралия (1), Рос- заменил лидера 34-го и 35-го списков, опустив- сия (1) и Саудовская Аравия (1). шегося в 39-м списке на 6-ю позицию, – супер- Теперь приведем основные параметры ново- компьютер Jaguar. Он был построен на базе гиб- го рекордсмена и девяти систем, образующих ридной архитектуры Cray XK6, в которой соче- “горячую десятку” юбилейного списка. тались процессоры AMD Opteron 6274 16С и

8 CAD/CAM/CAE Observer #8 (76) / 2012 графические ускорители NVIDIA 2090; реаль- Безраздельный лидер обоих списков ное быстродействие 1.941 PFLOPS (пиковое – 2011 года, японский “K computer” компании 2.628 PFLOPS) создавалось в общей сложности Fujitsu, построенный на базе Института фи- 298 592-мя ядрами. зико-химических исследований (RIKEN) в го- Энергоэффективность рекордсмена состав- роде Кобе, в юбилейном списке съехал еще на ляет 2 142.77 MFLOPS/W, что обеспечивает одну ступеньку вниз и занимает теперь только ему не только лидерство по этому показателю 3-е место. в первой десятке, но и 3-е место среди всех Напомним, что “K computer” первым в мире систем, включенных в Top500. При этом Titan преодолел рубеж в 10 квадриллионов опера- не слишком уступает лучшей по этому пока- ций с плавающей точкой в секунду и достиг зателю системе Beacon (2449.57 MFLOPS/W), реальной производительности 10.51 PFLOPS, которая занимает 253-е место по реальному которая оказалась весьма близка к пиковому быстродействию (0.111 PFLOPS). значению (11.28 PFLOPS), что свидетельст­ Кстати сказать, система Beacon также явля- вует о крайне высокой вычислительной эф- ется гибридной – в ней сочетаются 8-ядерные фективности – 93.2%. По этому показателю процессоры Xeon E5-2670 с тактовой частотой “K computer” занимает 3-е место в Top500 и 2.6 GHz и ускорители Intel Xeon Phi 5110P. 1-е место в его первой десятке. (Новый бренд Intel Xeon Phi сменил Knights При этом по энергоэффективности система Corner – это рабочее название использовалось с показателем 830.18 MFLOPS/W может пре- в процессе создания прототипа сопроцессора на тендовать лишь на 80-е место; впрочем, и в базе архитектуры MIC (Many Integrated Cores) предыдущем списке её место тоже не было вы- с рекордной производительностью 1 TFLOPS). соким (57-е). Может быть, и не стоило бы столь подробно об- Напомним, что практически сразу ­после суждать прелести компьютера Beacon, если бы запуска “K computer”, в котором объеди­ его не построила компания Appro International, не­но 88 128 восьмиядерных процессоров которую купила компания Cray. Об этой сдел- SPARC64 VIIIfx (всего 705 024 ядра), было ке, сумма которой составила 25 млн. долларов, объявлено о предложении компанией Fujitsu было объявлено 9 ноября 2012 года – всего за масш­табируемого суперкомпьютера PRIMEHPC три дня до представления 40-го списка на кон- FX10 с пиковой произво­дительностью от ференции SC’12 в Солт-Лейк-Сити (штат Юта, 90.8 TFLOPS до 23.2 PFLOPS. Увеличение США). Ну а последствия проявятся уже в сле- быстродействия достигается за счет применения дующем списке Top500. новых 16-ядерных процессоров SPARC64 IXfx. Несмотря на планы Fujitsu поставить за три После полугодового лидерства на вто- года (один уже прошел) порядка 50-ти таких рую ступеньку опустился супервычислитель систем, в нынешнем списке Top500 их появи-

Sequoia от компании IBM. При этом крэйев­ лось только три, причем лишь одна из них СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ ский “Титан” превзошел “Секвойю” как по обладает петафлопсной производительностью ­реальной (16.325 PFLOPS), так и по пиковой (1.043 PFLOPS, вычислительная эффектив- (20.133 PFLOPS) производительности. В не- ность – 91.9%) и занимает достаточно высокое котором смысле повторилась старая история, 21-е место. Надо отметить, энергоэффектив- когда айбиэмовскую “Калифорнийскую бегаю- ность системы на новом процессоре возрос- щую кукушку”, преодолевшую петафлопсный ла незначительно – до 886.3 MFLOPS/W, что барьер, уже через полгода настиг крэйевский обеспечило ей только 52-е место по этому по- “Ягуар”. казателю. Напомним, что система Sequoia с архитекту- Таким образом, компании Fujitsu не уда- рой Blue Gene/Q построена на базе 16-ядерных лось реально поспорить за первенство на рубе- процессоров собственного производства IBM – же пиковой производительности в 20 PFLOPS Power BQC с тактовой частотой 1.60 GHz. Об- с обошедшими её конкурентами. щее число ядер составляет 1 572 864. Вычис- лительная эффективность – 81.1%, что выше, С третьего на четвертое место перемес- чем у нынешнего лидера. Sequoia “пустила тился суперкомпьютер Mira компании IBM, корни” в Ливерморской национальной лабора- построенный для Аргонской национальной тории им. Э. Лоуренса (Lawrence Livermore лаборатории (Argonne National Laboratory). National Laboratory) в Калифорнии. Эта система по существу является уменьшен- Энергоэффективность 2069.04 MFLOPS/W ным “клоном” Sequoia: базируется на той ар- обеспечила системe Sequoia 27-е место по хитектуре, тех же процессорах, обладает в ­этому показателю среди всех супервычислите- точности той же вычислительной и энергоэф- лей, включенных в 40-й список Top500, и 4-е фективностью, что и серебряный призер. От- место в первой десятке. В предыдущем спис- личается лишь общее число ядер – 786 432 и, ке места были повыше – 19-е и 3-е соответст­ соответственно, реальное быстродействие – венно. 8.153 PFLOPS.

CAD/CAM/CAE Observer #8 (76) / 2012 9 1.1% 1.8% 1.8% 0.1% 0.1% 0.1% 0.1% 0.1% 0.1% 0.1% 0.1% 0.1% 0.1% 0.1% 2.4% 0.8% 0.5% 0.3% 0.8% 0.6% 0.2% (%) Доля 25.9% 62.9% 100.0%

Top500 91 290 97 071 94 314 87 365 97 959 89 940 89 369 172 691 157 108 731 050 177 240 192 696 492 494 379 306 40-й список 1 763 317 3 953 164 1 225 886 1 330 897 1 000 354 2 984 290 2 888 930 41 933 230 101 943 525 161 973 486 GFLOPS

писках рейтинга 1.1% 0.1% 0.1% 1.5% 0.1% 7.6% 6.6% 7.6% 3.9% 0.4% 3.0% 0.0% 0.8% 0.8% 0.4% 0.3% 0.3% 0.2% (%) 22.3% 43.0% Доля 100.0% Суммарная производительность 1 1 1 5 0 9 9 5 3 3 2 12 17 86 74 86 44 34 1-й список 251 485 1 128 GFLOPS 1.0% 1.0% 1.2% 2.4% 2.2% 2.4% 2.8% 0.6% 0.4% 0.2% 0.2% 3.0% 0.2% 0.4% 0.2% 0.4% 0.2% 0.2% 0.2% 0.2% 0.2% 17.6% 62.8% (%) Доля 100.0% 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 3 5 2 6 2 2 11 12 12 14 15 88 40-й список 314 500 Кол-во Системы 1.8% 1.8% 5.2% 2.4% 4.4% 8.6% 6.0% 0.2% 0.2% 5.4% 0.2% 0.2% 3.2% 0.6% 0.2% 0.2% 0.2% 0.4% (%) 31.4% 27.4% Доля 100.0% 1 1 1 1 1 1 1 9 9 3 2 1-й список 12 16 26 22 43 30 27 137 157 500 Кол-во Итого: www.top500.org по данным портала Отрасли и классы решаемых задач CAE Observer / -сервисы CAM / Табл. 1. Количество и суммарная производительность систем по различным направлениям в 1-м 40-м с Исследования (без уточнения специфики) Метеорология и климатические исследования Оборона Энергетика Аэрокосмическая отрасль Геофизика Исследования окружающей среды Финансы Автомобильная промышленность Услуги по обработке информации Телекоммуникации Web Сравнительное тестирование Полупроводниковая промышленность Информационные услуги Разработка программного обеспечения ИТ-сервисы Интернет-провайдеры Науки о жизни Сфера развлечений Облачные сервисы Услуги (без уточнения специфики) Электроника Химия Тяжелая промышленность Строительство Биохимия Базы данных Консалтинг Фармация Сфера применения неизвестна CAD

10 CAD/CAM/CAE Observer #8 (76) / 2012 С восьмого на пятое место поднялся су- для Техасского центра передовых технологий первычислитель JuQUEEN, собранный в (Texas Advanced Computing Center) гибрид- 2012 году в Исследовательском центре Юлих ный суперкомпьютер Stampede с архитекту- (Forschungszentrum Juelich) в Германии. Реаль- рой PowerEdge C8220. Он базируется на вось- ное быстродействие системы в результате про- миядерных процессорах Intel Xeon E5-2680 c веденного за полгода апгрейда увеличилось до тактовой частотой 2.7 GHz и сопроцессорах 4.141 PFLOPS, а пиковая производительность – Intel Xeon Phi. Быстродействие первой оче- до 5.033 PFLOPS. Таким образом, JuQUEEN реди системы пока достигло 2.66 PFLOPS и стал самым мощным европейским суперкомпью- пиковой производительности 3.956 PFLOPS тером в юбилейном списке, отобрав этот титул у (вычислительная эффективность – 54.6%). SuperMUC, находящегося теперь на 6-м месте. Общее число ядер составляет 204 900, их них Поскольку JuQUEEN имеет ту же архитектуру и 112 500 – сопроцессорные. Предполагается, построен на тех же процессорах, что и Sequoia, что в дальнейшем быстродействие системы до- скорее всего, его тоже можно считать уменьшен- стигнет 10 PFLOPS. ным “клоном” с числом ядер 393 216. Незна- чительные отличия вычислительной (82.3%) и С пятого на восьмое место сполз китай- энергоэффективности (2102.12 MFLOPS/W), по ский суперкомпьютер Tianhe-1A, некогда воз- всей видимости, объясняются отличиями в “ге- главлявший 36-й список. Этот агрегат являет- нах”, ответственных за географическое местопо- ся собственной китайской разработкой Нацио- ложение суперкомпьютера. J нального университета оборонных технологий (National University of Defense Technology – С четвертого на шестое место в топе NUDT). Система инсталлирована в Нацио- опустился еще один европейский суперкомпью- нальном суперкомпьютерном центре (National тер – SuperMUC, инсталлированный в Супер- Supercomputing Center) в гор. Тяньцзинь. компьютерном центре им. Лейбница (Leibniz Супервычислитель является гибридным, Supercomputing Centre) в Гархинге (федераль- в нём сочетаются шестиядерные процессоры ная земля Бавария, ФРГ). Система, созданная Intel Xeon X5670 и графические процессоры компанией IBM, имеет архитектуру iDataPlex NVIDIA 2050. Реальное быстродействие до- DX360M4 на базе восьмиядерных процессо- стигает 2.566 PFLOPS, а пиковая производи- ров Intel Xeon E5-2680 c тактовой частотой тельность – 4.701 PFLOPS (вычислительная 2.7 GHz. Общее число ядер – 147 456, реаль- эффективность – 54.6%). Общее число ядер ное быстродействие – 2.897 PFLOPS, пиковая составляет 204 900, в том числе 112 500 ядер производительность – 3.185 PFLOPS, вычис- графических процессоров. лительная эффективность – 91%. С седьмого места на девятое спустил-

Седьмое место в юбилейном рейтинге за- ся суперкомпьютер Fermi, построенный ком- СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ нял построенный в 2012 году компанией Dell панией IBM в 2012 году для консорциума

Implementation segments of supercomputers: Implementation segments of supercomputers: amount of systems, listed in Top500 total performance of systems, listed in Top500 (1993 and 2010÷2012, 1st and 36th÷40th lists) (2010÷2012, 36th÷40th lists) www.top500.org по данным портала CAE Observer / CAM / CAD

Рис. 2. Области применения суперкомпьютеров: Рис. 3. Области применения суперкомпьютеров: количество систем, включенных в Top500 суммарная производительность систем, включенных (1993 и 2010–2012 гг., списки 1 и 36÷40) в Top500 (2010–2012 гг., списки 36÷40)

CAD/CAM/CAE Observer #8 (76) / 2012 11 Shares of total performance, which correspond to implementation segments of supercomputers, listed in Top500: 1993, 1st list (left) and 2012, 40th list (right) www.top500.org по данным портала CAE Observer /

Рис. 4. Распределение суммарной производительности по областям применения CAM суперкомпьютеров в 1993 г. (список 1) и в 2012 г. (список 40) / CAD

CINECA, куда входит порядка 50-ти италь- образование работает совокупная вычисли- янских университетов. Реальное быстродейст­ тельная мощь 29.7 PFLOPS, а на промышлен- вие системы составляет 1.725 PFLOPS, пи- ность – 28.5 PFLOPS (рис. 3). Таким образом, ковое – 2.097 PFLOPS, вычислительная эф- за год произошел значительный прирост сум- фективность – 82.3%, энергоэффективность – марной производительности: в 38-м списке со- 2099.45 MFLOPS/W. По всей видимости, это ответствующие показатели были гораздо более еще один европейский “саженец Секвойи” с скромными: 39.1, 11.9 и 20.0 PFLOPS. Следу- числом ядер 163 840. ет также отметить, что в 39-м и 40-м списках сфера образования обошла промышленность Замыкает “горячую” десятку экспери- по этому важному параметру. При этом сфе- ментальный суперкомпьютер DARPA Trial ра исследований в списках 2012 года обгоняет Subset, построенный компанией IBM на базе образование и промышленность в 3÷3.4 раза. архитектуры Power 775. Используются восьми- Это свидетельствует, что опережающими тем- ядерные процессоры айбиэмовского производст­ пами развивается сектор, обеспечивающий ва POWER7 с тактовой частотой 3.836 GHz, перспективное развитие всех отраслей, где бу- общее число ядер в системе – 63 360. Достиг- дут востребованы суперкомпьютеры. нутое реальное быстродействие системы – В группу “другие” на рис. 2÷4 объединены 1.515 PFLOPS, пиковое – 1.944 PFLOPS, вы- области применения, которые не столь вели- числительная эффективность – 77.9%, энерго- ки – как по числу инсталляций, так и по сум- эффективность – 423.7 MFLOPS/W. марной производительности. Туда попадают В 2012 году в обоих списках рейтинга ре- кордсменом первой десятки является компания Implementation segments of supercomputers, IBM: в 39-м и в юбилейном списках в первую listed in Russian Top50 десятку входят соответственно пять и шесть (2010÷2012, 13th÷17th lists) айбиэмовских суперкомпьютеров с общей про- изводительностью 30.49 и 34.766 PFLOPS. Области применения систем ВПВ

Наибольшее количество суперкомпьюте- www.supercomputers.ru ров из Top500 работает в промышленности (industry): в юбилейном 40-м списке таких 247. Для научных исследований (research) применяются 123 системы, а в образовании

(academic) – 98 (рис. 2). По сравнению с 38-м по данным портала списком, в сфере научных исследований ради- кальных изменений не произошло – год назад там были задействованы 122 системы. Значи- CAE Observer тельные изменения произошли в промышлен- /

ности, где число систем за год уменьшилось с CAM 288-ми до 247-ми. В сфере образования, на- / CAD оборот, их число выросло с 75-ти до 98-ми. Рис. 5. Области применения суперкомпьютеров, По суммарной производительности впереди включенных в российский Топ50 идут системы для науки – 96.0 PFLOPS. На (2010–2012 гг., списки 13÷17)

12 CAD/CAM/CAE Observer #8 (76) / 2012 Amount of supercomputers, listed in Top500 Total performance of supercomputers, (1993 and 2010÷2012, 1st and 36th÷40th lists), listed in Top500 (2010÷2012, 36th÷40th lists), in developed and emerging regions in developed and emerging regions www.top500.org по данным портала данным по CAE Observer Observer CAE / CAM / CAD Рис. 6. Количество суперкомпьютеров из Top500 Рис. 7. Суммарная производительность суперком- в развитых и развивающихся регионах мира пьютеров из Top500 в развитых и развивающихся (1993 и 2010–2012 гг., списки 1 и 36÷40) регионах мира (2010–2012 гг., списки 36÷40)

суперкомпьютеры, являющиеся объектом экс- было задействовано соответственно 41.6%, периментов, которые проводятся их разработ- 23.3% и 18.7% суммарной производительности чиками (vendor); системы, применяемые для систем из списка Top500 (рис. 4, слева), а в решения задач распознавания и классифика- ноябре 2012 года соответствующие показате- ции (classified), а также для задач государст­ ли были следующими: 59.3%, 18.4% и 17.6% венного управления (government). (рис. 4, справа). Данные, приведенные на рис. 2 и рис. 4 для Более подробную информацию о сферах сa´мого первого и для юбилейного 40-го списков применения суперкомпьютеров можно полу- Top500, позволяют сравнить число суперком- чить с помощью табл. 1, сопоставив перечень пьютеров, а также их суммарную производи- направлений науки, техники и технологий,

тельность для сфер исследований, образования а также классы задач, для решения кото- СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ и промышленности 20 лет назад и в настоящее рых применялись суперкомпьютеры в 1993 и время. В июне 1993 года для нужд научных 2012 годах (напомним, что в данных рейтинга исследований, образования и промышленности Top500 для довольно значительного количества

Shares of amount (left) and total performance (right) of supercomputers, listed in Top500 (2008÷2012, 31th÷40th list), in developed and emerging regions www.top500.org по данным портала CAE Observer / CAM / CAD

Рис. 8. Динамика изменения региональной доли от общего количества (слева) и суммарного быстродействия (справа) суперкомпьютеров за период 2008–2012 гг. (Top500, списки 31÷40)

CAD/CAM/CAE Observer #8 (76) / 2012 13 суперкомпьютеров конкретная сфера примене- Top500) отображают диаграммы на рис. 6÷7. ния не указывается – not specified). В верхней Тенденции, иллюстрирующие развитие за по­ части таблицы уже 20 лет продолжают оста- следние пять лет регионов, построивших супер- ваться “исследования” (без уточнения предмет- вычислители петафлопсного класса, а также ной области), а также “метеорология и клима- имеющие амбиции достижения экзафлопс­ного тические исследования” (кстати сказать, ка- рубежа, можно проследить на рис. 8. Кроме чество прогнозов погоды за эти годы заметно того, на рис. 9÷10 сопоставляются достижения повысилось). регионов, зафиксированные в самом первом и Согласно данным российского рейтин- в юбилейном списках Top500. га Топ50 (рис. 5), в сентябре 2012 г. в сфе- ре научных исследований было задействовано  США шесть систем, сегмент работающих на про- По данным на ноябрь 2012 года, в США мышленность суперкомпьютеров состоял из инс­таллировано 250 суперкомпьютеров уровня четырех систем, а в области финансов и стра- Top500 – ровно половина от всех, которые на- хования трудились три системы. Почти поло- брали проходной балл в этот рейтинг. За пе­риод вина супервычислителей (24) занята в сфере составления наших обзоров ­(2005–2012 гг.) российского высшего образования. За период доля США неизменно превышала половину. с сентября 2011 года радикальных изменений В 1-й список, составленный в июне 1993 года, не произошло – тогда цифры были такими: 7, попало 232 американских суперкомпьютера 4, 3 и 27 систем. (46.4%). В ноябре 2012 года суммарная произво- Региональный срез рейтинга Top500 дительность упомянутых 250-ти систем до- Наша региональная “табель о рангах” поз- стигла 89.0 PFLOPS. За год это показатель воляет препарировать состояние дел в США, вырос в 2.8 раза – с 31.7 PFLOPS. Такой Японии, Евросоюзе, Китае и России. Данные скачок стал возможен благодаря запуску в за два последних года (списки 36÷40 рейтинга эксплуатацию запланированных рекордных

Shares of amount of installed in developed and emerging regions supercomputers, listed in Top500 – 1993, 1st list (left), 2012, 40th list (right) www.top500.org по данным портала CAE Observer / CAM / Рис. 9. Региональное распределение суперкомпьютеров в 1993 г. (список 1) и в 2012 г. (список 40) CAD

Shares of total performance of installed in developed and emerging regions supercomputers, listed in Top500 – 1993, 1st list (left), 2012, 40th list (right) www.top500.org по данным портала CAE Observer / CAM Рис. 10. Региональное распределение суммарной производительности суперкомпьютеров в 1993 г. / (список 1) и в 2012 г. (список 40) CAD

14 CAD/CAM/CAE Observer #8 (76) / 2012 супервычислителей. Доля США в общей про- 38-м списке и 14.4% (72 системы) – в юбилей- изводительности Top500 снова превысила поло- ном 40-м. вину (54.9%), как это и было до 36-го списка Суммарная производительность топовых включительно. В 1-м списке суммарная мощь китайских систем (она соответствует 4-й по- американских суперкомпьютеров составляла зиции в 40-м списке) за год выросла всего в 62.1%. 1.18 раза: с 10.5 PFLOPS в 38-м списке до 12.4 PFLOPS в 40-м списке. При этом доля  Евросоюз КНР с двухзначной (14.2%) снова стала одно- Число систем из стран ЕС в 40-м списке значной – 7.6% от общего значения для Top500. Top500 составило 90 (18%). Год назад доля Впервые китайский суперкомпьютер был ЕС была 18.6% (93 системы). В 1-м списке на включен в 5-й список рейтинга Top500 в июне долю ЕС приходилось 25.4% или 127 систем. 1995 года. Суммарная производительность 90 систем достигла величины 29.6 PFLOPS (18.3% от  Россия общего значения для Top500) и позволила ЕС, Россия в юбилейном 40-м списке Top500 пред- как и полгода назад, занять по этому пока- ставлена восемью системами (1.6% от общего зателю 2-е место (которое в июне 2011 года числа в Top500) с суммарной производитель- ЕС уступил Японии, когда Top500 возглавил ностью 1.991 PFLOPS (1.2% от общего значе- “K computer”). Годовой рост суммарной про- ния). изводительности в ЕС составил 2.4 раза – в Принимая во внимание данные российско­ ноябре 2011 года этот показатель был ра- го Топ50, можно подсчитать, что в ноябре вен 12.4 PFLOPS (16.7% от общего значения 2012 года суммарная мощь российских супер- для Top500). В 1-м списке суммарная мощь компьютеров из Top500 составила 77.5% от ­европейских суперкомпьютеров составляла суммарной производительности всех систем, 14.3%. включенных в сентябре 2012 года в 17-й спи- Три первых места в ЕС стабильно занимают сок Топ50 (рис. 11). Напомним, что год на- Германия (10.2 PFLOPS, 19 систем), Великоб- зад Российская Федерация была представлена ритания (7.3 PFLOPS, 24 системы) и Франция в 38-м списке пятью системами (1% от обще- (6.4 PFLOPS, 21 система). На долю этих трех го числа) с суммарной производительностью стран приходится 71.1% суперкомпьютеров из 1.043 PFLOPS (3.3% от общей), что состав- Top500 на территории ЕС и 80.6% их суммар- ляет 54.9% от суммарной производительности ной производительности. всех систем, включенных в сентябре 2011 года Отметим, что в юбилейный список Top500 по- в 15-й список Топ50. пали супервычислители только 12-ти стран ЕС По состоянию на ноябрь 2012 года, россий­ из 27-ми. ский лидер ВПВ, суперкомпьютер “Ломоносов” СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ  Япония Total performance of supercomputers, listed В ноябре 2012 года по величине сум- th th марной производительности Япония опус- in Russian Top50 (2009÷2012,11 ÷17 lists) тилась на третью позицию – 19.5 PFLOPS (12.0% от общей). Год назад, благодаря тогдашнему рекордсмену “K computer”, она находилась на 2-й позиции (как оказа- лось, временно отвоеванной у Евро­союза) www.supercomputers.ru с показателем 14.2 PFLOPS (19.2% от об- щей). Отметим, что 20 лет назад, в июне 1993 года, суммарная мощь японских су- первычислителей из 1-го списка (18.8%) была выше, чем у европейских. портала данным по Число инсталлированных в Стране Восходящего Солнца систем за год увели- чилось с 30-ти до 32-х (с 6% до 6.4%), а CAE Observer Observer CAE суммарная производительность возросла / CAM всего в 1.37 раза, что значительно мень- /

ше годового темпа роста всего Top500 в це- CAD лом – 2.19 раза. Число систем, заявленных в 1-й список рейтинга, было 114 (22.7%). Рис. 11. Динамика роста суммарной производительности суперкомпьютеров,  Китай включенных в российский Топ50, За прошедший год доля Китая практи- за период 2009–2012 гг. (списки 11÷17) чески не изменилась: 14.8% (74 системы) в

CAD/CAM/CAE Observer #8 (76) / 2012 15 с реальным быстродействием 901.9 TFLOPS участники региональных рынков HPC-сис­ занимает 26-е место в мире и в 19.5 раза усту- тем – Appro, Dawning, National Research Center пает по производительности лидеру – крэйев­ of Parallel Computer Engineering & Technology скому суперкомпьютеру Titan. (NRCPCET), “Т-Платформы”. Успехом можно считать достаточно вы- По количеству установленных суперком- сокое 30-е место по энергоэффективности пьютеров лидером трех последних списков (1687.02 MFLOPS/W) для суперкомпьютера (ноябрь 2011 г., июнь и ноябрь 2012 г.) являет­ МВС-10П на базе архитектуры “РСК Торнадо” ся корпорация IBM, построившая 223, 213 и с сопроцессорами Intel Xeon Phi и жидкост- 193 системы из пятисот соответственно. Пока- ным охлаждением от группы российских ком- затели Hewlett-Packard скромнее – 141, 139 и паний РСК. Он является прототипом перспек- 146 систем (рис. 12, сверху). На порядок мень- тивного суперкомпьютера с быстродействием шим числом инсталлированных систем могут 10 PFLOPS для Межведомствен- ного суперкомпьютерного центра Amount (above) and total performance (below) of supercomputers, Российской Академии наук (МСЦ listed in Top500 (2011÷2012, 38th÷40th lists), РАН), и на сегодняшний момент grouped according to systems vendors демонстрирует реальное быстро- действие 0.376 PFLOPS. В 1-м списке рейтинга Top500 российские системы отсутствова­ ли. Впервые суперкомпьютер, построенный на территории РФ (для National Reserve Bank в Москве, как указано в архивах Top500), был заявлен только в июне 1997 года и занял ­155-е мес­ то в 9-м списке. Этот агрегат под названием HPC 10000 от ком- пании Sun Microsystems был со­ бран на базе 48-ми процессоров UltraSPARC I и имел быстродейст­ вие 16.6 GFLOPS. Ведущие производители суперкомпьютеров Показатели ведущих производи- телей суперкомпьютеров в рейтин- ге Top500 представлены на рис. 12. Все компании отранжированы в соответствии с суммарной произ- водительностью систем, набравших проходной балл в Top500, в случае, если этот показатель превышает петафлопс. Исключение сделано для российской компании “Т-Плат- www.top500.org формы”, построившей суперком- пьютер “Ломоносов”, относящийся к петафлопсному классу по пико- вой производительности. Рассматриваемые компании (ор- по данным портала ганизации) относятся к следую­ щим трем группам (каждая компа- ния упоминается только один раз): CAE Observer производители суперкомпью- / CAM теров, входящих в первую десят- / ку – , ,

Top500, Cray IBM Fujitsu, CAD Dell, National University of Defense Technology (NUDT); участники мирового рынка Рис. 12. Количество (сверху) и суммарное быстродействие (снизу) HPC-систем – Hewlett-Packard, суперкомпьютеров в Top500 (2011–2012 гг., списки 38÷40), Oracle (Sun), Bull, NEC, SGI; созданных различными производителями

16 CAD/CAM/CAE Observer #8 (76) / 2012 похвастаться компании Cray, Appro, SGI, Bull, В мировом рейтинге Top500 позиция компа- Dell и Fujitsu – в ноябре 2012 года их было 31, нии “Т-Платформы” не изменилась (рис. 12), 24, 19, 18, 11 и 10 соответственно. однако отрыв от реальных конкурентов Бесспорным лидером Top500 в аспекте сум- сущест­венно увеличился. марной производительности установленных систем является IBM (рис. 12, снизу). В нояб- Число процессорных ядер ре 2011 года, в июне и ноябре 2012 года этот в суперкомпьютерах важнейший показатель имел значения 20.2, Статистика использования многоядерных 58.6 и 66.2 PFLOPS соответственно. процессоров для построения суперкомпьюте- На вторую позицию по суммарной произво- ров, входящих в Top500, показана на рис. 14. дительности в ноябре 2012 года вышли супер- В юбилейном 40-м списке наиболее попу- компьютеры Cray – 28.2 PFLOPS. лярными остаются 6-ядерные процессоры – на Третью позицию теперь занимают системы их базе построены 193 системы. Впервые та- от Hewlett-Packard – 18.1 PFLOPS. кие процессоры вышли в лидеры год назад, в На четвертом месте находятся системы от нояб­ре 2011 года: в 38-м списке на них осно- Fujitsu – 13.8 PFLOPS. Пятую позицию зани- вывались 229 систем. мает европейская компания Bull – 6.1 PFLOPS. Число систем на базе 4-ядерных процессо- Как уже упоминалось выше, компания ров, пик популярности которых пришелся на Cray недавно приобрела Appro. Поэтому уже 34-й список (426 систем), за год сократилось в следующем, 41-м списке Top500, будут при- до 69-ти. В ноябре 2012 года 4-ядерные про- ведены их суммарные показатели. Эта сдел- цессоры по числу построенных систем пропус- ка, несомненно, укрепит позиции Cray. Чтобы тили вперед 8-ядерные процессоры, примене- ­убедиться в этом, достаточно взглянуть на сум- ние которых расширилось – до 159-ти систем. марные показатели компаний уже в текущем, Набирает обороты использование 16-ядер- 40-м списке: число систем – 55 (31 от Cray ных процессоров – в юбилейном 40-м списке и 24 от Appro), суммарное быстродействие – они стали базой уже для 47-ми супервычисли- 33.3 PFLOPS (28.2 у Cray и 5.1 у Appro). телей. Как уже отмечалось выше, лидеры теку- Что касается российской компании “Т-Плат­ щего и предыдущего списков, Titan и Sequoia, формы”, то успешно конкурировать с зару- а также масштабируемые суперкомпьютеры бежными производителями ей пока удается PRIMEHPC FX10 построены на 16-ядерных только на российском рынке. Так, в сентябре процессорах от AMD, IBM и Fujitsu соответст­ 2012 года, по данным 17-го списка россий­ского венно. Напомним также, что собственным Топ50 (рис. 13), компания “Т-Платформы” 16-ядерным процессором ShenWei SW1600 рас- (1.0867 PFLOPS у 9-ти систем) заметно опере- полагает и Китай, который год назад в 38-м жает и Hewlett-Packard (0.63 PFLOPS у 16-ти списке представил пета­флопсный суперком-

систем), и IBM (0.53 PFLOPS у 18-ти систем) пьютер “Sunway BlueLight”. Любопытно, что в СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ по суммарной производительности. В то же вре- Top500 пока никак не проявила себя компания мя она значительно отстает по числу систем, Oracle, уже с сентября 2010 года обладающая набравших проходной балл в Топ50. 16-ядерным серверным процессором SPARC T3.

Amount (left) and total performance (right) of supercomputers, listed in Russian Top50 (2011÷2012, 15th÷17th lists), from world and Russian leading vendors www.supercomputers.ru по данным портала CAE Observer / CAM / CAD Рис. 13. Количество (слева) и суммарное быстродействие (справа) суперкомпьютеров в российском Топ50 (2011–2012 гг., списки 15÷17), созданных мировыми и российскими производителями

CAD/CAM/CAE Observer #8 (76) / 2012 17 Amount of supercomputers, listed in Top500 (2010÷2012, 36th÷40th lists), based on multicore processors www.top500.org по данным портала CAE Observer / CAM / CAD

Рис. 14. Количество суперкомпьютеров в Top500 (2010–2012 гг., списки 36÷40), построенных на базе многоядерных процессоров

Судя по невысоким (207-я и 459-я) позициям в свыше 16k уже стало 210 – то есть, больше Top500 двух систем, появившихся в 36-м и 37-м 40%. списках, Oracle решила не следовать амбициям Суперкомпьютеры с рекордными характе- поглощенной в 2009 году компании Sun в сег- ристиками имеют значительно большее число менте суперкомпьютеров с экстремальной про- ядер, которое превышает 128k (рис. 16). За два изводительностью рынка HPC. года количество таких систем возросло с 8-ми В текущем 40-м списке самое популярное до 15-ти. Рекордсменом в этой номинации явля- число ядер в одной системе – от 8k до 16k, где ется Sequoia, лидер предыдущего 39-го списка k=1024. Таких систем оказалось 206. Однако Top500: общее число ядер – 1 572 864 (1536k). пик их популярности пришелся на 38-й спи- Далее следует Mira – 786 432 ядра (768k), а сок – 300 (рис. 15). за ней пристроился лидер списков 2011 года В грядущих списках Top500 в 2013 году на- “K computer” – 705 024 ядра (669k). Отме- иболее популярными станут системы с числом тим, что эти три системы не относятся к клас- ядер от 16k до 32k, ну а пока их насчитывает- су гибридных. По всей видимости, для супер- ся 148 (рис. 16). Всего же систем с числом ядер вычислителей с числом ядер более 128k уже

Amount of supercomputers, listed in Top500 Amount of supercomputers, listed in Top500 (2010÷2012, 36th÷40th lists), based on definite (2010÷2012, 36th÷40th lists), based on extreme number of processor cores number of processor cores www.top500.org по данным портала

Рис. 15. Количественное распределение CAE Observer суперкомпьютеров в Top500 / Рис. 16. Количество суперкомпьютеров в Top500 (2010–2012 гг., списки 36÷40) CAM

(2010–2012 гг., списки 36÷40) в зависимости / от числа процессорных ядер с экстремальным числом процессорных ядер CAD

18 CAD/CAM/CAE Observer #8 (76) / 2012 очередного апгрейда повысилась до 78 660-ти Amount of supercomputers, listed in Russian Top50 (чуть меньше 77k). (2011÷2012, 15th÷17th lists), based on definite number of processor cores Суперкомпьютеры с гибридной архитектурой В юбилейном 40-м списке Top500 доля сис- тем с гибридной архитектурой превысила одну десятую – 11.6% (58 систем). Диаграммы на рис. 18 позволяют сопоставить число гибрид- ных супервычислителей, обладающих различ-

www.supercomputers.ru ным суммарным количеством ядер графических процессоров или сопроцессоров, используемых для ускорения вычислений. Как уже отмечалось выше, в первой десят- ке Top500 сейчас представлены три гибридные по данным портала системы: Titan (1-е место), Stampede (7-е мес- то) и Tianhe-1A (8-е место). В ноябре 2012 года среди гибридных сис- тем наиболее популярной является комбинация CAE Observer Рис. 17. Количественное распределение / “Intel+NVIDIA GPU”. Всего в Top500 таких сис- суперкомпьютеров из российского Топ50

CAM тем – 47, а год назад их было заметно меньше – / (2011–2012 гг., списки 15÷17) в зависимости 33 (рис. 19, слева). На второе место вышло со- от числа процессорных ядер CAD четание “Intel+Xeon Phi” – 7 суперкомпьютеров. По суммарной производительности, несмот- пора пользоваться более “тонкой структурой ря на свою малочисленность (всего три систе- спектра”. мы), среди гибридных суперкомпьютеров ли- Для супервычислителей из российско- дирует комбинация “AMD+NVIDIA GPU” – го Топ50 этот показатель пока значительно 18.0 PFLOPS (рис. 19, справа), охватываю- скромнее (рис. 17). В 17-м списке, опублико- щая и рекордсмена. Сочетание “Intel+NVIDIA ванном в сентябре 2012 года, всего шесть сис- GPU” находится только на втором месте – тем из 50-ти имеют больше 8k процессорных 13.0 PFLOPS. ядер. Как и год назад, числом ядер свыше 16k В сентябре 2012 года в 17-м списке россий- может похвастаться только лидер списка – су- ского Топ50 гибридную архитектуру имеют первычислитель “Ломоносов”: с учетом графи- 15 систем из 50-ти (рис. 20), что в два раза ческих процессоров (система имеет гибридную больше, чем год назад (7 систем). Во всех сис-

архитектуру), общее количество ядер после темах используется наиболее популярная ком- СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ бинация “Intel+NVIDIA GPU”. Amount of supercomputers, listed in Top500 При строительстве гибридных суперком- (2011÷2012, 38th÷40th lists), with hybrid пьютеров в ближайшее время будут конку- architecture based on definite number рировать тенденции применения графических of graphic (GPU) processor cores процессоров от NVIDIA и сопроцессоров Intel Xeon Phi; последние пока обладают определен- ным преимуществом по энергоэффективности.

www.top500.org Ведущие производители процессоров для суперкомпьютеров Поставщиком процессоров для подавляюще- го большинства суперкомпьютеров, входящих

о данным портала данным о в Top500, является компания Intel (рис. 19, слева). В ноябре 2011 года, июне и ноябре 2012 года количество систем на базе инте- ловских процессоров составляло 383, 373 и

CAE Observer п Observer CAE 379 соответственно (в том числе, гибридных / систем – 33, 52, 54). CAM / На втором месте идет компания AMD – 63,

CAD 62 и 61 система (в том числе гибридных сис- тем – 4, 4, 5) соответственно. Рис. 18. Количественное распределение входящих Третье место занимает IBM – 49, 58 и в Top500 суперкомпьютеров с гибридной архитек- 53 системы (надо отметить, что гибридные сис- турой, в зависимости от числа ядер в графических темы от IBM – соответственно 2, 2 и 2 – учи- процессорах (2011–2012 гг., списки 38÷40) тываются в подсчетах для компании AMD).

CAD/CAM/CAE Observer #8 (76) / 2012 19 Amount (left) and total performance (right) of supercomputers, listed in Top500 (2010÷2012, 36th÷40th lists), grouped according to processor vendors www.top500.org по данным портала CAE Observer / CAM / CAD

Рис. 19. Количество (слева) и суммарная производительность (справа) суперкомпьютеров в Top500 (2010–2012 гг., списки 36÷40) в зависимости от производителя процессоров

В активе компании Fujitsu – 2, 5 и 5 систем составляет 1.2, 3.2 и 19.2 PFLOPS соответст­ (гибридные системы отсутствуют) соответст­ венно. венно. Четвертое место досталось Fujitsu – 10.6, Сравнение по показателю суммарной произ- 11.9 и 11.9 PFLOPS. водительности систем, построенных на процес- Интеловские процессоры распределяют- сорах соответствующих вендоров, для послед- ся по четырем семействам: Core, Nehalem, них трех списков также оказывается в поль- SandyBridge и Westmere. Все процессоры зу Intel – 39.7, 52.2 и 70.4 PFLOPS (рис. 19, “Голубого гиганта” принадлежат к семейству справа), включая весомый вклад гибридных POWER, а процессоры AMD – к семейству систем (9.5, 14.3 и 17.3 PFLOPS). AMD x86_ 64. На базе процессоров с архитек- Компания IBM поднялась на второе мес- турой SPARC от Fujitsu в текущем списке по­ то – 8.4, 43.2 и 46.7 PFLOPS. строены пять систем. На третьем месте – компания AMD, для ко- Как свидетельствует российский рейтинг торой цифры получились следующими: 14.4, Топ50, ведущими производителями процессо- 15.2 и 32.0 PFLOPS; вклад гибридных систем ров, на базе которых построены суперкомпьюте- ры, установленные на территории РФ, являют- Amount of supercomputers, listed ся три компании – Intel, AMD и IBM (рис. 20). in Russian Top50 (2010÷2012, 13th÷17th lists), В 17-м списке (сентябрь 2012 г.) зафиксировано, grouped according to processor vendors что подавляющее большинство (45 систем) ба- зируется на интеловских процессорах, включая 15 гибридных систем; всего лишь четыре систе- мы построены на процессорах AMD и одна – на www.supercomputers.ru базе микроприборов IBM. В заключение отметим, что наш обзор впервые будет состоять из трех частей. За- вершающая часть посвящается анализу ито-

о данным портала данным о гов 2012 года, а также планам на 2013 год и тенденциям развития отрасли высокопроизво- дительных вычислений. Планируется, что она увидит свет в #1/2013. CAE Observer п Observer CAE / Об авторе: CAM / Павлов Сергей Иванович – Dr. Phys., редактор

CAD аналитического PLM-журнала CAD/CAM/CAE Рис. 20. Сравнение количества Observer ([email protected]), научный сотруд- суперкомпьютеров на базе процессоров ник Лаборатории математического моделирования различных производителей в российском Топ50 окружающей среды и технологических процессов (2010–2012 гг., списки 13÷17) Латвийского университета ([email protected])

20 CAD/CAM/CAE Observer #8 (76) / 2012 СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ Системы высокопроизводительных вычислений в 2011–2012 годах: обзор достижений и анализ рынка Часть III (Окончание. Начало в ##5,8/2012) Сергей Павлов, Dr. Phys. ниманию читателей предлагается завершаю­ весенних и осенних списках мирового рейтинга супер­ Вщая часть обзора рынка High-Performance компьютеров Top500 и российского Топ50 за 2012 год. Computing (HPC). При этом были объединены два ранее разделенных Первым делом, напомним предысторию. В резуль­ фрагмента анализа, в которых акценты делались со­ тате расширения сферы анализа за счет включения ответственно на супервычислителях и на “�������������������первокир­ рынков мобильных систем, обзор впервые получился пичиках”������������������������������������������ ����������������������������������������для них. Это позволило избежать повторе­ трехчастным. Произошло и некоторое перераспреде­ ний, которые стали особенно очевидными, когда пер­ ление материала по сравнению с прежними обзорами вая десятка лидирующих систем весеннего и осеннего [1–6]; первые две части [7] получили несколько иной списков Top500 оставалась неизменной на протяжении уклон – с акцентами, соответственно, на финансовую всего 2011 года [6]. и рейтинговую тематику. В дальнейшем анализ списков, публикуемых дваж­ ды в год, будет проводиться один раз – в конце года. Вспомним прошлогодние труды Третья, завершающая, часть обзора посвящается В первой части (Observer #5/2012) была дана ха­ рассмотрению итогов 2012 года. рактеристика рынка HPC как сегмента серверного рынка и рассмотрены доходы “королей” – лидеров Общие мысли рынков поставщиков HPC-систем и процессоров для В интересующих нас сегментах рынка ИТ и ком­ них. Помимо этого, были приведены параметры су­ муникационных технологий нет недостатка в марке­ перкомпьютеров, входящих в первую десятку рейтин­ тинговой информации – она многократно публикуется га Top500 (список №39, июнь 2012 г.). на разных стадиях процесса разработки и производст­ Впервые в рамках обзора рынка HPC-систем об­ ва инновационных изделий при их продвижении к их суждалось положение дел на рынках мобильных предполагаемому потребителю. Рекламные и марке­ ­устройств, в которых уже нашли широкое применение тинговые бюджеты компаний достигают астрономи­ двух- и четырехъядерные процессоры. Ожидается, ческих величин и исчисляются миллиардами долла­

что рост производительности мобильных многоядер­ ров (рис. 1). Однако и среди фанатов рекламы есть СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ ных процессоров будет способствовать увеличению безраздельные лидеры. По оценкам интернет-ресурса списка ПО для мобильных систем. Это, в свою оче­ www.asymco.com, компания Samsung в 2012 году по­ редь, ­позволит расширить применение мобильных тратила порядка 12 млрд. долларов на маркетинго­ ­устройств на этапе пре- и постпроцессирования задач, вые цели, включая прямую рекламу (если вспомнить решаемых с помощью CAE-технологий в такой сфере, название флагманских смартфонов компании, такой как инженерный анализ при разработке машинострои­ масштаб воистину можно назвать “галактическим”). тельных изделий; кроме того, мобильные устройства Такая политика зачастую достигает своей цели, смогут применяться для удаленного управления высо­ поскольку под воздействием психологически тонко копроизводительными вычислениями (ВПВ), выпол­ построенной рекламы в мозгу потребителя возника­ няемыми на супервычислителях различной мощности ет ментальная аберрация, и при выборе устройства, и базирования. вместо того чтобы опираться на результаты сравне­ В первой части обзора также сообщалось, что рас­ ния функционала, он принимает решение, находясь ширенная область нашего интереса отныне охваты­ в плену наведенных иллюзий. Автор этих строк не вает шесть рынков (см. табл. 1): раз ловил себя на том, что при многократном просмот­ • серверов; ре презентационного ролика на второй план отходит • HPC-систем (сегмент рынка серверов); ­простая истина – инновационность изделия характе­ • мобильных компьютеров (сегмент рынка персо­ ризуется отнюдь не частотой его появления в реклам­ нальных компьютеров); ных блоках. • планшетных компьютеров (сегмент рынка мо­ Между тем, есть и некоторые количественные по­ бильных компьютеров); казатели, позволяющие судить об инновационной дея­ • мобильных телефонов; тельности компаний: • смартфонов (сегмент рынка мобильных телефо­ • бюджет, выделяемый на R&D (Research and нов). Development – исследования и разработки), являет­ Во второй части обзора (#8/2012) был дан все­ ся необходимым условием появления новых изделий сторонний анализ достижений, зафиксированных в (рис. 2, табл. 2);

CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013 75 • количество зарегистрированных патентов, в кото­ 67 000 патентов. Не каждое государство может по­ рых и отражается результативность проводимых ис­ хвастаться таким арсеналом. следований и разработок (рис. 3, табл. 3). Из всего калейдоскопа пресс-релизов о достиже­ Безраздельным лидером по числу регистриру­ ниях, анонсов новых изделий и сообщений о судеб­ емых в год патентов уже 20 лет является компания ных патентных спорах мы выделим лишь неболь­ IBM. В 2012 году установлен очередной рекорд – шую часть и остановимся на тех событиях, кото­ 6478 патентов. А всего за период с 1993 по 2012 гг. рые, по нашему мнению, можно рассматривать либо на счету изобретателей из IBM накопилось порядка как важные шаги в развитии компаний, либо как Табл. 1. Ведущие поставщики устройств и процессоров Рынки Компания HPC Mobile phones Smartphones Tablet PC PC Servers systems Поставщики устройств IBM 1992–1995 1981–2005 + + HP ? ? + + + + Dell ? ? + + + + Oracle (Sun Microsystems) + Fujitsu + + + + + + Cray + Lenovo + + + + + Acer Group + + + + + ASUS + + Sony + + + + Samsung + + + + Nokia + + 2013 Apple + + + + + Amazon + HTC + + Research In Motion + + ZTE + + + LG Electronics + + Google (Motorola) + + + + Microsoft ? ? + Поставщики процессоров Intel 2014 + + + + AMD 2014 + + + + NVIDIA + + + + + + IBM Microelectronics + + Oracle (Sun Microsystems) + Fujitsu Semiconductors + + ARM + + + + 2014 2014 Samsung + + + 2014 Texas Instruments + + + Qualcomm + + + STMicroelectronics + + Apple + + + LG Electronics 2014 Примечания: • закрашенные ячейки говорят о попадании компании в пятерку лидеров соответствующего рынка в III кв. 2012 г.; • степень участия компаний в выполнении различных этапов жизненного цикла разработки и CAE Observer

производства устройств может существенно отличаться; / • несмотря на то, что HP и Dell объявили о прекращении производства смартфонов и мобильных CAM телефонов, а компания Microsoft заявила, что не будет заниматься их производством, истинные / намерения этих компаний требуют уточнения. CAD

76 CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013 технологические вехи (когда появляется технология, Теперь кратко остановимся на некоторых ключе­ претендующая на звание прорывной – breakthrough вых событиях, которыми запомнился 2012 год, а так­ technology). Существенным моментом является то, же наиболее интересных анонсах на 2013 год. что таких вех не может быть много – их на порядки меньше, чем сообщений в новостной ленте или стро­ Высокопроизводительные вычисления чек в списке изобретений. и суперкомпьютеры Результаты интуитивного выбора проверялись Как свидетельствует 40-й, юбилейный, список рей­ нами с использованием принципа “крупное видится тинга Top500 [7], ведущей мировой суперкомпьютер­ издалека”. Чтобы реализовать такую проверку был ной державой являются Соединенные Штаты Амери­ подготовлен следующий справочно-иллюстратив­ ки, и её достижения являются ориентиром для других ный материал (возможности его применения, на наш регионов. взгляд, выходят далеко за рамки данного обзора): В этой связи уместно вспомнить об одной юбилей­ • комбинированная “дорожная карта” повышения ной дате: 25 лет назад в США была сформулиро- быстродействия суперкомпьютеров, персональных вана стратегия развития HPC. В администрации компьютеров, планшетников, смартфонов и процессо­ президента (Executive Office of the President, Office ров для этих устройств (рис. 4); of Science and Technology Policy) 20 ноября 1987 года • вехи на пути повышения быстродействия компью­ был утвержден документ “A Research and Develop- теров (табл. 4); ment Strategy for High Performance Computing”. Эта • вехи развития электронных компьютеров (табл. 5). стратегия легла в основу федеральной программы раз­ На временн¡й шкале параметры устройств-ре­ вития HPC (The Federal High Performance Computing кордсменов и процессоров к ним укладываются на Program), датированной сентябрем 1989 года. прямую в логарифмическом масштабе, что является В этих документах были впервые очерчены фун­ ­иллюстрацией обобщенного закона Мура (Gordon даментальные научные или инженерные задачи (их Earle Moore – основатель компании Intel). Само по иногда называют Grand Challenges), для эффектив­ себе это свидетельствует об экспоненциальном (то есть ного решения которых необходимы суперкомпью­ бурном, если не взрывном) росте производительности теры. компьютеров в период с 1940 по 2012 гг., а также быст­ Хотя “повестка дня”, на наш взгляд, с тех пор ра­ родействия процессоров – в период с 1971 по 2012 гг. дикально не изменилась, смысловое наполнение спис­ Незатейливый прогноз путем продолжения этих пря­ ка проблем, естественно, обогащается по мере углуб­ мых позволяет достаточно точно предсказать появле­ ления в проблематику и усложнения постановки задач ние новых рекордов и вех на пути развития техноло­ с учетом доступности всё возрастающих вычислитель­ гий на период вплоть до 2030 года. ных ресурсов. Сегодня список включает, как мини­ мум, следующие направле­ Comparison of advertisement expenses of Samsung, Microsoft, ния R&D: Hewlett-Packard, Apple and Dell companies for 2009÷2012 • прогнозирование пого­

ды, а также краткосрочных СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ и долгосрочных глобаль­ ных атмосферных и клима­ тических изменений; • задачи материаловеде­ ния; www.asymco.com • проектирование полу­ проводниковых приборов (микросхем); • создание сверхпровод­ ников; • задачи структурной биологии; • задачи фармацевтики,

по данным интернет - ресурса синтез лекарственных пре­ паратов; • создание новых мате­ риалов и химических со­ еди­нений – например, ката­ CAE Observer / лизаторов, иммунологичес­ ких агентов; CAM / • расшифровка генома

CAD человека; • изучение фундамен­ Рис. 1. Сравнение расходов на рекламу компаний Samsung, Microsoft, тальных свойств материи, Hewlett-Packard, Apple и Dell в 2009–2012 гг. в том числе решение задач

CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013 77 квантовой хромодинамики и физики конденсирован­ Табл. 2. Расходы на НИОКР по данным ного состояния; “The 2012 EU Industrial R&D Scoreboard” • астрономические задачи, в том числе моделирова­ и места´ в Top50, занимаемые в 2010–2011 гг. ние эволюции Вселенной; лидерами рассматриваемых рынков • транспортные задачи; • задачи вычислительной гидромеханики, в том 2010 г. 2011 г. числе моделирование турбулентности; • моделирование аэрогидродинамических процес­ Компания R&D R&D млрд. Место млрд. сов и пр., что необходимо для проектирования авто­ EUR EUR мобилей, гиперзвуковых летательных аппаратов, бес­ шумных подводных лодок; Microsoft 6.938 2 7.583 • изучение свойств плазмы, решение задачи управ­ Samsung 6.254 5 6.858 ляемого термоядерного синтеза; Intel 4.711 8 6.453 • расчет эффективности энергетических установок, Nokia 4.939 15 4.910 сжигающих топливо; • разведка месторождений нефти и газа; Sony 4.293 18 4.311 • вычислительные задачи океанологии; IBM 3.907 23 4.219 • разработка систем распознавания и синтеза речи; Google 2.505 26 3.990 • разработка систем перевода; Oracle 3.492 31 3.496 • разработка систем распознавания изображений и LG Electronics 1.646 36 3.154 устройств технического зрения; • разработка интеллектуальных систем моделиро­ Hewlett-Packard 2.263 47 2.515 вания логических рассуждений (машинное доказа­ Fujitsu 2.228 49 2.370 тельство теорем). Qualcomm 1.910 50 2.315 Ориентировочная оценка быстродействия супер­ компьютеров, необходимого для решения некоторых экзафлопсной производительностью. Если верить задач, приведена в табл. 6. закону Мура, это событие должно произойти не позд­ В настоящее время программами развития HPC, нее 2019 года (рис. 4). подкрепленными государственным финансировани­ Кто первым пересечет финишную черту? Удастся ем, располагают Евросоюз, Япония, Китай и Рос­ ли вмешаться в спор ��������������������������“�������������������������локомотивам”�������������� �������������Евросоюза – �Г���ер­ сия. В качестве рубежа для подведения итогов гон­ мании, Великобритании или Франции? Сможет ли ки называется дата построения суперкомпьютера с Россия преодолеть отставание от мировых лидеров? Вопросов больше, чем от­ Top10 of companies-leaders in R&D expenses for 2010÷2011 ветов. Пока, кроме США, according to “The 2012 EU Industrial R&D Scoreboard” возглавить на какое-то вре­ мя Top500 удавалось Япо­ нии и Китаю. Если мы посмотрим в ближайшее будущее, то увидим, что в 2013 году возможно появление ряда супервычислителей с рекор­ дным быстродействием:

 Cray XC30 В ноябре 2012 года аме­ риканская компания Cray анонсировала гибридную систему Cray XC30, про­ изводительность которой можно нарастить вплоть до 100 PFLOPS. Учитывая долговремен­ CAE Observer по данным / ное сотрудничество компа­ нии Cray с Национальным CAM / вычислительный цент­­ром

CAD “The 2012 EU Industrial R&D Scoreboard” энергетических исследо­ ваний (National Ener­gy Research Scientific Compu­ Рис. 2. Первая десятка компаний-лидеров по размерам расходов на НИОКР ting Center – NERSC) На­ в 2010–2011 гг. по данным “The 2012 EU Industrial R&D Scoreboard” циональной лаборатории

78 CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013 им. Лоуренса в Беркли Top10 of companies-leaders in number of patents registered (Lawrence Berkeley Natio­ by IFI CLAIMS Patent Services (USA) in 2009÷2012 nal Laboratory), можно предположить, что первой системой с таким уров­ нем быстродействия ста­ нет NERSC-8. В середи­ не декабря 2012 года был начат конкурсный отбор

по­ставщика суперкомпью­ ificlaims.com тера, который сейчас нахо­ дится на стадии RFI (Re- quest For Information). Отметим, что приоритет в том, чтобы предлагать

возможным потребителям по данным портала масштабируемый супер­ компьютер (обычно такие устройства проектируются под заказ конкретной орга­ CAE Observer низации), по всей вероят­ /

ности, принадлежит япон­ CAM ской компании Fujitsu. В /

конце 2011 года она анон­ CAD сировала суперкомпьютер PRIMEHPC FX10, пико­ вая производительность Рис. 3. Первая десятка компаний-лидеров по числу патентов, ко­торого может варьиро­ зарегистрированных службой IFI CLAIMS Patent Services (США) ваться от 90.8 TFLOPS до в 2009–2012 гг. 23.2 PFLOPS.

Табл. 3. Количество патентов, зарегистрированных службой IFI CLAIMS Patent Services (США), и места´ в Top50, занимаемые в 2009–2012 гг. лидерами рассматриваемых рынков 2009 г. 2010 г. 2011 г. 2012 г. Компания

Кол-во Кол-во Кол-во Кол-во СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ Место патентов Место патентов Место патентов Место патентов IBM 1 4914 1 5896 1 6180 1 6478 Samsung 2 3611 2 4551 2 4894 2 5081 Sony 7 1680 7 2150 7 2286 4 3032 Microsoft 3 2906 3 3094 6 2311 6 2613 Foxconn 14 995 13 1438 9 1514 8 2013 LG Electronics 12 1065 9 1490 12 1411 10 1624 Fujitsu 11 1220 14 1296 13 1391 11 1535 Hewlett-Packard 10 1273 10 1480 14 1308 15 1394 Qualcomm – 41 657 26 923 17 1292 Intel 8 1537 8 1653 16 1244 18 1290 Google – – – 21 1151 Apple – 46 563 39 676 22 1136 Research In Motion – – 40 663 29 986 Texas Instruments 26 652 27 829 32 794 37 829 Nokia 27 648 33 760 47 585 – Oracle/Sun Microsystems 32 561 43 646 – – Всего у компаний-участников обозреваемых рынков 21 062 26 503 26 180 30 454 Доля от общего числа 42.9% 43.0% 41.7% 43.1% патентов в Top50 Общее число патентов в Top50 49 090 61 686 62 756 70 578

CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013 79 Performance of computers & supercomputers for 1940÷2012, processors & PC for 1971÷2012, newest tablet PC & smartphones and plans till 2030

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 1 PFLOPS 1 PIPS CPU–GPU Intel Xeon Phi HPigh- erformance Computing в мире Intel NVIDIA AMD AMD Процессоры Cor NVIDIA Компьютеры и суперкомпьютеры в мире до 1993 г. Athlon XP Opteron GX110 RISC-процессоры для мобильных e i7 Лидеры мирового рейтинга Top500 (тест LINPACK) 2600K GF110 IBM PIntelower Intel IBM POWER7 и встроенных устройств Intel PentiuIntelm 4 Intel 2435 Планы строительства суперкомпьютеров в мире 1 TFLOPS 1500+ Intel Cor IBM P Pentium 4 AMD Cor (6-core Со-процессоры и графические Pentium D e i7 Вехи в развитии суперкомпьютеров в мире 1 ZFLOPS 1 TIPS Intel ; Core 2e 2 Quad (6-core) ускорители Intel PentiumSun UltraSPARC I4 ntel Opteron 920 IBM P OWER8 Pentium 4 ; ) Fijiu Не включенный в рейтинг Top500 суперкомпьютер (2.4 Duo Планы разработки процессоров Extreme 840 SPARC T3;tsu с быстродействием 1PFLOPS , определенным по ItaniuG zm) 252 OWER7+ Вехи в развитии процессоров, H Cortex-A1 (5 SPARC64 результатам решения задач молекулярной динамики Intel (1.4 а также со-процессоров и Intel 64bit Fujitsu “K computer” Pentium G z) III Qualcomm Fujitsu “K computer” графических ускорителей Pentium II H S henWeiархитектур fI xX Intel Pentium III ARM Cortex-A7 1 GFLOPS Pro ARM Qualcomm Quad проект Cortex-A9 Krait SW3 1 EFLOPS 1 GIPS Cortex-A8 core) а IBM SCrayequoi США, Intel ARMv8 IBM Tianhe-1A ARM11 ARM (Китай) IBM T Китая, ы Motorola Scorpio IBM RIKEN MDGrape-3 (705024)itan 486 ARM Cortex-R4 Евро IBM Blue GBluene/e GLene/ (131072LRoadrunne ( r(548352) Intel DX Cortex-M3 Cray a ARM n (Китай) Cray Ро Intel 386 Blue Gene/L (32768) Jaguar Fujits Ru IMEHPC союз 286 7500FE NEC Earth KX7 ссии 6800 ы п роек ARM2 Intel ASCI P а, SGI Columbi 212992 МСЦ т 1 MIPS Hitachi/Tsukuba Intel Simulator “Ломонос МГ 1 PFLOPS Fujitsu IBM ) ) “Ломонос У и MOS TechnologiesIntel ASC “Ломонос FX10 ASCI W “Ломонос 8088 Numerical Red I Red a Intel МВK-100K ов” (82468) Intel Intel СКИ ов” (82468) Intel 4004 8086 CP-PACS/2048 (9632)hite ов” (44000) 8008 8080 ) ( 9152 ов” (35360) Thinkin СКИФ СКИФ Ф “Чебышев Intel Wind 6502 15000ВМВС- (HP) (Т-Пла XP/S Cyberia (Т-Пла 1 kIPS NEC g Machine Tunnel К-1000 (Т-Пла М Cray (Т-Пла тформы) 1 TFLOPS SX-3/44R 140 ” тформы) T тформы) PC––Tablet PC Smartphone–Personal SuperComputer s CM-5/1024 TyanPSC-600-Edge CX1 & NVIDIA тформы) ETA PC Персональные компьютеры Mini (Т-Плна Cray Systems Вехи в развитии персональных компьютеров CDC базе Intel X-MP/4 Планшетники Смартфоны Вехи в развитии смартфонов Cyber M13 Эльбрус 3 СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ Cray-1 ETA атформы) Xeon Персональные суперкомпьютеры Cray 10-G/8 Tesla 205 PC Samsu 1 GFLOPS Вехи в развитии персональных суперкомпьютеров Эльбрус 3-1 (незавершенный PC E3 /- 2 8 Электроника PC на на баз Gn alaxy S 1280 Burroughs на базе A Apple нiP а g IBM CDC Эльбрус 2 3.9 PC базе Apple iPhone CDC е Stretch7030” ЕС-1060Star-100 на MD Intel Cadore 2 Duo Эльбрус 1 СС Pentium III 7600 ILLIAC IV PC II базе проект) Athlon 64 БИС базе на CDC на Pentium базе MIT Acorn III на 1 MFLOPS IBM NORC БЭСМ-6 на Simon базе ARMбазе Apple A4 ( 6600 MOS Technologiesбазе PC на Communicator V ; Pentiu Qualcomm 1 MOPS TX-0 UNIVAC LARC базе AArchimedesRM2 IBM Atlas IBM PC Apple Mнacintoshа баз PersonalPentium Samsung Apple IIntelI m I SAGE AN/FSQ-7 ARM Калькулятор 8088 на базе Motorola Extreme Krait ENIAC на на е Cortex-A8) БЭСМ-2 базе базе Intel 386 ) ( IBM БЭСМ-1 6502 1176JZ(F)-S Intel Busicom 1 kFLOPS MADM М-1 4004 68000 Высокопроизводительные вычисления 1 kOPS ABC в СССР и России Компьютеры и суперкомпьютеры в СССР IBM Лидеры российского рейтинга Тоp50 ASCC Z3 Планы строительства суперкомпьютеров в России 1 OPS CAE Observer / 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 203 0 CAM / Рис. 4. Рост быстродействия компьютеров и суперкомпьютеров в 1940–2012 гг., процессоров и ПК в 1971–2012 гг., новейших планшетников и смартфонов, а также планы до 2030 г.

(для суперкомпьютеров в скобках указано число процессоров (ядер)) CAD

80 CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013 CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013 81  Китайский суперкомпьютер Cобственным 16-ядерным процессором распола­ В октябре 2012 года Национальный суперком­ гает и Китай. В архивах Top500 за ноябрь 2010 года пьютерный центр (National Supercomputing Center) значится, что китайский петафлопсный суперкомпью­ в Гуанчжоу сообщил о планах разработки системы тер “Sunway BlueLight” построен на базе процессоров Tianhe-2 с быстродействием порядка 100 PFLOPS, ShenWei SW1600. которая будет построена с использованием поряд­ А первым коммерческим 16-ядерным серверным ка 100 000 процессоров Intel Xeon Ivy Bridge-EP и процессором (так указано в пресс­релизе,пресс-релизе, выпу­выпу­ 100 000 сопроцессоров Intel Xeon Phi. Одна только щенном в сентябре 2010 года) стал SPARC T3 от стоимость компонентов, учитывая сегодняшний уро­ компании Oracle, унаследовавшей опыт Sun вень цен, оценивается экспертами величиной порядка Microsystems – компании, которая стояла у исто­ 100 млн. долларов, а общая стоимость проекта тянет ков процессорной архитектуры SPARC (Scalable на полмиллиарда. Processor ARChitecture), отметившей в 2012 году свой 25-летний юбилей.  Суперкомпьютеры в России Российская наука в скором будущем полу­  Графические вычислители чит два суперкомпьютера производительностью до В 2012 году в распоряжении у суперкомпьютер­ 10 PFLOPS: ных вендоров появились новые графические процес­ • для Московского государственного университета соры, ускоряющие высокопроизводительные вычис­ компания “Т-Платформа” с декабря 2011 года созда­ ления: ет как вычислительную систему, так и инженерную • NVIDIA разработала вычислительный модуль инфраструктуру, обеспечивающую бесперебойность её K20 (модель GK110), использованный компанией Cray работы; для построения самого мощного в мире вычислителя • для Межведомственного суперкомпьютерно­ го центра Российской академии наук Табл. 4. Вехи на пути повышения быстродействия (МСЦ РАН) компания РСК строит компьютеров в 1940–2012 гг. и планы до 2020 г. систему МВС-10П с жидкостным ох­ лаждением вычислительных модулей, Процессоры в которых используются сопроцессоры 1971 Intel 4004 92 kIPS Intel Xeon Phi. Прототип системы был 1979 Motorola 68000 1 MIPS представлен на международной вы­ ставке SC’12 в ноябре 2012 года. 1999 Intel Pentium III 1.354 GIPS Если работы завершатся в 2011 Intel Xeon Phi 1 TFLOPS 2013 году, эти системы имеют шанс 2012 NVIDIA GK110 1.312 TFLOPS стать одними из самых мощных на Компьютеры и суперкомпьютеры европейском континенте на ближай­ ший период. 1941 Z3 1 OPS 1946 ENIAC 5 kOPS Процессоры 1961 IBM 7030 “Stretch” 1.2 MFLOPS  16-ядерные процессоры 1985 Cray-2/8 3.9 GFLOPS для HPC-систем 1997 Intel ASCI Red (9152) 1.338 TFLOPS В 2012 году ведущие разработчики процессоров для HPC-систем оснасти­ 2008 IBM Roadrunner 1.105 PFLOPS ли 16-ядерными процессорами супер­ 2011 Fujitsu “K computer” 10.51 PFLOPS компьютеры с рекордной производи­ Планы разработки суперкомпьютеров тельностью: 2019 проекты США, ЕС, Китая, России 1 EFLOPS • компания AMD поставила про­ цессоры Opteron 6274 с тактовой час­ Персональные суперкомпьютеры (ПСК) тотой 2.2 GHz для системы Titan, ли­ 2006 TyanPSC-600 256 GFLOPS дера юбилейного 40-го списка рейтин­ 2008 Cray CX1 & NVIDIA Tesla 0.993÷4 TFLOPS га Top500; Персональные компьютеры (ПК) • компания IBM оснастила процес­ сорами Power BQC с тактовой часто­ 1977 Apple II (MOS Technologies 6502) 220 kIPS той 1.60 GHz свою систему Sequoia, 1981 IBM PC (Intel 8088) 330 kIPS возглавившую Top500 в июне 2012 года 1985 PC (Intel 386) 1 MFLOPS (39-й список). Кроме того, IBM распо­ 2006 PC (Intel Core 2 Duo) 1.3 GFLOPS лагает 16-ядерными серверными про­ цессорами POWER7+; Смартфоны

• 1992 IBM Simon Personal Communicator ~500 kIPS CAE Observer

компания Fujitsu разработала / процессоры SPARC64 IXfx для своих (Vadem VG 230 на базе NEC V30HL) CAM масштабируемых суперкомпьютеров 2012 Samsung Galaxy S III (Qualcomm Krait) ~9.9 GIPS / PRIMEHPC FX10. Примечание: для ПК и смартфонов в скобках указан процессор CAD

82 CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013 Titan. При вычислениях с двойной точностью K20 дает называе­мым проектным тепловыделением (TDP – прирост быстродействия порядка 1.3 TFLOPS; thermal design power или thermal design point). • AMD выпустила графический процессор Radeon HD (модель Tahiti XT), который позволяет уско­  64-битная ARM-архитектура рить вычисления с двойной точностью примерно на Британская компания ARM Holding сделала еще 1 TFLOPS. один шаг на пути реализации своих амбиций по вхож­ Таким образом, в 2013 году мы станем свиде­ дению в рынок серверов и HPC-систем. В ноябре телями конкуренции двух видов вычислительных 2012 года она анонсировала дизайн новых процессо­ ­устройств: появившихся в 2011 году сопроцессоров ров Cortex-A53 и Cortex-A57, которые построены на Intel Xeon Phi с системой команд x86 (про его про­ базе 64-битной архитектуры ARMv8 (в истории ком­ тотип Knights Corner на базе архитектуры MIC мы пании 64-битная архитектура применяется впервые). писали в прошлогоднем обзоре [6]), дающих прирост Ожидается, что эти процессоры будут работать в три быстродействия 1 TFLOPS, и графических ускори- раза быстрее своих предшественников на базе 32-бит­ телей, уже несколько лет используемых при постро­ ной архитектуры ARMv7. ении гибридных суперкомпьютерных систем. В про­ Появление прототипов новых 64-битных процес­ цессе конкуренции, помимо возможностей ускорения соров и устройств на их базе ожидается и в период вычислений, будет учитываться энергоэффективность 2013–2014 гг. Из лицензиатов, входящих в экосистему модулей; её принято характеризовать параметром, ARM Holding, отметим следующие компании:

Табл. 5. Эра электронных компьютеров – вехи развития 1946 г. ENIAC – первый электронный компьютер 1947 г. William Shockley, John Bardeen и Walter Brattain, сотрудники Bell Labs, продемонстрировали работу первого биполярного транзистора 1958 г. Jack Kilby, сотрудник Texas Instruments, продемонстрировал работу первой микросхемы вычислители, которые иногда считаются первыми суперкомпьютерами: начало • 1961 г. – IBM 7030 Stretch” 1960-х гг. • 1962 г. – Atlas запущен в эксплуатацию в Манчестерском университете (Великобритания) • 1964 г. – CDC 6600 создан в Control Data Corporation под руководством Seymour Cray 1971 г. Intel 4004 – первый 4-битный микропроцессор 1972 г. Intel 8008 – первый 8-битный микропроцессор 1976 г. Cray – первый суперкомпьютер 1978 г. Intel 8086 – первый 16-битный микропроцессор 1977 г. Apple II – один из первых персональных компьютеров 1981 г. IBM PC – один из первых персональных компьютеров СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ 1985 г. Intel 386 – первый 32-битный микропроцессор 1985 г. первый процессор на базе архитектуры ARM (Acorn RISC Machine) с сокращенным набором команд (Reduced Instruction Set Computing – RISC) 1987 г. первый процессор на базе архитектуры SPARC (Scalable Processor ARChitecture) от компании Sun Microsystems 1992 г. первый процессор на базе архитектуры POWER (Performance Optimization With Enhanced RISC) от компании IBM 1999 г. первый графический процессор для рабочих станций от компании NVIDIA • 2001 г. Intel Itanium – первый 64-битный микропроцессор • IBM Power4 – первый двухъядерный RISC-микропроцессор 2005 г. AMD Opteron 252 и Intel Pentium D – первые двухъядерные микропроцессоры с полным набором команд x86 2006 г. TyanPSC-600 – первый персональный (настольный) суперкомпьютер 2007 г. Intel Core 2 Quad Q6700 – первый четырехъядерный микропроцессор 2008 г. Intel X7460 – первый 6-ядерный микропроцессор • AMD Opteron (Magny-Cours), IBM Power7, Fijiutsu SPARC64 VIIIfx – первые 8-ядерные 2010 г. микропроцессоры • Oracle SPARC T3, ShenWei SW3 (Китай) – первые 16-ядерные микропроцессоры 2011 г. процессоры с микроархитектурой Ivy Bridge базируются на первых 3D-транзисторах Tri-Gate, разработанных компанией Intel CAE Observer 2011–2012 гг. Intel Xeon Phi – первый чип, объединяющий 60 ядер, поддерживающих полный набор команд x86, / создан на базе технологии MIC (Many Integrated Cores) CAM / 2012 г. первый прототип готового к массовому производству нанофотонного процессора, созданного компанией IBM на базе технологии CMOS Silicon Integrated Nanophotonics CAD

CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013 83 • AMD намерена создавать процессоры, в кото­ часть функций, требующих интенсивных вычисле­ рых сочетаются ядра с системой команд x86 и ядра с ний (к примеру, распознавание речи или изобра­ ARM­ -архитектурой; жений), должна выполняться на сам¡м устройстве • Samsung, разжившись специалистами, которые без отсылки на облачный сервер. Однако откры­ покинули AMD, собирается разрабатывать 64-бит­ тым ­остается вопрос об энергоэффективности тако­ ные серверные ARM-чипы. го процессора, поскольку интеловские процессоры Продвижению недавно анонсированной 64-бит­ пока еще уступают армов­ским по этому важному ной ARM-архитектуры будет способствовать со­ параметру. лидная программная поддержка: • компания Microsoft, выпустившая в 2012 году Технология производства чипов операционную систему Windows RT, поддержи­  Нанофотонные чипы готовы к коммерческому вающую 32-битную ARM-архитектуру, в следую­ производству щей своей ОС с кодовым названием Windows В прошлогоднем обзоре [6] мы уже писали, что в Blue, скорее всего, обеспечит поддержку 64-бит­ декабре 2010 года компания IBM представила новую ной системе команд ARM; технологию создания микросхем, позволяющую объ­ • новейший релиз ядра Linux 3.7, появившийся единять на одной подложке электронные и оптические в декабре 2012 года, уже рассчитан на поддержку компоненты в рамках единого производственного про­ архитектуры AArch64 (ARM64); цесса CMOS Integrated Silicon Nanophotonics. • представляет интерес разработка российской За два прошедших года компания IBM сдела­ компании “Эльбрус Технологии”, которая позволит ла еще один шаг на пути развития технологии – в эмулировать систему команд процессоров Intel для де­кабре 2012 года она объявила о возможности на­ ARM­ -сер­веров, что, в свою очередь, обеспечит возмож­ ладить коммерческое производство нанофотонных ность переноса программного обеспечения, написанного чипов (рис. 5, 6), для чего может быть использован для платформы x86, на серверы с процессорами ARM. широко распространенный технологический процесс с нормой 90 nm.  Многоядерные процессоры для мобильных Таким образом, уже в ближайшее время, благода- устройств ря технологическому прорыву компании IBM, бу- В 2013 году 4-ядерным процессорам еще только дет кардинально увеличена скорость обмена данны- предстоит стать мейнстримовской компонентой мо­ ми между компонентами, образующими CMOS-чип – бильных устройств, однако уже появились новые это достигается заменой электрических импульсов на ориентиры: световые. В первую очередь нанофотонные чипы IBM • сразу после новогодних праздников компания будут востребованы при разработке серверов и обору­ Samsung представила на выставке CES’2013������������ ���������������создан­ дования дата-центров. ный на основе технологии ARM big.LITTLE 8-ядер­ ный процессор Exynos, который сочетает четыре  Технологический процесс 14 nm ядра Cortex-A15 и четыре Cortex-A7. Каждая “квад­ В конце декабря 2012 года компания Samsung рига” ядер будет работать отдельно друг от друга. сообщила о достижении стадии tape-out (этапа, Для решения простых задач будут использоваться предшествующего изготовлению фотошаблона для менее производительные и энергозатратные ядра печати чипов) в освоении технологического процес­ Cortex-A7 (тактовая частота 1.2 GHz). Для операций, са по норме 14 nm для производства микросхем, в требующих вычислений с высокой производительнос­ которых применяются транзисторы FinFET с трех­ тью, будут подключаться ядра Cortex-A15 (1.8 GHz); мерной структурой затвора. Samsung работает в тес­ • ведутся разработки следующего поколения про­ ном сотрудничестве со своими партнерами – ARM, цессоров. Компания Intel работает над созданием Cadence, Mentor и Synopsys. 48-ядерного процессора. Аналитики компании счи­ Напомним, что первые в мире “трехмерные” тают, что у перспективных смартфонов и планшетов транзисторы изготовила в середине 2011 года ком- пания Intel с помощью своей Табл. 6. Ориентировочное быстродействие, необходимое для решения некоторых сложных задач прорывной технологии Tri-Gate (см. прошлогодний обзор [6]). Задачи моделирования Быстродействие Эта технология уже применяется

14 в производстве процессоров ново­ Автомобилестроение 10 FLOPS 100 TFLOPS го поколения Ivy Bridge по техно­ 15 Дозвуковые летательные аппараты 10 FLOPS 1 PFLOPS логической норме 22 nm. Лазерные системы 1016 FLOPS 10 PFLOPS Отметим также, что техноло­ Динамика молекул в задачах биологии 1017 FLOPS 100 PFLOPS гический процесс 22 nm освоен в Институте микроэлектрони­ Сверх- и гиперзвуковые летательные 1018 FLOPS 1 EFLOPS ки Китайской академии наук аппараты (Institute of Microelectronics of 19 Астрофизика и космология 10 FLOPS 10 EFLOPS Shinese Academy of Sciences – Турбулентность 1020 FLOPS 100 EFLOPS IMECAS), о чём также стало из­ Квантовая химия 1021 FLOPS 1 ZFLOPS вестно под занавес 2012 года.

84 CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013 Устройства  IBM PureSystems с аккумулированными Information super highways inside an IBM Silicon Nanophotonics chip ­экспертными знаниями В апреле 2012 года компания IBM представила разработку, которая позволит изменить традицион­ ные подходы к построению корпоративной IT-ин­ф­ раструктуры: интегрированные программно-аппа­ ратные комплексы PureSystems, в которых акку­ мулированы экспертные знания по инсталляции и обслуживанию приложений. Четыре года система создавалась специалистами 37-ми лабораторий IBM в 17 странах, общий объем инвестиций соста­ вил 2 млрд. долларов. Семейство IBM PureSystems в настоящее время представлено двумя системами: • PureFlex System – экспертные знания, акку­акку­

мулированные в этой системе, позволяют находить IBM ресурсы, необходимые для обработки информации, и прогнозировать потребность в них; • PureApplication System – позволяет оптимизи­ Источник: ровать развертывание и загруженность бизнес-при­ Рис. 6. Интеграция высокоскоростных ложений сторонних производителей. магистралей передачи информации Cross-sectional view of an IBM Silicon в чипе IBM Silicon Nanophotonics. Nanophotonics chip combining optical and Синим цветом отмечены волноводы для electrical circuits передачи оптических сигналов, желтым – медные провода для электрических сигналов

 Программная среда для мобильных ­устройств различных типов Разработчиками двух наиболее популярных операционных систем в 2012 году сделаны важные шаги, которые позволят в будущем инсталлировать на мобильных устройствах разных типов операцион­ ные системы, построенные на базе единого ядра:

• в новейшем релизе ядра Linux 3.7 поддержи­ СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ И ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ вает­ся возможность формирования многоплатфор­ менных ARM-сборок. Благодаря применению еди­ ного ядра, теперь можно обеспечить совместимость мобильных устройств, работающих на ARM-про­ цессорах различных лицензиатов под управлением различных ОС на базе Linux; • компания Microsoft выпустила две новейшие

IBM ОС для мобильных компьютеров на базе процессо­ ров с системами команд x86 (Windows 8) и ARM (Windows RT), а также ОС Windows Phone 8 для смартфонов и мобильных телефонов. По оценке Источник: Билла Гейтса, в ближайшем будущем появится Рис. 5. Чип Silicon Nanophotonics с интегриро- единая ОС (возможно, это будет Windows Blue), ванными каналами передачи оптических в которой будут сочетаться достижения всех трех и электрических сигналов. систем. Появление единой ОС будет символизи­ Технология CMOS Integrated Silicon ровать сближение функциональности мобильных Nanophotonics, предусматривающая использо- ­устройств разных типов – ПК, планшетников и вание нормы 90 nm, позволяет объединять фо- смарт­фонов. тодетектор (прямоугольник красного цвета на левой половине куба) и модулятор (синий прямо- Известно, что Windows является наиболее попу­ угольник на правой половине куба), которые при лярной операционной системой для персональных изготовлении микросхемы оказываются рядом компьютеров и серверов (а в 2012 году вышла вер­ с кремниевыми транзисторами (красные вкрап- сия Windows Server 2012, поддерживающая облач­ ления справа от куба). Нанофотонные цепи и ную обработку информации). На суперкомпьютерах транзисторы соединяются металлическими про- и мобильных устройствах обычно устанавливается водниками (желтый цвет) на девяти слоях система Linux. Кстати говоря, в 2012 году системе

CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013 85 Android (созданной на базе Linux) для мобильных инновациями (табл. 1)����������������������������.��������������������������� Здесь можно вспомнить пер­ устройств исполнилось пять лет. сональный компьютер (один из первых ПК был Создание единого ядра для каждой ОС позволит собран в IBM в 1981 году, см. табл. 5) и смартфон в ближайшем будущем сблизить функциональность (один из первых в мире смартфонов сделан в IBM в всего спектра устройств для высокопроизводитель­ 1992 году, см. табл. 4; то есть, в 2012 году он отметил ных вычислений – от суперкомпьютеров до смарт­ свое 20-летие), фонов – для каждой из линеек, работающих соот­ Таким образом, компания Apple вряд ли смогла бы ветственно, под Windows или Linux. Это, безуслов­ запатентовать свой бизнес-подход и обеспечить себе но, расширит возможности пользователей по выбору монопольное положение в судебном порядке. J необходимого им инструмента. О прогнозах Позиционирование компаний на рынке Обзоры обычно завершаются прогнозами. Такой Вследствие острой конкуренции за место под материал пока еще пребывает на стадии созревания, солнцем на новых сегментах рынков мобильных поэтому написание прогнозной части к обзору по ­устройств (табл. 1) даже ведущие компании вынуж­ HPC автор оставил себе в качестве домашнего зада­ дены пересматривать направления бизнеса и свое ния на конец только наступившего 2013 года. J позиционирование на рынке. Зачастую обозревате­ Любознательным читателям можно порекомендо­ ли объясняют это желанием воспользоваться опы­ вать недавние публикации аналитических компаний том компании Apple, которая продемонстрировала в IDC и Gartner с прогнозами на 2013 год, а также 2012 году великолепные результаты, достигнув пика ежегодный прогноз айбиэмовских аналитиков на капитализации и побив свой рекорд по заработан­ пять лет – “Next 5 in 5”. ной прибыли. На самом деле, в эру, которую теперь принято на­ Литература зывать “Post PC”, бизнес успешных ИТ-компаний, 1. Павлов C. Назад к мейнфреймам? // CAD/CAM/ если его рассматривать, не вдаваясь в нюансы, скла­ CAE Observer, 2005, № 6, с. 86–90. дывается из трех составляющих (весовые коэффи­ 2. Павлов С. Инженерный анализ на персо­ циенты которых могут быть разными): нальном суперкомпьютере? Достижения на рын­ поставка собственного аппаратного обеспечения; ке ­систем высо­копроизводительных вычислений // поставка собственного программного обеспечения; CAD­ /CAM/CAE Observer, 2007, № 5, с. 87–96. облачный сервис по доставке пользователю кон­ 3. Павлов С. Системы высокопроизводитель­ тента и приложений (собственной или сторонней раз­ ных вычислений: достижения 2007–2008 годов. работки) для изделий компании. Часть I. Ре­корды и лидеры HPC-рынка и рейтин­ Из компаний, которые работают на рынках га Top500. Часть II. Ре­гиональный срез рейтинга ­ИТ-из­делий массового спроса, лидером в реализа­ Top500. Российский рейтинг Топ50. Перспектив­ ции такого подхода является Apple. Заслуживают ные программы // CAD/CAM/CAE Observer, 2008, упоминания и другие компании, которые идут в № 7, с. 81–89; № 8, с. 84–89. этом направлении: 4. Павлов С. Системы высокопроизводительных • софтверная компания Oracle приобрела в вычислений: достижения 2008–2009 годов. Части I, 2009 году хардверную Sun Microsystems; II // CAD/CAM/CAE Observer, 2009, № 5, с. 81–92; • софтверная компания Google в мае 2012 года №8, с. 78–87. приобрела за 12.5 млрд. долларов компанию Motorola 5. Павлов С. Системы высокопроизводительных Mobility и стала, таким образом, не только проекти­ вычислений в 2009–2010 годах: обзор достиже­ ровщиком хромбуков, но и поставщиком мобильных ний и анализ рынка. Части I, II // CAD/CAM/CAE устройств; Observer, 2010, №5, с. 84–92; №8, с. 73–84. • софтверная компания Microsoft в 2012 году���� вы­ 6. Павлов С. Системы высокопроизводительных пустила устройство Surface (как на Intel-, так и на вычислений в 2010–2011 годах: обзор достиже­ ARM-процессорах) и стала участником рынка план­ ний и анализ рынка. Части I, II // CAD/CAM/CAE шетных компьютеров; ­Observer, 2011, №5, с. 74–80; №6, с. 78–84; 2012, • хардверная компания Dell в конце 2012 года № 1, с. 79–90. объявила о том, что становится поставщиком реше­ 7. Павлов С. Системы высокопроизводительных ний, что, по существу, означает движение в направ­ вычислений в 2011–2012 годах: обзор достижений лении поставки аппаратно-программных комплексов. и анализ рынка. Части I, II // CAD/CAM/CAE Следует отметить, что признанный инноватор – ­Observer, 2012, №5, с. 76–87; №8, с. 8–20. компания IBM, являющаяся лидером на серверном рынке (который рассчитан не на массового, а на Об авторе: корпоративного потребителя, и потому значительно Павлов Сергей Иванович – Dr. Phys., редак­ реже освещается в новостной ленте) – аналогичный тор аналитического PLM-журнала CAD/CAM/CAE подход к построению бизнеса исповедует не один Observer ([email protected]), научный сотруд­ год. Любопытно, что IBM нередко создает продук­ ник Лаборатории математического моделирования ты, впоследствии формирующие новые рынки, с окружающей среды и технологических процессов которых компания затем уходит, увлекшись другими Латвийского университета ([email protected])

86 CAD/CAM/CAE Observer #1 (77) / 2013