Суперкомпьютер – это, по сути, многомашинный и/или многопроцессорный комплекс, обслуживающий общую совокупность внешних устройств, общую память и иногда распределенный среди разных городов и даже стран мира. Такие аппараты применяются для работы с приложениями, требующими крайне интенсивных вычислений. Отчасти этим суперкомпьютеры отличаются от мэйнфреймов, имеющих высокую производительность и решающих стандартные задачи типа одновременной работы с большим количеством пользователей или обширными базами данных. Подчас супермашины обслуживают всего одно приложение, на которое расходуется мощность всех процессоров и вся память компьютера. Как вариант – они способны поддерживать большое количество небольших приложений.

Что касается России, то исследованием развития суперкомпьютерного сегмента компьютерной техники занимается Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. М.В. Ломоносова, а также Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН. Весной 2004 года эти организации при поддержке российской компании "Т-Платформы" положили начало проекту по созданию списка 50 наиболее производительных компьютеров России и стран СНГ. Список периодически обновляется (два раза в год). По результатам мониторинга в текущий рейтинг попадают машины, продемонстрировавшие на момент сбора информации наибольшую мощность.

Мировой рейтинг суперкомпьютеров

Вендор	Единиц	Доля %	Rmax Sum (GF)	Rpeak Sum (GF)	Processor Sum
Cray	14	2.80	512304	616306	116463
Dell	24	4.80	487618	716185	77828
Fujitsu	3	0.60	30678	44810	5248
Hitachi	4	0.80	40155	47706	338
IBM	232	46.40	3134125	5009432	963520
Intel	1	0.20	10770	13680	1140
NEC	2	0.40	44783	50176	5696
SGI	22	4.40	507188	621018	74800
Sun Microsystems	3	0.60	34882	47171	10308
Appro International	4	0.80	90421	110595	23040
Linux Networx	9	1.80	114939	150508	19796
Megware	1	0.20	6527	8064	672
Transtec AG	1	0.20	12640	17194	1616
Self-made	4	0.80	43653	70736	9032
Hewlett-Packard	166	33.20	1663699	2711316	293726
California Digital Corporation	1	0.20	19940	22938	4096
Dawning	1	0.20	8061	11264	2560
Bull SA	2	0.40	94970	112947	17648
T-Platforms	1	0.20	9010	12002	1128
NEC/Sun	1	0.20	56430	102021	11664
Hitachi/Fujitsu	1	0.20	10350	14336	2560
DALCO AG Switzerland	1	0.20	9604	12288	1024
Koi Computers	1	0.20	13460	23104	3040
TeamHPC of M&A Technology	1	0.20	9963	12290	1152
Всего	500	100%	6966169.82	10558086.75	1648095

Источник: top500.org, ноябрь 2007

Критерием оценки сегодня служит тест Linpack benchmark. В его основе лежит библиотека, созданная на языке Си (изначально она создавалась с помощью Фортрана) и включающая в себя набор подпрограмм, необходимых для эффективного решения систем линейных алгебраических уравнений. Данный тип библиотеки использовался в суперкомпьютерах периода 1970-х – начала 1980-х годов. После этого эстафету переняла Lapack, ныне работающая на компьютерной технике повышенной производительности. Описываемый тест подсчитывает число операций с плавающей точкой (flops) произведенных за одну секунду и используется при составлении мирового рейтинга, включающего в себя 500 самых мощных суперкомпьютеров планеты.

Спец ПО

Самым ходовым программным обеспечением для суперкомпьютеров стали интерфейсы программирования приложений на основе PVM (пакет программ, дающий возможность управлять процессами посредством механизма передачи сообщений, а также позволяющий объединять машины в кластеры) и MPI (программный интерфейс, необходимый для передачи информации, позволяющий компьютерам, решающим общую задачу, обмениваться сообщениями). Кроме того, доступны решения на базе открытого ПО – с их помощью можно создавать виртуальные суперкомпьютеры, имея под рукой самые обычные ПК.

На сегодняшний день ранжировать софт по признаку предназначенности для использования на обычных компьютерах или на супермашинах становится все сложнее. Этому способствует, в частности, экспансия технологий многоядерности и параллелизации в процессоры рабочих станций и "персоналок".

Динамика изменения количества вычислительных ядер в суперкомпьютерах России и стран СНГ за период 2004-2008 гг.

Источник: Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. М. В. Ломоносова, Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН, "Т-Платформы", 2008

"Непокоренными" программными средствами, работающими только на суперкомпьютерах отныне можно назвать, пожалуй, лишь неповторимые программные среды, написанные под местные, уникальные конфигурации суперкомпьютерных систем. Сюда же можно отнести и те, что применяются в конкретных сверхмощных машинах для их мониторинга и управления.

Процессоры для суперкомпьютеров

Круг производителей процессоров весьма ограничен. С разной степенью успеха тут традиционно присутствуют 4-5 игроков. При этом, как бы не менялись их рыночные  доли, низменно лидирующие позиции всегда оставались за Intel, что характерно как для России, так и для всего мира.

Собственно в России и странах ближнего зарубежья при построении суперкомпьютеров в настоящее время используют процессоры следующих вендоров: Intel, AMD, IBM и HP. В первом полугодии 2005 года были предприняты попытки задействовать в нескольких системах процессоры от Sun Microsystems. Однако на этом практика использования процессоров Sun и ограничилась. Что касается сегодняшнего дня, то подавляющее число российских суперкомпьютерных систем работают на процессорах Intel. Затем со значительным отставанием следуют AMD, IBM и HP.

Компании-производители процессоров суперкомпьютеров в России и странах СНГ за период 2004-2008 гг.

Источник: Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. М. В. Ломоносова, Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН, "Т-Платформы", 2008

С точки зрения типов процессоров, используемых в российских супермашинах, логично доминируют продукты от Intel – целых шесть типов. По одному типу процессора приходится на AMD, IBM и HP.

Типы процессоров в суперкомпьютерах России и стран СНГ за период 2004-2008 гг.

Источник: Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. М. В. Ломоносова, Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН, "Т-Платформы", 2008

Само собой, число применяемых в суперкомпьютерах процессоров с каждым годом неизменно растет. Так, если в 2005 году еще существовали системы, работавшие на 1-8 процессорах, то в середине 2008 года лишь несколько супермашин имели число процессоров от 9 до 16.

Динамика изменения числа процессоров в суперкомпьютерах России и стран СНГ за период 2004-2008 гг.

Источник: Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. М. В. Ломоносова, Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН, "Т-Платформы", 2008

Немногим менее половины систем на тот момент времени были оснащении 129 и более процессорами, все остальные суперкомпьютеры имели от 17 до 128 процессоров.

Области применения

С точки зрения областей применения суперкомпьютерных систем Россия в целом неоригинальна – так же, как и в остальном мире, у нас суперкомпьютеры работают в основном на благо науки и образования, на подобных системах осуществляют фундаментальные исследования. Правда, в нашей стране на этот сегмент приходится просто львиная доля супермашин – более 40.

Тенденции изменения областей применения суперкомпьютеров в России и странах СНГ за период 2004-2008 гг.

Источник: Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. М. В. Ломоносова, Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН, "Т-Платформы", 2008

Остальные суперкомпьютеры задействованы в промышленности и финансах, а до недавнего времени их применяли еще и в страховании. В то же время, с каждым годом все более очевидным становится тот факт, что в вычислительных системах подобного уровня, так или иначе, нуждаются практически все отрасли.