В современную цифровую эпоху суперкомпьютеры представляют собой вершину вычислительных возможностей и производительности. Они позволяют решать задачи, недоступные обычным компьютерам, и играют ключевую роль в науке, промышленности и технологиях.

В этой статье рассмотрим, что такое суперкомпьютеры, чем они отличаются от привычных компьютеров, где применяются, а также познакомимся с самыми быстрыми суперкомпьютерами мира и России. Обратите внимание на актуальность данных — заметка пишется в конце февраля.

Содержание
  1. Что такое суперкомпьютер
  2. Главные отличия от обычных ПК
    1. Параллельная архитектура
    2. Специализированные компоненты
    3. Объем памяти и хранение данных
    4. Размер и энергопотребление
    5. Программное обеспечение
  3. Основные сферы применения суперкомпьютеров
    1. Научные исследования и моделирование
    2. Прогнозирование погоды и климата
    3. Биология и медицина
    4. Искусственный интеллект и большие данные
    5. Промышленность и инженерия
    6. Государственная безопасность
  4. Самые быстрые суперкомпьютеры мира
    1. «El Capitan» (США)
    2. «Frontier» (США)
    3. «Aurora» (США)
    4. «Fugaku» (Япония)
    5. Китайские суперкомпьютеры
  5. Самые мощные суперкомпьютеры России
    1. Суперкомпьютеры «Яндекса»
    2. Суперкомпьютеры Сбербанка
    3. Академические и промышленные системы
Прокомментировать

Что такое суперкомпьютер

Источник: Live Science / Суперкомпьютер

Суперкомпьютер — это вычислительная система исключительной мощности, способная выполнять огромные объемы операций в секунду. Производительность таких систем измеряется в FLOPS (Floating Point Operations Per Second, операций с плавающей точкой в секунду). Современные суперкомпьютеры достигают показателей в петафлопсах (PFLOPS) и даже экзафлопсах (EFLOPS). Для сравнения, производительность обычного современного настольного компьютера или сервера исчисляется лишь в гигафлопсах (GFLOPS) или терафлопсах (TFLOPS).

Главные отличия от обычных ПК

Даже если в вашем компьютере установлен самые последние компоненты, доступные в магазинах на сегодняшний день, он не может считаться суперкомпьютером. Вот, чем отличается обычный домашний ПК от суперкомпьютера.

Параллельная архитектура

Источник: PC Mag / Кластер суперкомпьютера El Capitan

Суперкомпьютеры состоят из тысяч и даже миллионов вычислительных ядер, объединенных в кластеры. Эти ядра (процессоры и графические ускорители) работают параллельно над общей задачей. Обычный ПК имеет значительно меньше ядер и не предназначен для столь масштабного параллелизма.

Специализированные компоненты

В суперкомпьютерах используются высокопроизводительные серверные CPU и графические процессоры (GPU), а также специализированные ускорители и сверхбыстрые межсоединения между узлами. В домашних компьютерах применяются универсальные компоненты, ориентированные на баланс производительности и стоимости.

Объем памяти и хранение данных

Оперативная память суперкомпьютера может достигать десятков терабайт, а системы хранения — сотен петабайт, что необходимо для обработки огромных данных. В обычном ПК объем RAM измеряется гигабайтами, а дисковое пространство — единицами терабайт.

Размер и энергопотребление

Источник: Data Center Dynamics / Система охлаждения суперкомпьютера

Суперкомпьютер занимает помещение размером с большой зал или даже здание (сотни стоек с оборудованием) и потребляет энергию в порядке мегаватт. Настольный компьютер помещается на столе, а его энергопотребление — сотни ватт.

Программное обеспечение

На суперкомпьютерах обычно используются специальные версии UNIX/Linux, оптимизированные под высокопараллельные вычисления, с продвинутыми системами управления задачами. Обычные ПК работают под управлением массовых ОС (Windows, macOS, десктопные Linux) без таких систем.

Суперкомпьютер предназначен для выполнения узкого круга ресурсоемких задач с экстремально высокой скоростью, тогда как обычные компьютеры рассчитаны на повседневные нужды.

Основные сферы применения суперкомпьютеров

Суперкомпьютеры используются в отраслях, где требуется максимальная вычислительная мощность и работа с большими данными. 

Научные исследования и моделирование

Ученые применяют суперкомпьютеры для сложных численных расчетов и симуляций. Например, моделирование процессов в физике высоких энергий, изучение новых материалов, расчеты в астрофизике (события вроде слияния черных дыр) требуют огромных ресурсов, которые может предоставить только суперкомпьютер. На видео вы можете увидеть симуляцию возникновения вселенной с помощью суперкомпьютера Frontier.

Прогнозирование погоды и климата

Метеослужбы и климатологи используют сверхмощные вычисления для моделирования атмосферы и океанов. Расчет климатических моделей на десятилетия вперед, прогнозирование ураганов и катаклизмов — все это требует обработки колоссальных массивов данных в короткие сроки.

Биология и медицина

В биоинформатике суперкомпьютеры применяются для расшифровки геномов, моделирования структуры белков и поиска новых лекарств. Перебор миллионов молекулярных комбинаций (при разработке лекарственных препаратов или вакцин) ускоряется за счет параллельных вычислений.

Искусственный интеллект и большие данные

Современные модели ИИ (глубокие нейронные сети с миллиардами параметров) требуют огромных ресурсов для обучения. Суперкомпьютеры стали основой для тренировки таких моделей — от систем распознавания речи и изображений до больших языковых моделей. Также при анализе больших данных (Big Data) суперкомпьютер ускоряет обработку и поиск закономерностей.

Промышленность и инженерия

Авиа- и автопроизводители, энергетические и нефтегазовые компании используют суперкомпьютеры для инженерного моделирования и вычислительных экспериментов. Аэродинамика самолетов и автомобилей, прочностные расчеты конструкций, симуляция ядерных реакторов, поиск месторождений полезных ископаемых — эти задачи быстрее и точнее решаются на сверхмощных вычислительных кластерах.

Государственная безопасность

В оборонной сфере суперкомпьютеры применяются для криптоанализа (взлом сложных шифров), моделирования ядерных взрывов и других задач национальной безопасности, где требуются эксклюзивные вычислительные мощности.

Все эти сферы выигрывают от применения суперкомпьютеров: время расчетов сокращается с месяцев (или лет) до часов и минут, а также появляются возможности проводить исследования, ранее недостижимые.

Самые быстрые суперкомпьютеры мира

В начале 2025 года наступила эпоха экзафлопсных суперкомпьютеров. Лидеры мирового рейтинга Top500 преодолели рубеж в один экзафлопс производительности (Linpack). Рассмотрим кратко несколько самых быстрых суперкомпьютеров планеты:

«El Capitan» (США)

Источник: PC Mag / El Capitan

El Capitan — самый мощный суперкомпьютер мира по состоянию на февраль 2025 года. Его производительность составляет около 1,74 экзафлопса (то есть 1,74×10^18 операций/с). В системе более 11 миллионов ядер: используется комбинация серверных процессоров AMD EPYC 4-го поколения (24 ядра на чипе) и новейших графических ускорителей AMD Instinct MI300A, объединенных высокоскоростной сетью Cray Slingshot-11.

El Capitan установлен в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Ливерморе (США). Он будет использоваться Министерством энергетики США для моделирования ядерных процессов (виртуальные ядерные испытания, поддержание надежности ядерного арсенала), а также для передовых научных исследований в области материаловедения, космоса, климата и развития ИИ. При своей колоссальной мощности El Capitan отличается высокой энергоэффективностью (~59 Гфлопс/Вт), входя в топ экологичных суперкомпьютеров (Green500).

«Frontier» (США)

Источник: Futurzone / Frontier

Frontier — предыдущий лидер рейтинга Top500 (2022–2023), первый официально зарегистрированный экзафлопсный суперкомпьютер. Его производительность – около 1,35 экзафлопса (второе место в мире). Архитектура основана на платформе HPE Cray EX и сочетает 3-е поколение процессоров AMD EPYC (64 ядра, 2,0 ГГц) с графическими ускорителями AMD Instinct MI250X. Общее число ядер превышает 9 миллионов; узлы связаны сетью Slingshot-11.

Frontier работает в Ок-Риджской национальной лаборатории (ORNL, США). Он задействован в широком спектре исследований: вычислительная физика, моделирование климата, астрофизика, разработка новых материалов. Кроме того, Frontier служит платформой для развития технологий искусственного интеллекта и анализа больших данных в проектах Министерства энергетики США.

«Aurora» (США)

Источник: Argonne National Laboratory / Aurora

Aurora — третий по скорости суперкомпьютер в мире на начало 2025 года. Его достижимая производительность – около 1,01 экзафлопса. В отличие от El Capitan и Frontier, построенных на AMD, архитектура Aurora базируется на технологиях Intel: используется платформа HPE Cray EX с комбинацией высокопроизводительных процессоров Intel Xeon Max (по 52 ядра на сокет) и графических ускорителей Intel Data Center GPU Max. Общее число ядер – более 9,2 миллиона, узлы соединены интерконнектом Slingshot-11.

Aurora установлен в Аргоннской национальной лаборатории (ANL, Иллинойс, США). Он предназначен для передовых исследований — от моделирования ядерных реакторов и новых лекарств до проектов в области климатологии и искусственного интеллекта. Aurora является первой экзафлопсной системой на базе процессоров и ускорителей Intel, расширяя разнообразие технологий.

«Fugaku» (Япония)

Источник: Japan Forward / Fugaku

Fugaku — суперкомпьютер из Японии, который с 2020 по 2022 год занимал первое место в мире. Сейчас (2025) он находится в первой десятке, с производительностью около 442 петафлопса. Fugaku построен компанией Fujitsu на процессорах ARM A64FX (48 ядeр, 2,2 ГГц) без использования GPU-ускорителей. В системе около 7,6 млн ядер, объединенных высокоскоростной сетью TofuD.

Fugaku установлен в научном центре RIKEN (Кобе, Япония). Он применяется для широкого круга задач: фундаментальная наука (материаловедение, химия, астрофизика), моделирование распространения инфекций (в том числе исследования COVID-19), прогнозирование погодных явлений, разработки ИИ и даже поиска лекарственных препаратов.

Китайские суперкомпьютеры

Источник: South China Morning Post / Sunway TaihuLight

Китай также обладает мощными суперкомпьютерами (например, Sunway TaihuLight, Tianhe-2A), однако в последние годы новые китайские системы не представлены в открытом рейтинге Top500, поэтому их точные показатели неизвестны. Лидер Европы — система HPC6 в Италии (~478 петафлопсов), что демонстрирует глобальную конкуренцию в данной сфере.

Самые мощные суперкомпьютеры России

На начало 2025 года в России действуют несколько суперкомпьютеров, входящих в число наиболее мощных мировых систем. В последние годы появились новые установки, значительно поднявшие планку производительности в стране. 

Суперкомпьютеры «Яндекса»

Источник: Комсомольская правда / ЧервоненкисКрупнейшая ИТ-компания Яндекс создала три суперкомпьютера, которые сейчас являются самыми производительными в России. Все они ориентированы на задачи машинного обучения и обработки данных в сервисах компании:

  • «Червоненкис» — самый мощный суперкомпьютер России, около 21,5 петафлопса (Linpack). Содержит порядка 1600 GPU NVIDIA A100 в сочетании с серверными CPU AMD EPYC. На момент запуска (2021) входил в топ-20 мира. Используется для обучения больших моделей искусственного интеллекта (поисковые алгоритмы, голосовые помощники, компьютерное зрение и так далее).
  • «Галушкин» — второй по мощности у Яндекса, около 16 петафлопсов. Архитектура аналогична «Червоненкису», но с меньшим числом узлов. Обслуживает задачи машинного обучения и анализа данных (рекомендательные системы, обработка видео и прочее);
  • «Ляпунов» — третья система, около 12,8 петафлопсов. Чуть менее масштабна, также задействована в проектах Яндекса по искусственному интеллекту и Big Data.

Суперкомпьютеры Сбербанка

Источник: Сбер / Кристофари

Крупнейший банк страны Сбер (Сбербанк) инвестирует в собственные суперкомпьютерные мощности для развития AI-сервисов:

  • «Christofari» (Кристофари) — первый суперкомпьютер Сбербанка (2019). Назван в честь первого вкладчика Сбера, его производительность около 6,7 петафлопсов (Linpack), пик – 8,8 PFLOPS. Построен на базе узлов NVIDIA DGX-2 с GPU Tesla V100. В момент запуска был самым мощным в России и использовался для внедрения ИИ в сервисы Сбера (голосовой помощник, анализ изображений, обработка транзакций и прочее;
  • «Christofari Neo» — второе поколение (2021), производительность около 12 петафлопсов. Построен на более чем 700 GPU NVIDIA A100 (80 ГБ) и современных CPU. Стал новым рекордсменом РФ до появления суперкомпьютеров Яндекса. Используется в облачной платформе SberCloud для обучения нейросетей и других задач AI как внутри экосистемы Сбера, так и для внешних клиентов.

Академические и промышленные системы

Источник: Википедия / Ломоносов-2

  • «Ломоносов-2» (МГУ) — суперкомпьютер Московского государственного университета, введенный в строй в 2014 году. Производительность – 2,5 петафлопса (Linpack), пик ~4,9 PFLOPS. Содержит тысячи ядер Intel Xeon и десятки GPU-ускорителей, объединенных высокоскоростным интерконнектом. На протяжении нескольких лет был лидером российской суперкомпьютерной мощности, широко применяется в научных исследованиях (от физики и химии до экономики) и обслуживает ученых по всей стране. Хотя по мировым меркам «Ломоносов-2» устарел и ныне находится за пределами топ-200, он остается важным звеном научной инфраструктуры страны.

Среди 50 самых мощных систем России присутствуют кластеры госкорпораций и компаний. Например, «Гром» (МТС) с производительностью порядка 1 петафлопса применяется для внутренних задач телеком-оператора. Новые вычислительные центры появляются и в регионах. Планируется, что к концу десятилетия в РФ могут быть созданы суперкомпьютеры экзафлопсного класса, однако реализация этих планов зависит от развития отечественных технологий и доступности современных комплектующих.

Суперкомпьютеры остаются критически важным инструментом науки и техники. На начало 2025 года мировые лидеры уже оперируют экзафлопсными мощностями, что открывает новые горизонты исследований. Россия, хоть и уступает лидерам по абсолютной производительности, развивает собственные высокопроизводительные системы и внедряет их в бизнес (Яндекс, Сбер) и науку (МГУ и другие). Ожидается дальнейший рост мощностей и расширение сфер применения суперкомпьютеров — от фундаментальных исследований до повседневных сервисов на базе ИИ.

Заглавное фото: PC Mag

Похожие статьи: