12 supercalculateurs les plus rapides au monde | En 2021

Pour la plupart d'entre nous, un ordinateur semble probablement assez rapide s'il peut exécuter des vidéos 8K ou la dernière version de Far Cry en 60 ips sans ralentir. Cependant, il existe de nombreuses tâches complexes qui nécessitent des milliards de calculs par seconde, ce qu'un ordinateur de bureau avec processeur i9 ne peut pas faire.

C'est là que les superordinateurs sont utiles. Ils offrent un haut niveau de performance qui permet aux gouvernements et aux organisations de résoudre des problèmes qui ne seraient pas possibles avec des ordinateurs conventionnels.

Les supercalculateurs d'aujourd'hui sont construits avec des charges de travail d'IA (intelligence artificielle) à l'esprit. En plus des prévisions météorologiques, de la recherche climatique, des simulations physiques et de l'exploration pétrolière et gazière, les superordinateurs aident les scientifiques à découvrir des matériaux de construction plus résistants et à étudier les protéines humaines et les systèmes cellulaires à un niveau de détail extrême.

Habituellement, les performances du superordinateur sont mesurées en opérations à virgule flottante par seconde (FLOPS). Dans le domaine des calculs scientifiques, FLOPS est un chiffre plus précis que la mesure des instructions par seconde.

Saviez-vous que le premier supercalculateur — Livermore Atomic Research Computer — a été construit pour le Centre de recherche et de développement de l'US Navy en 1960.

Pour vous montrer le chemin parcouru depuis lors, nous avons dressé une liste détaillée des supercalculateurs les plus rapides au monde. Ce sont tous des systèmes informatiques non distribués fonctionnant sous Linux.

12. Séquoia

Vitesse : 17.1 petaFLOPS
Noyaux : 1 572 864

Fournisseur : IBM
Emplacement : Laboratoire national Lawrence Livermore, États-Unis

Sequoia utilise les serveurs BlueGene/Q d'IBM pour offrir une performance de pointe théorique de 20 pétaFLOPS. Il possède 123 % de cœurs en plus et est 37 % plus économe en énergie que son prédécesseur K.

Bien que la machine soit principalement utilisée pour la simulation d'armes nucléaires, elle est également disponible à de nombreuses fins scientifiques telles que le changement climatique et l'analyse du génome humain. Il a également démontré sa grande évolutivité avec une simulation 3D de l'électrophysiologie du cœur humain.

11. PANGÉE III

Crédit :Total S.A.

Vitesse : 17.8 petaFLOPS
Noyaux : 291 024

Fournisseur : IBM
Emplacement : Centre de recherche technique et scientifique du CSTJF à Pau, France

Pangea III s'appuie sur l'architecture hautes performances optimisée pour l'IA d'IBM. IBM et NVIDIA ont collaboré pour créer la seule connexion NVLink CPU à GPU du secteur, qui permet une bande passante mémoire 5 fois plus rapide entre le CPU IBM POWER9 et les GPU NVIDIA Tesla V100 Tensor Core que les systèmes conventionnels basés sur x86.

L'architecture améliore non seulement les performances de calcul, mais améliore également l'efficacité énergétique. Le nouveau système utilise moins de 10 % de la consommation d'énergie par petaFLOP comme son prédécesseur, Pangea I et II.

Pangea III a diverses applications, en particulier dans trois domaines différents :l'imagerie sismique d'exploration et de développement, les modèles de développement et de production, et l'évaluation et la sélectivité des actifs.

10. Lassen

Vitesse : 18.2 petaFLOPS
Noyaux : 288 288

Fournisseur : IBM
Emplacement : Laboratoire national Lawrence Livermore, États-Unis

Lassen est désigné pour la simulation et l'analyse non classifiées. Il est installé dans le même laboratoire et utilise les mêmes composants de construction que Sierra (superordinateur n°2 le plus rapide).

Bien que Sierra soit un gros système, Lassen a une taille décente à part entière :il fait exactement 1/6e de la taille de son grand frère. Le système Lassen est contenu dans 40 racks, tandis que Sierra en contient 240.

Les processeurs IBM Power9 et 253 téraoctets de mémoire principale aident Lassen à atteindre des performances de 23 pétaFLOPS.

9. SuperMUC-NG

Vitesse : 19.4 petaFLOPS
Noyaux : 305 856

Fournisseur : Lenovo
Emplacement : Centre de calcul intensif de Leibniz, Allemagne

SuperMUC-NG comprend 6 400 nœuds de calcul Lenovo ThinkSystem SD650 refroidis par eau directe avec plus de 700 téraoctets de mémoire principale et 70 pétaoctets de stockage sur disque.

Il est connecté à de puissants systèmes de visualisation qui contiennent un grand mur d'alimentation stéréoscopique 4K et un environnement de réalité virtuelle artificielle CAVE à 5 côtés.

Le superordinateur sert des scientifiques européens dans de nombreux domaines, notamment l'analyse du génome, la dynamique des fluides, la chromodynamique quantique, les sciences de la vie, la médecine et l'astrophysique.

8. Infrastructure cloud AI Bridging

Crédit :ABCI

Vitesse : 19,8 pétaFLOPS
Noyaux : 391 680

Fournisseur : Fujitsu
Emplacement : Institut national des sciences et technologies industrielles avancées, Japon

Il s'agit de la première infrastructure informatique ouverte à grande échelle au monde qui offre 32 577 pétaFLOPS de performances de pointe. Il compte un total de 1 088 nœuds, chacun contenant 2 processeurs Intel Xenon Gold Scalable, 4 GPU NVIDIA Tesla V100, 2 HCA InfiniBand EDR et 1 SSD NVMe.

Fujitsu Limited affirme que le superordinateur peut atteindre 20 fois la densité thermique des centres de données conventionnels et une capacité de refroidissement de 70 kW en rack en utilisant de l'eau chaude et un refroidissement par air.

7. Trinité

Vitesse : 21.2 petaFLOPS
Cores : 979 072

Fournisseur : Cray
Emplacement : Laboratoire national de Los Alamos, États-Unis

Trinity est conçu pour fournir une capacité de calcul extraordinaire à l'entreprise de sécurité nucléaire de la NNSA. Il vise à améliorer les fidélités géométriques et physiques du code de simulation d'armes nucléaires, tout en garantissant que le stock nucléaire est sûr, sécurisé et efficace.

Le supercalculateur a été développé en deux étapes :la première étape incorporait le processeur Intel Xeon Haswell, et la deuxième étape comprenait une augmentation substantielle des performances en utilisant le processeur Intel Xeon Phi Knights Landing. Il peut fournir une performance de pointe totale de plus de 41 pétaFLOPS.

6. Piz Daint

Vitesse : 21.2 petaFLOPS
Cores : 387 872

Fournisseur : Cray
Emplacement : Centre national suisse de calcul intensif, Suisse

Ce supercalculateur, nommé d'après la montagne Piz Daint dans les Alpes suisses, fonctionne sur un microprocesseur Intel Xeon E5-26xx et NVIDIA Tesla P100.

Piz Daint utilise le « mode tampon en rafale » de DataWarp pour augmenter la bande passante efficace vers et depuis les périphériques de stockage. Cela accélère les taux d'entrée/sortie des données, facilitant l'analyse de millions de petits fichiers non structurés.

En plus de ses tâches quotidiennes, il peut gérer l'analyse des données de certains des projets les plus gourmands en données au monde, tels que les données collectées lors d'expériences au Grand collisionneur de hadrons.

Lire : Qu'est-ce qu'un accélérateur de particules ?

5. Frontière

Une vue entre deux rangées de serveurs Frontera | Crédit :TACC

Vitesse : 23,5 pétaFLOPS
Noyaux : 448 448

Fournisseur : Dell EMC
Emplacement : Texas Advanced Computing Center, États-Unis

Frontera ouvre de nouvelles possibilités en matière d'ingénierie et de recherche en fournissant des ressources informatiques étendues qui permettent aux scientifiques de relever plus facilement de nombreux défis complexes dans un large éventail de domaines.

Frontera propose deux sous-systèmes de calcul :le premier se concentre sur les performances en double précision tandis que le second se concentre sur le calcul en simple précision à mémoire de flux. Il dispose également d'interfaces cloud et de plusieurs nœuds d'application pour l'hébergement de serveurs virtuels.

4. Tianhe-2A

Tianhe-2 au National Supercomputer Center de Guangzhou

Vitesse : 61,4 petaFLOPS
Noyaux : 4 981 760

Fournisseur : NUDT
Emplacement : Centre national de calcul intensif à Guangzhou, Chine

Avec plus de 16 000 nœuds informatiques, Tianhe-2A représente la plus grande installation au monde de processeurs Intel Ivy Bridge et Xeon Phi. Alors que chaque nœud dispose de 88 gigaoctets de mémoire, la mémoire totale (CPU+coprocesseur) est de 1 375 tebioctets.

La Chine a dépensé 2,4 milliards de yuans (390 millions de dollars) pour construire ce superordinateur. Il est maintenant principalement utilisé dans les simulations, les analyses et les applications de sécurité gouvernementales.

3. Sunway TaihuLight

Vitesse : 93 petaFLOPS
Cores : 10 649 600

Fournisseur : NRCPC
Emplacement : Centre national de calcul intensif à Wuxi, Chine

La puissance de calcul de TaihuLight provient d'un processeur SW26010 à plusieurs cœurs développé en interne qui comprend à la fois des éléments de traitement informatique et des éléments de traitement de gestion.

Un seul SW26010 offre des performances de pointe de plus de 3 téraflops, grâce à ses 260 éléments de traitement (intégrés dans un seul processeur). Chaque élément de traitement informatique dispose d'une mémoire scratch qui sert de cache contrôlé par l'utilisateur, réduisant considérablement le goulot d'étranglement de la mémoire dans la plupart des applications.

En plus des sciences de la vie et de la recherche pharmaceutique, TaihuLight a été utilisé pour simuler l'univers avec 10 000 milliards de particules numériques. Cependant, la Chine essaie d'en faire beaucoup plus :le pays a déjà annoncé son objectif d'être le leader de l'IA d'ici 2030.

2. Sierra

Crédit image :Wikimedia

Vitesse : 94,6 pétaFLOPS
Cœurs : 1 572 480

Fournisseur : IBM
Emplacement : Laboratoire national Lawrence Livermore, États-Unis

Sierra offre jusqu'à 6 fois les performances soutenues et 7 fois les performances de charge de travail de son prédécesseur Sequoia. Il combine deux types de puces de processeur :les processeurs Power 9 d'IBM et les GPU Volta de NVIDIA.

Sierra est spécialement conçu pour évaluer les performances des systèmes d'armes nucléaires. Il est utilisé pour des applications prédictives dans la gestion des stocks, le programme américain d'essais de fiabilité et de maintenance des armes nucléaires sans aucun essai nucléaire.

Lire : Qu'est-ce que l'unité de traitement tensoriel (TPU) ? En quoi est-ce différent du GPU ?

1. Sommet

Crédit image :ORNL

Vitesse : 148,6 pétaFLOPS
Cœurs : 2 414 592

Fournisseur : IBM
Emplacement : Laboratoire national d'Oak Ridge, États-Unis

Summit peut fournir 200 pétaFLOPS au maximum. Cela équivaut à 200 quadrillions d'opérations à virgule flottante par seconde.

C'est également le troisième superordinateur le plus économe en énergie au monde, avec une efficacité énergétique enregistrée de 14,66 gigaflops par watt.

Les plus de 4 600 serveurs de Summit, qui occupent la taille de deux terrains de basket, hébergent plus de 9 200 processeurs IBM Power9 et plus de 27 600 GPU NVIDIA Tesla V100. Le système est connecté par 185 miles de câble à fibre optique, et il consomme suffisamment d'énergie pour faire fonctionner 8 100 foyers

En 2018, Summit est devenu le premier supercalculateur à franchir la barrière exascale. Lors de l'analyse des données génomiques, il a atteint un débit maximal de 1,88 exaops, soit près de 2 milliards de milliards de calculs par seconde.

Les États-Unis visent à développer un écosystème de calcul exascale entièrement capable pour les études scientifiques d'ici l'année prochaine, et Summit est un pas dans cette direction.

1. Fugaku

Vitesse : 442 petaFLOPS
Noyaux : 7 630 848

Fournisseur : Fujitsu
Emplacement : RIKEN Center for Computational Science, Japon

Avec une performance de pointe théorique de 537 petaFLOPs, Fugaku est le supercalculateur le plus rapide au monde. C'est également le premier supercalculateur de premier plan à être alimenté par des processeurs ARM.

Selon le benchmark HPCG, les performances de Fugaku surpassent les performances combinées des quatre prochains superordinateurs au monde.

C'est une grande réussite pour le gouvernement japonais, mais la conception d'un système aussi puissant n'était pas bon marché. Depuis 2014, le gouvernement a dépensé environ 1 milliard de dollars pour la R&D, les acquisitions et le développement d'applications du projet.

Fugaku fonctionne sur deux systèmes d'exploitation côte à côte :Linux et un « système d'exploitation multi-noyau léger » appelé IHK/McKernel. Linux gère les services compatibles POSIX (Portable Operating System Interface), tandis que McKernel exécute des simulations hautes performances.

Il est conçu pour traiter des problèmes sociaux et scientifiques hautement prioritaires, tels que les prévisions météorologiques, le développement d'énergies propres, la découverte de médicaments, la médecine personnalisée et l'exploration des lois de la mécanique quantique.

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Foire aux questions

Quels logiciels exécutent les supercalculateurs ?

Presque tous les supercalculateurs modernes utilisent le système d'exploitation Linux. La principale raison en est la nature open source de Linux.

Étant donné que les superordinateurs sont conçus à des fins spécifiques, ils nécessitent un système d'exploitation personnalisé optimisé pour ces exigences spécifiques. Il s'avère que le développement et la maintenance de systèmes d'exploitation propriétaires et fermés sont un processus long et coûteux.

Linux, en revanche, est gratuit, fiable et facile à personnaliser. Les développeurs peuvent configurer ou créer des versions distinctes de Linux pour chacun des supercalculateurs.

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Qui utilise un supercalculateur ?

Les superordinateurs sont principalement utilisés par les scientifiques et les chercheurs pour effectuer des tâches de calcul intensif dans divers domaines, y compris

• Recherche aérodynamique et prévisions météorologiques
• Test de la force du chiffrement
• Simulation de dynamique moléculaire
• Finance et études de marché
• Simulations d'essais nucléaires en 3D
• Découverte de médicaments
• Recherche spatiale

Quel pays possède le plus de supercalculateurs ?

En 2021, la Chine comptait 188 des 500 supercalculateurs les plus performants au monde. Les États-Unis en ont 122 et le Japon 34 supercalculateurs. Ensemble, les deux premiers pays représentent 62 % des machines de calcul intensif les plus puissantes au monde.

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Quel est l'avenir des supercalculateurs ?

Selon le rapport Technavio, le marché mondial des superordinateurs augmentera de 12,5 milliards de dollars entre 2021 et 2025, progressant à un TCAC de 20 % au cours de la période de prévision.

L'utilisation croissante de l'intelligence artificielle, de l'apprentissage automatique et de la technologie cloud est la principale raison de cette croissance. Le besoin de modèles hautement sophistiqués pour traiter des problèmes complexes de physique, de chimie et d'environnement peut encore accélérer la croissance.

Dans l'ensemble, avec l'augmentation des applications sophistiquées dans un avenir proche, la demande de supercalculateurs augmentera en conséquence. Les entités gouvernementales devraient être les utilisateurs finaux générant le plus de revenus.