Top 12 des supercalculateurs 2021 : classements et performances

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

C'est là que les supercalculateurs entrent en jeu. Ils offrent un niveau de performance élevé qui permet aux gouvernements et organisations de résoudre des problèmes impossibles avec des ordinateurs conventionnels.

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

Généralement, la performance d'un supercalculateur est mesurée en opérations à virgule flottante par seconde (FLOPS). Dans le domaine des calculs scientifiques, les FLOPS sont un chiffre plus précis que la mesure des instructions par seconde.

Savez-vous que le premier supercalculateur — Livermore Atomic Research Computer — a été construit pour le Centre de Recherche et Développement de la Marine américaine en 1960.

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

12. Sequoia

Vitesse : 17,1 petaFLOPS
Cœurs : 1 572 864

Fournisseur : IBM
Emplacement : Lawrence Livermore National Laboratory, États-Unis

Sequoia utilise les serveurs BlueGene/Q d'IBM pour fournir une performance de pointe théorique de 20 petaFLOPS. Il a 123 % de cœurs en plus et est 37 % plus économe en énergie que son prédécesseur, l'ordinateur K.

Bien que la machine soit principalement utilisée pour la simulation d'armes nucléaires, elle est également disponible pour de nombreux objectifs scientifiques tels que le changement climatique et l'analyse du génome humain. Elle a également démontré son excellente scalabilité avec une simulation 3D de l'électrophysiologie du cœur humain.

11. PANGEA III

Crédit : Total S.A.

Vitesse : 17,8 petaFLOPS
Cœurs : 291 024

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

Pangea III repose sur l'architecture haute performance optimisée pour l'IA d'IBM. IBM et NVIDIA ont travaillé ensemble pour construire la seule connexion CPU-vers-GPU NVLink de l'industrie, qui permet une bande passante mémoire plus de 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 la performance de calcul mais aussi l'efficacité énergétique. Le nouveau système utilise moins de 10 % de la consommation d'énergie par petaFLOP que ses prédécesseurs, Pangea I et II.

Pangea III a diverses applications, notamment dans trois domaines différents — imagerie sismique pour l'exploration et le développement, modèles de développement et production, et évaluation et sélectivité des actifs.

10. Lassen

Vitesse : 18,2 petaFLOPS
Cœurs : 288 288

Fournisseur : IBM
Emplacement : Lawrence Livermore National Laboratory, 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 (#2 supercalculateur le plus rapide).

Bien que Sierra soit un grand système, Lassen a une taille respectable en soi : il est exactement 1/6e de la taille de son grand frère. Le système Lassen est contenu dans 40 baies, tandis que Sierra en occupe 240.

Les processeurs IBM Power9 et 253 téraoctets de mémoire principale aident Lassen à atteindre une performance de pointe de 23 petaFLOPS.

9. SuperMUC-NG

Vitesse : 19,4 petaFLOPS
Cœurs : 305 856

Fournisseur : Lenovo
Emplacement : Leibniz Supercomputing Centre, Allemagne

SuperMUC-NG dispose de 6 400 nœuds de calcul Lenovo ThinkSystem SD650 à refroidissement direct par eau avec plus de 700 téraoctets de mémoire principale et 70 pétaoctets de stockage disque.

Il est connecté à de puissants systèmes de visualisation contenant un grand mur de puissance stéréoscopique 4K et un environnement de réalité virtuelle artificielle CAVE à 5 faces.

Le supercalculateur sert les scientifiques européens 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 de Pontage IA (AI Bridging Cloud Infrastructure)

Crédit : ABCI

Vitesse : 19,8 petaFLOPS
Cœurs : 391 680

Fournisseur : Fujitsu
Emplacement : Institut National des Sciences et Technologies Industrielles Avancées, Japon

C'est la première infrastructure de calcul IA ouverte à grande échelle au monde qui délivre 32,577 petaFLOPS de performance de pointe. Elle compte un total de 1 088 nœuds, chacun contenant 2 processeurs Intel Xeon Gold Scalable, 4 GPU NVIDIA Tesla V100, 2 HCAs InfiniBand EDR, et 1 SSD NVMe.

Fujitsu Limited affirme que le supercalculateur peut atteindre 20 fois la densité thermique des centres de données conventionnels, et une capacité de refroidissement de 70 kW par baie en utilisant le refroidissement par eau chaude et air.

7. Trinity

Vitesse : 21,2 petaFLOPS
Cœurs : 979 072

Fournisseur : Cray
Emplacement : Los Alamos National Laboratory, États-Unis

Trinity est conçu pour fournir une capacité de calcul extraordinaire pour l'Entreprise de Sécurité Nucléaire NNSA. Il vise à améliorer les fidélités géométriques et physiques dans le code de simulation d'armes nucléaires, tout en assurant que l'arsenal nucléaire est sûr, sécurisé et efficace.

Le supercalculateur a été développé en deux étapes : la première a incorporé le processeur Intel Xeon Haswell, et la seconde a inclus une augmentation substantielle de performance en utilisant le processeur Intel Xeon Phi Knights Landing. Il peut délivrer une performance de pointe totale de plus de 41 petaFLOPS.

6. Piz Daint

Vitesse : 21,2 petaFLOPS
Cœurs : 387 872

Fournisseur : Cray
Emplacement : Centre Suisse de Supercalcul, 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 d'éclatement » de DataWarp pour augmenter la bande passante effective vers et depuis les dispositifs de stockage. Cela accélère les taux d'entrée/sortie de données, facilitant l'analyse de millions de petits fichiers non structurés.

En plus de ses tâches quotidiennes, il peut gérer l'analyse de données de certains des projets les plus intensifs en données au monde, comme les données collectées lors d'expériences au Grand Collisionneur de Hadrons.

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

5. Frontera

Vue entre deux rangées de serveurs Frontera | Crédit : TACC

Vitesse : 23,5 petaFLOPS
Cœurs : 448 448

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

Frontera ouvre de nouvelles possibilités en ingénierie et recherche en fournissant d'importantes ressources computationnelles qui facilitent aux scientifiques de relever de nombreux défis complexes dans une large gamme de domaines.

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

4. Tianhe-2A

Tianhe-2 au Centre National de Supercalcul de Guangzhou

Vitesse : 61,4 petaFLOPS
Cœurs : 4 981 760

Fournisseur : NUDT
Emplacement : Centre National de Supercalcul à Guangzhou, Chine

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

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

3. Sunway TaihuLight

Vitesse : 93 petaFLOPS
Cœurs : 10 649 600

Fournisseur : NRCPC
Emplacement : Centre National de Supercalcul à Wuxi, Chine

La puissance de calcul de TaihuLight provient d'un CPU maison multi-cœurs SW26010 qui inclut à la fois des éléments de traitement de calcul et des éléments de traitement de gestion.

Un seul SW26010 fournit une performance de pointe de plus de 3 téraFLOPS, grâce à ses 260 éléments de traitement (intégrés dans un CPU). Chaque élément de traitement de calcul a une mémoire scratchpad qui sert de cache contrôlé par l'utilisateur, réduisant considérablement le goulot d'étranglement 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'aller beaucoup plus loin : le pays a déjà déclaré son objectif d'être le leader en IA d'ici 2030.

2. Sierra

Crédit image : Wikimedia

Vitesse : 94,6 petaFLOPS
Cœurs : 1 572 480

Fournisseur : IBM
Emplacement : Lawrence Livermore National Laboratory, États-Unis

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

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

À lire : Qu'est-ce qu'une Unité de Traitement Tensoriel (TPU) ? En quoi diffère-t-elle du GPU ?

1. Summit

Crédit image : ORNL

Vitesse : 148,6 petaFLOPS
Cœurs : 2 414 592

Fournisseur : IBM
Emplacement : Oak Ridge National Laboratory, États-Unis

Summit peut délivrer 200 petaFLOPS en pointe. Cela équivaut à 200 millions de milliards d'opérations à virgule flottante par seconde.

C'est aussi le troisième supercalculateur le plus économe en énergie au monde, avec une efficacité énergétique enregistrée de 14,66 gigaFLOPS par watt.

Les 4 600+ serveurs de Summit, qui occupent la taille de deux terrains de basketball, abritent 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 assez d'énergie pour alimenter 8 100 foyers.

En 2018, Summit est devenu le premier supercalculateur à franchir la barrière de l'exascale. En analysant des données génomiques, il a atteint un débit de pointe 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 pleinement capable pour les études scientifiques d'ici l'an prochain, et Summit est une étape vers cela.

1. Fugaku

Vitesse : 442 petaFLOPS
Cœurs : 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 aussi le premier supercalculateur classé premier à être alimenté par des processeurs ARM.

Selon le benchmark HPCG, la performance de Fugaku surpasse la performance combinée des quatre prochains supercalculateurs au monde.

C'est une grande réussite pour le gouvernement japonais, mais la conception d'un système aussi puissant n'a pas été 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 « OS multi-noyau léger » appelé IHK/McKernel. Linux gère les services compatibles POSIX (Portable Operating System Interface), tandis que McKernel exécute les simulations haute performance.

Il est conçu pour répondre à des problèmes sociaux et scientifiques de haute priorité, tels que la prévision météorologique, le développement d'énergie propre, la découverte de médicaments, la médecine personnalisée et l'exploration des lois de la mécanique quantique.

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Questions Fréquentes

Quel logiciel les supercalculateurs exécutent-ils ?

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

Comme les supercalculateurs sont conçus pour des objectifs spécifiques, ils nécessitent un OS personnalisé optimisé pour ces exigences spécifiques. Il s'avère que le développement et la maintenance de systèmes d'exploitation propriétaires fermés est un processus bien plus coûteux et chronophage.

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 supercalculateurs sont principalement utilisés par des scientifiques et chercheurs pour effectuer des tâches intensives en calcul dans divers domaines, notamment :

• Recherche aérodynamique et prévision météorologique
• Test de la robustesse du chiffrement
• Simulation de dynamique moléculaire
• Finance et recherche de marché
• Simulations de tests nucléaires 3D
• Découverte de médicaments
• Recherche spatiale

Quel pays a le plus de supercalculateurs ?

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

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Quel est l'avenir des supercalculateurs ?

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

L'utilisation croissante de l'intelligence artificielle, de l'apprentissage machine 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, chimie et environnement pourrait encore accélérer la croissance.

En somme, avec l'essor d'applications sophistiquées dans un futur proche, la demande de supercalculateurs augmentera en conséquence. Les entités gouvernementales devraient être les utilisateurs finaux générant le plus de revenus.