Superkomputery stanowią nieodłączny element postępu technologicznego i naukowego. Od chwili powstania pierwszych maszyn obliczeniowych, które wypełniały całe pomieszczenia, do dzisiejszych innowacyjnych rozwiązań opartych na technologii kwantowej, superkomputery ewoluowały, zapewniając ogromne możliwości przetwarzania danych i analizy informacji.
Na początek odrobina teorii, która będzie niezbędna w dalszej części. Jednostka mocy obliczeniowej komputerów, używana szczególnie w zastosowaniach naukowych to FLOPS. FLOPS, to z angielskiego floating point operations per second, czyli operacje zmiennoprzecinkowe na sekundę. W zależności od poziomu rozwoju superkomputerów wraz z nimi funkcjonują przedrostki od kilo, aż po eksa, czyli 1018.
O historii słów kilka…
Superkomputery zostały wprowadzone na szeroką skalę w latach 60. XX wieku, a przez kilka dziesięcioleci najszybsze tworzył Seymour Cray - amerykański informatyk, założyciel przedsiębiorstwa Cray Research.
Już jednak na przełomie lat 30 i 40 XX wieku pojawiały się pierwsze superkomputery budowane przez Konrada Zuse o nazwach Z1 i Z3. Wykonywały dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie i pierwiastkowanie na binarnych liczbach zmiennoprzecinkowych przechowywanych w 64 słowach pamięci. Program zapisany był na ośmiokanałowej taśmie perforowanej i wykonywany w miarę wczytywania. Dane były wprowadzane przez klawiaturę, a wynik odczytywany z wyświetlacza.
Fot. 1. Replika komputera Z3 w Deutsches Museum w Monachium – Wikimedia Autor: Venusianer
Druga połowa XX wieku
W 1960 roku pojawił się komputer UNIVAC LARC o mocy obliczeniowej 250 kFLOPS. W 1964 roku uruchomiona została sprzedaż wyprodukowanego pod nadzorem Seymoura Craya CDC 6600, który potrafił wykonywać 3 miliony operacji na sekundę (3 MFLOPS). Jeden egzemplarz kosztował około 8 milionów dolarów.
Już w 1974 roku firma Craya zbudowała komputer o mocy obliczeniowej 100 MFLOPS, by dwa lata później (1976) zaprezentować komputer Cray-1 o mocy 160 MFLOPS. Komputer Cray-1A wraz z freonowym systemem chłodzenia ważył 5,5 tony.
Cray-1 został zastąpiony w 1982 r. przez Cray X-MP o mocy 500 MFLOPS. Był to pierwszy wieloprocesorowy komputer firmy Cray. W 1985 roku zaawansowany technicznie Cray-2, o szczytowej wydajności 1,9 GFLOPS, zastąpił pierwsze dwa modele. Osiągnął on jednak ograniczony sukces komercyjny ze względu na problemy w utrzymaniu wysokiej wydajności w rzeczywistych aplikacjach.
Fot. 2 Superkomputer Cray-2 w Muzeum w Paryżu – Wikimedia Autor: Edal
Przełom XX i XXI wieku
Lata 90 XX w. to czas wyścigu pomiędzy Amerykanami a Japończykami o miano lidera w budowaniu najwydajniejszych superkomputerów. W roku 1990, japońska NEC Corporation zaprezentowała komputer SX-3/44R o mocy 23,2 GFLOPS. Niemal co roku prezentowano kolejny super wydajny komputer, a ich autorami byli raz Amerykanie, raz Japończycy.
W 2000 roku amerykański IBM zaprezentował ASCI White – superkomputer zbudowany dla amerykańskiego Departamentu Energii w Lawrence Livermore National Laboratory. Osiągał wydajność 7,304 TFLOPS. Posiadał 6 TB pamięci operacyjnej i 160 TB pamięci stałej. Zajmował 512 szaf i ważył 106 ton.
W latach 2004-2007 królował Blue Gene i jego kolejne generacje BlueGene/L, BlueGene/P oraz BlueGene/Q tworzone przez IBM. Wszystko podporządkowane było projektowi, który miał przynieść superkomputer o mocy ponad 1 PFLOPS. Pierwszy system oparty na architekturze Blue Gene/P, nazywany JUGENE, został uruchomiony w 2007 roku w Centrum Badawczym w Jülich. Posiadał 65 535 procesorów, miał moc obliczeniową 180 TFLOPS i był w lutym 2009 roku najszybszym superkomputerem w Europie i szóstym na świecie. W maju 2009 roku został rozbudowany do pełnej konfiguracji, osiągając wydajność 1 PFLOPS.
Fot. 3 Superkomputer Sequoia w Lawrence Livermore National Laboratory – Wikimedia Autor: Lawrence Livermore National Laboratory
Architektura Blue Gene/Q powstała jako dalsze rozwinięcie Blue Gene/P. W czerwcu 2012 superkomputer Sequoia o mocy obliczeniowej 17,17 PFLOPS, oparty na architekturze Blue Gene/Q, zajął pierwsze miejsce na liście najszybszych komputerów świata TOP500. Sequoia był w stanie wykonać 17 biliardów operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę. Zbudowany jest z 96 racków, z których każdy zawiera 1024 osiemnastordzeniowe procesory. Daje to w sumie 98 304 procesory i 1 572 864 rdzeni. Posiada 1,6 petabajta pamięci operacyjnej i zużywa 7,89 MW mocy.
Historia najnowsza
Wg rankingu TOP500 z czerwca 2020 najszybszym superkomputerem na świecie był Fugaku. Stworzony przez japońską firmę Fujitsu i zbudowany w oparciu o 64-rdzeniowy mikroprocesor Fujitsu A64FX. Fugaku używa 158 976 procesorów. Moc obliczeniowa superkomputera Fugaku wynosi 442,01 PFLOPS.
Fot. 4 Superkomputer Fugaku – Wikimedia Autor: Raysonho @ Open Grid Scheduler / Scalable Grid Engine
Od 2022 roku* najbardziej wydajnym komputerem na świecie jest amerykański Frontier, który jako jedyny na świecie przekroczył 1 EFLOPS osiągając 1 194 PFLOPS. Wyprodukowany został przez Cray Inc i uruchomiony w Oak Ridge National Laboratory potrafi wykonać kwintylion (!) operacji na sekundę. Żeby zobrazować jego wydajność, pomyśl, że każdy człowiek na ziemi potrafi wykonać jedno obliczenie na sekundę. Gdyby wszyscy pracowali w ten sposób przez 4 lata, wykonaliby tyle obliczeń, ile Frontier robi w 1 sekundę.
FILM: Frontier: pierwszy na świecie superkomputer eksaskalowy
Postęp techniczny w dziedzinie informatyki powoduje, że nawet superkomputery dość szybko się starzeją. Maszyny, które jeszcze dwadzieścia czy trzydzieści lat temu mogły być nazywane superkomputerami miały wydajność podobną do dzisiejszych smartfonów. Jak długo na szczycie utrzymają się obecnie najszybsze komputery?
Źródło: Wikipedia i Lista TOP500 najszybszych komputerów świata (*stan aktualny na czerwiec 2023)