Что такое суперкомпьютер и что он умеет. Объясняем простыми словами

Эксперт статьи:

Проще говоря, суперкомпьютер — это гигантский мозг, который может думать в миллионы раз быстрее, чем обычный компьютер.

Представьте, что вам нужно решить сложнейшую математическую задачу, требующую миллиардов вычислений. Обычному компьютеру потребуются дни или даже недели, чтобы справиться с этим, а суперкомпьютер решит её за считаные минуты.

Суперкомпьютеры могут занимать сотни квадратных метров и весить десятки тонн. Чаще всего они выглядят как множество серверных стоек в специальном помещении (дата-центре).

Как работают суперкомпьютеры

Суперкомпьютеры разбивают сложные задачи на множество мелких частей и обрабатывают их одновременно с помощью тысяч или даже миллионов процессоров. Каждый из них выполняет свою часть задачи, а затем результаты объединяются в единое решение.

Важный элемент суперкомпьютеров — высокоскоростные соединения (интерконнекты), которые позволяют процессорам быстро обмениваться данными. Это важно, так как для решения сложных задач процессоры должны постоянно синхронизироваться и делиться промежуточными результатами.

Для управления всей этой мощью требуется специальная программа, которая помогает распределять задачи между процессорами и координировать их работу.

Наконец, суперкомпьютеры оснащены эффективными системами охлаждения. Ведь тысячи процессоров, работающих одновременно, выделяют огромное количество тепла. Вентиляторов иногда не хватает, поэтому иногда тепло отводят с помощью жидкости — совсем как из моторов автомобилей. Некоторые суперкомпьютеры даже обогревают этим теплом соседние здания.

Зачем нужны суперкомпьютеры

Суперкомпьютеры применяют там, где требуется обработка огромных объёмов данных или выполнение сложных вычислений.

В науке они:

• моделируют климатические изменения, прогнозируют погоду и помогают предсказывать природные катастрофы, такие как ураганы и наводнения;
• используются для моделирования галактик, звёзд и чёрных дыр, помогая учёным лучше понимать устройство Вселенной;
• анализируют генетические данные, ускоряя разработку лекарств и персонализированных методов лечения.

В промышленности:

• моделируют аэродинамику, тестируют прочность материалов и оптимизируют конструкции самолётов и автомобилей, делая их более безопасными и энергоэффективными;
• помогают в разработке новых источников энергии, включая моделирование ядерных реакций и оптимизацию добычи нефти и газа;
• используются для обучения сложных нейронных сетей.

Кроме того, суперкомпьютеры применяют в сфере финансов и бизнеса. Там они анализируют рыночные тренды, оптимизируют инвестиционные стратегии и помогают в борьбе с киберугрозами.

Кто и как производит суперкомпьютеры

Суперкомпьютеры создают крупные технологические компании и исследовательские институты

Другие компании: Dell, Nvidia и китайская Dawning также играют важную роль в производстве суперкомпьютеров.

Примеры мощных суперкомпьютеров и их особенности:

🖥️ Frontier (HP). Это первый в мире суперкомпьютер, достигший производительности такого уровня, что обрабатывает более квинтиллиона (1 000 000 000 000 000 000) операций в секунду. Он установлен в Национальной лаборатории Ок-Риджа в США и состоит из 74 шкафов, каждый из которых весит около 3,6 тонны. Frontier решает задачи, которые потребовали бы более четырёх лет для выполнения всеми людьми на планете вместе взятыми.

🖥️ Fugaku (Fujitsu). Производительность: 442 квадриллиона (442 000 000 000 000 000) операций в секунду. Находится в Японии. Название связано с горой Фудзи, что подчёркивает его мощь.

🖥️ Lumi (совместная разработка десяти европейских стран). Самый мощный суперкомп в Европе, находится в Финляндии. Мощность: 375 квадриллиона (по другим данным, 550) операций в секунду. Он энергоэффективен и экологически чист — охлаждается естественным образом и использует гидроэлектрическую энергию, производя 20% тепла для окрестных зданий.

🖥️ Sierra от IBM и Nvidia, развернутый в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (США). Производительность: 71,6 квадриллиона операций в секунду. Sierra построен на базе процессоров IBM POWER9 и GPU-ускорителей NVIDIA Volta. Основное назначение системы —моделирование ядерных испытаний и физики плазмы.

Суперкомпьютеры в России

В России несколько производителей суперкомпьютеров.

💪 РСК. Создаёт системы с погружным охлаждением:

• «Говорун» (ОИЯИ) — для ядерных исследований.
• «РСК Торнадо» (МФТИ) — для обучения нейросетей.
• «Сергей Годунов» (ИМ СО РАН).

💪 «Яндекс» и «Сбер» — частные гиганты. Их машины («Червоненкис», «Кристофари») входят в мировой топ-500. Эти суперкомпьютеры используют для развития ИИ.

💪 «К2 НейроТех» — специализируется на суперкомпьютерных и ИИ-решениях. Компания развернула суперкомпьютер «Оракул» для Центра НТИ на базе Новосибирского государственного университета. Решение в 10–12 раз ускорило выполнение сложных математических расчётов при разработке новых типов материалов и проектировании изделий для промышленных предприятий.

💪 Т-Платформы — разработала суперкомпьютер «Ломоносов-2» для МГУ. После 2019 года активность фирмы снизилась на фоне ареста гендиректора.

Системы Росатома для ядерных расчётов не публикуются в рейтингах, но считаются самыми мощными в стране. А ещё в Новосибирске есть «Лаврентьев» — первый академический суперкомпьютер за Уралом.

В 2025 году совокупная мощность российских суперкомпьютеров в 4 раза меньше, чем у японского Fugaku. В рейтинге 500 мощнейших машин у России лишь несколько образцов.

Почему так? Сказывается зависимость от импорта: 90% затрат — зарубежные компоненты (процессоры AMD, графические ускорители Nvidia). Плюс санкции блокируют доступ к новым чипам.

Президент Владимир Путин в 2024 году поручил увеличить мощность отечественных суперкомпьютеров в 10 раз, а правительство закрепило планы в нацпроектах «Наука» и «Цифровая экономика».

Чтобы стимулировать компании, государство с 2025 года будет компенсировать часть затрат на электросети через проект «Искусственный интеллект».

Как будут развиваться суперкомпьютеры

В ближайшие годы ожидается появление машин в 20 раз мощнее нынешних лидеров. А к 2036 году суперкомпьютеры должны выполнять секстиллионы (сумма с 21-м нулём: 1 000 000 000 000 000 000 000) операций в секунду.

Это позволит решать задачи, которые сегодня кажутся фантастикой, например моделирование всей Земли в реальном времени или создание точных симуляций человеческого мозга.

Также суперкомпьютеры станут «мозгом» мощных ИИ-систем, способных управлять мегаполисами в реальном времени — от распределения энергии до предотвращения пробок. Например, NVIDIA Selene уже обучает нейросети для беспилотных автомобилей.

Ещё в будущем суперкомпьютеры будут чаще интегрироваться с облачными платформами, что позволит исследователям и компаниям получать доступ к вычислительным ресурсам без необходимости строить собственные системы. Это сделает суперкомпьютеры более доступными для широкого круга пользователей.

Однако разработка новых машин требует огромных инвестиций — например, суперкомпьютер Frontier обошелся в $600 млн, а его ежегодное энергопотребление сравнимо с затратами небольшого города.

Факты из истории суперкомпьютеров

• Первые суперкомпьютеры появились в 1960-х годах.

• Одной из ключевых фигур в этой области стал американский инженер Сеймур Крей. Он разработал CDC 6600 — первый коммерчески успешный суперкомпьютер, выпущенный в 1964 году.

• История суперкомпьютеров в России началась в 1980-е годы.

Эта статья — одна из тысяч в «Энциклопедии "Секрета фирмы"». В этом проекте мы простыми словами рассказываем о сложных терминах и явлениях. Посмотрите другие статьи «Энциклопедии», чтобы лучше понимать мир, в котором мы живём.