세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터 12개 | 2021년

우리 대부분에게 컴퓨터는 속도 저하 없이 8K 비디오 또는 최신 버전의 Far Cry를 60fps로 실행할 수 있다면 충분히 빨라 보일 것입니다. 그러나 초당 수십억 개의 계산이 필요한 복잡한 작업이 많이 있습니다. 이는 i9 프로세서가 탑재된 데스크탑에서는 할 수 없는 일입니다.

바로 여기에 슈퍼컴퓨터가 유용합니다. 정부와 조직에서 기존 컴퓨터로는 불가능했던 문제를 해결할 수 있는 높은 수준의 성능을 제공합니다.

오늘날의 슈퍼컴퓨터는 AI(인공 지능) 워크로드를 염두에 두고 구축되었습니다. 기상 예측, 기후 연구, 물리적 시뮬레이션, 석유 및 가스 탐사 외에도 슈퍼컴퓨터는 과학자들이 보다 탄력적인 건축 자재를 발견하고 인간의 단백질과 세포 시스템을 극도로 세부적으로 연구하는 데 도움이 됩니다.

일반적으로 슈퍼컴퓨터의 성능은 초당 부동 소수점 연산(FLOPS)으로 측정됩니다. 과학 계산 분야에서 FLOPS는 초당 명령을 측정하는 것보다 더 정확한 수치입니다.

최초의 슈퍼컴퓨터인 Livermore Atomic Research Computer가 1960년 미 해군 연구 개발 센터를 위해 제작되었다는 사실을 알고 계셨습니까?

그 이후로 우리가 얼마나 멀리 왔는지 보여주기 위해 우리는 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터의 상세한 목록을 선별했습니다. 모두 Linux에서 실행되는 비분산 컴퓨터 시스템입니다.

12. 세쿼이아

속도: 17.1페타플롭스
코어: 1,572,864

공급업체: IBM
위치: 미국 로렌스 리버모어 국립 연구소

Sequoia는 IBM의 BlueGene/Q 서버를 사용하여 20페타플롭스의 이론상 최고 성능을 제공합니다. 이전 제품인 K 컴퓨터보다 코어가 123% 더 많고 에너지 효율이 37% 더 높습니다.

이 기계는 주로 핵무기 시뮬레이션에 사용되지만 기후 변화 및 인간 게놈 분석과 같은 많은 과학적 목적에도 사용할 수 있습니다. 또한 인간 심장의 전기 생리학에 대한 3D 시뮬레이션을 통해 뛰어난 확장성을 입증했습니다.

11. 판게아 III

크레딧:총 S.A.

속도: 17.8페타플롭스
코어: 291,024

공급업체: IBM
위치: 프랑스 포에 있는 CSTJF 기술 및 과학 연구 센터

Pangea III는 IBM의 AI에 최적화된 고성능 아키텍처를 기반으로 합니다. IBM과 NVIDIA는 협력하여 업계 유일의 CPU-GPU NVLink 연결을 구축했으며, 이를 통해 IBM POWER9 CPU와 NVIDIA Tesla V100 Tensor Core GPU 간의 메모리 대역폭이 기존 x86 기반 시스템보다 5배 이상 빨라졌습니다.

이 아키텍처는 컴퓨팅 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 에너지 효율성도 향상시킵니다. 새로운 시스템은 이전 시스템인 Pangea I 및 II와 마찬가지로 petaFLOP당 에너지 소비량의 10% 미만을 사용합니다.

Pangea III는 특히 탐사 및 개발 지진 영상, 개발 및 생산 모델, 자산 평가 및 선택성의 세 가지 다른 분야에서 다양한 응용 프로그램을 가지고 있습니다.

10. 라센

속도: 18.2페타플롭스
코어: 288,288

공급업체: IBM
위치: 미국 로렌스 리버모어 국립 연구소

Lassen은 분류되지 않은 시뮬레이션 및 분석용으로 지정되었습니다. Sierra(가장 빠른 슈퍼컴퓨터 2위)와 동일한 실험실 및 동일한 건물 구성 요소를 사용하여 설치됩니다.

Sierra는 큰 시스템이지만 Lassen은 그 자체로 적절한 크기입니다. 즉, Sierra의 형보다 정확히 1/6 크기입니다. Lassen 시스템은 40개의 랙에, Sierra는 240개의 랙에 포함됩니다.

IBM Power9 프로세서와 253테라바이트의 메인 메모리는 Lassen이 23페타플롭스의 뛰어난 성능을 달성하는 데 도움이 됩니다.

9. SuperMUC-NG

속도: 19.4페타플롭스
코어: 305,856

공급업체: Lenovo
위치: 독일 라이프니츠 슈퍼컴퓨팅 센터

SuperMUC-NG는 700테라바이트 이상의 메인 메모리와 70페타바이트의 디스크 스토리지를 갖춘 6,400개의 Lenovo ThinkSystem SD650 직접 수냉식 컴퓨팅 노드를 갖추고 있습니다.

대형 4K 입체 파워월과 5면 CAVE 인공 가상 현실 환경을 포함하는 강력한 시각화 시스템과 연결됩니다.

슈퍼컴퓨터는 게놈 분석, 유체 역학, 양자 색역학, 생명 과학, 의학 및 천체 물리학을 포함한 여러 분야의 유럽 과학자들을 서버로 사용합니다.

8. AI 브리징 클라우드 인프라

크레딧:ABCI

속도: 19.8페타플롭스
코어: 391,680

공급업체: 후지쯔
위치: 일본 국립 산업 과학 기술 연구소

32.577페타플롭스의 최고 성능을 제공하는 세계 최초의 대규모 개방형 AI 컴퓨팅 인프라입니다. 총 1,088개의 노드가 있으며 각 노드에는 2개의 Intel Xenon Gold Scalable 프로세서, 4개의 NVIDIA Tesla V100 GPU, 2개의 InfiniBand EDR HCA 및 1개의 NVMe SSD가 포함되어 있습니다.

Fujitsu Limited는 슈퍼컴퓨터가 뜨거운 물과 공기 냉각을 사용하여 기존 데이터 센터의 20배의 열 밀도와 70kW 랙의 냉각 용량을 달성할 수 있다고 주장합니다.

7. 삼위일체

속도: 21.2페타플롭스
코어: 979,072

공급업체: 크레이
위치: 미국 로스 알라모스 국립 연구소

Trinity는 NNSA Nuclear Security Enterprise에 탁월한 컴퓨팅 기능을 제공하도록 구축되었습니다. 핵무기 시뮬레이션 코드의 기하학적 및 물리적 충실도를 개선하는 동시에 핵 비축량을 안전하고 효율적으로 유지하는 것을 목표로 합니다.

슈퍼컴퓨터는 두 단계로 개발되었습니다. 첫 번째 단계에는 Intel Xeon Haswell 프로세서가 통합되었고 두 번째 단계에는 Intel Xeon Phi Knights Landing Processor를 사용하여 상당한 성능 향상이 포함되었습니다. 41페타플롭스 이상의 총 최대 성능을 제공할 수 있습니다.

6. 피즈 데인트

속도: 21.2페타플롭스
코어: 387,872

공급업체: 크레이
위치: 스위스 국립 슈퍼컴퓨팅 센터, 스위스

스위스 알프스에 있는 Piz Daint 산의 이름을 따서 명명된 이 슈퍼컴퓨터는 Intel Xeon E5-26xx 마이크로프로세서와 NVIDIA Tesla P100에서 실행됩니다.

Piz Daint는 DataWarp의 '버스트 버퍼 모드'를 활용하여 저장 장치와의 유효 대역폭을 증가시킵니다. 이는 데이터 입력/출력 속도를 가속화하여 수백만 개의 작은 비정형 파일 분석을 용이하게 합니다.

일상적인 작업 외에도 Large Hadron Collider의 실험에서 수집된 데이터와 같이 세계에서 가장 데이터 집약적인 일부 프로젝트의 데이터 분석을 처리할 수 있습니다.

읽기:입자 가속기란 무엇입니까?

5. 프론테라

프론테라 서버의 두 행 사이 보기 | 크레딧:TACC

속도: 23.5페타플롭스
코어: 448,448

공급업체: Dell EMC
위치: 미국 텍사스 고급 컴퓨팅 센터

Frontera는 과학자들이 광범위한 영역에서 복잡한 문제를 쉽게 해결할 수 있도록 광범위한 계산 리소스를 제공함으로써 엔지니어링 및 연구의 새로운 가능성을 열어줍니다.

Frontera는 두 가지 컴퓨팅 하위 시스템을 제공합니다. 첫 번째는 배정밀도 성능에 초점을 맞추고 두 번째는 단정밀도 스트림 메모리 컴퓨팅에 초점을 맞춥니다. 또한 가상 서버를 호스팅하기 위한 클라우드 인터페이스와 여러 애플리케이션 노드가 있습니다.

4. Tianhe-2A

광저우 국립 슈퍼컴퓨터 센터의 Tianhe-2

속도: 61.4페타플롭스
코어: 4,981,760

공급업체: NUDT
위치: 중국 광저우의 국립 슈퍼컴퓨팅 센터

16,000개 이상의 컴퓨터 노드가 있는 Tianhe-2A는 Intel Ivy Bridge 및 Xeon Phi 프로세서의 세계 최대 설치를 나타냅니다. 각 노드에는 88GB의 메모리가 있지만 총 메모리(CPU+코프로세서)는 1,375테비바이트입니다.

중국은 이 슈퍼컴퓨터를 만드는 데 24억 위안(3억9000만 달러)을 썼다. 현재는 시뮬레이션, 분석 및 정부 보안 애플리케이션에 주로 사용됩니다.

3. 선웨이 TaihuLight

속도: 93페타플롭스
코어: 10,649,600

공급업체: NRCPC
위치: 중국 우시의 국립 슈퍼컴퓨팅 센터

TaihuLight의 컴퓨팅 성능은 컴퓨팅 처리 요소와 관리 처리 요소를 모두 포함하는 자체 개발한 여러 코어 SW26010 CPU에서 나옵니다.

단일 SW26010은 260개의 처리 요소(하나의 CPU에 통합됨) 덕분에 3테라플롭스 이상의 최고 성능을 제공합니다. 각 컴퓨팅 처리 요소에는 사용자 제어 캐시 역할을 하는 스크래치패드 메모리가 있어 대부분의 애플리케이션에서 메모리 병목 현상을 크게 줄입니다.

생명 과학 및 제약 연구 외에도 TaihuLight는 10조 개의 디지털 입자로 우주를 시뮬레이션하는 데 사용되었습니다. 그러나 중국은 더 많은 것을 달성하기 위해 노력하고 있습니다. 중국은 이미 2030년까지 AI 분야의 리더가 되겠다는 목표를 밝혔습니다.

2. 시에라

이미지 제공:Wikimedia

속도: 94.6페타플롭스
코어: 1,572,480

공급업체: IBM
위치: 미국 로렌스 리버모어 국립 연구소

Sierra는 이전 Sequoia보다 최대 6배의 지속적인 성능과 7배의 워크로드 성능을 제공합니다. IBM의 Power 9 프로세서와 NVIDIA의 Volta GPU라는 두 가지 유형의 프로세서 칩을 결합합니다.

Sierra는 핵무기 시스템의 성능을 평가하기 위해 특별히 설계되었습니다. 이는 핵 실험 없이 핵무기를 유지하고 신뢰성을 테스트하는 미국 프로그램인 비축 관리의 예측 응용 프로그램에 사용됩니다.

읽기:TPU(Tensor Processing Unit)란 무엇인가요? GPU와 어떻게 다른가요?

1. 서밋

이미지 제공:ORNL

속도: 148.6페타플롭스
코어: 2,414,592

공급업체: IBM
위치: 미국 오크리지 국립연구소

Summit은 최대 200페타플롭스를 제공할 수 있습니다. 이는 초당 200조 부동 소수점 연산과 같습니다.

또한 와트당 14.66gigaFLOPS의 기록된 전력 효율성으로 세계에서 세 번째로 에너지 효율적인 슈퍼컴퓨터입니다.

농구 코트 2개 크기를 차지하는 Summit의 4,600개 이상의 서버에는 9,200개 이상의 IBM Power9 프로세서와 27,600개 이상의 NVIDIA Tesla V100 GPU가 있습니다. 시스템은 185마일의 광섬유 케이블로 연결되며 8,100가구를 운영하기에 충분한 전력을 소비합니다.

2018년, Summit은 엑사스케일의 장벽을 깬 최초의 슈퍼컴퓨터가 되었습니다. 게놈 데이터를 분석하는 동안 초당 거의 20억 번의 계산에 해당하는 188엑사옵스의 최대 처리량을 달성했습니다.

미국은 내년까지 과학 연구를 위한 완전한 능력을 갖춘 엑사스케일 컴퓨팅 생태계를 개발하는 것을 목표로 하고 있으며 Summit은 이를 향한 한 걸음입니다.

1. 후가쿠

속도: 442페타플롭스
코어: 7,630,848

공급업체: 후지쯔
위치: 일본 RIKEN 컴퓨터 과학 센터

Fugaku는 이론상 최고 성능이 537페타플롭인 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터입니다. ARM 프로세서로 구동되는 최초의 상위 슈퍼컴퓨터이기도 합니다.

HPCG 벤치마크에 따르면 Fugaku의 성능은 세계 상위 4대 슈퍼컴퓨터를 합친 성능을 능가합니다.

일본 정부로서는 대단한 성과지만 그러한 강력한 시스템을 설계하는 데 비용이 많이 들지는 않았습니다. 2014년부터 정부는 프로젝트의 R&D, 인수 및 애플리케이션 개발에 약 10억 달러를 지출했습니다.

Fugaku는 Linux와 IHK/McKernel이라는 '경량 다중 커널 OS'라는 두 가지 운영 체제에서 나란히 실행됩니다. Linux는 POSIX(Portable Operating System Interface) 호환 서비스를 처리하는 반면 McKernel은 고성능 시뮬레이션을 실행합니다.

일기 예보, 청정 에너지 개발, 신약 개발, 개인 맞춤형 의학, 양자 역학 법칙 탐구와 같은 우선 순위가 높은 사회 및 과학 문제를 해결하도록 설계되었습니다.

읽기:양자 컴퓨터에 대한 18가지 가장 흥미로운 사실

자주 묻는 질문

슈퍼컴퓨터는 어떤 소프트웨어를 실행하나요?

거의 모든 최신 슈퍼컴퓨터는 Linux 운영 체제를 사용합니다. 그 주된 이유는 Linux의 오픈 소스 특성입니다.

슈퍼컴퓨터는 특정 목적을 위해 설계되었기 때문에 이러한 특정 요구 사항에 최적화된 맞춤형 OS가 필요합니다. 폐쇄적이고 적절한 운영 체제를 개발하고 유지 관리하는 것은 비용과 시간이 많이 소요되는 프로세스임이 밝혀졌습니다.

반면에 Linux는 무료이고 안정적이며 사용자 정의하기 쉽습니다. 개발자는 각 슈퍼컴퓨터에 대해 별도의 Linux 버전을 구성하거나 만들 수 있습니다.

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누가 슈퍼컴퓨터를 사용합니까?

슈퍼컴퓨터는 다음을 포함한 다양한 분야에서 계산 집약적인 작업을 수행하기 위해 과학자와 연구원이 주로 사용합니다.

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공기 역학적 연구 및 일기 예보

암호화 강도 테스트

분자 역학 시뮬레이션

금융 및 시장 조사

3D 핵 실험 시뮬레이션

약물 발견

우주 연구

슈퍼컴퓨터가 가장 많은 국가는 어디인가요?

2021년 기준으로 중국은 세계 500대 슈퍼컴퓨터 중 188대를 보유하고 있다. 미국은 122대, 일본은 34대 슈퍼컴퓨터를 갖고 있다. 상위 두 국가는 세계에서 가장 강력한 슈퍼컴퓨팅 머신의 62%를 차지합니다.

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슈퍼컴퓨터의 미래는?

Technavio 보고서에 따르면 전 세계 슈퍼컴퓨터 시장은 2021년에서 2025년 사이에 125억 달러까지 성장할 것이며 예측 기간 동안 20%의 CAGR로 성장할 것입니다.

인공 지능, 기계 학습 및 클라우드 기술의 사용 증가가 이러한 성장의 주요 원인입니다. 복잡한 물리학, 화학 및 환경 문제를 처리하기 위한 고도로 정교한 모델의 필요성은 성장을 더욱 가속화할 수 있습니다.

대체로 가까운 장래에 정교한 응용 프로그램이 증가함에 따라 슈퍼컴퓨터에 대한 수요가 결과적으로 증가할 것입니다. 정부 기관은 최종 사용자에게 가장 높은 수익을 올릴 것으로 예상됩니다.