Wat is de snelste supercomputer ter wereld?

Supercomputers zijn het hoogtepunt van de computertechnologie, die in staat zijn grote hoeveelheden gegevens te verwerken en complexe berekeningen met hoge snelheden uit te voeren. Deze krachtige machines worden gebruikt voor een breed scala aan toepassingen, van wetenschappelijk onderzoek tot nationale veiligheidssimulaties, klimaatmodellering, industrieel ontwerp en kunstmatige intelligentie (AI).

De escalerende vraag naar enorme hoeveelheden cloudgebaseerde rekenkracht brengt supercomputingtechnologieën naar hyperscale datacenters. En door de snelle adoptie van AI zullen er waarschijnlijk wereldwijd meer supercomputers worden gebouwd.

De Britse regering heeft bijvoorbeeld zojuist plannen aangekondigd om £900 miljoen te investeren in een nieuwe supercomputer die een van de krachtigste in Europa zal zijn om Brits onderzoek en innovatie naar het potentiële en veilige gebruik van AI-technologie te stimuleren.

Het cluster zal duizenden grafische verwerkingseenheden (GPU’s) omvatten om de grote taalmodellen (LLM’s) te trainen die vandaag de dag het onderzoek en de ontwikkeling van AI aandrijven.

Ondertussen bouwt het International Centre for Neuromorphic Systems (ICNS) van de Western Sydney University aan wat naar eigen zeggen de eerste supercomputer ter wereld zal worden die in staat is netwerken op de schaal van het menselijk brein te simuleren.

De DeepSouth-supercomputer zal een neuromorf systeem gebruiken dat biologische processen nabootst en grote netwerken van piekende neuronen emuleert met 228 biljoen synaptische operaties per seconde. Dat ligt dicht bij de geschatte snelheid van operaties in het menselijk brein.

Het platform zal worden ontworpen om de vooruitgang op het gebied van slimme apparaten, zoals mobiele telefoons en Internet of Things (IoT)-sensoren voor de productie en de landbouw, te vergemakkelijken en minder energie-intensieve en slimmere AI-toepassingen te creëren.

Naarmate meer landen grootschalige supercomputers bouwen met de capaciteit om de ontwikkeling van AI te ondersteunen, roept dit de vraag op: waar zijn de snelste supercomputers ter wereld, en hoeveel zijn dat er?

Supercomputers definiëren

Voordat we ons in de cijfers verdiepen, is het belangrijk om te begrijpen wat een supercomputer onderscheidt van een krachtige computer.

Supercomputers worden doorgaans gekenmerkt door hun uitzonderlijke verwerkingskracht. Hun snelheid wordt gemeten in zogehete floating-point operations per seconde (flops), wat verwijst naar het aantal rekenkundige berekeningen dat ze kunnen uitvoeren. Hoewel er geen strikte drempel is die een supercomputer scheidt van een regulier high-performance computing (HPC)-systeem, kunnen supercomputers over het algemeen presteren met snelheden gemeten in teraFLOP’s (biljoenen) en petaFLOP’s (quadriljoenen).

Supercomputers worden voor een breed scala aan toepassingen gebruikt door overheden, onderzoeksinstellingen en industriële bedrijven. Ze variëren in grootte van supergrote tot kleinschalige apparaten. Er zijn tegenwoordig zoveel supercomputers dat het moeilijk is het exacte aantal te bepalen. Bovendien zijn sommige systemen om redenen van nationale veiligheid, geopolitieke of concurrentieredenen niet publiekelijk bekend.

Het TOP500-project rangschikt echter twee keer per jaar de 500 krachtigste supercomputers ter wereld op basis van hun prestaties op de Linpack-benchmark, die de snelheid meet waarmee een computer een systeem van lineaire vergelijkingen kan oplossen. Dit biedt een gestandaardiseerde manier om de mogelijkheden van supercomputers te vergelijken.

Waar zijn de snelste supercomputers ter wereld?

De 500 snelste supercomputers staan ​​verspreid over 35 landen, waarvan 29 landen over meer dan één systeem beschikken. Van november 2017 tot november 2022 had China het grootste aantal supercomputers.

Maar vanaf juni 2023 heeft de VS de toppositie op de Top500-lijst hervat, en sindsdien is het aantal gestegen van 150 supercomputers naar 161 in november. China heeft er 104 en wordt gevolgd door Duitsland, dat 36 supercomputers heeft. Japan en Frankrijk completeren de top vijf, terwijl Groot-Brittannië, Canada, Italië, Zuid-Korea, Nederland en Canada de top 10 vervolledigen.

De VS is ook koploper op het gebied van prestaties, gemeten in de maximaal behaalde Linpack-prestaties (Rmax) bij 3.725.851 teraFLOPS (TFLOPS). Dat is ruim boven de 407.239 TFLOPS van China.

Het Frontier-systeem van het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) in Tennessee, VS, is de enige exascale-machine met een High-Performance Linpack (HPL) van meer dan één Exaflop per seconde (1 EFLOP/s).

Het systeem is gebaseerd op de HPE Cray EX235a-architectuur en is uitgerust met AMD EPYC 64C 2GHz-processors en in totaal 8.699.904 cores. Frontier verhoogde zijn HPL van 1,02 EFLOP/s in november 2022 naar 1,194 EFLOP/s in juni, een stijging van 17%. Exascale werd nog maar een paar jaar geleden gezien als slechts een ambitieus doel, wat wijst op het snelle tempo van de technologische ontwikkeling.

De snelste supercomputer was voorheen het 442 PFLOP/s Fugaku-systeem in het Riken Center for Computational Science (R-CCS) in Kobe, Japan, van juni 2020 tot juni 2022. Fugaku wordt aangedreven door Fujitsu’s 48-core A64FX-systeem op chip (SoC ), waardoor het het eerste nummer één systeem is dat wordt aangedreven door ARM-processors.

Op de tweede plaats staat het nieuwe Aurora-systeem van de Argonne Leadership Computing Facility in Illinois, VS, met een capaciteit van 585,34 PFLOP/s.

Het is de moeite waard om op te merken dat de cijfers van Aurora slechts de helft van het geplande definitieve systeem weerspiegelen, aangezien het nog in gebruik wordt genomen. Als het eenmaal volledig operationeel is, zal het naar verluidt Frontier overschrijden met een topprestatie van 2 EFLOP/s.

Aurora is gebouwd door Intel op basis van de HPE Cray EX – Intel Exascale Compute Blade, die gebruik maakt van Intel Xeon CPU Max Series-processors en Intel Data Center GPU Max Series-accelerators, die communiceren via HPE’s Slingshot-11-netwerkverbinding.

Een ander nieuw systeem genaamd Eagle, geïnstalleerd in de Microsoft Azure Cloud in de VS met een prestatie van 561,2 PFLOP/s, heeft de derde plek ingenomen. Dit is de hoogste rang die een cloudsysteem ooit heeft bereikt op de TOP500-lijst, slechts twee jaar nadat het eerste cloudsysteem op de 10e plaats op de lijst kwam.

De Summit-supercomputer bij ORNL stond van juni 2018 tot november 2019 op de eerste plaats met een prestatie van 122,3 PFLOP/s en staat nu op de zevende positie met een verbeterde prestatie van 148,60 PFLOP/s. De Sunway TaihuLight-supercomputer in het National Supercomputing Center in de stad Wuxi, China, was de snelste van juni 2016 tot november 2017 en staat nu op de elfde plaats met een snelheid van 93,01 PFLOP/s.

De ontwikkeling van Chinese supercomputers is beïnvloed door Amerikaanse sancties op de toegang van China tot halfgeleiderapparatuur en andere geavanceerde technologieën die militaire of inlichtingentoepassingen kunnen hebben.

Er zijn echter raporten dat China over andere geavanceerde supercomputers beschikt die niet zijn gebenchmarkt, maar die blijken uit wetenschappelijke resultaten die in onderzoekspapers zijn gepubliceerd.

Stroomvereisten stimuleren energie-efficiëntie push

Supercomputers en HPC’s worden geconfronteerd met stijgende energiekosten, vooral omdat de vraag naar middelen voor AI, machine learning en high-performance data-analyse (HPDA) toeneemt. Nieuwe centrale verwerkingseenheden (CPU’s) en GPU’s verbruiken meer stroom dan oudere modellen. Bezorgdheid over koolstofemissies (CO2) en overheidsregelgeving stimuleren verdere stappen in de richting van energie-efficiëntie en duurzaamheid.

De Green500-lijst, gepubliceerd naast de Top500-lijst, sorteert de krachtigste supercomputers ter wereld op basis van hun energie-efficiëntie. De twee meest efficiënte supercomputers bevinden zich in de VS, gevolgd door systemen in Frankrijk, Australië en Zweden. Supercomputers in Spanje, Finland, Duitsland en Zuid-Korea dragen bij aan de top 10.

De HPL-prestaties van de topsystemen laten zien dat de enorme stroomcapaciteit niet ten koste hoeft te gaan van efficiënt energieverbruik. De LUMI-supercomputer in Finland is bijvoorbeeld de snelste supercomputer in Europa en de vijfde snelste ter wereld, met een Rmax van 379,70 PFLOP/s.

Het systeem, dat sinds december 2022 volledig operationeel is, is het zevende meest efficiënte op de Green500-lijst, met een efficiëntie van 53.428 GFLOPs per watt.

LUMI wordt volledig aangedreven door CO2-vrije waterkracht en maakt gebruik van natuurlijke waterkoelingsystemen om de processors af te koelen. Bovendien wordt alle geproduceerde restwarmte hergebruikt voor lokale stadsverwarming in de thuisstad Kajaani.

De Leonardo-supercomputer in Italië is de zesde snelste ter wereld en de 18e meest energiezuinige. Alle zes supercomputers in de European High-Performance Computing (EuroHPC) Joint Undertaking (JU) zijn watergekoeld om hun energie-efficiëntie te verbeteren en streven ernaar om op een zo duurzaam mogelijke manier te werken.

Ondertussen staat de Frontier-supercomputer in de VS op de achtste plaats van meest energie-efficiënte met een beoordeling van 52,59 GFLOPs/watt, ondanks de HPL-score van 1,194 EFLOP/s.

Conclusie

Supercomputers spelen een cruciale rol bij het bevorderen van wetenschap, technologie en innovatie in verschillende toepassingen in de wetenschap, de academische wereld, het leger en de industrie. Het aantal supercomputers in de wereld is een dynamisch cijfer dat verandert naarmate de technologie vordert en nieuwe machines worden geïntroduceerd.

Naarmate de technologie blijft evolueren met de stijgende vraag naar cloud computing-capaciteit en AI, wordt verwacht dat het aantal supercomputers zal groeien, waardoor de grenzen van wat mogelijk is op het gebied van computationele wetenschap en techniek verder worden verlegd.