2025 Классиф СуперМэйнфрКластПК

1. ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ

ЛИВАК Елена Николаевна
Доцент кафедры
системного программирования и компьютерной безопасности
Кандидат технических наук, доцент

2. КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ

______________________________________

3. Классификация компьютерных систем

Суперкомпьютеры
Мэйнфреймы
Кластеры компьютеров
Персональные компьютеры
Мобильные устройства
Носимые компьютеры
Распределенные системы
Облачные системы

4. Суперкомпьютеры (Supercomputers)

◼ мощные многопроцессорные компьютеры
◼ производительность до нескольких petaflops
i
(1015 вещественных операций в секунду)
flops - floating-point operations per second

5.

Китайский суперкомпьютер может
выполнять квинтиллион операций в секунду
Суперкомпьютер Cray Titan

6. Top500 (ранжирование суперкомпьютеров)

◼ Список 2 раза в год (июнь и ноябрь) составляется на основе теста LINPACK по
решению системы линейных алгебраических уравнений, являющейся общей
задачей для численного моделирования
◼ май 2022 + ноябрь 2022 + ноябрь 2023
◼ 1. Лидер – американский Frontier
с реальной производительностью (на тесте Linpack)
1,102 экзафлопсов (эксафлопсов)
◼ Он основан на новейшей архитектуре HPE Cray EX235a и оснащен
процессорами AMD EPYC 64C 2GHz
◼ количество ядер = 8.730.112
◼ Предполагается, что суперкомпьютер будет эксплуатироваться Министерством
энергетики.

7.

Н
О
Я
Б
Р
Ь
20
23

8. Top500 (ранжирование суперкомпьютеров)

◼ 4. Японский суперкомпьютер Fugaku (Фугаку)
◼
◼
(май 2022 + ноябрь 2022 – 2 МЕСТО, в НОЯБРЕ 2023 – 4 МЕСТО)
(2020-2021 2 года подряд занимал первое место)
◼ производитель - Fujitsu, Япония, Институт физико-химических исследований
производительность 442,01 petaflops (петафлопсов)
◼
48-ядерные однокристальные системы Fujitsu A64FX SoC на архитектуре ARM
Основные направления исследований — физика, химия, биология, медицина,
технические науки и информатика.
В институте находятся
• источник
синхротронного
излучения,
• рентгеновский лазер на
свободных электронах,
• ускорительный
комплекс циклотронов и
синхротронов для
производства и изучения
короткоживущих
изотопов

9. ТОР10 ноябрь 2023

◼ 7. Summit (IBM, США, крупнейшая научно-исследовательская лаборатория
Министерства энергетики США, штат Теннеси)
◼
(в 2018 – 1 место, в 2020 - 2 место, в ноябре 2022 – 5 место, в ноябре 2023 – 7 место)
200 petaflops
4.608 серверов = 9.216 22-ядерных процессоров IBM Power9 и 27.648 графических процессоров
Стоимость $200 млн. Потребление энергии – как небольшой город.
Сферы применения: материаловедение, астрофизика (нейтронная физика), энергетика,
раковые исследования и системная биология, национальная безопасность.
◼ 10. Sierra (IBM США, Калифорния, национальная лаборатория
Министерства энергетики США)
(в 2020 – 3 место, в ноябре 2022 – 6 место, в ноябре 2023 – 10 место)
◼ 94,6 petaflops
◼
◼ SunWay TaihuLight (Китай, Национальный суперкомпьютерный центр)
(в 2016 – 1 место, в 2020 - 4 место, в ноябре 202 – 7 место)
◼
Скорость вычислений - 93 petaflops и 10.649.600 ядер
◼
По скорости он в 2 раза быстрее и в 3 раза эффективнее рекордсмена ◼
◼ Tianhe-2 (Milky Way-2) (Китай, Национальный университет оборонных
технологий)
◼ (в 2013 - лидер, в 2020 - 5 место, в ноябре 2022 – 10 место)
◼
33,86 petaflops, 3.120.000 ядер.

10. Лучший суперкомпьютер

Год
Rmax
Rpeak
Название
(Gflops)
Место,
страна, год
2020
415 530 000
513 855 000
Fugaku
Институт физико-химических исследований
Япония, 2020
2021
442 010 000
537 212 000
Fugaku
Институт физико-химических исследований
Япония, 2020
2022
1 102 000 000
1 685 650 000
Frontier
Oak Ridge National Laboratory
США, 2022
2023
1 194 000 000
1 679 820 000
Frontier
Oak Ridge National Laboratory
США, 2022
Frontier
Oak Ridge National Laboratory
США, 2022
8 699 904 ядра
процессоры AMD EPYC 64C (3 поколение) с
частотой 2 ГГц
El Capitan
Ливерморская национальная лаборатория
США, 2024
11 039 616 ядер
процессоры AMD EPYC 4-го поколения с 24
ядрами по 1,8 ГГц и ускорителях AMD
Instinct MI300A
2024
(2-ое место в
июне 2005)
Июнь 2025
1 206 000 000
1 714 810 000
(1,353 Эфлопс/с)
1 742 000 000
2 746 380 000
(1,74 эфлопс/с)

11. «Экзафлопсные» компьютеры (июнь 2025)

В TOP500 три эксафлопсные системы:
◼ El Capitan (1,742 Эфлопс/с)
◼ Frontier (1,353 Эфлопс/с)
◼ Aurora (1,012 ЭФлоп/с) (производство Intel; процессоры Intel
Xeon CPU Max Series и ускорители Intel Data Center GPU Max Series).
◼ Все три установлены в лабораториях
Министерства энергетики США

12. Распределение суперкомпьютеров из списка Top500 по странам мира (ноябрь 2022 года)

Страна
Количество
суперкомпьютеров
Китай
162
США
127
Германия
34
Япония
31
Франция
24
Великобритания
15
Канада
10
Южная Корея
8
Нидерланды
8
Бразилия
8
Италия
7
Россия
7
Саудовская
Аравия
6
Швеция
6
Австралия
5
Ирландия
5
Швейцария
4
Leonardo – 4 место в ноябре 2022
Болонья, Италия
Остальные - меньше

13. ДИНАМИКА количества суперкомпьютеров в списке Top500 по странам (ноябрь 2023 \ ноябрь 2022 \ май 2022 \ июнь 2020 )

◼
◼
◼
◼
◼
◼
◼
◼
◼
◼
◼
◼
◼
1. США 161 \ 127 \ 127 \ 114
2. Китай 104 \ 162 \ 173 \ 226
Китай + США = 2\3 самых
3. Германия 36 \ 31 \ 31 \ 16
производительных
4. Япония 32 \ 34 \ 34 \ 29
суперкомпьютеров в мире
5. Франция 23 \ 24 \ 22 \19
6. Великобритания 15 \ 15 \ 12 \10
7. Италия 12 \ 7\ 6 \ 7
8. Южная Корея 12 \ 8 \ 6 \ 3
9. Нидерланды 10 \ 8 \ 6 \ 15
10. Канада 10 \ 10 \ 14 \ 12
11. Бразилия 9 \ 8 \ 6 \ 4
12. Саудовская Аравия 7
13. Россия 7 \ 7 (на 10) \ 7 (была на 8 месте) \ 2 (была на 36 месте)

14. июнь 2025 года

Ноябрь 2025
США лидируют (171 система)
за ними следуют
Япония (43)
Китай (40)
Германия (40)
Франция (22)
…
Россия (5)
ОС - Linux
США
Китай
Германия
Япония
Франция
Италия
Южная Корея
Канада
Великобритания
Бразилия
Норвегия
Швеция
Тайвань
Нидерланды
Польша
Россия
Саудовская Аравия
Индия
175
47
41
39
25
17
15
13
13
9
9
9
8
7
7
6
6
6

15.

Список TOP500 ноябрь 2025
1
1809,00
2821,10
El Capitan
EPYC 24C
HPE
2
1353,00
2055,72
Frontier
EPYC 64C
HPE
3
1012,00
1980,01
Aurora
Xeon Max 9470
4
1000,00
1226,28
JUPITER
Booster
GH Superchip 72C
5
561,20
846,84
Eagle
Xeon Platinum
8480C
ExaFlops
4 экзафлопсных !
И впервые европейский
Ливерморская национальная
лаборатория
США, 2024
Ок-Риджская национальная
лаборатория
США, 2022
HPE
Аргоннская национальная
лаборатория
США, 2023
Atos
EuroHPC JU
Европейский союз, Юлихский
исследовательский центр
Германия, 2025
Microsoft
Microsoft
США, 2023

16. Замечание для любознательных

Несмотря на триумф США,
The New York Times пишет, что Top500 может быть нерелевантен из-за того,
что Китай располагает куда более производительными системами,
чем заявляет официально.
Журналисты уверены,
что КНР не предоставляет данных о китайских суперкомпьютерах
экзафлопсного уровня для участия в авторитетном рейтинге.
Такую стратегию они выбрали по той причине,
что страна использует иностранные чипы в суперкомпьютерах
и не хочет привлекать к себе внимание американских регуляторов.

17.

Тайвань – «Кремниевый щит»
Напряженность
вокруг Тайваня
◼ производит ошеломляющие 65% мировых полупроводников и
более 90% чипов самого высокого класса
◼ ни одна компания не является более важной для мировой
TSMC
Taiwan Semiconductor Manufacturing Company
экономики, чем
Микрочипами TSMC
пользуются Apple, AMD,
Qualcomm, Nvidia,
автопроизводители и
множество других компаний
— и это единственный
производитель в мире,
способный обеспечить их
нужными компонентами
Передовые микрочипы TSMC незаменимы
для iPhone, медицинских устройств,
ракетных пусковых платформ и многих
других технологий, и им практически нет
равных. Страны и компании, которые не
могут использовать самые передовые
полупроводники TSMC, просто не могут
разрабатывать определенные критически
важные технологии. Таким образом,
решения компании могут
непосредственно касаться вопросов
глобальной безопасности.

18. 4 марта 2020 AMD анонсировала самый мощный в мире суперкомпьютер El Capitan

◼
◼
◼
◼
на основе CPU и GPU (процессоры и видеокарты), которые должны были выйтеи в
2021, а суперкомпьютер должен был быть введен в строй в 2023 г
создавался по заказу Министерства энергетики США компанией Cray
для задач, связанных с ядерным оружием
ОБЕЩАЛИ – «это будет самый быстрый суперкомпьютер в мире (2 ExaFLOPS)»
El Capitan будет
мощнее,
чем 200 самых
мощных в 2020
суперкомпьютеров
TOP500
вместе взятых

19.

20.

21.

22.

23. ОС для суперкомпьютеров

ОС для суперкомпьютеров должны поддерживать
• распараллеливание решения задач
• синхронизацию параллельных процессов,
одновременно решающих подзадачи некоторой программы
Операционные системы
◼ С ноября 2015 года в рейтинге нет ни
одного суперкомпьютера под управлением
операционной системы Windows.
◼ Также среди мощнейших
суперкомпьютеров нет ни одной машины
под управлением Mac OS.
◼ Большинство суперкомпьютеров до
середины 2000-х годов работали под
управлением UNIX,
◼ Ныне - под управлением операционной
системы Linux.

24. Компьютеры общего назначения (mainframes) 1950-е – 1970-е

◼ Типичные примеры:
IBM 360/370;
◼ российские – М-220, БЭСМ-6.
◼
◼ Параметры ранних mainframe-компьютеров:
быстродействие - несколько тысяч операций в секунду,
◼ оперативная память – несколько тысяч ячеек (слов)
◼ неудобный пользовательский интерфейс
(без интерактивного взаимодействия)
◼
Упоминаю эти системы потому, что именно для
МЭЙНФРЕЙМОВ
- создавались первые ОС
- были реализованы все основные
методы и алгоритмы

25. Современные мэйнфрэймы (mainframes)

◼ универсальный, большой компьютер, предназначенный для решения
задач, связанных с интенсивными вычислениями и обработкой больших
объемов информации
Мэйнфрейм = Большая ЭВМ

26. Современные мэйнфрэймы (mainframes)

◼
В 2000 г IBM представила новую линейку мэйнфреймов с 64-разрядной
архитектурой
eServer zSeries
◼
С 2008 года – новый уровень архитектуры
z/Architecture 2

27. Сравнение суперкомпьютеров и мэйнфрэймов

◼ Суперкомпьютеры используются для научных и инженерных задач
(высокопроизводительные вычисления, например, в области
метеорологии или моделирования ядерных процессов).
◼ Главное - мощность процессора и объём оперативной памяти!
◼ Мэйнфреймы применяются для целочисленных операций.
◼ Главное - требовательность к скорости обмена данными, к надёжности и
к способности одновременной обработки транзакций (ERP-системы,
системы онлайн-бронирования, банковские системы).

28. Кластеры компьютеров (computer clusters)

i

29. Кластеры компьютеров (computer clusters)

i

30. Настольные компьютеры (desktops)

31. Портативные компьютеры (laptops, notebooks)

◼ дословно «компьютеры, помещающиеся на коленях»,
«компьютеры-тетрадки»
◼ Это миниатюрные компьютеры
Встроенные порты и адаптеры для беспроводной связи:
◼ Wi-Fi
– вид радиосвязи, позволяющий работать в
беспроводной сети с производительностью 10-100 мегабит в
секунду (используется в зоне радиусом в несколько сотен
метров от источника приема-передачи);
◼ Bluetooth – радиосвязь на более коротких расстояниях (10 –
100 м для Bluetooth 3.0), используемая для взаимодействия
компьютера с мобильным телефоном, наушниками,
плейером и др.

32. Портативные компьютеры (laptops, notebooks)

◼ Внешние устройства (дополнительные жесткие диски, принтеры, иногда
даже DVD-ROM) подключаются через порты USB
◼ Наличие карт-ридеров – портов для чтения всевозможных карт памяти,
используемых в мобильных телефонах или цифровых фотокамерах
◼ Обеспечивается также интерфейс FireWire для подключения цифровой
видеокамеры
◼ Критический параметр ноутбука – время работы батарей без подзарядки
◼ Нетбук - ноутбук, предназначенный для работы в сети, обычно менее
мощный и поэтому более дешевый, а также более миниатюрный
i
На ноутбуках используются те же операционные системы,
что и для настольных компьютеров
(например, Windows или MacOS).

33. Карманные портативные компьютеры и органайзеры (КПК, handhelds, PDA)

◼ в виде миниатюрного компьютера (помещаются на
ладони или в кармане, но по своему быстродействию
иногда не уступают ноутбуку).
◼ Серьезные недостатки КПК - это неудобство ввода
информации (палочка-стайлус) и неудобство чтения
информации на маленьком экране
◼ имеют фактически те же порты и адаптеры, что и
ноутбуки – Wi-Fi, Bluetooth, IrDA, USB

34. Карманные портативные компьютеры и органайзеры (КПК, handhelds, PDA)

✓ Операционные системы для КПК
аналогичны ОС для ноутбуков,
но учитывают более жесткие ограничения
на объем оперативной памяти
✓ Широко используется ОС Windows Mobile – аналог
Windows для мобильных устройств
✓ До недавнего времени была также широко
распространена PalmOS для органайзеров типа PalmPilot
фирмы 3COM