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TOP500

El proyecto TOP500 clasifica y detalla los 500 sistemas informáticos no distribuidos más potentes del mundo. El proyecto se inició en 1993 y publica una lista actualizada de los superordenadores dos veces al año. La primera de estas actualizaciones siempre coincide con la Conferencia Internacional de Supercomputación en junio, y la segunda se presenta en la Conferencia de Supercomputación ACM/IEEE en noviembre. El proyecto tiene como objetivo proporcionar una base fiable para el seguimiento y la detección de tendencias en la informática de alto rendimiento y basa las clasificaciones en los puntos de referencia HPL [1], una implementación portátil del punto de referencia de alto rendimiento LINPACK escrito en Fortran para ordenadores de memoria distribuida .

La edición más reciente de TOP500 se publicó en junio de 2024 como la 63.ª edición de TOP500, mientras que la próxima edición de TOP500 se publicará en noviembre de 2024 como la 64.ª edición de TOP500. Desde junio de 2022, Frontier de Estados Unidos es la supercomputadora más potente del TOP500, alcanzando 1102 petaFlops (1.102 exaFlops) en los puntos de referencia LINPACK. [2] A partir de 2018, Estados Unidos tiene, con diferencia, la mayor participación de la potencia informática total en la lista (casi el 50%). [3] A partir de 2023, Estados Unidos tiene la mayor cantidad de sistemas con 161 supercomputadoras, y China ocupa el segundo lugar con 104.

La 59.ª edición de TOP500, publicada en junio de 2022, fue la primera edición de TOP500 que incluyó solo supercomputadoras de 64 bits; a partir de junio de 2022, las supercomputadoras de 32 bits ya no figuran en la lista. [ cita requerida ] La lista TOP500 está compilada por Jack Dongarra de la Universidad de Tennessee , Knoxville , Erich Strohmaier y Horst Simon del Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética (NERSC) y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL), y, hasta su muerte en 2014, Hans Meuer de la Universidad de Mannheim , Alemania . [ cita requerida ] El proyecto TOP500 también incluye listas como Green500 (que mide la eficiencia energética) y HPCG (que mide el ancho de banda de E/S). [ cita requerida ]

Historia

Crecimiento rápido del rendimiento de las supercomputadoras, según datos del sitio web top500.org. El eje y logarítmico muestra el rendimiento en G FLOPS .
  Rendimiento combinado de las 500 supercomputadoras más grandes
  La supercomputadora más rápida
  Supercomputadora en el puesto 500

A principios de los años 90, se necesitaba una nueva definición de supercomputadora para producir estadísticas significativas. Después de experimentar con métricas basadas en el número de procesadores en 1992, surgió la idea en la Universidad de Mannheim de utilizar una lista detallada de los sistemas instalados como base. A principios de 1993, Jack Dongarra fue persuadido para unirse al proyecto con sus puntos de referencia LINPACK . Una primera versión de prueba se produjo en mayo de 1993, basada en parte en datos disponibles en Internet, incluidas las siguientes fuentes: [4] [5]

La información de esas fuentes se utilizó para las dos primeras listas. Desde junio de 1993, el TOP500 se produce dos veces al año basándose únicamente en las presentaciones de sitios y proveedores. Desde 1993, el rendimiento de la posición número 1 ha crecido de manera constante de acuerdo con la ley de Moore , duplicándose aproximadamente cada 14 meses. En junio de 2018, Summit fue el más rápido con un Rpeak [8] de 187,6593 P FLOPS . A modo de comparación, esto es más de 1.432.513 veces más rápido que Connection Machine CM-5/1024 (1.024 núcleos), que fue el sistema más rápido en noviembre de 1993 (veinticinco años antes) con un Rpeak de 131,0 G FLOPS . [9]

Arquitectura y sistemas operativos

Porcentaje de familias de procesadores en las supercomputadoras TOP500 por año [ necesita actualización ]

A partir de junio de 2022 , todas las supercomputadoras en TOP500 son supercomputadoras de 64 bits , en su mayoría basadas en CPU con la arquitectura del conjunto de instrucciones x86-64 , 384 de las cuales están basadas en Intel EMT64 y 101 de las cuales están basadas en AMD AMD64 , siendo estas últimas las ocho mejores supercomputadoras. Otras 15 supercomputadoras se basan en arquitecturas RISC , incluidas seis basadas en ARM64 y siete basadas en Power ISA utilizado por los microprocesadores IBM Power . [ cita requerida ]

En los últimos años, la computación heterogénea ha dominado el TOP500, utilizando principalmente las unidades de procesamiento gráfico (GPU) de Nvidia o los Xeon Phi basados ​​en x86 de Intel como coprocesadores . Esto se debe a mejores relaciones de rendimiento por vatio y un mayor rendimiento absoluto. Las GPU de AMD han tomado el top 1 y han desplazado a Nvidia en la parte del top 10 de la lista. Las excepciones recientes incluyen las mencionadas Fugaku , Sunway TaihuLight y K computer . Tianhe-2A también es una excepción interesante, ya que las sanciones estadounidenses impidieron el uso de Xeon Phi; en su lugar, se actualizó para utilizar los aceleradores Matrix-2000 [10] diseñados en China . [ cita requerida ]

Dos computadoras que aparecieron por primera vez en la lista en 2018 se basaban en arquitecturas nuevas en el TOP500. Una era una nueva microarquitectura x86-64 del fabricante chino Sugon, que usaba CPU Hygon Dhyana (resultaron de una colaboración con AMD y son una variante menor de AMD EPYC basada en Zen ) y ocupaba el puesto 38, ahora 117, [11] y la otra era la primera computadora basada en ARM en la lista, que usaba CPU Cavium ThunderX2 . [12] Antes del ascenso de x86 de 32 bits y luego de x86-64 de 64 bits a principios de la década de 2000, una variedad de familias de procesadores RISC conformaban la mayoría de las supercomputadoras TOP500, incluidas SPARC , MIPS , PA-RISC y Alpha .

Participación de familias de sistemas operativos en las supercomputadoras TOP500 según tendencia temporal

Desde el superordenador Earth Simulator , todos los superordenadores más rápidos han utilizado sistemas operativos basados ​​en Linux . Desde noviembre de 2017 , todos los superordenadores enumerados utilizan un sistema operativo basado en el núcleo Linux . [13] [14]

Desde noviembre de 2015, ningún ordenador de la lista ejecuta Windows (mientras que Microsoft reapareció en la lista en 2021 con Ubuntu basado en Linux). En noviembre de 2014, el ordenador en la nube Windows Azure [15] ya no estaba en la lista de supercomputadoras más rápidas (su mejor puesto fue el 165 en 2012), dejando al Magic Cube del Centro de Supercomputación de Shanghái como el único superordenador basado en Windows en la lista, hasta que también salió de la lista. Ocupó el puesto 436 en su última aparición en la lista publicada en junio de 2015, mientras que su mejor puesto fue el 11 en 2008. [16] Ya no hay ningún ordenador Mac OS en la lista. Tenía como máximo cinco sistemas de este tipo a la vez, uno más que los sistemas Windows que vinieron después, mientras que la cuota de rendimiento total para Windows era mayor. Sin embargo, su cuota de rendimiento relativa de toda la lista era similar, y nunca alta para ninguno de los dos. En 2004, la supercomputadora System X basada en Mac OS X ( Xserve , con 2.200 procesadores PowerPC 970 ) ocupó el séptimo lugar. [17]

Ha pasado más de una década desde que los sistemas MIPS desaparecieron por completo de la lista [18], aunque la supercomputadora Gyoukou , que saltó al cuarto lugar [19] en noviembre de 2017, tenía un diseño basado en MIPS como una pequeña parte de los coprocesadores. El uso de coprocesadores de 2048 núcleos (más 8 MIPS de 6 núcleos, para cada uno, que "ya no requieren depender de un procesador host Intel Xeon E5 externo" [20] ) hizo que la supercomputadora fuera mucho más eficiente energéticamente que las otras 10 principales (es decir, quedó en quinto lugar en Green500 y otros sistemas basados ​​en ZettaScaler-2.2 ocupan los tres primeros lugares). [21] Con 19,86 millones de núcleos, fue por lejos el sistema más grande por recuento de núcleos, con casi el doble que el mejor sistema de múltiples núcleos de ese momento, el Sunway TaihuLight chino .

TOP500

A partir de junio de 2024 , la supercomputadora número uno es Frontier , el líder en Green500 es JEDI, un sistema Bull Sequana XH3000 que utiliza el superchip Nvidia Grace Hopper GH200. En junio de 2022, los 4 mejores sistemas de Graph500 usaban CPU y aceleradores AMD. Después de una actualización, para el 56.º TOP500 en noviembre de 2020,

Fugaku aumentó su rendimiento HPL a 442 petaflops, un aumento modesto con respecto a los 416 petaflops que alcanzó el sistema cuando debutó en junio de 2020. Más significativamente, Fugaku, basado en ARMv8.2, aumentó su rendimiento en el nuevo benchmark de precisión mixta HPC-AI a 2,0 exaflops, superando su marca de 1,4 exaflops registrada hace seis meses. Estas representan las primeras mediciones de benchmark por encima de un exaflop para cualquier precisión en cualquier tipo de hardware. [22]

Summit, que en el pasado fue la supercomputadora más rápida, es actualmente la supercomputadora fabricada por IBM mejor clasificada, con CPU IBM POWER9 . Sequoia se convirtió en el último modelo IBM Blue Gene/Q en desaparecer por completo de la lista; había quedado en el puesto 10 de la lista 52 (y en el 1.º de la lista de junio de 2012, en el puesto 41, después de una actualización).

Por primera vez, los 500 sistemas ofrecen un petaflop o más en el benchmark High Performance Linpack (HPL), con el nivel de entrada a la lista ahora en 1.022 petaflops". Sin embargo, para un benchmark diferente, "Summit y Sierra siguen siendo los únicos dos sistemas que superan un petaflop en el benchmark HPCG , entregando 2.9 petaflops y 1.8 petaflops, respectivamente. El resultado promedio de HPCG en la lista actual es 213.3 teraflops, un aumento marginal de 211.2 hace seis meses. [23]

Microsoft está de vuelta en la lista TOP500 con seis instancias de Microsoft Azure (que usan/son evaluadas con Ubuntu , por lo que todas las supercomputadoras siguen estando basadas en Linux), con CPU y GPU de los mismos proveedores, la más rápida actualmente en el puesto 11, [24] y otra más antigua/lenta anteriormente en el puesto 10. [25] Y Amazon con una instancia de AWS actualmente en el puesto 64 (antes estaba en el puesto 40). El número de supercomputadoras basadas en Arm es 6; actualmente todas las supercomputadoras basadas en Arm usan la misma CPU Fujitsu que en el sistema número 2, y la siguiente anteriormente estaba en el puesto 13, ahora en el puesto 25. [26]

Leyenda: [29]

Otras clasificaciones

Principales países

Los números que se muestran a continuación representan la cantidad de computadoras del TOP500 que se encuentran en cada uno de los países o territorios enumerados. En 2024, Estados Unidos tiene la mayor cantidad de supercomputadoras de la lista, con 171 máquinas. Estados Unidos tiene la mayor potencia computacional agregada, con 3652 petaflops Rmax, seguido de Japón (621 Pflop/s) y China (292 Pflop/s).

La supercomputadora más rápida del TOP500 por país

(A partir de noviembre de 2023 [68] )

Sistemas clasificados en el puesto n.º 1

Estadísticas adicionales

Por número de sistemas a septiembre de 2024 : [76]

Nota: Todos los sistemas operativos de los sistemas TOP500 están basados ​​en la familia Linux , pero el Linux mencionado anteriormente es Linux genérico.

Sunway TaihuLight es el sistema con más núcleos de CPU (10.649.600). Tianhe-2 tiene la mayor cantidad de núcleos de GPU/acelerador (4.554.752). Aurora) es el sistema con el mayor consumo de energía con 38.698 kilovatios.

Nuevos avances en supercomputación

En noviembre de 2014, se anunció que Estados Unidos estaba desarrollando dos nuevas supercomputadoras para superar a la Tianhe-2 de China en su lugar como la supercomputadora más rápida del mundo. Las dos computadoras, Sierra y Summit , superarán cada una los 55 petaflops pico de la Tianhe-2. Summit, la más poderosa de las dos, entregará entre 150 y 300 petaflops pico. [77] El 10 de abril de 2015, las agencias gubernamentales estadounidenses prohibieron la venta de chips, de Nvidia a centros de supercomputación en China por "actuar en contra de los intereses de seguridad nacional ... de los Estados Unidos"; [78] y a Intel Corporation de proporcionar chips Xeon a China debido a su uso, según los EE. UU., en la investigación de armas nucleares - investigación a la que la ley de control de exportaciones de EE. UU. prohíbe a las empresas estadounidenses contribuir - "El Departamento de Comercio se negó, diciendo que estaba preocupado por la investigación nuclear que se estaba haciendo con la máquina". [79]

El 29 de julio de 2015, el presidente Obama firmó una orden ejecutiva que creaba una Iniciativa Nacional de Computación Estratégica que pedía el desarrollo acelerado de un sistema de exaescala (1000 petaflop) y la financiación de investigaciones sobre computación post-semiconductora. [80]

En junio de 2016, la firma japonesa Fujitsu anunció en la Conferencia Internacional de Supercomputación que su futuro superordenador de exaescala contará con procesadores de diseño propio que implementan la arquitectura ARMv8 . El programa Flagship2020, de Fujitsu para RIKEN prevé romper la barrera de los exaflops en 2020 a través del superordenador Fugaku , (y "parece que China y Francia tienen una oportunidad de hacerlo y que Estados Unidos se contenta -al menos por el momento- con esperar hasta 2023 para romper la barrera de los exaflops". [81] ) Estos procesadores también implementarán extensiones de la arquitectura ARMv8 equivalentes al HPC-ACE2 que Fujitsu está desarrollando con Arm . [81]

En junio de 2016, Sunway TaihuLight se convirtió en el sistema número 1 con 93 petaflop/s (PFLOP/s) en el benchmark Linpack. [82]

En noviembre de 2016, Piz Daint fue actualizado, pasando del 8.º al 3.º lugar, dejando a los EE. UU. sin sistemas bajo el TOP3 por segunda vez. [83] [84]

Inspur , con sede en Jinan , China, es uno de los mayores fabricantes de sistemas HPC. A partir de mayo de 2017 , Inspur se ha convertido en el tercer fabricante en haber fabricado un sistema de 64 vías, un récord que anteriormente ostentaba IBM y HP . La empresa ha registrado más de 10 mil millones de dólares en ingresos y ha proporcionado varios sistemas a países como Sudán, Zimbabue, Arabia Saudita y Venezuela. Inspur también fue un importante socio tecnológico detrás de las supercomputadoras Tianhe-2 y Taihu , ocupando las 2 primeras posiciones de la lista TOP500 hasta noviembre de 2017. Inspur y Supermicro lanzaron algunas plataformas destinadas a HPC utilizando GPU como SR-AI y AGX-2 en mayo de 2017. [85]

En junio de 2018, Summit, un sistema construido por IBM en el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) en Tennessee, EE. UU., tomó el puesto número 1 con un rendimiento de 122,3 petaflop/s (PFLOP/s), y Sierra, un sistema muy similar en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, CA, EE. UU. tomó el puesto número 3. Estos sistemas también ocuparon los dos primeros lugares en el punto de referencia HPCG. Debido a Summit y Sierra, EE. UU. recuperó el liderazgo como consumidor de rendimiento de HPC con el 38,2% del rendimiento general instalado, mientras que China quedó en segundo lugar con el 29,1% del rendimiento general instalado. Por primera vez, el fabricante líder de HPC no fue una empresa estadounidense. Lenovo tomó la delantera con el 23,8% de los sistemas instalados. Le sigue HPE con el 15,8%, Inspur con el 13,6%, Cray con el 11,2% y Sugon con el 11%. [86]

El 18 de marzo de 2019, el Departamento de Energía de los Estados Unidos e Intel anunciaron que la primera supercomputadora exaFLOP estaría operativa en el Laboratorio Nacional Argonne a fines de 2021. La computadora, llamada Aurora , fue entregada a Argonne por Intel y Cray . [87] [88]

El 7 de mayo de 2019, el Departamento de Energía de Estados Unidos anunció un contrato con Cray para construir la supercomputadora "Frontier" en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge. Se prevé que Frontier esté operativa en 2021 y, con un rendimiento de más de 1,5 exaflops, debería ser la computadora más potente del mundo. [89]

Desde junio de 2019, todos los sistemas TOP500 ofrecen un petaflop o más en el benchmark High Performance Linpack (HPL), y el nivel de entrada a la lista ahora es de 1,022 petaflops. [90]

En mayo de 2022, la supercomputadora Frontier rompió la barrera de la exaescala , completando más de un trillón de cálculos aritméticos de punto flotante de 64 bits por segundo. Frontier registró aproximadamente 1,1 exaflops , superando al poseedor del récord anterior, Fugaku . [91] [92]

Máquinas grandes que no están en la lista

Algunos sistemas importantes no están en la lista. Un ejemplo destacado es Blue Waters de la NCSA , que anunció públicamente la decisión de no participar en la lista [93] porque no cree que indique con precisión la capacidad de ningún sistema para realizar un trabajo útil. [94] Otras organizaciones deciden no incluir sistemas en la lista por razones de seguridad o competitividad comercial. Un ejemplo de ello es la supercomputadora OceanLight del Centro Nacional de Supercomputación de Qingdao, completada en marzo de 2021, que se presentó y ganó el Premio Gordon Bell . La computadora es una computadora exaflop, pero no se presentó a la lista TOP500; la primera máquina exaflop presentada a la lista TOP500 fue Frontier. Los analistas sospecharon que la razón por la que el NSCQ no presentó lo que de otro modo habría sido la primera supercomputadora de exaescala del mundo fue para evitar inflamar los sentimientos y temores políticos dentro de los Estados Unidos, en el contexto de la guerra comercial entre Estados Unidos y China. [95] No se incluyeron otras máquinas diseñadas específicamente para ese propósito que no son capaces o no ejecutan el punto de referencia, como RIKEN MDGRAPE-3 y MDGRAPE-4 .

Una unidad de procesamiento tensor de Google v4 es capaz de alcanzar 1,1 exaflops de rendimiento máximo, [96] mientras que la TPU v5p afirma tener más de 4 exaflops en formato de punto flotante Bfloat16 , [97] sin embargo, estas unidades están altamente especializadas para ejecutar cargas de trabajo de aprendizaje automático y el TOP500 mide un algoritmo de referencia específico utilizando una precisión numérica específica.

En marzo de 2024, Meta AI reveló el funcionamiento de dos centros de datos con 24.576 GPU H100, [98] lo que es casi el doble que en Microsoft Azure Eagle (#3 a septiembre de 2024), lo que podría haberlos hecho ocupar el tercer y cuarto lugar en TOP500, pero ninguno ha sido evaluado.

Se dice que el supercluster xAI Memphis (también conocido como "Colossus") cuenta con 100.000 de las mismas GPU H100 que se podrían haber instalado en primer lugar, pero que no se encuentran en pleno funcionamiento debido a cortes de energía. [99]

Computadoras y arquitecturas que han desaparecido de la lista

IBM Roadrunner [100] ya no está en la lista (ni tampoco ningún otro que utilice el coprocesador Cell o PowerXCell ).

Aunque los sistemas basados ​​en Itanium alcanzaron el segundo lugar en 2004, [101] [102] ya no queda ninguno.

De manera similar, los procesadores vectoriales (que no son de tipo SIMD ) (basados ​​en NEC, como el simulador de la Tierra que fue el más rápido en 2002 [103] ) también han caído de la lista. También los ordenadores Sun Starfire que ocuparon muchos puestos en el pasado ya no aparecen.

Las últimas computadoras que no eran Linux en la lista (las dos AIX ) que funcionaban con POWER7 (en julio de 2017 ocupaban los puestos 494 y 495, [104] originalmente 86 y 85) salieron de la lista en noviembre de 2017.

Notas

Véase también

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con TOP500 .

Referencias

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