Проект TOP500 опубликовал новый список из 500 мощнейших суперкомпьютеров, который впервые возглавил компьютер с процессорами на архитектуре ARM. Японский суперкомпьютер Fugaku имеет мощность 415,5 петафлопса, что в 2,8 раза выше, чем у предыдущего лидера Summit, который теперь на втором месте. Новый компьютер также имеет высокую, хотя и не рекордную (девятое место в списке), энергоэффективность: она составляет 14,665 гигафлопс на ватт потребляемой мощности.

Подавляющее большинство суперкомпьютеров из списка TOP500, как и обычных компьютеров и серверов, работает на процессорах с архитектурой x86 (если быть точнее, то x86-64). Однако в последние годы многие разработчики и производители начали рассматривать архитектуру ARM, которая обычно применяется в мобильных устройствах, как полноценную замену x86. В потребительских устройствах главное преимущество заключается в том, что такие чипы имеют большую энергоэффективность. Но у ARM есть и значительные отличия в принципе работы. Главное из них — это то, что в ARM используется короткий набор простых инструкций (RISC), тогда как в x86 применяется полный набор (CISC). Главное преимущество RISC заключается в том, что при таком подходе то, как именно выполняются вычисления, в большей степени задается на программном, а не аппаратном уровне. Подробнее об этом можно прочитать тут.

О планах Fujitsu по созданию рекордного компьютера Fugaku на архитектуре ARM стало известно еще в 2016 году. В конце 2019 года инженеры начали собирать компьютер в Институте Кобе в составе Института физико-химических исследований (RIKEN), а в середине мая получили последние стойки и завершили установку, поэтому TOP500 смог включить новый суперкомпьютер в свой список, публикуемый каждые полгода в декабре и июне.

Fugaku состоит из почти 159 тысяч вычислительных узлов, в каждом из которых используется ARM-чип Fujitsu A64FX. Он имеет 48 основных вычислительных ядер и еще четыре для работы операционной системы. Для хранения данных используется SSD объемом 1,6 терабайта на каждые 16 узлов. В каждом узле используется 32 гибибайта оперативной памяти формата HBM2 со скоростью 1025 гигабита в секунду. Суперкомпьютер работает на операционной системе Red Hat Enterprise Linux 8 c гибридным ядром, состоящим из одновременно работающих ядер Linux и McKernel.

Схема процессора A64FX
Схема процессора A64FX

В стандартном тесте HPLinpack Fugaku показывает 415,5 петафлопса, на пике — 513,854 петафлопса. При работе с числами половинчатой точности мощность составляет 1,42 экзафлопса. А потребляемая электрическая мощность Fugaku составляет более 28 мегаватт.

В следующем году один из лидеров рынка суперкомпьютеров, компания Cray, планирует достроить два своих мощнейших суперкомпьютера, Aurora и Frontier. Оба будут работать на архитектуре x86, но Aurora будет использовать чипы Intel Xeon Phi и развивать мощность выше одного экзафлопса, а Frontier будет работать на AMD EPYC и иметь мощность выше 1,5 экзафлопса. Также суперкомпьютер с мощностью выше экзафлопса должен появиться в 2021 году в Китае. Он будет называться Tianhe-3, и в нем будет использована комбинация из пока неизвестного центрального процессора и китайского цифрового сигнального процессора Matrix-3000 на архитектуре RISC.