12 Superkomputer Teratas 2021: Peringkat dan Wawasan Performa

Bagi sebagian besar kita, komputer mungkin tampak cukup cepat jika dapat menjalankan video 8K atau versi terbaru Far Cry dengan 60 fps tanpa melambat. Namun, ada banyak tugas yang rumit yang membutuhkan miliaran perhitungan per detik – sesuatu yang tidak dapat dilakukan oleh desktop dengan prosesor i9.

Inilah tempat superkomputer berguna. Mereka menawarkan tingkat kinerja tinggi yang memungkinkan pemerintah dan organisasi untuk memecahkan masalah yang tidak akan mungkin dilakukan dengan komputer konvensional.

Superkomputer saat ini dibangun dengan beban kerja AI (kecerdasan buatan) di pikiran. Selain prediksi cuaca, penelitian iklim, simulasi fisik, dan eksplorasi minyak dan gas, superkomputer membantu ilmuwan menemukan bahan bangunan yang lebih tahan lama dan mempelajari protein manusia serta sistem seluler dengan tingkat detail yang ekstrim.

Biasanya, performa superkomputer diukur dalam floating-point operations per second (FLOPS). Dalam bidang komputasi ilmiah, FLOPS adalah angka yang lebih akurat daripada mengukur instruksi per detik.

Tahukah Anda bahwa superkomputer pertama — Livermore Atomic Research Computer — dibangun untuk Pusat Penelitian dan Pengembangan Angkatan Laut AS pada tahun 1960.

Untuk menunjukkan sejauh mana kita telah berkembang sejak saat itu, kami telah menyusun daftar terperinci superkomputer tercepat di dunia. Semuanya adalah sistem komputer non-terdistribusi yang berjalan pada Linux.

12. Sequoia

Kecepatan: 17,1 petaFLOPS
Inti: 1.572.864

Vendor: IBM
Lokasi: Lawrence Livermore National Laboratory, Amerika Serikat

Sequoia menggunakan server IBM BlueGene/Q untuk memberikan performa puncak teoretis 20 petaFLOPS. Ia memiliki inti 123% lebih banyak dan efisiensi energi 37% lebih tinggi dari pendahulunya K computer.

Meskipun mesin ini sebagian besar digunakan untuk simulasi senjata nuklir, ia juga tersedia untuk banyak tujuan ilmiah seperti perubahan iklim dan analisis genom manusia. Ia juga telah menunjukkan skalabilitas yang hebat dengan simulasi 3D dari elektrofisiologi jantung manusia.

11. PANGEA III

Kredit: Total S.A.

Kecepatan: 17,8 petaFLOPS
Inti: 291.024

Vendor: IBM
Lokasi: Pusat penelitian ilmiah dan teknis CSTJF di Pau, Prancis

Pangea III bergantung pada arsitektur berkinerja tinggi yang dioptimalkan AI dari IBM. IBM dan NVIDIA bekerja sama untuk membangun koneksi NVLink CPU-to-GPU tunggal industri, yang memungkinkan bandwidth memori lebih dari 5 kali lebih cepat antara prosesor IBM POWER9 dan GPU NVIDIA Tesla V100 Tensor Core dibandingkan sistem berbasis x86 konvensional.

Arsitektur ini tidak hanya meningkatkan kinerja komputasi tetapi juga meningkatkan efisiensi energi. Sistem baru ini menggunakan kurang dari 10% konsumsi energi per petaFLOP dari pendahulunya, Pangea I dan II.

Pangea III memiliki berbagai aplikasi, terutama di tiga bidang berbeda – citra seismic eksplorasi dan pengembangan, model pengembangan dan produksi, serta penilaian dan selektivitas aset.

10. Lassen

Kecepatan: 18,2 petaFLOPS
Inti: 288.288

Vendor: IBM
Lokasi: Lawrence Livermore National Laboratory, Amerika Serikat

Lassen ditetapkan untuk simulasi dan analisis yang tidak diklasifikasikan. Ia dipasang di lab yang sama dan menggunakan komponen bangunan yang sama dengan Sierra (#2 superkomputer tercepat).

Meskipun Sierra adalah sistem besar, Lassen adalah ukuran yang layak sendirian: ia tepat 1/6 dari ukuran saudaranya yang lebih besar. Sistem Lassen terkandung dalam 40 rack, sementara Sierra menempati 240 rack.

Prosesor IBM Power9 dan 253 terabyte memori utama membantu Lassen untuk mencapai performa puncak 23 petaFLOPS.

9. SuperMUC-NG

Kecepatan: 19,4 petaFLOPS
Inti: 305.856

Vendor: Lenovo
Lokasi: Leibniz Supercomputing Centre, Jerman

SuperMUC-NG menampilkan 6.400 node komputasi Lenovo ThinkSystem SD650 dengan pendingin air langsung dengan lebih dari 700 terabyte memori utama dan 70 petabyte penyimpanan disk.

Ia terhubung ke sistem visualisasi canggih yang berisi powerwall stereoskopik 4K besar dan lingkungan virtual realitas buatan CAHA 5 sisi.

Superkomputer ini melayani ilmuwan Eropa dari banyak bidang, termasuk analisis genom, dinamika fluida, kromodinamika kuantum, ilmu kehidupan, kedokteran, dan astrofisika.

8. AI Bridging Cloud Infrastructure

Kredit: ABCI

Kecepatan: 19,8 petaFLOPS
Inti: 391.680

Vendor: Fujitsu
Lokasi: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Jepang

Ini adalah Open AI Computing Infrastructure skala besar pertama di dunia yang memberikan 32,577 petaFLOPS performa puncak. Ini memiliki total 1.088 node, masing-masing berisi 2 prosesor Intel Xenon Gold Scalable, 4 GPU NVIDIA Tesla V100, 2 HCA InfiniBand EDR, dan 1 SSD NVMe.

Fujitsu Limited mengklaim bahwa superkomputer ini dapat mencapai 20 kali kepadatan termal dari pusat data konvensional, dan kapasitas pendingin 70 kW Rack dengan menggunakan pendingin air dan udara panas.

7. Trinity

Kecepatan: 21,2 petaFLOPS
Inti: 979.072

Vendor: Cray
Lokasi: Los Alamos National Laboratory, Amerika Serikat

Trinity dibangun untuk memberikan kemampuan komputasi luar biasa untuk NNSA Nuclear Security Enterprise. Ia bertujuan untuk meningkatkan fidelitas geometri dan fisika dalam kode simulasi senjata nuklir, sambil memastikan bahwa persenjataan nuklir aman, aman, dan efektif.

Superkomputer ini dikembangkan dalam dua tahap: tahap pertama memasukkan prosesor Intel Xeon Haswell, dan tahap kedua mencakup peningkatan performa yang besar menggunakan Prosesor Intel Xeon Phi Knights Landing. Ia dapat memberikan performa puncak total lebih dari 41 petaFLOPS.

6. Piz Daint

Kecepatan: 21,2 petaFLOPS
Inti: 387.872

Vendor: Cray
Lokasi: Swiss National Supercomputing Centre, Swiss

Superkomputer ini, bernama dari gunung Piz Daint di Alpen Swiss, berjalan pada mikroprosesor Intel Xeon E5-26xx dan NVIDIA Tesla P100.

Piz Daint menggunakan ‘burst buffer mode’ DataWarp untuk meningkatkan bandwidth efektif dari dan ke perangkat penyimpanan. Ini mempercepat laju input/output data, memfasilitasi analisis jutaan file kecil yang tidak terstruktur.

Selain tugas hariannya, ia dapat menangani analisis data dari beberapa proyek yang paling intensif data di dunia, seperti data yang dikumpulkan dari eksperimen di Large Hadron Collider.

5. Frontera

Tampilan antara dua baris server Frontera | Kredit: TACC

Kecepatan: 23,5 petaFLOPS
Inti: 448.448

Vendor: Dell EMC
Lokasi: Texas Advanced Computing Center, Amerika Serikat

Frontera membuka kemungkinan baru dalam teknik dan penelitian dengan menyediakan sumber daya komputasi yang luas yang memudahkan ilmuwan untuk mengatasi banyak tantangan kompleks di berbagai domain.

Frontera memiliki dua subsistem komputasi: yang pertama berfokus pada performa presisi ganda sementara yang kedua berfokus pada komputasi stream-memory presisi tunggal. Ini juga memiliki antarmuka cloud dan beberapa node aplikasi untuk hosting server virtual.

4. Tianhe-2A

Tianhe-2 di National Supercomputer Center di Guangzhou

Kecepatan: 61,4 petaFLOPS
Inti: 4.981.760

Vendor: NUDT
Lokasi: National Supercomputing Center di Guangzhou, Tiongkok

Dengan lebih dari 16.000 node komputer, Tianhe-2A mewakili instalasi terbesar di dunia dari prosesor Intel Ivy Bridge dan Xeon Phi. Sementara setiap node memiliki 88 gigabyte memori, total memori (CPU+coprocessor) adalah 1.375 tebibyte.

Tiongkok menghabiskan 2,4 miliar yuan (US$390 juta) untuk membangun superkomputer ini. Saat ini sebagian besar digunakan untuk simulasi, analisis, dan aplikasi keamanan pemerintah.

3. Sunway TaihuLight

Kecepatan: 93 petaFLOPS
Inti: 10.649.600

Vendor: NRCPC
Lokasi: National Supercomputing Center di Wuxi, Tiongkok

Kekuatan komputasi TaihuLight berasal dari CPU multi-inti buatan dalam SW26010 yang mencakup elemen pemrosesan komputasi dan elemen pemrosesan manajemen.

Satu SW26010 memberikan performa puncak lebih dari 3 teraFLOPS, berkat 260 elemen pemrosesan (terintegrasi ke dalam satu CPU). Setiap elemen pemrosesan komputasi memiliki memori scratchpad yang berfungsi sebagai cache yang dikontrol pengguna, secara signifikan mengurangi kendala memori dalam sebagian besar aplikasi.

Selain ilmu kehidupan dan penelitian farmasi, TaihuLight telah digunakan untuk mensimulasikan alam semesta dengan 10 triliun partikel digital. Namun, Tiongkok berusaha mencapai lebih banyak lagi: negara ini telah menyatakan tujuannya untuk menjadi pemimpin AI pada tahun 2030.

2. Sierra

Kredit gambar: Wikimedia

Kecepatan: 94,6 petaFLOPS
Inti: 1.572.480

Vendor: IBM
Lokasi: Lawrence Livermore National Laboratory, Amerika Serikat

Sierra menawarkan hingga 6 kali performa berkelanjutan dan 7 kali performa beban kerja dari pendahulunya Sequoia. Ia menggabungkan dua jenis chip prosesor: prosesor Power 9 IBM dan GPU Volta NVIDIA.

Sierra dirancang secara khusus untuk mengevaluasi performa sistem senjata nuklir. Ia digunakan untuk aplikasi prediktif dalam stewardship persenjataan, program AS untuk pengujian keandalan dan pemeliharaan senjata nuklir tanpa pengujian nuklir apa pun.

1. Summit

Kredit gambar: ORNL

Kecepatan: 148,6 petaFLOPS
Inti: 2.414.592

Vendor: IBM
Lokasi: Oak Ridge National Laboratory, Amerika Serikat

Summit dapat memberikan 200 petaFLOPS pada puncak. Ini setara dengan 200 kuadriliun operasi floating-point per detik.

Ia juga adalah superkomputer yang paling hemat energi ketiga di dunia, dengan efisiensi daya tercatat 14,66 gigaFLOPS per watt.

4.600+ server Summit, yang menempati ukuran dua lapangan bola basket, menempatkan lebih dari 9.200 prosesor IBM Power9 dan lebih dari 27.600 GPU NVIDIA Tesla V100. Sistem ini terhubung oleh 185 mil kabel optik, dan mengonsumsi cukup daya untuk menjalankan 8.100 rumah.

Pada tahun 2018, Summit menjadi superkomputer pertama yang menembus batas exascale. Saat menganalisis data genom, ia mencapai throughput puncak 1,88 exaops, yang hampir 2 miliar miliar perhitungan per detik.

Amerika Serikat bertujuan untuk mengembangkan ekosistem komputasi exascale yang sepenuhnya mampu untuk studi ilmiah pada tahun depan, dan Summit adalah langkah menuju sana.

1. Fugaku

Kecepatan: 442 petaFLOPS
Inti: 7.630.848

Vendor: Fujitsu
Lokasi: RIKEN Center for Computational Science, Jepang

Dengan performa puncak teoretis 537 petaFLOPs, Fugaku adalah superkomputer tercepat di dunia. Ia juga adalah superkomputer teratas pertama yang didukung oleh prosesor ARM.

Menurut benchmark HPCG, performa Fugaku melampaui performa gabungan empat superkomputer teratas berikutnya di dunia.

Ini adalah pencapaian yang hebat untuk pemerintah Jepang, tetapi merancang sistem yang canggih seperti ini tidak murah. Sejak 2014, pemerintah telah menghabiskan sekitar $1 miliar untuk R&D, akuisisi, dan pengembangan aplikasi proyek ini.

Fugaku berjalan pada dua sistem operasi secara bersamaan: Linux dan ‘light-weight multi-kernel OS’ yang disebut IHK/McKernel. Linux menangani layanan yang kompatibel Portable Operating System Interface (POSIX), sementara McKernel menjalankan simulasi berkinerja tinggi.

Ia dirancang untuk mengatasi masalah sosial dan ilmiah prioritas tinggi, seperti prediksi cuaca, pengembangan energi bersih, penemuan obat, obat personalisasi, dan menjelajahi hukum mekanika kuantum.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Perangkat lunak apa yang dijalankan superkomputer?

Hampir semua superkomputer modern menggunakan sistem operasi Linux. Alasannya utama adalah sifat open-source Linux.

Karena superkomputer dirancang untuk tujuan tertentu, mereka memerlukan OS kustom yang dioptimalkan untuk kebutuhan tersebut. Ternyata, mengembangkan dan memelihara sistem operasi tertutup dan milik adalah proses yang jauh lebih mahal dan memakan waktu.

Linux, sebaliknya, gratis, andal, dan mudah disesuaikan. Pengembang dapat mengonfigurasi atau membuat versi terpisah Linux untuk setiap superkomputer.

Siapa yang menggunakan superkomputer?

Superkomputer sebagian besar digunakan oleh ilmuwan dan peneliti untuk melakukan tugas komputasi yang intensif di berbagai bidang, termasuk

• Penelitian aerodinamika dan prediksi cuaca
• Pengujian keenkripsi enkripsi
• Simulasi dinamika molekuler
• Keuangan dan riset pasar
• Simulasi tes nuklir 3D
• Penemuan obat
• Penelitian angkasa

Negara mana yang memiliki paling banyak superkomputer?

Sampai tahun 2021, Tiongkok memiliki 188 dari 500 superkomputer terbaik di dunia. Amerika Serikat memiliki 122 dan Jepang memiliki 34 superkomputer. Secara bersama-sama, dua negara teratas mencakup 62% dari mesin komputasi paling canggih di dunia.

Apa masa depan superkomputer?

Menurut laporan Technavio, pasar superkomputer global akan tumbuh sebesar $12,5 miliar antara 2021 dan 2025, dengan CAGR 20% selama periode peramalan.

Penggunaan yang meningkat dari kecerdasan buatan, machine learning, dan teknologi cloud adalah alasan utama di balik pertumbuhan ini. Kebutuhan akan model yang sangat canggih untuk menangani masalah fisika, kimia, dan lingkungan yang kompleks dapat mempercepat pertumbuhan lebih lanjut.

Secara keseluruhan, dengan aplikasi yang semakin canggih di masa depan yang dekat, permintaan akan superkomputer akan berakibat meningkat. Entitas pemerintah diharapkan menjadi pengguna akhir yang menghasilkan pendapatan tertinggi.