На вопрос «сколько операций в секунду» нет единого ответа, потому что в высокопроизводительных вычислениях считают не простые действия процессора, а плавающие операции (FLOPS). Именно этот показатель определяет место в рейтинге TOP500. На сегодняшний день безусловным лидером остаётся американская система Frontier, пробившая барьер в один экзафлопс.
Важно понимать: маркетинговые «операции» видеокарт или NPU не сравнимы с линпак-тестом суперкомпьютеров. Здесь измеряют двойную точность (FP64), необходимую для научного моделирования. Ниже мы разберём актуальные рекорды, архитектуру чемпионов и то, что скрывается за сухими цифрами.
Текущий рекордсмен: Frontier и барьер экзафлопса
Система Frontier в Оукриджской национальной лаборатории (США) стала первой, кто официально подтвердил производительность свыше 1 экзафлопса по тесту LINPACK (Rmax). Конкретный результат — 1,102 экзафлопса (1,102 × 10¹⁸ операций с плавающей точкой в секунду). Пиковая теоретическая производительность (Rpeak) достигает 1,685 экзафлопса.
Архитектура основана на гибридных узлах: каждый из 9 408 узлов содержит один процессор AMD EPYC 64C "Optimized 3rd Gen" и четыре графических ускорителя AMD Instinct MI250X. Именно GPU обеспечивают основной вычислительный потенциал. Система потребляет около 21 МВт питания, что делает её одной из самых энергоэффективных в классе экзафлопсных машин.
⚠️ Внимание: Показатель Rmax — это результат реального теста, а Rpeak — теоретический максимум. Для практических задач важнее Rmax, так как пик почти недостижим в реальных нагрузках.
- 🖥️ Процессоры: AMD EPYC 64 ядра (Zen 3)
- 🚀 Ускорители: 4 × AMD Instinct MI250X на узел (CDNA 2)
- 🔗 Интерконнект: HPE Slingshot 11 (64 Гбит/с на порт)
- 💾 Память: 4,6 ПБ оперативной памяти (DDR4 + HBM2E)
Преследователь: Aurora и интеллектуальный экзафлопс
Второй в рейтинге Aurora в Аргонненской национальной лаборатории (США) построена на архитектуре Intel Xeon CPU Max Series (Sapphire Rapids) и GPU Intel Data Center GPU Max Series (Ponte Vecchio). Её линпак-результат (Rmax) — 1,012 экзафлопса, пик (Rpeak) — 1,98 экзафлопса.
Уникальность Aurora — в ориентации на искусственный интеллект. Ускорители Ponte Vecchio имеют специализированные матричные блоки (XMX) для форматов BF16, FP16, INT8, что критично для обучения больших языковых моделей. Хотя по FP64 она немного уступает Frontier, в задачах ИИ производительность в более низких точности может быть выше.
Система включает более 10 000 узлов и использует интерконнект Intel Xe Link. Полная эксплуатация задерживалась из-за сложностей с программным стеком oneAPI и драйверами GPU, но к 2026 году кластер достиг проектных параметров.
Почему экзафлопс — это важно?
Экзафлопс (10¹⁸ FLOPS) — это порог, необходимый для полноценного моделирования ядерных реакций, климатических моделей с разрешением в километры, симуляции сложных белков и обучения фундаментальных моделей ИИ следующего поколения. Достижение этого рубежа открывает дверь к задачам, которые ранее решались только упрощённо или на упрощённых моделях.
Чем FLOPS отличаются от «операций в секунду» в обычном понимании
Обычный пользователь привык к гигагерцам и инструкциям в такт (IPC). Но FLOPS (Floating Point Operations Per Second) — это специфическая метрика: количество арифметических действий над числами с плавающей запятой (сложение, умножение, FMA) за секунду. Тест LINPACK решает систему линейных уравнений, нагружая память, кэш и интерконнект так, как это происходит в реальной науке.
Видеокарты для игр часто рекламируют терафлопсы в одной точности (FP32) или даже половинной (FP16). Суперкомпьютеры измеряются в двойной точности (FP64), которая в 32–64 раза точнее и тяжелее для железа. Поэтому 100 TFLOPS игровой видеокарты ≠ 100 TFLOPS вычислительного узла.
⚠️ Внимание: Сравнивать производительность игрового ПК и суперкомпьютера по флопам нельзя — разные точность вычислений, устойчивость к ошибкам (ECC), топология связи и качество компиляторов.
- 🎮 Игровая GPU: ориентир — FP32 / FP16 (графика, тензоры)
- 🔬 HPC GPU: ориентир — FP64 (наука, точность)
- 🧠 AI GPU: ориентир — BF16 / FP8 / INT8 (обучение, инференс)
- 📊 LINPACK: нагрузка на память и сеть, а не только на ALU
Если вы читаете новость о «новом рекорде операций», всегда проверяйте: это FP64 (LINPACK), FP16 (AI) или теоретический пик (Rpeak). Разница между ними может достигать двух порядков.
Экзафлопс по LINPACK (FP64) — это золотой стандарт HPC. Всё остальное (AI FLOPS, теоретические пики) — производные метрики для специфических задач.
Таблица лидеров TOP500 (ноябрь 2026 / июнь 2026)
| Место | Система | Rmax (Экзафлопс) | Rpeak (Экзафлопс) | Архитектура CPU / GPU |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Frontier (HPE / AMD) | 1,102 | 1,685 | AMD EPYC 64C / AMD MI250X |
| 2 | Aurora (Intel / HPE) | 1,012 | 1,980 | Intel Xeon Max / Intel Ponte Vecchio |
| 3 | Eagle (Microsoft / NDv5) | 0,561 | 0,846 | Intel Xeon Platinum / NVIDIA H100 |
| 4 | Fugaku (Fujitsu / A64FX) | 0,442 | 0,537 | Fujitsu A64FX (ARM SVE) |
| 5 | LUMI (HPE / AMD) | 0,380 | 0,531 | AMD EPYC 64C / AMD MI250X |
Энергоэффективность: Грин-500 и борьба за ватты
Производительность не бесплатна. Frontier потребляет ~21 МВт, что даёт около 52 Гфлопс/Ватт. Лидеры Green500 — это часто небольшие кластеры на новых GPU (NVIDIA H100, AMD MI300), выдающие >65 Гфлопс/Ватт. Для экзафлопсных систем охлаждение становится инженерным вызовом: Frontier использует прямую жидкостную охлажду (DLC) с температурой входа воды ~32°C.
Переход на тепловую дизайн-мощность (TDP) чипов 600–1000 Вт заставляет отказаться от воздушного охлаждения. Будущие системы (El Capitan, Jupiter) закладывают DLC и иммерсионное охлаждение изначально. Энергопотребление дата-центра становится ограничивающим фактором масштабирования быстрее, чем закон Мура.
☑️ Что определяет энергоэффективность суперкомпьютера?
Программный стек: почему железо — это только половина дела
Без оптимизированных библиотек (ROCm для AMD, oneAPI для Intel, CUDA для NVIDIA) пиковые флопсы недостижимы. Компиляторы должны эффективно векторизовать код, планировать выполнение на гетерогенных ядрах и минимизировать передачи данных по PCIe / Infinity Fabric / Xe Link. Профиль приложения (memory-bound vs compute-bound) диктует реальную загрузку пика.
Контейнеры (Apptainer/Singularity), модульная система окружений (Lmod), планировщики задач (Slurm) — всё это «невидимый» слой, от которого зависит, получит ли ученый 80% пика или 10%. Портирование легаси-кода на новые архитектуры (например, с CUDA на HIP/SYCL) часто становится главным узким местом внедрения.
⚠️ Внимание: Покупка «топового железа» без инвестиций в порт кода, профилирование и поддержку HPC-инженеров даёт дорогой песочницу, а не научный инструмент.
Перспективы: зеттафлопс и постреакзафлопсовая эра
Следующая цель — зеттафлопс (10²¹ FLOPS). Дорожные карты США (DOE), ЕС (EuroHPC) и Китая указывают на горизонт 2030–2035 гг. Для этого нужны: 3D-стакинг памяти (HBM4/5), фотонические интерконнекты, чиплеты с локальной памятью, новые материалы (GaN, SiC) для питания и, критически, архитектуры, уходящие от фон-неймановского бутылочного горлышка (near-memory / in-memory computing).
Уже сейчас проекты El Capitan (LLNL, >2 экзафлопс Rpeak, AMD APU MI300A) и Jupiter (FZJ, Европа, модульная архитектура SiPearl Rhea + NVIDIA/GPU) готовятся к вводу. Китай не публикует данные в TOP500 с 2021 года, но эксперты оценивают системы «Солнечный путь» и «Тяньхэ» на уровень 1–2 экзафлопса Rpeak.
Что такое APU MI300A в El Capitan?
Это первая в мире серверная APU (Accelerated Processing Unit) от AMD, где 24 ядра Zen 4 и 228 вычислительных единиц CDNA 3 объединены на одном подложке с 128 ГБ HBM3. Единое адресное пространство CPU+GPU убирает необходимость в явных копиях данных (hipMemcpy), что кардинально упрощает программирование и снижает задержки.
Как это касается обычного пользователя и бизнеса
Технологии с экзафлопсных систем «сползают» в массовый рынок за 5–7 лет: HBM-память, чиплет-дизайн, Infinity Fabric / CXL, DLC-охлаждение серверов. Облачные провайдеры (AWS, Azure, GCP, Yandex Cloud) уже предлагают инстансы на H100, MI300X, Gaudi2 — прямых потомков суперкомпьютерных GPU. Понимание масштабов помогает оценить, какие задачи ИИ и моделирования станут доступны «завтра».
Если вы планируете обучение LLM или расчёт CFD — смотрите не на маркетинговые TFLOPS, а на пропускную способность памяти (TB/s) и масштабируемость интерконнекта (NVLink, Infinity Fabric, Xe Link, RoCE v2). Именно они лимитируют реальную производительность на мульти-GPU нодах.
Для оценки реальной скорости кластера запускайте микробенчмарки (HPL, HPCG, STREAM, OSU Benchmarks) на вашей конкретной конфигурации — вендорные слайды часто дают теоретический пик, недостижимый на вашем коде.
FAQ: Частые вопросы о производительности суперкомпьютеров
Почему в новостях иногда пишут про 100 экзафлопсов?
Это производительность в низкой точности (FP16/BF16/INT8) для задач ИИ, а не двойной точности (FP64) LINPACK. Для обучения нейросетей это релевантная метрика, для классической науки — нет.
Можно ли арендовать время на Frontier?
Доступ предоставляется через программу INCITE и ALCC (DOE) по конкурсной основе для открытых научных исследований. Коммерческим организациям доступ ограничен, но есть облачные альтернативы на аналогичном железе.
Что такое HPCG и почему он ниже LINPACK?
HPCG (High Performance Conjugate Gradients) — тест, имитирующий реальные разреженные матрицы. Он на порядки ниже LINPACK (у Frontier ~16 Эфлопс HPCG vs 1102 Эфлопс LINPACK), так как сильнее зависит от пропускной способности памяти и задержек сети.
Есть ли российские системы в топе?
На ноябрь 2026 года в TOP500 российские системы представлены модестами позициями (лидер — «Ломоносов-2» / «Говоров» ~5-10 Пфлопс Rmax). Экзафлопсные проекты в РФ находятся на стадии проектирования/закупки.
Сколько стоит экзафлопсная система?
Бюджет Frontier — около $600 млн (железо + инфраструктура). Aurora — более $500 млн. Эксплуатация (электричество, персонал, охлаждение) добавляет десятки миллионов в год.