TOP500

Le projet TOP500 classe et détaille les 500 systèmes informatiques non distribués les plus puissants au monde. Le projet a été lancé en 1993 et ​​publie une liste mise à jour des supercalculateurs deux fois par an. La première de ces mises à jour coïncide toujours avec la Conférence internationale sur le supercalcul en juin, et la seconde est présentée à la Conférence sur le supercalcul ACM/IEEE en novembre. Le projet vise à fournir une base fiable pour le suivi et la détection des tendances dans le calcul haute performance et base les classements sur les benchmarks HPL , une implémentation portable du benchmark haute performance LINPACK écrit en Fortran pour les ordinateurs à mémoire distribuée .

Français L'édition la plus récente du TOP500 a été publiée en novembre 2024 en tant que 64e édition du TOP500, tandis que la prochaine édition du TOP500 sera publiée en juin 2025 en tant que 65e édition du TOP500. Depuis novembre 2024, l' El Capitan des États-Unis est le supercalculateur le plus puissant du TOP500, atteignant 1742 pétaflops (1,742 exaflops) sur les benchmarks LINPACK. En 2018, les États-Unis détiennent de loin la part la plus élevée de la puissance de calcul totale de la liste (près de 50 %). En 2024, les États-Unis ont le plus grand nombre de systèmes avec 173 supercalculateurs, la Chine est en deuxième place avec 63 et l'Allemagne est troisième avec 40.

La 59e édition du TOP500, publiée en juin 2022, a été la première édition du TOP500 à ne présenter que des supercalculateurs 64 bits ; à partir de juin 2022, les supercalculateurs 32 bits ne sont plus répertoriés. La liste TOP500 est compilée par Jack Dongarra de l' Université du Tennessee , Knoxville , Erich Strohmaier et Horst Simon du National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) et du Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), et, jusqu'à sa mort en 2014, Hans Meuer de l' Université de Mannheim , en Allemagne . Le projet TOP500 comprend également des listes telles que Green500 (mesure de l'efficacité énergétique) et HPCG (mesure de la bande passante E/S).

Au début des années 1990, une nouvelle définition du supercalculateur était nécessaire pour produire des statistiques significatives. Après avoir expérimenté des mesures basées sur le nombre de processeurs en 1992, l'idée est née à l' Université de Mannheim d'utiliser une liste détaillée des systèmes installés comme base. Au début de 1993, Jack Dongarra a été persuadé de rejoindre le projet avec ses tests de performance LINPACK . Une première version de test a été produite en mai 1993, en partie basée sur des données disponibles sur Internet, notamment les sources suivantes :

• « Liste des sites informatiques les plus puissants au monde » maintenue par Gunter Ahrendt
• David Kahaner, directeur du Programme d'information sur les technologies asiatiques (ATIP) , a publié en 1992 un rapport intitulé « Rapport Kahaner sur les superordinateurs au Japon » qui contenait une immense quantité de données.

Les informations provenant de ces sources ont été utilisées pour les deux premières listes. Depuis juin 1993, le TOP500 est produit deux fois par an sur la base des soumissions des sites et des fournisseurs uniquement. Depuis 1993, les performances du système classé n° 1 ont augmenté régulièrement conformément à la loi de Moore , doublant environ tous les 14 mois. En juin 2018, Summit était le plus rapide avec un Rpeak de 187,6593 P FLOPS . À titre de comparaison, c'est plus de 1 432 513 fois plus rapide que le Connection Machine CM-5/1024 (1 024 cœurs), qui était le système le plus rapide en novembre 1993 (vingt-cinq ans auparavant) avec un Rpeak de 131,0 G FLOPS .

En juin 2022 , tous les supercalculateurs du TOP500 sont des supercalculateurs 64 bits , principalement basés sur des processeurs avec l' architecture de jeu d'instructions x86-64 , dont 384 sont basés sur Intel EMT64 et 101 sur AMD AMD64 , ces derniers comprenant les huit meilleurs supercalculateurs. 15 autres supercalculateurs sont tous basés sur des architectures RISC , dont six basées sur ARM64 et sept basées sur le Power ISA utilisé par les microprocesseurs IBM Power .

Ces dernières années, l'informatique hétérogène a dominé le TOP500, utilisant principalement les unités de traitement graphique (GPU) de Nvidia ou les Xeon Phi basés sur x86 d'Intel comme coprocesseurs . Cela est dû à de meilleurs rapports performances par watt et à des performances absolues plus élevées. Les GPU AMD ont pris la tête du classement et ont délogé Nvidia dans le top 10 de la liste. Les exceptions récentes incluent les ordinateurs Fugaku , Sunway TaihuLight et K mentionnés ci-dessus . Tianhe-2A est également une exception intéressante, car les sanctions américaines ont empêché l'utilisation de Xeon Phi ; à la place, il a été mis à niveau pour utiliser les accélérateurs Matrix-2000 de conception chinoise .

Français Deux ordinateurs qui sont apparus pour la première fois sur la liste en 2018 étaient basés sur des architectures nouvelles pour le TOP500. L'un était une nouvelle microarchitecture x86-64 du fabricant chinois Sugon, utilisant des processeurs Hygon Dhyana (ceux-ci résultaient d'une collaboration avec AMD et sont une variante mineure de l'AMD EPYC basé sur Zen ) et était classé 38e, maintenant 117e, et l'autre était le premier ordinateur basé sur ARM sur la liste - utilisant des processeurs Cavium ThunderX2 . Avant l'ascension du x86 32 bits puis du x86-64 64 bits au début des années 2000, une variété de familles de processeurs RISC constituaient la plupart des supercalculateurs TOP500, notamment SPARC , MIPS , PA-RISC et Alpha .

Depuis le supercalculateur Earth Simulator, tous les supercalculateurs les plus rapides utilisent des systèmes d'exploitation basés sur Linux . Depuis novembre 2017 , tous les supercalculateurs répertoriés utilisent un système d'exploitation basé sur le noyau Linux .

Depuis novembre 2015, aucun ordinateur de la liste n'utilise Windows (alors que Microsoft est réapparu sur la liste en 2021 avec Ubuntu basé sur Linux). En novembre 2014, l'ordinateur cloud Windows Azure ne figurait plus sur la liste des supercalculateurs les plus rapides (son meilleur classement était 165e en 2012), laissant le Magic Cube du Shanghai Supercomputer Center comme le seul supercalculateur basé sur Windows de la liste, jusqu'à ce qu'il disparaisse également de la liste. Il était classé 436e lors de sa dernière apparition sur la liste publiée en juin 2015, tandis que son meilleur classement était 11e en 2008. Il n'y a plus d' ordinateur Mac OS sur la liste. Elle comptait au plus cinq systèmes de ce type à la fois, soit un de plus que les systèmes Windows qui sont arrivés plus tard, tandis que la part de performance totale de Windows était plus élevée. Leur part de performance relative de l'ensemble de la liste était cependant similaire, et jamais élevée pour aucun des deux. En 2004, le supercalculateur System X basé sur Mac OS X ( Xserve , avec 2 200 processeurs PowerPC 970 ) occupait la 7e place.

Français Cela fait bien plus d'une décennie que les systèmes MIPS ont complètement disparu de la liste bien que le supercalculateur Gyoukou qui a grimpé à la 4e place en novembre 2017 ait une conception basée sur MIPS comme petite partie des coprocesseurs. L'utilisation de coprocesseurs à 2 048 cœurs (plus 8 × 6 cœurs MIPS, pour chacun, qui « ne nécessitent plus de s'appuyer sur un processeur hôte Intel Xeon E5 externe » ) a rendu le supercalculateur beaucoup plus économe en énergie que les 10 autres premiers (c'est-à-dire qu'il était 5e sur Green500 et d'autres systèmes basés sur ZettaScaler-2.2 occupent les trois premières places). Avec 19,86 millions de cœurs, il était de loin le plus grand système en termes de nombre de cœurs, avec presque le double de celui du meilleur système multicœur de l'époque, le Sunway TaihuLight chinois .

En novembre 2024 , le supercalculateur numéro un est El Capitan , le leader du Green500 est JEDI, un système Bull Sequana XH3000 utilisant la superpuce Nvidia Grace Hopper GH200. En juin 2022, les 4 meilleurs systèmes du Graph500 utilisaient à la fois des processeurs AMD et des accélérateurs AMD. Après une mise à niveau, pour le 56e TOP500 en novembre 2020,

Fugaku a augmenté ses performances HPL à 442 pétaflops, une augmentation modeste par rapport aux 416 pétaflops atteints par le système lors de ses débuts en juin 2020. Plus important encore, le Fugaku basé sur ARMv8.2 a augmenté ses performances sur le nouveau benchmark HPC-AI de précision mixte à 2,0 exaflops, dépassant ainsi sa marque de 1,4 exaflops enregistrée il y a six mois. Il s'agit des premières mesures de référence supérieures à un exaflop pour n'importe quelle précision sur n'importe quel type de matériel.

Summit, un supercalculateur auparavant le plus rapide, est actuellement le supercalculateur IBM le mieux classé, avec des processeurs IBM POWER9 . Sequoia est devenu le dernier modèle IBM Blue Gene/Q à disparaître complètement de la liste ; il était classé 10e sur la 52e liste (et 1er sur la 41e liste de juin 2012, après une mise à niveau).

Pour la première fois, les 500 systèmes ont tous atteint un pétaflop ou plus sur le benchmark HPL (High Performance Linpack), le niveau d'entrée de la liste étant désormais de 1,022 pétaflop. Cependant, pour un autre benchmark, « Summit et Sierra restent les deux seuls systèmes à dépasser un pétaflop sur le benchmark HPCG , avec respectivement 2,9 pétaflops et 1,8 pétaflops. Le résultat HPCG moyen sur la liste actuelle est de 213,3 téraflops, une augmentation marginale par rapport aux 211,2 d'il y a six mois.

Microsoft est de retour dans la liste TOP500 avec six instances Microsoft Azure (qui utilisent/sont évaluées avec Ubuntu , donc tous les supercalculateurs sont toujours basés sur Linux), avec des CPU et des GPU des mêmes fournisseurs, le plus rapide étant actuellement 11e, et un autre plus ancien/plus lent étant précédemment classé 10e. Et Amazon avec une instance AWS actuellement classée 64e (elle était auparavant classée 40e). Le nombre de supercalculateurs basés sur Arm est de 6 ; actuellement tous les supercalculateurs basés sur Arm utilisent le même CPU Fujitsu que dans le système numéro 2, le suivant étant précédemment classé 13e, maintenant 25e.

Légende :

• Rang – Position dans le classement TOP500. Dans le tableau de la liste TOP500, les ordinateurs sont classés en premier par leur valeur Rmax. Dans le cas de performances égales (valeur Rmax) pour différents ordinateurs, l'ordre est basé sur Rpeak. Pour les sites qui ont le même ordinateur, l'ordre est basé sur la taille de la mémoire, puis par ordre alphabétique.
• Rmax – Le score le plus élevé mesuré à l'aide de la suite de tests LINPACK . C'est le nombre utilisé pour classer les ordinateurs. Mesuré en quadrillions d'opérations à virgule flottante 64 bits par seconde , c'est-à-dire en péta FLOPS .
• Rpeak – Il s'agit de la performance maximale théorique du système. Calculée en pétaFLOPS.
• Nom – Certains supercalculateurs sont uniques, au moins par leur emplacement, et sont donc nommés par leur propriétaire.
• Modèle – La plateforme informatique telle qu’elle est commercialisée.
• Processeur – L’ architecture du jeu d’instructions ou la microarchitecture du processeur , ainsi que le GPU et les accélérateurs lorsqu’ils sont disponibles.
• Interconnexion – L' interconnexion entre les nœuds de calcul. InfiniBand est le plus utilisé (38 %) en termes de part de performance, tandis que Gigabit Ethernet est le plus utilisé (54 %) en termes de nombre d'ordinateurs.
• Fabricant – Le fabricant de la plateforme et du matériel.
• Site – Le nom de l’installation exploitant le supercalculateur.
• Pays – Le pays dans lequel se trouve l’ordinateur.
• Année – L’année d’installation ou de la dernière mise à jour majeure.
• Système d’exploitation – Le système d’exploitation utilisé par l’ordinateur.

Les chiffres ci-dessous représentent le nombre d'ordinateurs du TOP500 qui se trouvent dans chacun des pays ou territoires répertoriés. En 2024, les États-Unis comptent le plus grand nombre de supercalculateurs de la liste, avec 173 machines. Les États-Unis ont la puissance de calcul globale la plus élevée avec 6 324 pétaflops Rmax, suivis par le Japon (919 Pflop/s) et l'Allemagne (396 Pflop/s).

(En novembre 2023 )

• HPE Cray El Capitan ( Lawrence Livermore National Laboratory États-Unis , novembre 2024 – présent)
• HPE Cray Frontier ( Oak Ridge National Laboratory, États-Unis , juin 2022 – novembre 2024)
• Supercalculateur Fugaku ( Riken Center for Computational Science , Japon , juin 2020 – juin 2022)
• IBM Summit ( Oak Ridge National Laboratory , États-Unis , juin 2018 – juin 2020)
• NRCPC Sunway TaihuLight (Centre national de supercalcul à Wuxi, Chine , juin 2016 – novembre 2017)
• NUDT Tianhe-2 A (Centre national de supercalcul de Guangzhou, Chine , juin 2013 – juin 2016)
• Cray Titan ( Oak Ridge National Laboratory , États-Unis , novembre 2012 – juin 2013)
• IBM Sequoia Blue Gene/Q ( Lawrence Livermore National Laboratory, États-Unis , juin 2012 – novembre 2012)
• Ordinateur Fujitsu K ( Riken Advanced Institute for Computational Science , Japon , juin 2011 – juin 2012)
• NUDT Tianhe-1 A ( Centre national de supercalcul de Tianjin, Chine , novembre 2010 – juin 2011)
• Cray Jaguar ( Oak Ridge National Laboratory, États-Unis , novembre 2009 – novembre 2010)
• IBM Roadrunner ( Laboratoire national de Los Alamos , États-Unis , juin 2008 – novembre 2009)
• IBM Blue Gene /L ( Lawrence Livermore National Laboratory, États-Unis , novembre 2004 – juin 2008)
• NEC Earth Simulator (Centre de simulation de la Terre Japon , juin 2002 – novembre 2004)
• IBM ASCI White ( Lawrence Livermore National Laboratory, États-Unis , novembre 2000 – juin 2002)
• Intel ASCI Red ( Sandia National Laboratories , États-Unis , juin 1997 – novembre 2000)
• Hitachi CP-PACS ( Université de Tsukuba , Japon , novembre 1996 – juin 1997)
• Hitachi SR2201 ( Université de Tokyo , Japon , juin 1996 – novembre 1996)
• Soufflerie numérique Fujitsu ( Laboratoire national aérospatial du Japon , novembre 1994 – juin 1996)
• Intel Paragon XP/S 140 ( Sandia National Laboratories , États-Unis , juin 1994 – novembre 1994)
• Soufflerie numérique Fujitsu ( Laboratoire national aérospatial du Japon , novembre 1993 – juin 1994)
• TMC CM-5 ( Laboratoire national de Los Alamos , États-Unis , juin 1993 – novembre 1993)

Par nombre de systèmes en novembre 2024 :

Remarque : tous les systèmes d’exploitation du TOP500 sont basés sur la famille Linux , mais Linux ci-dessus est un Linux générique.

Sunway TaihuLight est le système avec le plus de cœurs CPU (10 649 600). Tianhe-2 possède le plus de cœurs GPU/accélérateurs (4 554 752). Aurora est le système avec la plus grande consommation d'énergie avec 38 698 kilowatts.

En novembre 2014, les États-Unis ont annoncé qu'ils développaient deux nouveaux supercalculateurs pour dépasser le Tianhe-2 chinois et le remplacer comme le supercalculateur le plus rapide du monde. Les deux ordinateurs, Sierra et Summit , dépasseront chacun les 55 pétaflops de pointe du Tianhe-2. Summit, le plus puissant des deux, fournira 150 à 300 pétaflops de pointe. Le 10 avril 2015, les agences gouvernementales américaines ont interdit la vente de puces, de Nvidia aux centres de supercalcul en Chine, car elles « agissent à l'encontre des intérêts de sécurité nationale des États-Unis » et Intel Corporation de fournir des puces Xeon à la Chine en raison de leur utilisation, selon les États-Unis, dans la recherche sur les armes nucléaires – recherche à laquelle la loi américaine sur le contrôle des exportations interdit aux entreprises américaines de contribuer – « Le ministère du Commerce a refusé, affirmant qu'il était préoccupé par la recherche nucléaire effectuée avec la machine. »

Le 29 juillet 2015, le président Obama a signé un décret créant une initiative nationale de calcul stratégique appelant au développement accéléré d'un système exascale (1 000 pétaflops) et au financement de la recherche sur l'informatique post-semi-conductrice.

En juin 2016, la firme japonaise Fujitsu a annoncé lors de l' International Supercomputing Conference que son futur supercalculateur exaflopique serait doté de processeurs de sa propre conception qui implémenteraient l'architecture ARMv8 . Le programme Flagship2020, de Fujitsu pour RIKEN, prévoit de franchir la barrière de l'exaflops d'ici 2020 grâce au supercalculateur Fugaku (et « il semble que la Chine et la France aient une chance d'y parvenir et que les États-Unis se contentent – ​​pour le moment du moins – d'attendre jusqu'en 2023 pour franchir la barrière de l'exaflops. » ). Ces processeurs implémenteront également des extensions de l'architecture ARMv8 équivalentes à HPC-ACE2 que Fujitsu développe avec Arm .

En juin 2016, Sunway TaihuLight est devenu le système n°1 avec 93 pétaflops/s (PFLOP/s) sur le benchmark Linpack.

En novembre 2016, Piz Daint a été mis à niveau, passant de la 8e à la 3e place, laissant les États-Unis sans aucun système sous le TOP3 pour la 2e fois.

Inspur , basé à Jinan , en Chine, est l'un des plus grands fabricants de systèmes HPC. En mai 2017 , Inspur est devenu le troisième fabricant à avoir fabriqué un système à 64 voies, un record détenu auparavant par IBM et HP . La société a enregistré plus de 10 milliards de dollars de revenus et a fourni un certain nombre de systèmes à des pays tels que le Soudan, le Zimbabwe, l'Arabie saoudite et le Venezuela. Inspur a également été un partenaire technologique majeur derrière les supercalculateurs Tianhe-2 et Taihu , occupant les deux premières positions de la liste TOP500 jusqu'en novembre 2017. Inspur et Supermicro ont lancé quelques plates-formes destinées au HPC utilisant le GPU telles que SR-AI et AGX-2 en mai 2017.

En juin 2018, Summit, un système construit par IBM au laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL) dans le Tennessee, aux États-Unis, a pris la première place avec une performance de 122,3 pétaflops/s (PFLOP/s), et Sierra, un système très similaire au laboratoire national Lawrence Livermore, en Californie, aux États-Unis, a pris la troisième place. Ces systèmes ont également pris les deux premières places du benchmark HPCG. Grâce à Summit et Sierra, les États-Unis ont repris la tête en tant que consommateur de performances HPC avec 38,2 % des performances installées globales, tandis que la Chine était deuxième avec 29,1 % des performances installées globales. Pour la première fois, le principal fabricant de HPC n'était pas une entreprise américaine. Lenovo a pris la tête avec 23,8 % des systèmes installés. Il est suivi par HPE avec 15,8 %, Inspur avec 13,6 %, Cray avec 11,2 % et Sugon avec 11 %.

Le 18 mars 2019, le ministère américain de l'Énergie et Intel ont annoncé que le premier supercalculateur exaFLOP serait opérationnel au laboratoire national d'Argonne d'ici la fin de 2021. L'ordinateur, nommé Aurora , a été livré à Argonne par Intel et Cray .

Le 7 mai 2019, le ministère américain de l'Énergie a annoncé un contrat avec Cray pour construire le supercalculateur « Frontier » au laboratoire national d'Oak Ridge. Frontier devrait être opérationnel en 2021 et, avec une performance supérieure à 1,5 exaflops, devrait alors être l'ordinateur le plus puissant du monde.

Depuis juin 2019, tous les systèmes TOP500 délivrent un pétaflop ou plus sur le benchmark High Performance Linpack (HPL), le niveau d'entrée de la liste étant désormais de 1,022 pétaflops.

En mai 2022, le supercalculateur Frontier a franchi la barrière de l'exaflops , effectuant plus d'un quintillion de calculs arithmétiques à virgule flottante 64 bits par seconde. Frontier a atteint environ 1,1 exaflops , battant le précédent détenteur du record, Fugaku .

Certains systèmes majeurs ne figurent pas sur la liste. Un exemple frappant est Blue Waters de la NCSA , qui a annoncé publiquement sa décision de ne pas participer à la liste car elle estime qu'elle n'indique pas avec précision la capacité d'un système à effectuer un travail utile. D'autres organisations décident de ne pas répertorier des systèmes pour des raisons de sécurité et/ou de compétitivité commerciale. Un de ces exemples est le supercalculateur OceanLight du National Supercomputing Center de Qingdao, achevé en mars 2021, qui a été soumis et remporté le prix Gordon Bell . L'ordinateur est un ordinateur exaflopique, mais n'a pas été soumis à la liste TOP500 ; la première machine exaflopique soumise à la liste TOP500 était Frontier. Les analystes soupçonnent que la raison pour laquelle le NSCQ n'a pas soumis ce qui aurait autrement été le premier supercalculateur exaflopique au monde était d'éviter d'attiser les sentiments et les craintes politiques aux États-Unis, dans le contexte de la guerre commerciale entre les États-Unis et la Chine. Les machines supplémentaires spécialement conçues qui ne sont pas capables ou n'exécutent pas le test de référence n'ont pas été incluses, telles que RIKEN MDGRAPE-3 et MDGRAPE-4 .

Un pod Google Tensor Processing Unit v4 est capable de 1,1 exaflops de performances de pointe, tandis que TPU v5p revendique plus de 4 exaflops au format à virgule flottante Bfloat16 , cependant ces unités sont hautement spécialisées pour exécuter des charges de travail d'apprentissage automatique et le TOP500 mesure un algorithme de référence spécifique en utilisant une précision numérique spécifique.

En mars 2024, Meta AI a révélé l'exploitation de deux centres de données avec 24 576 GPU H100, soit presque 2 fois plus que sur Microsoft Azure Eagle (n° 3 en septembre 2024), ce qui aurait pu leur permettre d'occuper les 3e et 4e places du TOP500, mais aucun des deux n'a été évalué. Lors de la conférence téléphonique sur les résultats du troisième trimestre 2024 de la société en octobre, M. Zuckerberg a révélé l'utilisation d'un cluster avec plus de 100 000 H100.

Le supercluster xAI Memphis (également connu sous le nom de « Colossus ») comporterait prétendument 100 000 des mêmes GPU H100, qui auraient pu être mis en place en premier lieu, mais il ne serait pas pleinement opérationnel en raison de pénuries d'électricité.

IBM Roadrunner n'est plus sur la liste (ni aucun autre utilisant le coprocesseur Cell ou PowerXCell ).

Bien que les systèmes basés sur Itanium aient atteint la deuxième place en 2004, il n'en reste plus aucun aujourd'hui.

De même, les processeurs vectoriels (non de type SIMD ) (basés sur NEC, comme le simulateur de la Terre qui était le plus rapide en 2002 ) ont également disparu de la liste. De même, les ordinateurs Sun Starfire qui occupaient de nombreuses places dans le passé n'apparaissent plus.

Les derniers ordinateurs non Linux de la liste – les deux AIX – fonctionnant sous POWER7 (classés 494e et 495e en juillet 2017, initialement 86e et 85e), ont disparu de la liste en novembre 2017.

• La première édition du TOP500 à ne présenter que des supercalculateurs 64 bits était la 59e édition du TOP500, qui a été publiée en juin 2022.
• En juin 2022, le TOP500 ne comptait que des supercalculateurs 64 bits.
• Les supercalculateurs les plus puissants du monde proviennent des États-Unis et du Japon.