Supertietokoneilla

Supertietokoneilla tarkoitetaan suuria laskentajärjestelmiä, jotka kykenevät suorittamaan erittäin suuria määriä laskutoimituksia rinnakkain. Niiden suorituskyky mitataan petaflopseina (10^15 laskutoimitusta sekunnissa) tai exaflopseina (10^18). Tällaiset järjestelmät tukevat monimutkaisia laskentaprosesseja kuten ilmastonmallinnusta, aerodynamiikkaa, materiaalitutkimusta sekä genomista analyysiä ja tekoälyn kehittämistä.

Arkkitehtuuri perustuu laajaan rinnakkaisuuteen: satoja tai miljoonia prosessoriytimisiä suoritinlohkoja, suuret määrät muistia ja usein kiihdyttimiä kuten grafiikkaprosessoreita (GPU) tai erityisiä tekoälykiihdyttimiä. Nopeita väyliä, kuten Infiniband- tai vastaavia verkkoarkkitehtuureja, käytetään tiedonsiirron nopeuttamiseen. Järjestelmien jäähdytys ja energianhallinta ovat keskeisiä suunnittelukohteita, sillä tehonkulutus voi olla megavatteja.

Ohjelmisto- ja käyttöympäristö on yleisesti Linux-pohjainen. Laskentaa hallitaan rinnakkaislaskennan standardeilla kuten MPI ja OpenMP, ja kiihdyttimiä käytetään ohjelmistokiihdyttimillä kuten CUDA tai OpenCL. Työ- ja ajonaikaiset resurssit jaetaan keskuslaskemisessa klusterikeskuksissa käyttämällä työjonohallintajärjestelmiä kuten Slurm. Monia sovelluksia tuetaan vakiokirjastoilla ja kehitystyökaluilla, jotka on suunniteltu siirrettäviksi useisiin arkkitehtuureihin.

Sovellukset kattavat ilmaston- ja säämallinnuksen, monimutkaiset fluididynamiikan, astrofyysisiä ja materiaalitutkimuksia sekä suurten datamassojen analyysin ja tekoälyn kehittämisen. Haasteita ovat energiatehokkuus, jäähdytys ja ohjelmiston skaalaus, ja kehitys tähtää exaflopseihin sekä heterogeenisiin, kiihdytettyihin arkkitehtuureihin. Supertietokoneet ovat kansainvälisiä tutkimus- ja teollisuusyhteistyön välineitä, jotka tukevat suuria tieteellisiä läpimurroksia.