Почему все суперкомпьютеры работают под Linux

Состояние рынка

Пока что Linux проигрывает другим ОС в борьбе за рынок ПК. По данным Statista, Linux установлена всего на 1,65% компьютеров, в то время как с операционной системой Microsoft работает 77% пользователей. Лучше дела обстоят в облачной среде, хотя и здесь лидером остается Windows (эту ОС использует 45% клиентов 1cloud.ru, но уже 44% — Linux-дистрибутивы).

Но если говорить о высокопроизводительных вычислениях, то здесь Linux однозначный лидер. Согласно отчету портала Top500 — это проект, который составляет рейтинг вычислительных установок мира — сегодня все суперкомпьютеры из списка топ-500 построены на Linux.

На машине Summit (номер один в списке на момент написания статьи), которую спроектировали в IBM, установлен Red Hat Enterprise. Эта же система управляет вторым по мощности суперкомпьютером — Sierra. Что касается третьего места, то китайская установка TaihuLight работает на Sunway Raise OS, основанной на Linux.

Причины распространенности Linux

Производительность. Ядро Linux монолитное и хранит в себе все необходимые компоненты — драйверы, планировщик задач, файловую систему. При этом kernel-сервисы выполняются в адресном пространстве ядра, что повышает общую производительность. Также Linux обладает относительно небольшими требованиями к железу. Некоторые дистрибутивы способны функционировать на устройствах с объёмом памяти в 128 МБ.

Тот факт, что машины под управлением Linux более производительны, чем под Windows, несколько лет назад признал даже один из разработчиков Microsoft. Среди причин он выделил инкрементальные обновления, направленные на оптимизацию кодовой базы.

Открытость. Суперкомпьютеры 70-х и 80-х годов в большинстве своем строились на коммерческих дистрибутивах, основанных на UNIX, — например UNICOS от Cray. Университеты и исследовательские лаборатории, были вынуждены платить крупные роялти автору ОС, что отрицательно сказывалось на конечной стоимости высокопроизводительных компьютеров — она составляла миллионы долларов. Появление открытой операционной системы позволило значительно сократить расходы на программное обеспечение. В 1998 году был представлен первый суперкомпьютер на Linux — Avalon Cluster. Его собрали в Лос-Аламосской национальной лаборатории США всего за 152 тыс. долларов.

Машина с производительностью в 19,3 гигафлопс заняла 314 место в мировом топе. На первый взгляд, это небольшое достижение, однако соотношение цена/производительность привлекло разработчиков суперкомпьютеров. Всего за два года Linux удалось захватить 10% рынка.

Кастомизация. Каждый суперкомпьютер обладает уникальной ИТ-инфраструктурой. Открытость Linux позволяет инженерам самостоятельно внести изменения в код ОС, чтобы оптимизировать ее производительность. Эксперты отмечают не только широкие возможности по настройке открытой операционной системы, но и простоту этого процесса. Администратор Эдди Эпштейн (Eddie Epstein), который участвовал в проектировании суперкомпьютера Watson, назвал легкость в управлении главной причиной выбора SUSE Linux.

Суперкомпьютеры ближайшего будущего

Вычислительная система Summit от IBM мощностью в 148 петафлопс уже несколько лет удерживает первую строчку Top500. Но в 2021 году ситуация может измениться — на рынок выйдет сразу несколько эксафлопсных суперкомпьютеров.

Один из них разрабатывает Министерство энергетики США (DOE) совместно со специалистами из Cray. Его мощности направят на исследование космоса и последствий глобального потепления, поиск препаратов для лечения рака и новых материалов для солнечных панелей. Суперкомпьютер будет управляться ОС Cray Linux Environment — она основана на SUSE Linux Enterprise.

Свою эксафлопсную высокопроизводительную машину представит и Китай. Она получит название Tianhe-3 и найдет применение в генной инженерии и разработке лекарств. На суперкомпьютер должны будут установить дистрибутив Kylin Linux, которым управляется его предшественник — Tianhe-2.

Таким образом, можно ожидать, что в ближайшие несколько лет статус-кво сохранится, и Linux продолжат устанавливать на мощнейшие суперкомпьютеры.