Самый мощный из современных суперкомпьютеров — японский комплекс K Computer — обладает быстродействием в 8,16 петафлопса, то есть за одну секунду способен выполнять 8,16 квадриллиона операций с плавающей запятой. Но уже проектируются гораздо более эффективные системы, производительность которых составит до 20 петафлопсов и выше.

Одна из главных проблем, возникающих при проектировании суперкомпьютеров такого уровня, — их огромное энергопотребление. Так, китайский комплекс Tianhe-1A , обладающий быстродействием в 2,57 петафлопса (второе место в рейтинге Топ-500), расходует более 5 МВт энергии. А системы следующего поколения с экзафлопной производительностью (квинтиллион операций с плавающей запятой в секунду) будут и вовсе требовать от 100 до 500 МВт, что сравнимо с энергозатратами небольшого города.

Решением проблемы уже занимаются несколько групп американских исследователей, участвующих в программе Ubiquitous High-Performance Computing Управления перспективных исследований Минобороны США (DARPA). Их задача — создать вычислительный комплекс, который, обладая быстродействием на уровне петафлопса, затрачивал бы не более 57 кВт энергии. Иными словами, производительность такой системы составит 40% от вычислительной мощности Tianhe-1A, а энергопотребление — только около 1%.

Работы ведутся по нескольким направлениям: в частности, рассматривается возможность интеграции процессоров с чипами памяти, использования инновационных средств селективного управления питанием отдельных узлов суперкомпьютера и внедрения средств оптимизации системы «на лету». Кроме того, компания nVidia трудится над специализированным микрочипом Echelon для суперкомпьютеров, в основу которого лягут ядра, способные выполнять операции с плавающей запятой, затрачивая лишь 10 пикоджоулей энергии. Для сравнения: изделия на современной архитектуре Fermi требуют для этого 200 пикоджоулей. Производительность Echelon теоретически достигнет 10 терафлопсов (триллионов операций с плавающей запятой в секунду).

Ожидается, что сверхэкономичный суперкомпьютер появится к 2018 году.