ما هو استخدامه ل؟ حدود، أقوى وأسرع كمبيوتر عملاق في العالم يعمل في مختبر أوك ريدج الوطني؟ من نمذجة المفاعلات إلى التنبؤ بالمناخ.
هذا السؤال له سياق أوسع. كثيرًا ما يُسألني لماذا نبني مثل هذه الآلات القوية على الإطلاق، إذا كان بإمكان كل واحد منا أن يمتلك جهاز كمبيوتر؟ بالطبع، تعد أجهزة الكمبيوتر العملاقة آلات باهظة الثمن وتستهلك كمية هائلة من الطاقة، ولكن ما نحصل عليه منها هو أكثر قيمة بكثير. سأحاول اليوم شرح ذلك باستخدام مثال الكمبيوتر العملاق Frontier.
مثير للاهتمام أيضًا: تاريخ OpenAI: ما كان عليه وما ينتظر الشركة
لماذا نحتاج إلى أجهزة الكمبيوتر العملاقة؟
باختصار، تستطيع أجهزة الكمبيوتر العملاقة معالجة كميات هائلة من المعلومات. إن عالمنا يتغير بسرعة كبيرة، وقد أنشأت البشرية قاعدة بيانات ضخمة تحتاج إلى المعالجة والتحليل والتجميع والحفظ، وأخيراً. سيساعدنا هذا، على سبيل المثال، في الحصول على أدوية جديدة أرخص وأكثر فعالية، ومواد أكثر متانة، والتنبؤ بالتغيرات المناخية لعقود من الزمن، وما إلى ذلك. تسمح لنا أجهزة الكمبيوتر العملاقة بنمذجة سلوك الأشياء التي سنقوم ببنائها، مثل مفاعلات الاندماج النووي. وهذه ليست سوى بعض الأمثلة على تطبيقات أسرع أجهزة الكمبيوتر العملاقة. نعم، إن تصنيعها وصيانتها مكلف للغاية، لكنها تستحق العناء.
ولكن لنبدأ بالأساسيات. ما هو الكمبيوتر العملاق على أي حال؟ لا يوجد تعريف واضح لهذا حتى الآن. ومع ذلك، فإن السمة المميزة لكل كمبيوتر عملاق يعمل حاليًا هي قوة الحوسبة العالية جدًا. يمكن العثور على تعريف مبسط على الإنترنت، والذي بموجبه الكمبيوتر العملاق هو آلة يمكنها تحقيق أداء حاسوبي لا يقل عن 1 تيرافلوب، أي 1012 (تريليون) عملية الفاصلة العائمة في الثانية. وهذا كثير مقارنة بأجهزة الكمبيوتر المنزلية العادية.
إذا تم قياس سرعة أجهزة الكمبيوتر في وقت سابق بـ IPS (تعليمات في الثانية)، فيجب اختراع وحدة جديدة لأجهزة الكمبيوتر العملاقة - FLOPS، أي عمليات الفاصلة العائمة في الثانية. وكلما زاد هذا الرقم، زادت قوة الكمبيوتر.
وبطبيعة الحال، فإن النهج القائم على عتبة حسابية معينة يصبح قديما بسرعة كبيرة، حيث أن أداء المعالجات التي تشكل جوهر هذه الآلات يتطور وينمو باستمرار. ومع كل إصدار للمعالجات الجديدة، تزداد أيضًا إنتاجية أجهزة الكمبيوتر الحديثة. ومع ذلك، فإن بنائها أمر صعب للغاية ومكلف ماليا.
اقرأ أيضا: مشروع الدماغ البشري: محاولة لتقليد الدماغ البشري
أي أجهزة الكمبيوتر العملاقة هي الأسرع؟
لدينا أحدث البيانات حول هذه المسألة. في نوفمبر 2023، نشر موقع Top500.org، الذي ينشر بانتظام تقييمات أداء أقوى أجهزة الكمبيوتر على وجه الأرض لسنوات عديدة، الإصدار 62 الأحدث من تصنيف Top500، والذي يعرض أكثر 500 جهاز كمبيوتر خارق كفاءة في الوقت الحالي. .
لا يزال نظام Frontier هو الكمبيوتر العملاق الأكثر كفاءة على هذا الكوكب. يعد هذا الكمبيوتر العملاق أول نظام حوسبة إكساسكيل في العالم، أي أن سرعته تجاوزت 1 إكسافلوب. يقع Frontier نفسه في المختبر الوطني، الذي يقع في أوك ريدج، تينيسي، الولايات المتحدة الأمريكية. هذا الكمبيوتر العملاق هو الرائد الحالي بدرجة HPL (عالية الأداء LINPACK - اختبار خاص يقيم الأداء الأولي لأجهزة الكمبيوتر العملاقة) عند 1193 EFlops (الإكسافلوب هو كوينتيليون، أو 10).18 حسابات النقطة العائمة في الثانية).
للمقارنة: سرعة أقوى شريحة Apple تبلغ قوة M1 Ultra حوالي 21 تيرافلوب (تريليون فلوب). العدد ضخم، هذه حقيقة. من المثير للدهشة أنه في عام 2002 كان هناك جهاز كمبيوتر طور سرعة أكبر - وهذا هو الكمبيوتر العملاق Earth Simulator التابع لشركة التكنولوجيا اليابانية العملاقة NEC Corporation. وكانت سرعتها حوالي 36 تيرافلوب!
يستخدم Frontier معالجات AMD EPYC 64C بسرعة 2 جيجا هرتز ويعتمد على أحدث بنية HPE Cray EX235a. تم تجميعه من معالجات 9408 AMD EPYC و37632 مسرعات AMD Instinct MI250x. في المجموع، يحتوي النظام على 8 نواة للمعالج والرسومات. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع Frontier بكفاءة طاقة مذهلة تبلغ 699 جيجالوبس/واط ويستخدم شبكة HPE Slingshot 904 لنقل البيانات. لذا، خلال الاختبارات، كان قادرًا على إنتاج ما يصل إلى 52,59 إكسافلوب. وصل أداء الذروة إلى رقم قياسي بلغ 11 إكسافلوب. وتقدر تكلفة الجهاز بـ 1,1 مليون دولار.
هذا هو الكمبيوتر العملاق الأول والوحيد حتى الآن في العالم الذي يعمل في وضع التقليب. أصبحت فرونتير رائدة قبل عام، لكنها لم تسمح لأي شخص حتى بالتعدي على موقفها في تصنيف يونيو 2023. وحتى الآن، مع بداية عام 2024، يعد الكمبيوتر العملاق الأمريكي هو الأكثر إنتاجية في العالم.
لكن العلماء يقترحون بالفعل أنه ربما بعد مرور بعض الوقت سيتعين عليه الاعتراف بتفوق جهاز أمريكي آخر: الكمبيوتر العملاق أورورا.
وفقًا لأحدث تصنيف، يحتل الكمبيوتر العملاق Aurora الجديد المزود برقائق Intel Sapphire Rapids، والذي يعمل في Argonne Leadership Computing Facility في إلينوي بالولايات المتحدة الأمريكية، المرتبة الثانية بأداء HPL يبلغ 585,34 PFlops. على الرغم من أن هذا لا يمثل سوى نصف أداء الكمبيوتر العملاق الرائد لشركة Frontier، إلا أن نظام Aurora لم يكتمل بعد، ولا يعمل حاليًا سوى نصف النظام النهائي المخطط له. عند الانتهاء، من المرجح أن يتجاوز أداء Aurora المتوقع 2 EFlops. يعتمد الكمبيوتر العملاق Aurora، الذي أنشأته شركة Intel، على بنية HPE Cray EX - Intel Exascale Compute Blade، يستخدم معالجات Intel Xeon CPU Max Series ومسرعات Intel Data Center GPU Max Series. كما هو الحال في Frontier، تكون شبكة HPE Slinghot-11 مسؤولة عن نقل البيانات.
الكمبيوتر العملاق الثالث الأكثر كفاءة هو نظام سحابي جديد يسمى Eagle Microsoft أزور في الولايات المتحدة. وهذا شيء من الفضول التكنولوجي، حيث إن Eagle عبارة عن كمبيوتر سحابي عملاق، والمركز الثالث في تصنيف Top500 هو أعلى مستوى يحققه نظام سحابي على الإطلاق. Microsoft يتميز Eagle بأداء HPL يبلغ 561,2 PFlops، قلب الحوسبة هو معالجات ومسرعات Intel Xeon Platinum 8480C NVIDIA H100.
تجدر الإشارة هنا إلى الكمبيوتر العملاق الياباني Fugaku، الذي يكون أدائه أقل بثلاث مرات من Frontier، وأحد أكثر أجهزة الكمبيوتر العملاقة إنتاجية في الماضي - LUMI. على الرغم من أن الصينيين ما زالوا يبنون شيئًا قويًا، إلا أن كل هذا في المستقبل.
مثير للاهتمام أيضًا: التوقعات التكنولوجية لعام 2024: ماذا تتوقع؟
لماذا نحتاج إلى الكثير من القوة الحاسوبية؟
ربما تعجبك كفاءة أسرع الآلات على وجه الأرض، لكن الأداء الذي تحققه لا يتعلق بتحطيم الأرقام القياسية، بل يتعلق بالحصول على النتائج الحسابية المطلوبة في أقصر وقت ممكن. لا يستخدم أي مستخدم للكمبيوتر العملاق هذا الجهاز لكتابة بريد إلكتروني أو إعداد عرض تقديمي. سيكون استخدام مثل هذه الآلات لأداء المهام التي يمكننا تنفيذها على الأجهزة الموجودة في منازلنا إهدارًا رهيبًا. بعد كل شيء، تتيح لك الإمكانات الحسابية لأجهزة الكمبيوتر العملاقة تنفيذ إجراءات غير متوفرة على أجهزة الكمبيوتر العادية.
ما هي المهام التي نتحدث عنها؟ بادئ ذي بدء، حول تلك التي يمكن أن تحقق فائدة حقيقية، وهذه ليست بالضرورة تلك التي يمكن تحويلها على الفور إلى أموال. تجدر الإشارة إلى أنه تم إنفاق حوالي 600 مليون دولار أمريكي فقط على إنشاء الكمبيوتر العملاق Frontier. وبطبيعة الحال، فإن تكاليف استخدامه وصيانته المستمرة تعتبر كبيرة أيضًا. ويحتل الكمبيوتر العملاق مساحة 680 مترًا مربعًا، ويستهلك 21 ميجاوات من الكهرباء.
يتم استخدام Frontier، مثل أجهزة الكمبيوتر العملاقة الأخرى، من بين أمور أخرى، لمهام مثل نمذجة المناخ، والبحث وإنتاج أدوية جديدة حيوية للإنسانية، والبحث في تقنيات المواد الجديدة، وما إلى ذلك. وبطبيعة الحال، فإن نطاق المهام التي يؤديها هذا النوع من المعدات أوسع بكثير ويتضمن، على سبيل المثال، تحليل مجموعات البيانات الضخمة من أنواع مختلفة: الصور المالية والطبية وصور الأقمار الصناعية ونمذجة الظواهر الفيزيائية وغيرها الكثير. حقيقة أن Frontier هو أول حاسوب عملاق يعمل بنظام الإكساسكيل يسمح له بأداء المهام التي قد تكون صعبة حتى على أجهزة الكمبيوتر العملاقة الأخرى.
ومن الأمثلة على ذلك نمذجة دورة الحياة الكاملة للمفاعل النووي الحراري. نعم، هذا ليس خطأ. لا توجد محطة واحدة لتوليد الطاقة الاندماجية في العالم حتى الآن، لكن قوة الحوسبة القوية ذات الإكساسكيل التي تمتلكها شركة فرونتير تجعل من الممكن محاكاة سلوك مفاعل اندماجي افتراضي والتنبؤ بسلوك البلازما في مثل هذا المفاعل. بالطبع، حتى يتم تسويق الطاقة النووية الحرارية، من الصعب التفكير في الفوائد، لكن لا أحد في العالم يشك في أن القوة الحاسوبية التي ستساهم في إنشاء وتطوير الطاقة النووية الحرارية وإنقاذ البشرية جمعاء من نقص الطاقة تستحق أي شيء. استثمار.
اقرأ أيضا: كل شيء عن Microsoft مساعد الطيار: المستقبل أم الطريق الخطأ؟
أجهزة الكمبيوتر العملاقة والطب
أحد تطبيقات أجهزة الكمبيوتر العملاقة هو الحسابات المعقدة والمستهلكة للطاقة والمتعلقة بتركيب المواد الكيميائية والمركبات العضوية. إن التحليل الدقيق لسلوك المواد الفردية، والذي يمكن تحقيقه بسبب القدرة على محاكاة سلوك مركب معين على مستوى دقيق للغاية، هو أداة تسمح بتطوير أدوية جديدة أكثر فعالية.
في عام 2020، وقبل إطلاق الحاسوب العملاق Frontier، اكتشف العلماء في مختبر أوك ريدج الوطني، الذي كان يمتلك آنذاك الحاسوب العملاق Summit (كان هذا الجهاز هو الكمبيوتر العملاق الأكثر كفاءة في عام 2018، ولا يزال قيد الاستخدام، وحصل على المرتبة 7 بكفاءة 148,8 PFlops) استخدمه لتطوير نوع جديد من أدوية السرطان. وتبين أن الدواء الجديد أفضل بنحو 10% وأكثر فعالية في العلاج من الوسائل المستخدمة سابقا. بالطبع، 10% ليس كثيرًا، لكن أخبر ذلك للمرضى الذين تمكنوا من إنقاذ حياتهم بفضل هذا الفارق "الصغير". لا شك أن حياة الإنسان لا تقدر بثمن، ولكن أي دواء يتمتع بفعالية أعلى من الممكن أن يوفر موارد هائلة لنظام الرعاية الصحية ويقلل من تكاليف العلاج. هذا هو المكان الذي يمكن أن يكون فيه Frontier مفيدًا. قدراته أعلى بكثير من قدرات الكمبيوتر العملاق نفسه.
اقرأ أيضا:
- Apple Vision Pro هو الجهاز الأكثر ثورية منذ iPhone. ولكن هناك فارق بسيط ©
- التبديل إلى Apple MacBook Air مع معالج M2: مراجعة وانطباعاتي
الحدود ونموذج المناخ الجديد
تتطلب النمذجة المناخية تحليل وتبرير نموذج تاريخ الألفية للأرض. وبطبيعة الحال، هذه مهمة تتطلب كمية هائلة من موارد الحوسبة. كلما تمكنا من صياغة تغير المناخ بشكل أكثر دقة والتنبؤ بما سيحدث على المدى الطويل، كلما نحتاج إلى أجهزة كمبيوتر عملاقة أسرع وأكثر قوة.
لاحظ مارك تايلور من مختبرات سانديا الوطنية، وهو أحد الباحثين الذين يعملون على أول تنبؤات مناخية طويلة المدى في العالم باستخدام الحوسبة المتصاعدة، ذات مرة أن "هندسة الحوسبة الفريدة للكمبيوتر الفائق Frontier تمكننا من القيام بأشياء لم نتمكن من القيام بها من قبل". أي أن القوة الحاسوبية لهذا الجهاز تقلل من العمليات الحسابية التي كانت تستغرق سنوات إلى بضعة أيام. وفي الوقت نفسه، يسمح للباحثين بالحصول على تقديرات مفصلة للآثار طويلة المدى لتغير المناخ والظروف الجوية القاسية. ويضيف تايلور: "هذا هو المعيار الذهبي الجديد لنمذجة المناخ".
ما هي المنافع؟ إنهم ضخمون فقط. إن القدرة على التنبؤ بالتغيرات المناخية الكارثية يمكن أن تنقذ عشرات الآلاف، وربما حتى الملايين، من الأرواح. ويتيح لنا تحليل التأثير المحتمل لظاهرة الاحتباس الحراري على دورات المياه العالمية والإقليمية الاستعداد مسبقًا للتغيرات المستقبلية. النماذج المكانية الحديثة موجودة، لكنها تتطلب الكثير من العمليات الحسابية. حتى وقت قريب، متطلبة للغاية. نعم، إنها تسمح لنا بالتنبؤ نظريًا بالتفاعل المعقد بين العناصر المختلفة التي تشكل ما نسميه الطقس أو المناخ، على سبيل المثال، حركة الحمل الحراري التي تصاحب تكوين السحب، ولكن هناك لا بد من معالجة تدفق هائل من المعلومات وإجراء حسابات ذات تعقيد لا يصدق.
لقد أدى وجود الكمبيوتر العملاق Frontier إلى تغيير ذلك بالفعل. يتغلب مشروع نموذج نظام الأرض ذو الطاقة الإكساسكيل (E3SM) على هذه العقبات من خلال الجمع بين الأساليب البرمجية الجديدة والأداء الهائل للإكساسكيل. يشرح ساراث سريباثي، المؤلف المشارك للدراسة ومنسق مشروع E3SM والمؤلف المشارك لنموذج الغلاف الجوي E3SM المسمى SCREAM: "لقد حلم مجتمع النمذجة المناخية منذ فترة طويلة بتشغيل نماذج بمقياس كيلومتر بسرعة كافية لتسهيل التنبؤات التي استمرت لعقود من الزمن، والآن أصبح هذا حقيقة واقعة..
بمعنى آخر، فإن مثل هذا المشروع بدون حدود سيفشل ببساطة بسبب نقص أحجام معالجة البيانات. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه ليس فقط قوة الحوسبة الأساسية مهمة، ولكن أيضًا تحسين النماذج نفسها. أمضى بيتر كالدويل، عالم المناخ في مختبر لورانس ليفرمور الوطني، وفريقه السنوات الخمس الماضية في بناء نموذج سحابي جديد من الصفر. وستعمل بكفاءة على معالجات الرسوميات (GPUs)، والتي تعد اليوم عنصرًا مهمًا جدًا في قوة الحوسبة لأجهزة الكمبيوتر العملاقة الحديثة. يمكن أيضًا تضمين سيارة رائعة مثيرة للاهتمام في فئتها هنا.
يتصور. أدى تكييف الكود ليتم تشغيله على وحدات معالجة الرسومات إلى زيادة كبيرة في الأداء. يمكن تشغيل SCREAM على 8192 عقدة Frontier لمحاكاة التكوينات السحابية العالمية التي تستغرق عادةً أكثر من عام (1,25 سنة على وجه الدقة) في جلسة حوسبة واحدة مدتها 24 ساعة. يمكن إجراء عمليات محاكاة طويلة المدى تمتد من 30 إلى 40 عامًا في فرونتير في غضون أسابيع. لاحظ الباحثون أنه في السابق كان من المستحيل تقريبًا إجراء مثل هذه الحسابات. يمكن للأشخاص المهتمين بمعرفة المزيد عن هذه الدراسات تعرف على الإصدار العلمي الجديد مارك تايلور وفريقه.
مثير للاهتمام أيضًا:
- كيف يتعقب الجيش الأمريكي سانتا كلوز
- حظر البيع Apple شاهد في الولايات المتحدة الأمريكية: كل تفاصيل القضية
- إعادة النظر Lenovo Yoga Book 9i: كمبيوتر محمول قابل للتحويل مزود بشاشتين
تقنيات الحدود والمواد
أحد المشاريع المثيرة للاهتمام التي تستفيد من إمكانات الإكساسكيل للكمبيوتر الفائق Frontier هو العمل في مجال تكنولوجيا المواد. تعد هذه واحدة من أكبر عمليات المحاكاة الحسابية على الإطلاق لسبائك، والتي، بفضل كفاءتها الحسابية، سمحت بتحقيق دقة تصل إلى المستوى الكمي تقريبًا. يعد هذا البحث، الذي أجراه فيكرام جافيني من جامعة ميشيغان، مبتكرًا لأنه يستخدم معادلة شرودنغر لنمذجة سلوك المواد المختلفة. سمحت القوة الحاسوبية الهائلة لشركة Frontier بمحاكاة نظام سبائك المغنيسيوم الذي يتكون من 75 ذرة.
سبائك المغنيسيوم هي مادة مثيرة للاهتمام للغاية. إنه خفيف جدًا وفي نفس الوقت قوي. ومع ذلك، فإن سبائك المغنيسيوم حساسة لبعض العيوب، وخاصة الاضطرابات (أي العيوب الهائلة في البنية البلورية للمادة)، والتي تغير خصائصها الميكانيكية بشكل كبير. وهذا يحول المادة الواعدة إلى قطعة معدنية غير صالحة للاستعمال، لأنها تتشقق بسهولة، كما أنها هشة وغير مستقرة. تمكن العلماء بمساعدة القوة الحاسوبية لشركة Frontier من تصحيح بعض هذه العيوب في سبائك المغنيسيوم. ولكن هذه ليست سوى بداية العمل الشاق.
مثير للاهتمام أيضًا:
مستقبل الحواسيب الفائقة؟
لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر التقليدية حل التحديات التي تطرحها علينا بعض المشاكل العلمية والتقنية. تتمتع أجهزة الكمبيوتر العملاقة بقدرة حاسوبية أكبر بكثير، مما يسمح لها بإجراء عمليات حسابية قد تكون مستحيلة أو تستغرق وقتًا طويلاً على أجهزة الكمبيوتر العادية. ومن خلال إنشاء أجهزة الكمبيوتر العملاقة، يسعى العلماء إلى توسيع حدود معرفتنا وقدراتنا، وكذلك حل المشكلات التي يمكن أن يكون لها تأثير حقيقي كبير على مستقبلنا.
ينص قانون مور على أن قوة أجهزة الكمبيوتر تتزايد بشكل كبير. كل عامين، تتضاعف سرعة العمليات الحسابية، ويتمكن المهندسون والعلماء من إيجاد حلول لمشاكل كانت تعتبر مستحيلة في السابق.
في يوم من الأيام، سوف تصبح أجهزة الكمبيوتر العملاقة شائعة. بعد كل شيء، قبل عشر سنوات فقط، كانت مفاهيم مثل الواقع الافتراضي والألعاب السحابية والكون المتعدد موجودة فقط في خيال عدد قليل من خبراء التكنولوجيا والمهوسين، واليوم أصبح هذا واقعنا. لن يضطر جيل المستقبل حتى إلى الحصول على تعليم في مجال تكنولوجيا المعلومات والحصول على وظيفة في Google للاستفادة من أجهزة الكمبيوتر العملاقة: فسوف تصبح بهدوء وبشكل غير محسوس جزءًا من الحياة اليومية، تمامًا مثل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأشياء أخرى.
اقرأ أيضا: