Nə üçün istifadə olunur? Sərhəd, Oak Ridge Milli Laboratoriyasında işləyən dünyanın ən güclü və ən sürətli superkompüteri? Reaktor modelləşdirməsindən iqlim proqnozuna qədər.
Bu sualın daha geniş konteksti var. Məndən tez-tez soruşurlar ki, hər birimizin kompüteri olarsa, niyə ümumiyyətlə belə güclü maşınlar qururuq? Əlbəttə ki, superkompüterlər böyük miqdarda enerji istehlak edən çox bahalı maşınlardır, lakin onlardan əldə etdiyimiz şey daha qiymətlidir. Bu gün mən bunu Frontier superkompüterinin nümunəsi ilə izah etməyə çalışacağam.
Həmçinin maraqlıdır: OpenAI tarixi: bu nə idi və şirkəti qarşıda nə gözləyir
Superkompüterlərə niyə ehtiyacımız var?
Bir sözlə, superkompüterlər nəhəng informasiya axınını emal edə bilir. Dünyamız çox sürətlə dəyişir, bəşəriyyət nəhayət emal edilməli, təhlil edilməli, qruplaşdırılmalı, saxlanmalı olan nəhəng məlumat bazası yaratdı. Bu, məsələn, yeni, daha ucuz və effektiv dərmanlar, daha davamlı materiallar əldə etməyə, onilliklər ərzində iqlim dəyişikliklərini proqnozlaşdırmağa və s. Superkompüterlər sintez reaktorları kimi quracağımız obyektlərin davranışını modelləşdirməyə imkan verir. Və bunlar ən sürətli superkompüterlərin tətbiqinə dair yalnız bəzi nümunələrdir. Bəli, onların istehsalı və saxlanması çox bahalıdır, lakin buna dəyər.
Ancaq əsaslardan başlayaq. Hər halda superkompüter nədir? Bunun hələ dəqiq tərifi yoxdur. Bununla belə, hazırda fəaliyyət göstərən hər bir superkompüterin xarakterik xüsusiyyəti çox yüksək hesablama gücüdür. İnternetdə sadələşdirilmiş tərif tapıla bilər, buna görə superkompüter ən azı 1 teraflops hesablama performansına nail ola bilən bir maşındır, yəni 1012 saniyədə (trilyon) üzən nöqtə əməliyyatları. Bu, adi ev kompüterləri ilə müqayisədə çoxdur.
Əgər əvvəllər kompüterlərin sürəti IPS (saniyədə təlimat) ilə ölçülürdüsə, onda superkompüterlər üçün yeni bir vahid - FLOPS, yəni saniyədə üzən nöqtə əməliyyatları icad edilməli idi. Bu rəqəm nə qədər yüksək olsa, kompüter bir o qədər güclüdür.
Təbii ki, müəyyən hesablama həddinə əsaslanan yanaşma kifayət qədər tez köhnəlir, çünki bu maşınların əsasını təşkil edən prosessorların performansı daim inkişaf edir və artır. Yeni prosessorların hər buraxılışı ilə müasir kompüterlərin məhsuldarlığı da artır. Lakin onların tikintisi çox çətin və maliyyə baxımından baha başa gəlir.
Həmçinin oxuyun: İnsan Beyni Layihəsi: İnsan beynini təqlid etmək cəhdi
Hansı superkompüterlər ən sürətlidir?
Bu məsələ ilə bağlı son məlumatlarımız var. 2023-cü ilin noyabrında, uzun illərdir müntəzəm olaraq Yer kürəsinin ən güclü kompüterlərinin performans reytinqlərini dərc edən Top500.org veb-saytı hazırda mövcud olan 62 ən səmərəli superkompüteri təqdim edən Top500 reytinqinin ən son, 500-ci nəşrini dərc etdi. .
Frontier sistemi hələ də planetin ən səmərəli superkompüteridir. Bu superkompüter dünyanın ilk examiqyaslı hesablama sistemidir, yəni onun sürəti 1 eksaflop-u ötüb. Frontier özü ABŞ-ın Tennessi ştatının Oak Ridge şəhərində yerləşən Milli Laboratoriyada yerləşir. Bu superkompüter 1193 EFlops (exaflop kvintilyon və ya 10) ilə HPL balı (High Performance LINPACK - superkompüterlərin xam məhsuldarlığını qiymətləndirən xüsusi test) ilə hazırkı liderdir.18 saniyədə üzən nöqtə hesablamaları).
Müqayisə üçün: ən güclü çipin sürəti Apple M1 Ultra təxminən 21 teraflops (bir trilyon FLOPS) təşkil edir. Sayı böyükdür, bu bir faktdır. Təəccüblüdür ki, hələ 2002-ci ildə daha yüksək sürət inkişaf etdirən bir kompüter var idi - bu, Yaponiya texnologiya nəhəngi NEC Corporation-ın Earth Simulator superkompüteridir. Onun sürəti təxminən 36 teraflops idi!
Frontier AMD EPYC 64C 2GHz prosessorlarından istifadə edir və ən son HPE Cray EX235a arxitekturasına əsaslanır. O, 9408 AMD EPYC prosessorundan və 37632 AMD Instinct MI250x sürətləndiricisindən yığılıb. Ümumilikdə sistem 8 699 904 prosessor və qrafik nüvəyə malikdir. Bundan əlavə, Frontier 52,59 GFlops/vat gücündə təsirli gücə malikdir və məlumat ötürülməsi üçün HPE Slingshot 11 şəbəkəsindən istifadə edir. Belə ki, sınaqlar zamanı o, 1,1 ekzaflop istehsal edə bilir. Ən yüksək performans rekordu 1,686 eksaflopa çatdı. Cihazın dəyəri 600 milyon dollar qiymətləndirilir.
Bu, dünyada flop rejimində işləyən ilk və indiyə qədər yeganə superkompüterdir. Frontier bir il əvvəl lider oldu, lakin 2023-cü ilin İyun reytinqində heç kimin mövqeyinə belə müdaxilə etməyə imkan vermədi. Və indiyə qədər, 2024-cü ilin əvvəlində Amerika superkompüteri dünyada ən məhsuldardır.
Lakin alimlər artıq ehtimal edirlər ki, bəlkə bir müddət sonra o, başqa bir Amerika maşınının - Aurora superkompüterinin üstünlüyünü etiraf etməli olacaq.
Son reytinqə əsasən, ABŞ-ın İllinoys ştatındakı Argonne Leadership Computing Facility-də işləyən Intel Sapphire Rapids çiplərinə malik yeni Aurora superkompüteri 585,34 PFlops HPL göstəricisi ilə ikinci yeri tutur. Bu, Frontier-in flaqman superkompüterinin performansının yalnız yarısı olsa da, Aurora sistemi hələ tamamlanmayıb və planlaşdırılan son sistemin yalnız yarısı hazırda fəaliyyətdədir. Tamamlandıqdan sonra Aurora-nın proqnozlaşdırılan performansı 2 EFlop-u keçəcək. Intel tərəfindən yaradılmış Aurora superkompüteri HPE Cray EX arxitekturasına əsaslanır - Intel Exascale Compute Blade, Intel Xeon CPU Max Series prosessorlarından və Intel Data Center GPU Max Series sürətləndiricilərindən istifadə edir. Frontier-də olduğu kimi, HPE Slinghot-11 şəbəkəsi məlumatların ötürülməsinə cavabdehdir.
Üçüncü ən səmərəli superkompüter Eagle adlı yeni bulud əsaslı sistemdir Microsoft ABŞ-da Azure. Bu, texnoloji maraq doğuran bir şeydir, çünki Eagle bulud superkompüteridir və Top500 reytinqində üçüncü mövqe bulud sistemi tərəfindən indiyə qədər əldə edilən ən yüksək mövqedir. Microsoft Eagle 561,2 PFlops HPL performansına malikdir, hesablama ürəyi Intel Xeon Platinum 8480C prosessorları və sürətləndiriciləridir. NVIDIA H100.
Burada məhsuldarlığı Frontier-dən üç dəfədən çox az olan Yapon superkompüteri Fuqaku və keçmişdə ən məhsuldar superkompüterlərdən biri olan LUMI-ni qeyd etmək yerinə düşər. Çinlilər hələ də güclü bir şey qursalar da, bunların hamısı gələcəkdədir.
Həmçinin maraqlıdır: 2024-cü il üçün texnoloji proqnozlar: nə gözləmək lazımdır?
Niyə bu qədər hesablama gücünə ehtiyacımız var?
Siz yer üzündəki ən sürətli maşınların səmərəliliyinə heyran ola bilərsiniz, lakin onların əldə etdiyi performans rekordları qırmaq deyil, ən qısa müddətdə istənilən hesablama nəticələrini əldə etməkdir. Heç bir superkompüter istifadəçisi o maşından e-poçt yazmaq və ya təqdimat hazırlamaq üçün istifadə etmir. Evimizdəki cihazlarda yerinə yetirə biləcəyimiz işləri yerinə yetirmək üçün belə maşınlardan istifadə etmək dəhşətli itki olardı. Axı superkompüterlərin hesablama potensialı adi kompüterlərdə olmayan hərəkətləri yerinə yetirməyə imkan verir.
Hansı vəzifələrdən danışırıq? Əvvəla, real fayda gətirə bilənlər haqqında və bunlar dərhal pula çevrilə bilənlər deyil. Xatırladaq ki, Frontier superkompüterinin yaradılmasına cəmi 600 milyon ABŞ dolları xərclənib. Təbii ki, onun istifadəsi və davamlı təmir xərcləri də əhəmiyyətlidir. Superkompüter 680 kvadratmetr sahəni tutur və 21 MVt elektrik enerjisi istehlak edir.
Frontier, digər superkompüterlər kimi, iqlimin modelləşdirilməsi, bəşəriyyət üçün həyati əhəmiyyət kəsb edən yeni dərmanların tədqiqi və istehsalı, yeni material texnologiyalarının tədqiqi və s. kimi vəzifələr üçün istifadə olunur. Əlbəttə ki, bu tip avadanlıqların yerinə yetirdiyi vəzifələrin əhatə dairəsi daha genişdir və məsələn, müxtəlif növ nəhəng məlumat dəstlərinin təhlili daxildir: maliyyə, tibbi, peyk şəkilləri, fiziki hadisələrin modelləşdirilməsi və bir çox başqaları. Frontier-in ilk böyük superkompüter olması ona hətta digər superkompüterlərdə də çətin ola biləcək tapşırıqları yerinə yetirməyə imkan verir.
Buna misal olaraq termonüvə reaktorunun bütün həyat dövrünün modelləşdirilməsi verilə bilər. Bəli, bu səhv deyil. Dünyada hələ də bir dənə də olsun füzyon elektrik stansiyası yoxdur, lakin Frontier-in güclü exascale hesablama gücü hipotetik sintez reaktorunun davranışını simulyasiya etməyə və belə bir reaktorda plazmanın davranışını proqnozlaşdırmağa imkan verir. Əlbəttə ki, termonüvə enerjisi kommersiyalaşdırılana qədər faydaları haqqında düşünmək çətindir, lakin dünyada heç kim şübhə etmir ki, termonüvə enerjisinin yaradılmasına və inkişafına töhfə verəcək və bütün bəşəriyyəti enerji qıtlığından xilas edəcək hesablama gücü hər hansı bir dəyərə layiqdir. investisiya.
Həmçinin oxuyun: Haqqında hər şey Microsoft Kopilot: gələcək, yoxsa yanlış yol?
Superkompüterlər və tibb
Superkompüterlərin tətbiqi sahələrindən biri kimyəvi maddələrin və üzvi birləşmələrin strukturu ilə bağlı mürəkkəb və enerji tutumlu hesablamalardır. Verilmiş birləşmənin davranışını çox dəqiq səviyyədə simulyasiya etmək qabiliyyəti sayəsində mümkün olan ayrı-ayrı maddələrin davranışının diqqətlə təhlili yeni, daha təsirli dərmanların hazırlanmasına imkan verən bir vasitədir.
Hələ 2020-ci ildə, Frontier superkompüterinin buraxılmasından əvvəl, Oak Ridge Milli Laboratoriyasının alimləri, o zaman Summit superkompüterinə sahib idilər (bu maşın 2018-ci ildə ən səmərəli superkompüter idi, hələ də istifadə olunur və səmərəliliyi ilə 7-ci yerdədir). 148,8 PFlops) yeni növ xərçəng dərmanı hazırlamaq üçün istifadə etdi. Yeni dərman əvvəllər istifadə edilən vasitələrdən təxminən 10% daha yaxşı, müalicədə daha təsirli olduğu ortaya çıxdı. Təbii ki, 10% o qədər də çox deyil, amma bunu o "kiçik" fərq sayəsində həyatını xilas etməyi bacaran xəstələrə deyin. İnsan həyatı, əlbəttə ki, qiymətsizdir, lakin daha yüksək effektivliyə malik istənilən dərman səhiyyə sistemi üçün böyük resurslara qənaət edə və müalicə xərclərini azalda bilər. Sərhədin lazımlı ola biləcəyi yer budur. Onun imkanları eyni Summit superkompüterindən xeyli yüksəkdir.
Həmçinin oxuyun:
- Apple Vision Pro iPhone-dan sonra ən inqilabi cihazdır. Amma bir nüans var ©
- keçin Apple M2 prosessorlu MacBook Air: baxış və təəssüratlarım
Sərhəd və yeni iqlim modeli
İqlim modelləşdirilməsi Yerin minillik tarixinin modelinin təhlilini və əsaslandırılmasını tələb edir. Əlbəttə ki, bu, böyük miqdarda hesablama resursları tələb edən bir işdir. İqlim dəyişikliyini nə qədər dəqiq modelləşdirə bilsək və uzunmüddətli perspektivdə nələrin baş verəcəyini proqnozlaşdıra bilsək, bir o qədər sürətli və güclü superkompüterlərə ehtiyacımız var.
Artan hesablamalardan istifadə edərək dünyanın ilk uzunmüddətli iqlim proqnozları üzərində işləyən tədqiqatçılardan biri olan Sandia National Laboratories-dən Mark Taylor bir dəfə qeyd etdi: "Frontier superkompüterinin unikal hesablama arxitekturası əvvəllər edə bilmədiyimiz şeyləri etməyə imkan verir." Yəni bu maşının hesablama gücü əvvəllər illərlə aparılan hesablamanı bir neçə günə azaldır. Eyni zamanda, bu, tədqiqatçılara iqlim dəyişikliyinin və ekstremal hava şəraitinin uzunmüddətli təsirləri haqqında ətraflı qiymətləndirmələr əldə etməyə imkan verir. "Bu, iqlim modelləşdirməsi üçün yeni qızıl standartdır" deyə Taylor əlavə edir.
Faydaları nələrdir? Onlar sadəcə nəhəngdirlər. Fəlakətli hava dəyişikliklərini proqnozlaşdırmaq bacarığı on minlərlə, bəlkə də milyonlarla insanın həyatını xilas edə bilər. İqlim istiləşməsinin qlobal və regional su dövrlərinə ehtimal təsirinin təhlili bizə gələcək dəyişikliklərə əvvəlcədən hazırlaşmağa imkan verir. Müasir məkan modelləri mövcuddur, lakin onlar çox hesablama tələb edir. Son vaxtlara qədər çox tələbkar idi. Bəli, onlar bizə hava və ya iqlim dediyimiz şeyi təşkil edən müxtəlif elementlər arasında mürəkkəb qarşılıqlı əlaqəni, məsələn, buludların əmələ gəlməsini müşayiət edən konvektiv hərəkəti nəzəri olaraq proqnozlaşdırmağa imkan verir, lakin burada böyük bir məlumat axını emal etmək lazımdır. və inanılmaz mürəkkəblikdə hesablamalar aparın.
Frontier superkompüterinin olması artıq bunu dəyişib. Energy Exascale Earth System Model (E3SM) layihəsi yeni proqram təminatı yanaşmalarını kütləvi exascale performansı ilə birləşdirərək bu maneələri aradan qaldırır. Tədqiqatın həmmüəllifi və E3SM layihəsinin koordinatoru və SCREAM adlı E3SM atmosfer modelinin həmmüəllifi Sarath Sripathy izah edir: "İqlim modelləşdirmə icması uzun müddətdir ki, onilliklər boyu proqnozları asanlaşdırmaq üçün kilometr miqyaslı modelləri kifayət qədər sürətlə idarə etmək arzusunda idi və indi bu, reallıqdır.".
Başqa sözlə, Sərhədsiz belə bir layihə, məlumatların işlənməsi həcmlərinin olmaması səbəbindən sadəcə uğursuz olardı. Bununla belə, qeyd etmək lazımdır ki, təkcə əsas hesablama gücü deyil, həm də modellərin özlərinin optimallaşdırılması vacibdir. Lourens Livermor Milli Laboratoriyasının klimatoloqu Peter Caldwell və onun komandası son beş ildə sıfırdan yeni bulud modelinin yaradılmasına sərf ediblər. O, bu gün müasir superkompüterlərin hesablama gücünün çox mühüm komponenti olan qrafik prosessorlarda (GPU) səmərəli işləyəcək. Öz sinfində maraqlı top avtomobil də buraya daxil edilə bilər.
Təsəvvür edin. Kodun GPU-larda işləmək üçün uyğunlaşdırılması performansın əhəmiyyətli dərəcədə artmasına səbəb oldu. SCREAM 8192 saatlıq bir hesablama sessiyasında adətən bir ildən çox vaxt aparan (dəqiq desək 1,25 il) qlobal bulud birləşmələrini simulyasiya etmək üçün 24 Sərhəd qovşağında işləyə bilər. Sərhəddə 30-40 ili əhatə edən uzunmüddətli simulyasiyalar bir neçə həftə ərzində edilə bilər. Tədqiqatçılar qeyd edirlər ki, əvvəllər belə hesablamalar aparmaq demək olar ki, mümkün deyildi. Bu tədqiqatlar haqqında daha çox öyrənmək istəyənlər bilər yeni elmi nəşrlə tanış olmaq Mark Taylor və onun komandası.
Həmçinin maraqlıdır:
- ABŞ ordusu Şaxta babanı necə izləyir
- Satışın qadağan edilməsi Apple ABŞ-da baxın: İşin bütün təfərrüatları
- Baxış-icmal Lenovo Yoga Book 9i: iki displeyli konvertasiya edilə bilən noutbuk
Sərhəd və material texnologiyaları
Frontier superkompüterinin böyük potensialından istifadə edən maraqlı layihələrdən biri də materiallar texnologiyası sahəsində işdir. Bu, hesablama səmərəliliyi sayəsində demək olar ki, kvant səviyyəsinə çatan dəqiqliyə nail olmağa imkan verən bir ərintinin indiyə qədər ən böyük hesablama simulyasiyalarından biridir. Miçiqan Universitetindən Vikram Gavini tərəfindən aparılan bu araşdırma, müxtəlif materialların davranışını modelləşdirmək üçün Şrödinger tənliyindən istifadə etməsi ilə innovativdir. Frontier-in böyük hesablama gücü ona 75 atomdan ibarət maqnezium ərintisi sistemini simulyasiya etməyə imkan verdi.
Maqnezium ərintiləri çox maraqlı bir materialdır. Çox yüngül və eyni zamanda güclüdür. Bununla belə, maqnezium ərintiləri mexaniki xassələrini kəskin şəkildə dəyişdirən müəyyən qüsurlara, əsasən dislokasiyalara (yəni materialın kristal strukturunda kütləvi qüsurlara) həssasdır. Bu, perspektivli materialı yararsız metal parçasına çevirir, çünki o, asanlıqla çatlayır, kövrək və qeyri-sabitdir. Alimlər Frontier-in hesablama gücünün köməyi ilə maqnezium ərintilərindəki bu qüsurların bəzilərini düzəltməyə nail olublar. Ancaq bu, gərgin işin yalnız başlanğıcıdır.
Həmçinin maraqlıdır:
Superkompüterlərin gələcəyi?
Adi kompüterlər bəzi elmi və texniki problemlərin qarşımıza qoyduğu problemləri həll edə bilmir. Superkompüterlər adi kompüterlərdə qeyri-mümkün və ya çox vaxt aparan hesablamaları yerinə yetirməyə imkan verən daha çox hesablama gücünə malikdir. Superkompüterlər yaratmaqla alimlər bilik və imkanlarımızın sərhədlərini genişləndirməyə, eləcə də gələcəyimizə böyük real təsir göstərə biləcək problemləri həll etməyə çalışırlar.
Mur qanunu deyir ki, kompüterlərin gücü eksponent olaraq artır. Hər iki ildən bir hesablamaların sürəti ikiqat artır, mühəndislər və alimlər əvvəllər qeyri-mümkün hesab edilən problemlərin həlli yollarını tapmağa nail olurlar.
Bir gün superkompüterlər adi hala çevriləcək. Axı, cəmi on il əvvəl virtual reallıq, bulud oyunları və metakainat kimi anlayışlar yalnız bir neçə texno-mütəxəssislərin və geekslərin təsəvvüründə mövcud idi və bu gün bizim reallığımızdır. Gələcək nəsil superkompüterlərdən yararlanmaq üçün İT təhsili almağa və Google-da işə düzəlməyə belə ehtiyac duymayacaq: onlar səssizcə və görünməz şəkildə smartfonlar, noutbuklar və digər əşyalar kimi gündəlik həyatın bir hissəsinə çevriləcəklər.
Həmçinin oxuyun: