Za šta se koristi? granica, najmoćniji i najbrži superkompjuter na svijetu koji radi u Oak Ridge National Laboratory? Od modeliranja reaktora do klimatskih prognoza.
Ovo pitanje ima širi kontekst. Često me pitaju zašto uopšte pravimo tako moćne mašine, ako svako od nas može da ima kompjuter? Naravno, superkompjuteri su veoma skupe mašine koje troše ogromnu količinu energije, ali ono što od njih dobijamo je mnogo vrednije. Danas ću to pokušati objasniti na primjeru Frontier superkompjutera.
Također zanimljivo: Istorija OpenAI: Šta je to bilo i šta je pred kompanijom
Zašto su nam potrebni superračunari?
Ukratko, superračunari mogu obraditi ogromne tokove informacija. Naš svijet se mijenja veoma brzo, čovječanstvo je stvorilo ogromnu bazu podataka koju treba obraditi, analizirati, grupirati, sačuvati, konačno. To će nam pomoći, na primjer, da dođemo do novih, jeftinijih i efikasnijih lijekova, trajnijih materijala, da predvidimo klimatske promjene za decenije itd. Superkompjuteri nam omogućavaju da modeliramo ponašanje objekata koje ćemo izgraditi, kao što su fuzijski reaktori. A ovo su samo neki primjeri primjene najbržih superračunara. Da, veoma su skupi za proizvodnju i održavanje, ali vrijede toga.
Ali počnimo s osnovama. Šta je uopšte superkompjuter? Još ne postoji jasna definicija ovoga. Međutim, karakteristična karakteristika svakog trenutno operativnog superkompjutera je veoma visoka računarska snaga. Na internetu se može naći pojednostavljena definicija prema kojoj je superkompjuter mašina koja može postići računarske performanse od najmanje 1 teraflops, tj. 1012 (trilion) operacija s pomičnim zarezom u sekundi. Ovo je mnogo u poređenju sa običnim kućnim računarima.
Ako se ranije brzina računara mjerila u IPS (instrukcije u sekundi), onda je za superkompjutere morala biti izmišljena nova jedinica - FLOPS, odnosno operacije s pomičnim zarezom u sekundi. Što je ovaj broj veći, to je računar moćniji.
Naravno, pristup zasnovan na određenom računarskom pragu prilično brzo zastareva, jer se performanse procesora koji su jezgra ovih mašina neprestano razvijaju i rastu. Sa svakim izdavanjem novih procesora, povećava se i produktivnost modernih računara. Međutim, njihova izgradnja je veoma teška i finansijski skupa.
Pročitajte također: Projekat ljudskog mozga: Pokušaj imitacije ljudskog mozga
Koji su superračunari najbrži?
Imamo najnovije podatke o ovom pitanju. U novembru 2023. godine, web stranica Top500.org, koja već dugi niz godina redovno objavljuje ocjene performansi najmoćnijih računara na Zemlji, objavila je najnovije, 62. izdanje Top500 rangiranja, koje predstavlja 500 najefikasnijih superkompjutera koji postoje u ovom trenutku. .
Frontier sistem je i dalje najefikasniji superkompjuter na planeti. Ovaj superkompjuter je prvi računarski sistem u eksaskali, odnosno njegova brzina je premašila 1 exaflops. Sam Frontier se nalazi u Nacionalnoj laboratoriji, koja se nalazi u Oak Ridgeu, Tennessee, SAD. Ovaj superkompjuter je trenutni lider sa HPL rezultatom (LINPACK visokih performansi - specijalni test koji procenjuje sirove performanse superkompjutera) sa 1193 EFlops (exaflop je kvintilion, ili 1018 izračunavanja s pomičnim zarezom u sekundi).
Za poređenje: brzina najmoćnijeg čipa Apple M1 Ultra ima oko 21 teraflops (jedan trilion FLOPS). Broj je ogroman, to je činjenica. Iznenađujuće, još 2002. godine postojao je računar koji je razvio još veću brzinu - ovo je superkompjuter Earth Simulator japanskog tehnološkog giganta NEC Corporation. Njegova brzina je bila oko 36 teraflopsa!
Frontier koristi AMD EPYC 64C 2 GHz procesore i baziran je na najnovijoj HPE Cray EX235a arhitekturi. Sastavljen je od 9408 AMD EPYC procesora i 37632 AMD Instinct MI250x akceleratora. Ukupno, sistem ima 8 procesorska i grafička jezgra. Osim toga, Frontier ima impresivnu energetsku efikasnost od 699 GFlops/vat i koristi HPE Slingshot 904 mrežu za prijenos podataka. Dakle, tokom testova, može proizvesti do 52,59 exaflops. Vrhunske performanse dostigle su rekordnih 11 exaflopsa. Cijena uređaja procjenjuje se na 1,1 miliona dolara.
Ovo je prvi i do sada jedini superkompjuter na svijetu koji radi u flops modu. Frontier je postao lider prije godinu dana, ali nije dozvolio nikome ni da zadire u njenu poziciju na rang-listi iz juna 2023. godine. I do sada, početkom 2024. godine, američki superkompjuter je najproduktivniji na svijetu.
Ali naučnici već sugerišu da će možda nakon nekog vremena morati da prizna superiornost druge američke mašine: superkompjutera Aurora.
Prema najnovijem rangiranju, novi superkompjuter Aurora sa Intel Sapphire Rapids čipovima, koji radi u Argonne Leadership Computing Facility u Illinoisu, SAD, zauzima drugo mjesto sa HPL performansom od 585,34 PFlops. Iako je ovo samo polovina performansi Frontierovog vodećeg superkompjutera, sistem Aurora još nije završen, a trenutno je u funkciji samo polovina planiranog konačnog sistema. Po završetku, Aurorin projektovani učinak će vjerovatno premašiti 2 EFlopsa. Superkompjuter Aurora, koji je kreirao Intel, baziran je na HPE Cray EX arhitekturi - Intel Exascale Compute Blade, koristi Intel Xeon CPU Max Series procesore i Intel Data Center GPU Max Series akceleratore. Kao iu Frontier-u, HPE Slinghot-11 mreža je odgovorna za prijenos podataka.
Treći najefikasniji superkompjuter je novi sistem baziran na oblaku pod nazivom Eagle Microsoft Azure u SAD. Ovo je svojevrsni tehnološki kuriozitet, jer je Eagle superkompjuter u oblaku, a treća pozicija na Top500 rang-listi je najviša ikad postignuta Cloud sistemom. Microsoft Eagle se može pohvaliti HPL performansama od 561,2 PFlops, srce računara su Intel Xeon Platinum 8480C procesori i akceleratori NVIDIA H100.
Ovdje vrijedi spomenuti japanski superkompjuter Fugaku, čije su performanse više nego tri puta manje od Frontier-a, i jedan od najproduktivnijih superkompjutera u prošlosti - LUMI. Iako Kinezi i dalje grade nešto moćno, sve je to u budućnosti.
Također zanimljivo: Tehnološke prognoze za 2024: šta očekivati?
Zašto nam treba toliko računarske snage?
Možete se diviti efikasnosti najbržih mašina na Zemlji, ali performanse koje oni postižu nisu u rušenju rekorda, već u dobijanju željenih rezultata proračuna u najkraćem mogućem roku. Nijedan korisnik superkompjutera ne koristi tu mašinu za pisanje e-pošte ili pripremu prezentacije. Bio bi užasan gubitak koristiti takve mašine za obavljanje zadataka koje možemo obavljati na uređajima u našim domovima. Na kraju krajeva, računski potencijal superračunara omogućava vam da izvodite radnje koje nisu dostupne na običnim računarima.
O kojim zadacima je reč? Prije svega, o onima koji mogu donijeti stvarnu korist, a to nisu nužno oni koji se odmah mogu pretvoriti u novac. Vrijedi podsjetiti da je samo oko 600 miliona američkih dolara potrošeno na stvaranje Frontier superkompjutera. Naravno, značajni su i troškovi njegove upotrebe i tekućeg održavanja. Superkompjuter zauzima površinu od 680 kvadratnih metara i troši 21 MW električne energije.
Frontier se, kao i drugi superkompjuteri, koristi, između ostalog, za takve zadatke kao što su klimatsko modeliranje, istraživanje i proizvodnja novih lijekova vitalnih za čovječanstvo, istraživanje novih tehnologija materijala itd. Naravno, opseg zadataka koje obavlja ova vrsta opreme je mnogo širi i uključuje, na primjer, analizu ogromnih skupova podataka raznih vrsta: finansijskih, medicinskih, satelitskih snimaka, modeliranje fizičkih pojava i mnoge, mnoge druge. Činjenica da je Frontier prvi superkompjuter exascale omogućava mu da izvršava zadatke koji bi bili teški čak i na drugim superkompjuterima.
Primjer može biti modeliranje cijelog životnog ciklusa termonuklearnog reaktora. Da, ovo nije greška. Još ne postoji nijedna fuzijska elektrana na svijetu, ali Frontierova moćna računalna moć eksaskala omogućava simulaciju ponašanja hipotetičkog fuzijskog reaktora i predviđanje ponašanja plazme u takvom reaktoru. Naravno, dok se termonuklearna energija ne komercijalizuje, teško je razmišljati o prednostima, ali niko u svijetu ne sumnja da je računska snaga koja će doprinijeti stvaranju i razvoju termonuklearne energije i spasiti čitavo čovječanstvo od nestašice energije bilo kakvog. ulaganja.
Pročitajte također: Sve o tome Microsoft Kopilot: budućnost ili pogrešan put?
Superkompjuteri i medicina
Jedna od primjena superkompjutera su složeni i energetski intenzivni proračuni vezani za strukturu hemikalija i organskih jedinjenja. Pažljiva analiza ponašanja pojedinih supstanci, koja je moguća zahvaljujući mogućnosti da se simulira ponašanje datog jedinjenja na vrlo preciznom nivou, alat je koji omogućava razvoj novih, efikasnijih lekova.
Još 2020. godine, prije lansiranja Frontier superkompjutera, naučnici iz Nacionalne laboratorije Oak Ridge, koja je tada imala superkompjuter Summit (ova mašina je bila najefikasniji superkompjuter u 2018. godini, još uvijek je u upotrebi, a rangirana je na 7. mjesto sa efikasnošću od 148,8 PFlops) koristio ga je za razvoj nove vrste lijeka protiv raka. Pokazalo se da je novi lijek oko 10% bolji, efikasniji u liječenju od prethodno korištenih sredstava. Naravno, 10% nije toliko, ali recite to pacijentima koji su zahvaljujući toj "maloj" razlici uspjeli spasiti život. Ljudski život je, naravno, neprocjenjiv, ali svaki lijek veće efikasnosti može uštedjeti ogromna sredstva za zdravstveni sistem i smanjiti troškove liječenja. Ovdje Frontier može dobro doći. Njegove mogućnosti su mnogo veće od mogućnosti istog Summit superkompjutera.
Pročitajte također:
- Apple Vision Pro je najrevolucionarniji uređaj od iPhonea. Ali postoji nijansa ©
- Prebaciti na Apple MacBook Air sa M2 procesorom: recenzija i moji utisci
Frontier i novi klimatski model
Klimatsko modeliranje zahtijeva analizu i opravdanje modela milenijumske istorije Zemlje. Naravno, ovo je zadatak koji zahtijeva ogromnu količinu računarskih resursa. Što preciznije možemo modelirati klimatske promjene i predvidjeti šta će se dogoditi na duge staze, potrebni su nam brži i moćniji superkompjuteri.
Mark Taylor iz Sandia National Laboratories, jedan od istraživača koji rade na prvim svjetskim dugoročnim klimatskim predviđanjima koristeći eskalirajuće računarstvo, jednom je primijetio: "Jedinstvena računarska arhitektura Frontier superkompjutera omogućava stvari koje prije nismo mogli." Odnosno, računarska snaga ove mašine smanjuje proračun za koji su nekada bile potrebne godine na nekoliko dana. Istovremeno, omogućava istraživačima da dobiju detaljne procjene dugoročnih efekata klimatskih promjena i ekstremnih vremenskih uslova. "Ovo je novi zlatni standard za klimatsko modeliranje", dodaje Taylor.
Koje su prednosti? Jednostavno su ogromne. Sposobnost predviđanja katastrofalnih vremenskih promjena može spasiti desetine hiljada, a možda čak i milione života. A analiza vjerovatnog utjecaja zagrijavanja klime na globalne i regionalne cikluse vode omogućava nam da se unaprijed pripremimo za buduće promjene. Moderni prostorni modeli postoje, ali su izuzetno računski zahtjevni. Do nedavno prezahtjevna. Da, oni nam omogućavaju da teoretski predvidimo složenu interakciju između različitih elemenata koji čine ono što nazivamo vremenom ili klimom, na primjer, konvektivno kretanje koje prati formiranje oblaka, ali tu je potrebno obraditi ogroman protok informacija i pravite proračune nevjerovatne složenosti.
Prisustvo Frontier superkompjutera je to već promijenilo. Projekat Energy Exascale Earth System Model (E3SM) prevazilazi ove prepreke kombinovanjem novih softverskih pristupa sa ogromnim performansama u eksaskali. Sarath Sripathy, koautor studije i koordinator projekta E3SM i koautor modela atmosfere E3SM pod nazivom SCREAM, objašnjava: “Zajednica koja se bavi modeliranjem klime dugo je sanjala o pokretanju modela u kilometrima dovoljno brzo da olakšaju decenijama duga predviđanja, a sada je to stvarnost.".
Drugim riječima, takav projekat bez Frontier-a jednostavno bi propao zbog nedostatka obima obrade podataka. Međutim, vrijedi napomenuti da nije važna samo osnovna računska snaga, već i optimizacija samih modela. Peter Caldwell, klimatolog u Nacionalnoj laboratoriji Lawrence Livermore, i njegov tim proveli su proteklih pet godina u izgradnji novog modela oblaka od nule. Efikasno će raditi na grafičkim procesorima (GPU), koji su danas veoma važna komponenta računarske snage modernih superračunara. Ovdje se može uvrstiti i zanimljiv vrhunski automobil u svojoj klasi.
Zamislite. Prilagođavanje koda za rad na GPU-ima dovelo je do značajnog povećanja performansi. SCREAM može raditi na 8192 Frontier čvora kako bi simulirao globalne formacije oblaka za koje je obično trebalo više od godinu dana (1,25 godina da budemo precizni) u jednoj 24-satnoj računarskoj sesiji. Dugoročne simulacije u rasponu od 30-40 godina mogu se napraviti na Frontieru za nekoliko sedmica. Istraživači napominju da je ranije bilo gotovo nemoguće napraviti takve proračune. Ljudi koji su zainteresovani da saznaju više o ovim studijama mogu upoznajte se sa novom naučnom publikacijom Mark Tejlor i njegov tim.
Također zanimljivo:
- Kako američka vojska prati Deda Mraza
- Zabrana prodaje Apple Gledajte u SAD: Svi detalji slučaja
- Pregled Lenovo Yoga Book 9i: konvertibilni laptop sa dva ekrana
Frontier i materijalne tehnologije
Jedan zanimljiv projekat koji koristi prednosti exascale potencijala Frontier superkompjutera je rad u oblasti tehnologije materijala. Ovo je jedna od najvećih ikad računskih simulacija legure, koja je, zahvaljujući svojoj računskoj efikasnosti, omogućila postizanje preciznosti skoro na kvantnom nivou. Ovo istraživanje, koje je proveo Vikram Gavini sa Univerziteta u Mičigenu, inovativno je po tome što koristi Schrödingerovu jednačinu za modeliranje ponašanja različitih materijala. Frontierova ogromna računarska snaga omogućila mu je da simulira sistem legure magnezijuma koji se sastoji od 75 atoma.
Legure magnezija su vrlo zanimljiv materijal. Veoma je lagan i istovremeno jak. Međutim, legure magnezija su osjetljive na određene defekte, uglavnom dislokacije (tj. masivne defekte u kristalnoj strukturi materijala), koji dramatično mijenjaju njihova mehanička svojstva. Time se obećavajući materijal pretvara u komad neupotrebljivog metala, jer lako puca, lomljiv je i nestabilan. Naučnici su uz pomoć Frontierove računarske snage uspjeli ispraviti neke od ovih nedostataka u legurama magnezijuma. Ali ovo je samo početak teškog rada.
Također zanimljivo:
Budućnost superkompjutera?
Konvencionalni računari ne mogu riješiti izazove koje nam postavljaju neki naučni i tehnički problemi. Superračunari imaju mnogo više računarske snage, što im omogućava da izvode proračune koji bi bili nemogući ili bi im oduzimali previše vremena na običnim računarima. Stvaranjem superkompjutera, naučnici nastoje da prošire granice našeg znanja i sposobnosti, kao i da reše probleme koji mogu imati ogroman stvarni uticaj na našu budućnost.
Mooreov zakon kaže da se snaga računara eksponencijalno povećava. Svake dvije godine, brzina proračuna se udvostručuje, inženjeri i naučnici uspijevaju pronaći rješenja za probleme koji su se ranije smatrali nemogućim.
Jednog dana, superkompjuteri će postati uobičajeni. Uostalom, prije samo deset godina takvi koncepti kao što su virtualna stvarnost, igre u oblaku i metauniverzum postojali su samo u mašti nekolicine tehno stručnjaka i geekova, a danas je to naša stvarnost. Buduća generacija neće morati čak ni da se školuje za informatiku i zaposli se u Googleu da bi iskoristila prednosti superkompjutera: oni će tiho i neprimjetno postati dio svakodnevnog života, baš kao i pametni telefoni, laptopi i druge stvari.
Pročitajte također: