Mire használják? Határ, a világ legerősebb és leggyorsabb szuperszámítógépe, amely az Oak Ridge National Laboratory-ban működik? A reaktormodellezéstől a klíma-előrejelzésig.
Ennek a kérdésnek tágabb kontextusa van. Gyakran kérdezik tőlem, hogy miért építünk egyáltalán ilyen erős gépeket, ha mindannyiunknak lehet számítógépe? Természetesen a szuperszámítógépek nagyon drága gépek, amelyek hatalmas mennyiségű energiát fogyasztanak, de amit tőlük kapunk, az sokkal értékesebb. Ma megpróbálom elmagyarázni a Frontier szuperszámítógép példáján.
Szintén érdekes: Az OpenAI története: Mi volt ez és mi vár a cégre
Miért van szükségünk szuperszámítógépekre?
Röviden: a szuperszámítógépek hatalmas információfolyamokat tudnak feldolgozni. Világunk nagyon gyorsan változik, az emberiség egy hatalmas adatbázist hozott létre, amit fel kell dolgozni, elemezni, csoportosítani, elmenteni, végre. Ezzel például új, olcsóbb és hatékonyabb gyógyszerekhez, tartósabb anyagokhoz juthatunk, évtizedekre előre jelezhetjük a klímaváltozást stb. A szuperszámítógépek lehetővé teszik, hogy modellezzük az építeni kívánt objektumok, például a fúziós reaktorok viselkedését. És ez csak néhány példa a leggyorsabb szuperszámítógépek alkalmazására. Igen, nagyon drága a gyártás és a karbantartás, de megéri.
De kezdjük az alapokkal. Egyáltalán mi az a szuperszámítógép? Ennek még nincs egyértelmű meghatározása. Azonban minden jelenleg működő szuperszámítógépre jellemző a nagyon nagy számítási teljesítmény. Az interneten található egy leegyszerűsített definíció, mely szerint a szuperszámítógép olyan gép, amely legalább 1 teraflop számítási teljesítményt képes elérni, azaz 1012 (billió) lebegőpontos művelet másodpercenként. Ez sok a hagyományos otthoni számítógépekhez képest.
Ha korábban a számítógépek sebességét IPS-ben (utasítás/másodperc) mérték, akkor a szuperszámítógépekhez új egységet kellett kitalálni - FLOPS-t, vagyis a lebegőpontos műveleteket másodpercenként. Minél magasabb ez a szám, annál erősebb a számítógép.
Természetesen egy bizonyos számítási küszöbön alapuló megközelítés meglehetősen hamar elavulttá válik, mivel a gépek magját képező processzorok teljesítménye folyamatosan fejlődik és növekszik. Az új processzorok minden egyes kiadásával a modern számítógépek termelékenysége is növekszik. Felépítésük azonban nagyon nehéz és anyagilag költséges.
Olvassa el még: Human Brain Project: Kísérlet az emberi agy utánzására
Mely szuperszámítógépek a leggyorsabbak?
Erről a témáról rendelkezünk a legfrissebb adatokkal. 2023 novemberében a Top500.org weboldal, amely évek óta rendszeresen publikálta a Föld legerősebb számítógépeinek teljesítményértékelését, közzétette a Top62 rangsor legújabb, 500. kiadását, amely a jelenleg létező 500 leghatékonyabb szuperszámítógépet mutatja be. .
A Frontier rendszer még mindig a leghatékonyabb szuperszámítógép a bolygón. Ez a szuperszámítógép a világ első exascale számítási rendszere, azaz sebessége meghaladta az 1 exaflopot. Maga a Frontier a National Laboratory-ban található, amely Oak Ridge-ben, Tennessee államban, az Egyesült Államokban található. Ez a szuperszámítógép jelenleg a vezető HPL pontszámmal (High Performance LINPACK – egy speciális teszt, amely a szuperszámítógépek nyers teljesítményét értékeli) 1193 EFlops-on (az exaflop egy kvintimló vagy 1018 lebegőpontos számítások másodpercenként).
Összehasonlításképpen: a legerősebb chip sebessége Apple Az M1 Ultra körülbelül 21 teraflops (egy billió FLOPS). A szám óriási, ez tény. Meglepő módon 2002-ben volt egy számítógép, amely még nagyobb sebességet fejlesztett ki - ez a japán technológiai óriás NEC Corporation Earth Simulator szuperszámítógépe. A sebessége körülbelül 36 teraflop volt!
A Frontier AMD EPYC 64C 2 GHz-es processzorokat használ, és a legújabb HPE Cray EX235a architektúrán alapul. 9408 AMD EPYC processzorból és 37632 AMD Instinct MI250x gyorsítóból áll össze. A rendszer összesen 8 699 904 processzor- és grafikus maggal rendelkezik. Ezenkívül a Frontier lenyűgöző, 52,59 GFlops/watt energiahatékonysággal rendelkezik, és HPE Slingshot 11 hálózatot használ az adatátvitelhez. Tehát a tesztek során akár 1,1 exaflopot is képes produkálni. A csúcsteljesítmény elérte a rekordot, 1,686 exaflopot. A készülék költségét 600 millió dollárra becsülik.
Ez az első és eddig az egyetlen olyan szuperszámítógép a világon, amely flops üzemmódban működik. A Frontier egy éve lett az éllovas, de még csak a 2023. júniusi ranglistán sem engedte, hogy bárki is belerondítson a pozíciójába. És eddig, 2024 elején, az amerikai szuperszámítógép a legtermékenyebb a világon.
De a tudósok már most azt sugallják, hogy egy idő után talán el kell ismernie egy másik amerikai gép, az Aurora szuperszámítógép fölényét.
A legfrissebb rangsor szerint az Argonne Leadership Computing Facility-ben, Illinois államban működő új Aurora szuperszámítógép Intel Sapphire Rapids chipekkel a második helyen áll 585,34 PFlops HPL-teljesítményével. Bár ez csak a fele a Frontier zászlóshajó szuperszámítógépének teljesítményének, az Aurora rendszer még nem készült el, és a tervezett végleges rendszernek is csak a fele működik jelenleg. A befejezés után az Aurora előre jelzett teljesítménye valószínűleg meghaladja a 2 EFlop-ot. Az Intel által készített Aurora szuperszámítógép a HPE Cray EX architektúrán – Intel Exascale Compute – alapul. Blade, Intel Xeon CPU Max sorozatú processzorokat és Intel Data Center GPU Max sorozatú gyorsítókat használ. A Frontierhez hasonlóan a HPE Slinghot-11 hálózat felel az adatátvitelért.
A harmadik leghatékonyabb szuperszámítógép egy új felhő alapú rendszer, az Eagle Microsoft Azure az Egyesült Államokban. Ez egy technológiai érdekesség, mivel az Eagle egy felhőalapú szuperszámítógép, és a Top500-as rangsorban a harmadik hely a valaha volt legmagasabb felhőrendszer. Microsoft Az Eagle 561,2 PFlops HPL-teljesítménnyel büszkélkedhet, a számítási szív az Intel Xeon Platinum 8480C processzorok és gyorsítók NVIDIA H100.
Itt érdemes megemlíteni a japán Fugaku szuperszámítógépet, amelynek teljesítménye több mint háromszor kisebb, mint a Frontier, és a múlt egyik legtermékenyebb szuperszámítógépét, a LUMI-t. Bár a kínaiak még mindig építenek valami hatalmasat, mindez a jövőben.
Szintén érdekes: Technológiai előrejelzések 2024-ra: mire számíthatunk?
Miért van szükségünk ekkora számítási teljesítményre?
Csodálhatja a Föld leggyorsabb gépeinek hatékonyságát, de az általuk elért teljesítmény nem a rekordok megdöntéséről szól, hanem arról, hogy a kívánt számítási eredményeket a lehető legrövidebb időn belül megkapják. Egyetlen szuperszámítógép-felhasználó sem használja ezt a gépet e-mail írásához vagy prezentáció elkészítéséhez. Iszonyatos pazarlás lenne ilyen gépekkel olyan feladatokat végezni, amelyeket otthonunkban lévő eszközökön is el tudunk végezni. Végtére is, a szuperszámítógépek számítási potenciálja lehetővé teszi olyan műveletek végrehajtását, amelyek nem elérhetők a szokásos számítógépeken.
Milyen feladatokról beszélünk? Először is azokról, amelyek valódi hasznot hozhatnak, és ezek nem feltétlenül azok, amelyek azonnal pénzre válthatók. Érdemes felidézni, hogy a Frontier szuperszámítógép megalkotására mindössze mintegy 600 millió dollárt költöttek. Természetesen a használat és a folyamatos fenntartási költségei is jelentősek. A szuperszámítógép 680 négyzetméter területet foglal el, és 21 MW áramot fogyaszt.
A Frontier-t a többi szuperszámítógéphez hasonlóan többek között olyan feladatokra használják, mint klímamodellezés, az emberiség számára létfontosságú új gyógyszerek kutatása és gyártása, új anyagtechnológiák kutatása stb. Természetesen az ilyen típusú berendezések által végzett feladatok köre sokkal szélesebb, és magában foglalja például a különféle típusú hatalmas adathalmazok elemzését: pénzügyi, orvosi, műholdfelvételek, fizikai jelenségek modellezése és sok-sok más. Az a tény, hogy a Frontier az első exascale szuperszámítógép, lehetővé teszi olyan feladatok elvégzését, amelyek még más szuperszámítógépeken is nehézkesek lennének.
Példa lehet egy termonukleáris reaktor teljes életciklusának modellezése. Igen, ez nem hiba. Egyelőre egyetlen fúziós erőmű sem működik a világon, de a Frontier erőteljes exaskálás számítási teljesítménye lehetővé teszi egy feltételezett fúziós reaktor viselkedésének szimulálását és a plazma viselkedésének előrejelzését egy ilyen reaktorban. Persze amíg a termonukleáris energia kereskedelmi forgalomba nem kerül, nehéz az előnyökre gondolni, de a világon senki sem kételkedik abban, hogy az a számítási teljesítmény, amely hozzájárul a termonukleáris energia létrehozásához és fejlesztéséhez, és megmenti az egész emberiséget az energiahiánytól, bármit is ér. beruházás.
Olvassa el még: Minden amiről szól Microsoft Másodpilóta: a jövő vagy a rossz út?
Szuperszámítógépek és orvostudomány
A szuperszámítógépek egyik alkalmazása a vegyi anyagok és szerves vegyületek szerkezetével kapcsolatos összetett és energiaigényes számítások. Az egyes anyagok viselkedésének gondos elemzése, amely egy adott vegyület viselkedésének nagyon precíz szinten történő szimulálása révén lehetséges, olyan eszköz, amely lehetővé teszi új, hatékonyabb gyógyszerek kifejlesztését.
Még 2020-ban, a Frontier szuperszámítógép piacra dobása előtt, az Oak Ridge National Laboratory tudósai, amely akkor a Summit szuperszámítógéppel rendelkezett (ez a gép volt 2018-ban a leghatékonyabb szuperszámítógép, jelenleg is használatban van, és a 7. helyezést érte el hatékonysággal. 148,8 PFlops) egy új típusú rákgyógyszer kifejlesztésére használta. Az új gyógyszer körülbelül 10%-kal jobbnak bizonyult, hatékonyabbnak bizonyult a kezelésben, mint a korábban használt eszközök. Persze a 10% nem sok, de ezt mondd el azoknak a betegeknek, akiknek sikerült megmenteni az életüket ennek a "kis" különbségnek köszönhetően. Az emberi élet természetesen felbecsülhetetlen, de bármely nagyobb hatásfokú gyógyszer óriási erőforrásokat takaríthat meg az egészségügyi ellátórendszer számára, és csökkentheti a kezelési költségeket. Itt jöhet jól a Frontier. Képességei sokkal magasabbak, mint ugyanennek a Summit szuperszámítógépnek.
Olvassa el még:
- Apple A Vision Pro a legforradalmibb eszköz az iPhone óta. De van egy árnyalat ©
- Váltani Apple MacBook Air M2 processzorral: áttekintés és benyomásaim
Frontier és az új klímamodell
A klímamodellezés a Föld évezredes történetének modelljének elemzését és indoklását igényli. Természetesen ez egy hatalmas számítási erőforrást igénylő feladat. Minél pontosabban tudjuk modellezni az éghajlatváltozást és megjósolni, hogy mi fog történni hosszú távon, annál gyorsabb és erősebb szuperszámítógépekre van szükségünk.
Mark Taylor, a Sandia National Laboratories munkatársa, az egyik kutató, aki a világ első, eszkaláló számítástechnikát alkalmazó hosszú távú éghajlati előrejelzésén dolgozott, egyszer megjegyezte: "A Frontier szuperszámítógép egyedülálló számítási architektúrája olyan dolgokat tesz lehetővé, amelyeket korábban nem tudtunk megtenni." Vagyis ennek a gépnek a számítási teljesítménye néhány napra csökkenti a korábban évekig tartó számítást. Ugyanakkor lehetővé teszi a kutatók számára, hogy részletes becsléseket kapjanak az éghajlatváltozás és a szélsőséges időjárási viszonyok hosszú távú hatásairól. "Ez a klímamodellezés új aranystandardja" - teszi hozzá Taylor.
Milyen előnyökkel jár? Egyszerűen hatalmasak. A katasztrofális időjárási változások előrejelzésének képessége több tízezer, sőt akár milliók életét mentheti meg. Az éghajlat felmelegedésének a globális és regionális vízciklusokra gyakorolt valószínű hatásának elemzése pedig lehetővé teszi számunkra, hogy előre felkészüljünk a jövőbeli változásokra. Léteznek modern térbeli modellek, de ezek rendkívül számításigényesek. Egészen a közelmúltig túl igényes. Igen, ezek lehetővé teszik, hogy elméletileg előre jelezzük az időjárásnak vagy éghajlatnak nevezett különböző elemek bonyolult kölcsönhatását, például a felhők kialakulását kísérő konvektív mozgást, de ott hatalmas információáramlást kell feldolgozni. és hihetetlen bonyolultságú számításokat végezzen.
A Frontier szuperszámítógép jelenléte ezt már megváltoztatta. Az Energy Exascale Earth System Model (E3SM) projekt legyőzi ezeket az akadályokat azáltal, hogy új szoftveres megközelítéseket kombinál a hatalmas exascale teljesítménnyel. Sarath Sripathy, a tanulmány társszerzője és az E3SM projekt koordinátora, valamint a SCREAM nevű E3SM légkörmodell társszerzője a következőket magyarázza: “Az éghajlatmodellező közösség régóta álmodik arról, hogy kilométeres léptékű modelleket futtasson elég gyorsan ahhoz, hogy több évtizedes előrejelzéseket tegyen lehetővé, és most ez valósággá vált.".
Más szóval, egy ilyen projekt Frontier nélkül egyszerűen meghiúsulna az adatfeldolgozási mennyiségek hiánya miatt. Érdemes azonban megjegyezni, hogy nem csak az alapvető számítási teljesítmény a fontos, hanem maguknak a modelleknek az optimalizálása is. Peter Caldwell, a Lawrence Livermore National Laboratory klimatológusa és csapata az elmúlt öt évben új felhőmodellt építettek a semmiből. Hatékonyan fog működni a grafikus processzorokon (GPU), amelyek ma nagyon fontos összetevői a modern szuperszámítógépek számítási teljesítményének. Kategóriájában egy érdekes csúcsautó is bekerülhet ide.
Képzeld el. A kód GPU-kon való futtatásához való adaptálása a teljesítmény jelentős növekedéséhez vezetett. A SCREAM 8192 Frontier csomóponton futhat, hogy szimulálja a globális felhőképződményeket, amelyek jellemzően több mint egy évig tartottak (egészen pontosan 1,25 évig) egyetlen 24 órás számítási munkamenetben. A 30-40 éves hosszú távú szimulációk hetek alatt elkészíthetők a Frontiernél. A kutatók megjegyzik, hogy korábban szinte lehetetlen volt ilyen számításokat végezni. Azok, akik szeretnének többet megtudni ezekről a tanulmányokról, megtehetik ismerkedjen meg az új tudományos publikációval Mark Taylor és csapata.
Szintén érdekes:
- Hogyan követi az amerikai hadsereg a Mikulást
- Értékesítési tilalom Apple Nézze meg az USA-ban: Az eset minden részlete
- Felülvizsgálat Lenovo Yoga Book 9i: átalakítható laptop két kijelzővel
Határ- és anyagtechnológiák
Az egyik érdekes projekt, amely kihasználja a Frontier szuperszámítógép exaskálás potenciálját, az anyagtechnológia területén végzett munka. Ez az egyik legnagyobb ötvözet számítási szimulációja, amely számítási hatékonyságának köszönhetően szinte kvantumszintet elérő pontosságot tett lehetővé. Ez a Vikram Gavini, a Michigani Egyetem munkatársa által végzett kutatás innovatív abban a tekintetben, hogy Schrödinger egyenletét használja a különböző anyagok viselkedésének modellezésére. A Frontier hatalmas számítási teljesítménye lehetővé tette egy 75 000 atomból álló magnéziumötvözet rendszer szimulálását.
A magnéziumötvözetek nagyon érdekes anyagok. Nagyon könnyű és egyben erős. A magnéziumötvözetek azonban érzékenyek bizonyos hibákra, főleg a diszlokációkra (azaz az anyag kristályszerkezetének masszív hibáira), amelyek drámaian megváltoztatják mechanikai tulajdonságaikat. Ez egy ígéretes anyagból használhatatlan fémdarabot csinál, mert könnyen reped, törékeny és instabil. A tudósoknak a Frontier számítási teljesítményének segítségével sikerült kijavítaniuk a magnéziumötvözetek ezen hibáit. De ez csak a kemény munka kezdete.
Szintén érdekes:
A szuperszámítógépek jövője?
A hagyományos számítógépek nem tudják megoldani azokat a kihívásokat, amelyeket néhány tudományos és műszaki probléma jelent számunkra. A szuperszámítógépek sokkal nagyobb számítási teljesítménnyel rendelkeznek, lehetővé téve számukra olyan számítások elvégzését, amelyek lehetetlenek lennének, vagy túl sok időt vennének igénybe hétköznapi számítógépeken. A szuperszámítógépek létrehozásával a tudósok arra törekszenek, hogy tágítsák tudásunk és képességeink határait, valamint olyan problémákat oldjanak meg, amelyek óriási valós hatással lehetnek a jövőnkre.
Moore törvénye kimondja, hogy a számítógépek teljesítménye exponenciálisan növekszik. Kétévente megduplázódik a számítások sebessége, a mérnököknek és tudósoknak sikerül megoldást találniuk a korábban lehetetlennek tartott problémákra.
Egy napon a szuperszámítógépek mindennapossá válnak. Hiszen még csak tíz évvel ezelőtt olyan fogalmak, mint a virtuális valóság, a felhőjátékok és a metauniverzum, csak néhány techno-szakértő és geek képzeletében léteztek, ma pedig a mi valóságunk. A jövő nemzedékének még informatikai oktatást és állást sem kell szereznie a Google-nál ahhoz, hogy kihasználhassa a szuperszámítógépek előnyeit: csendben és észrevétlenül a mindennapok részévé válnak, akárcsak az okostelefonok, laptopok és egyebek.
Olvassa el még: