Untuk apa ini digunakan? perbatasan, superkomputer terkuat dan tercepat di dunia yang beroperasi di Laboratorium Nasional Oak Ridge? Dari pemodelan reaktor hingga prakiraan iklim.
Pertanyaan ini memiliki konteks yang lebih luas. Saya sering ditanya mengapa kita membangun mesin yang begitu kuat, jika masing-masing dari kita dapat memiliki komputer? Tentu saja, superkomputer adalah mesin yang sangat mahal dan mengonsumsi energi dalam jumlah besar, namun apa yang kita peroleh darinya jauh lebih berharga. Hari ini saya akan mencoba menjelaskannya dengan menggunakan contoh superkomputer Frontier.
Juga menarik: Sejarah OpenAI: Apa itu OpenAI dan apa yang ada di masa depan bagi perusahaan
Mengapa kita membutuhkan superkomputer?
Singkatnya, superkomputer dapat memproses aliran informasi dalam jumlah besar. Dunia kita berubah dengan sangat cepat, umat manusia telah menciptakan database besar yang perlu diproses, dianalisis, dikelompokkan, akhirnya disimpan. Hal ini akan membantu kita, misalnya, mendapatkan obat-obatan baru yang lebih murah dan efektif, bahan yang lebih tahan lama, memprediksi perubahan iklim selama beberapa dekade, dan sebagainya. Superkomputer memungkinkan kita memodelkan perilaku objek yang akan kita bangun, seperti reaktor fusi. Dan ini hanyalah beberapa contoh penerapan superkomputer tercepat. Ya, pembuatan dan pemeliharaannya sangat mahal, tetapi itu sepadan.
Tapi mari kita mulai dengan dasar-dasarnya. Apa sih superkomputer itu? Belum ada definisi yang jelas mengenai hal ini. Namun, ciri khas setiap superkomputer saat ini adalah daya komputasi yang sangat tinggi. Definisi yang disederhanakan dapat ditemukan di Internet, yang menyatakan bahwa superkomputer adalah mesin yang dapat mencapai kinerja komputasi minimal 1 teraflops, yaitu 1012 (triliun) operasi floating point per detik. Ini jauh dibandingkan dengan komputer rumahan biasa.
Jika sebelumnya kecepatan komputer diukur dalam IPS (instruksi per detik), maka unit baru harus diciptakan untuk superkomputer - FLOPS, yaitu operasi floating-point per detik. Semakin tinggi angkanya, semakin kuat komputer tersebut.
Tentu saja, pendekatan yang didasarkan pada ambang batas komputasi tertentu dengan cepat menjadi usang, karena kinerja prosesor yang merupakan inti dari mesin ini terus berkembang dan berkembang. Dengan setiap peluncuran prosesor baru, produktivitas komputer modern juga meningkat. Namun, membangunnya sangatlah sulit dan mahal secara finansial.
Baca juga: Proyek Otak Manusia: Upaya meniru otak manusia
Superkomputer manakah yang tercepat?
Kami memiliki data terbaru mengenai masalah ini. Pada bulan November 2023, situs web Top500.org, yang secara rutin menerbitkan peringkat kinerja komputer paling kuat di Bumi selama bertahun-tahun, menerbitkan peringkat Top62 edisi ke-500 terbaru, yang menyajikan 500 superkomputer paling efisien yang ada saat ini. .
Sistem Frontier masih menjadi superkomputer paling efisien di dunia. Superkomputer ini merupakan sistem komputasi exascale pertama di dunia, yaitu kecepatannya melebihi 1 exaflops. Frontier sendiri berlokasi di Laboratorium Nasional yang berlokasi di Oak Ridge, Tennessee, AS. Superkomputer ini adalah pemimpin saat ini dengan skor HPL (High Performance LINPACK - tes khusus yang mengevaluasi kinerja mentah superkomputer) pada 1193 EFlops (satu exaflop adalah satu triliun, atau 1018 perhitungan floating point per detik).
Sebagai perbandingan: kecepatan chip paling kuat Apple M1 Ultra memiliki kecepatan sekitar 21 teraflops (satu triliun FLOPS). Jumlahnya sangat besar, itu faktanya. Anehnya, pada tahun 2002 ada komputer yang mengembangkan kecepatan lebih besar lagi - ini adalah superkomputer Earth Simulator dari raksasa teknologi Jepang NEC Corporation. Kecepatannya sekitar 36 teraflops!
Frontier menggunakan prosesor AMD EPYC 64C 2 GHz dan didasarkan pada arsitektur HPE Cray EX235a terbaru. Itu dirakit dari 9408 prosesor AMD EPYC dan 37632 akselerator AMD Instinct MI250x. Secara total, sistem ini memiliki 8 prosesor dan inti grafis. Selain itu, Frontier memiliki efisiensi daya yang mengesankan sebesar 699 GFlops/watt dan menggunakan jaringan HPE Slingshot 904 untuk transfer data. Jadi, selama pengujian mampu menghasilkan hingga 52,59 exaflops. Performa puncaknya mencapai rekor 11 exaflops. Biaya perangkat ini diperkirakan mencapai $1,1 juta.
Ini adalah superkomputer pertama dan satu-satunya di dunia yang bekerja dalam mode jepit. Frontier menjadi pemimpin setahun yang lalu, tetapi tidak membiarkan siapa pun melanggar posisinya di peringkat Juni 2023. Dan sejauh ini, di awal tahun 2024, superkomputer Amerika menjadi yang paling produktif di dunia.
Namun para ilmuwan sudah memperkirakan bahwa mungkin suatu saat nanti dia harus mengakui keunggulan mesin Amerika lainnya: superkomputer Aurora.
Menurut peringkat terbaru, superkomputer Aurora baru dengan chip Intel Sapphire Rapids, yang dijalankan di Argonne Leadership Computing Facility di Illinois, AS, menempati peringkat kedua dengan kinerja HPL 585,34 PFlops. Meskipun ini hanya setengah dari kinerja superkomputer andalan Frontier, sistem Aurora belum selesai, dan hanya setengah dari sistem akhir yang direncanakan yang saat ini beroperasi. Setelah selesai, prediksi performa Aurora kemungkinan akan melebihi 2 EFlop. Superkomputer Aurora, dibuat oleh Intel, didasarkan pada arsitektur HPE Cray EX - Intel Exascale Compute Blade, menggunakan prosesor Intel Xeon CPU Max Series dan akselerator Intel Data Center GPU Max Series. Seperti di Frontier, jaringan HPE Slinghot-11 bertanggung jawab atas transfer data.
Superkomputer paling efisien ketiga adalah sistem berbasis cloud baru yang disebut Eagle Microsoft Azure di AS. Hal ini merupakan suatu keingintahuan teknologi, karena Eagle adalah superkomputer cloud, dan posisi ketiga dalam peringkat Top500 adalah yang tertinggi yang pernah dicapai oleh sistem cloud. Microsoft Eagle membanggakan kinerja HPL 561,2 PFlops, jantung komputasinya adalah prosesor dan akselerator Intel Xeon Platinum 8480C NVIDIA H100.
Di sini perlu disebutkan superkomputer Jepang Fugaku, yang kinerjanya tiga kali lebih rendah dari Frontier, dan salah satu superkomputer paling produktif di masa lalu - LUMI. Meskipun Tiongkok masih membangun sesuatu yang kuat, itu semua masih dalam masa depan.
Juga menarik: Prakiraan teknologi untuk tahun 2024: apa yang diharapkan?
Mengapa kita membutuhkan begitu banyak daya komputasi?
Anda mungkin mengagumi efisiensi mesin tercepat di dunia, namun kinerja yang mereka capai bukanlah tentang memecahkan rekor, melainkan tentang mendapatkan hasil perhitungan yang diinginkan dalam waktu sesingkat mungkin. Tidak ada pengguna superkomputer yang menggunakan mesin itu untuk menulis email atau menyiapkan presentasi. Akan sangat disayangkan jika menggunakan mesin seperti itu untuk melakukan tugas-tugas yang dapat kita lakukan pada perangkat di rumah kita. Bagaimanapun, potensi komputasi superkomputer memungkinkan Anda melakukan tindakan yang tidak tersedia di komputer biasa.
Tugas apa yang sedang kita bicarakan? Pertama-tama, tentang hal-hal yang dapat membawa manfaat nyata, dan belum tentu dapat segera diubah menjadi uang. Perlu diingat bahwa hanya sekitar 600 juta dolar AS yang dihabiskan untuk pembuatan superkomputer Frontier. Tentu saja, penggunaan dan biaya pemeliharaannya juga signifikan. Superkomputer tersebut menempati area seluas 680 meter persegi dan mengkonsumsi listrik sebesar 21 MW.
Frontier, seperti superkomputer lainnya, digunakan antara lain untuk tugas-tugas seperti pemodelan iklim, penelitian dan produksi obat-obatan baru yang penting bagi umat manusia, penelitian teknologi material baru, dll. Tentu saja, cakupan tugas yang dilakukan oleh peralatan jenis ini jauh lebih luas dan mencakup, misalnya, analisis kumpulan data besar dari berbagai jenis: keuangan, medis, citra satelit, pemodelan fenomena fisik, dan banyak lagi lainnya. Fakta bahwa Frontier adalah superkomputer exascale pertama memungkinkannya melakukan tugas-tugas yang sulit bahkan pada superkomputer lain.
Contohnya adalah pemodelan seluruh siklus hidup reaktor termonuklir. Ya, ini bukan sebuah kesalahan. Belum ada satu pun pembangkit listrik fusi di dunia, tetapi daya komputasi exascale Frontier yang kuat memungkinkan untuk mensimulasikan perilaku reaktor fusi hipotetis dan memprediksi perilaku plasma dalam reaktor tersebut. Tentu saja, sampai energi termonuklir dikomersialkan, sulit untuk memikirkan manfaatnya, namun tidak ada seorang pun di dunia yang meragukan bahwa daya komputasi yang akan berkontribusi pada penciptaan dan pengembangan energi termonuklir dan menyelamatkan seluruh umat manusia dari kekurangan energi sangat berharga. investasi.
Baca juga: Semuanya tentang Microsoft Kopilot: masa depan atau cara yang salah?
Superkomputer dan kedokteran
Salah satu penerapan superkomputer adalah perhitungan yang kompleks dan intensif energi terkait dengan struktur bahan kimia dan senyawa organik. Analisis yang cermat terhadap perilaku masing-masing zat, yang dimungkinkan karena kemampuan untuk mensimulasikan perilaku senyawa tertentu pada tingkat yang sangat tepat, merupakan alat yang memungkinkan pengembangan obat baru yang lebih efektif.
Pada tahun 2020 lalu, sebelum peluncuran superkomputer Frontier, para ilmuwan di Laboratorium Nasional Oak Ridge, yang kemudian memiliki superkomputer Summit (mesin ini merupakan superkomputer paling efisien pada tahun 2018, masih digunakan, dan menduduki peringkat ke-7 dengan efisiensi sebesar 148,8 PFlops) menggunakannya untuk mengembangkan obat kanker jenis baru. Obat baru ini ternyata sekitar 10% lebih baik, lebih efektif dalam pengobatan dibandingkan obat yang digunakan sebelumnya. Tentu saja, 10% tidak seberapa, tapi sampaikan hal itu kepada pasien yang berhasil menyelamatkan nyawa mereka berkat perbedaan “kecil” itu. Kehidupan manusia, tentu saja, tidak ternilai harganya, namun obat apa pun dengan kemanjuran yang lebih tinggi dapat menghemat sumber daya yang sangat besar bagi sistem layanan kesehatan dan mengurangi biaya pengobatan. Di sinilah Frontier berguna. Kemampuannya jauh lebih tinggi dibandingkan superkomputer Summit yang sama.
Baca juga:
- Apple Vision Pro adalah perangkat paling revolusioner sejak iPhone. Tapi ada nuansa ©
- Beralih ke Apple MacBook Air dengan prosesor M2: ulasan dan kesan saya
Frontier dan model iklim baru
Pemodelan iklim memerlukan analisis dan justifikasi model sejarah milenial Bumi. Tentu saja ini adalah tugas yang membutuhkan sumber daya komputasi yang sangat besar. Semakin akurat kita dapat memodelkan perubahan iklim dan memprediksi apa yang akan terjadi dalam jangka panjang, semakin cepat dan kuat superkomputer yang kita perlukan.
Mark Taylor dari Sandia National Laboratories, salah satu peneliti yang mengerjakan prediksi iklim jangka panjang pertama di dunia dengan menggunakan komputasi yang meningkat, pernah berkata: "Arsitektur komputasi unik dari superkomputer Frontier memungkinkan hal-hal yang tidak dapat kami lakukan sebelumnya." Artinya, kekuatan komputasi mesin ini mengurangi penghitungan yang biasanya memakan waktu bertahun-tahun menjadi beberapa hari. Pada saat yang sama, hal ini memungkinkan para peneliti memperoleh perkiraan rinci mengenai dampak jangka panjang perubahan iklim dan kondisi cuaca ekstrem. “Ini adalah standar emas baru untuk pemodelan iklim,” tambah Taylor.
Apa manfaatnya? Mereka sangat besar. Kemampuan untuk memprediksi perubahan cuaca yang dahsyat dapat menyelamatkan puluhan ribu, bahkan jutaan nyawa. Dan analisis mengenai kemungkinan dampak pemanasan iklim terhadap siklus air global dan regional memungkinkan kita untuk bersiap menghadapi perubahan di masa depan. Model spasial modern memang ada, namun komputasinya sangat menuntut. Sampai saat ini, terlalu menuntut. Ya, mereka memungkinkan kita untuk secara teoritis memprediksi interaksi kompleks antara berbagai elemen yang membentuk apa yang kita sebut cuaca atau iklim, misalnya, gerakan konvektif yang menyertai pembentukan awan, tetapi di sana diperlukan pemrosesan arus informasi yang sangat besar. dan membuat perhitungan dengan kompleksitas yang luar biasa.
Kehadiran superkomputer Frontier telah mengubah hal itu. Proyek Energy Exascale Earth System Model (E3SM) mengatasi hambatan ini dengan menggabungkan pendekatan perangkat lunak baru dengan kinerja exascale yang sangat besar. Sarath Sripathy, salah satu penulis studi ini dan koordinator proyek E3SM serta salah satu penulis model atmosfer E3SM yang disebut SCREAM, menjelaskan: “Komunitas pemodelan iklim telah lama bermimpi untuk menjalankan model berskala kilometer dengan cukup cepat untuk memfasilitasi prediksi selama puluhan tahun, dan kini hal tersebut menjadi kenyataan.”.
Dengan kata lain, proyek tanpa Frontier akan gagal karena kurangnya volume pemrosesan data. Namun, perlu dicatat bahwa tidak hanya kekuatan komputasi dasar yang penting, tetapi juga optimalisasi model itu sendiri. Peter Caldwell, ahli iklim di Lawrence Livermore National Laboratory, dan timnya telah menghabiskan lima tahun terakhir membangun model awan baru dari awal. Ini akan bekerja secara efisien pada prosesor grafis (GPU), yang saat ini merupakan komponen yang sangat penting dari kekuatan komputasi superkomputer modern. Mobil papan atas yang menarik di kelasnya juga bisa dimasukkan di sini.
Membayangkan. Mengadaptasi kode untuk dijalankan pada GPU telah menghasilkan peningkatan kinerja yang signifikan. SCREAM dapat berjalan pada 8192 node Frontier untuk mensimulasikan pembentukan awan global yang biasanya memakan waktu lebih dari satu tahun (tepatnya 1,25 tahun) dalam satu sesi komputasi 24 jam. Simulasi jangka panjang selama 30-40 tahun dapat dilakukan di Frontier dalam hitungan minggu. Para peneliti mencatat bahwa sebelumnya hampir tidak mungkin melakukan perhitungan seperti itu. Orang yang tertarik untuk mempelajari lebih lanjut tentang studi ini bisa berkenalan dengan publikasi ilmiah baru Mark Taylor dan timnya.
Juga menarik:
- Bagaimana Angkatan Darat AS Melacak Sinterklas
- Larangan penjualan Apple Tonton di AS: Semua detail kasusnya
- Tinjauan Lenovo Yoga Book 9i: laptop konvertibel dengan dua layar
Teknologi perbatasan dan material
Salah satu proyek menarik yang memanfaatkan potensi superkomputer Frontier adalah pekerjaan di bidang teknologi material. Ini adalah salah satu simulasi komputasi paduan terbesar yang pernah ada, yang berkat efisiensi komputasinya, memungkinkan pencapaian akurasi mendekati tingkat kuantum. Penelitian yang dilakukan oleh Vikram Gavini dari Universitas Michigan ini inovatif karena menggunakan persamaan Schrödinger untuk memodelkan perilaku material yang berbeda. Kekuatan komputasi Frontier yang sangat besar memungkinkannya untuk mensimulasikan sistem paduan magnesium yang terdiri dari 75 atom.
Paduan magnesium adalah bahan yang sangat menarik. Ini sangat ringan dan sekaligus kuat. Namun, paduan magnesium sensitif terhadap cacat tertentu, terutama dislokasi (yaitu cacat besar pada struktur kristal material), yang secara dramatis mengubah sifat mekaniknya. Hal ini mengubah material yang menjanjikan menjadi sepotong logam yang tidak dapat digunakan, karena mudah retak, rapuh dan tidak stabil. Para ilmuwan dengan bantuan kekuatan komputasi Frontier berhasil memperbaiki beberapa cacat pada paduan magnesium. Namun ini hanyalah awal dari kerja keras.
Juga menarik:
- Apa itu jaringan saraf dan bagaimana cara kerjanya?
- Tentang komputer kuantum dengan kata-kata sederhana
Masa depan superkomputer?
Komputer konvensional tidak dapat memecahkan tantangan yang dihadapi oleh beberapa masalah ilmiah dan teknis. Superkomputer memiliki daya komputasi yang jauh lebih besar, sehingga memungkinkan mereka melakukan perhitungan yang tidak mungkin dilakukan atau memakan waktu terlalu lama pada komputer biasa. Dengan menciptakan superkomputer, para ilmuwan berusaha untuk memperluas batas-batas pengetahuan dan kemampuan kita, serta memecahkan masalah yang dapat berdampak besar pada masa depan kita.
Hukum Moore menyatakan bahwa kekuatan komputer meningkat secara eksponensial. Setiap dua tahun, kecepatan perhitungan meningkat dua kali lipat, para insinyur dan ilmuwan berhasil menemukan solusi atas masalah yang sebelumnya dianggap mustahil.
Suatu hari nanti, superkomputer akan menjadi hal biasa. Lagi pula, hanya sepuluh tahun yang lalu konsep-konsep seperti realitas virtual, permainan cloud, dan metauniverse hanya ada dalam imajinasi segelintir pakar dan ahli teknologi, dan saat ini hal tersebut menjadi kenyataan kita. Generasi masa depan bahkan tidak perlu mengenyam pendidikan TI dan mendapatkan pekerjaan di Google untuk memanfaatkan superkomputer: mereka akan secara diam-diam dan tidak terlihat menjadi bagian dari kehidupan sehari-hari, seperti halnya ponsel cerdas, laptop, dan benda lainnya.
Baca juga: