Ал эмне үчүн колдонулат? чек ара, Oak Ridge Улуттук лабораториясында иштеген дүйнөдөгү эң күчтүү жана эң ылдам суперкомпьютер? Реакторду моделдөөдөн климатты болжолдоого чейин.
Бул суроо кененирээк контекстке ээ. Менден көп сурашат, эгерде бизде ар бирибизде компьютер болсо, эмне үчүн мындай кубаттуу машиналарды курабыз? Албетте, суперкомпьютерлер абдан кымбат машиналар, алар энергиянын эбегейсиз көлөмүн керектейт, бирок биз алардан алган нерселерибиз алда канча баалуу. Бүгүн мен аны Frontier суперкомпьютеринин мисалында түшүндүрүүгө аракет кылам.
Ошондой эле кызыктуу: OpenAI тарыхы: бул эмне болгон жана компанияны алдыда эмне күтүп турат
Эмне үчүн бизге суперкомпьютерлер керек?
Кыскача айтканда, суперкомпьютерлер маалыматтын чоң агымын иштете алат. Биздин дүйнө абдан тез өзгөрүүдө, адамзат, акыры, кайра иштетүү, талдоо, топтоого, сактоого муктаж болгон зор маалымат базасын түздү. Бул бизге, мисалы, жаңы, арзаныраак жана эффективдүү дарыларды, бышык материалдарды алууга, климаттын ондогон жылдар бою өзгөрүшүн болжолдоого жана башкаларга жардам берет. Суперкомпьютерлер синтез реакторлору сыяктуу биз кура турган объекттердин жүрүм-турумун моделдөөгө мүмкүндүк берет. Жана бул эң ылдам суперкомпьютерлерди колдонуунун айрым гана мисалдары. Ооба, аларды өндүрүү жана тейлөө абдан кымбат, бирок алар татыктуу.
Бирок, келгиле, негизгилерден баштайлы. Кантсе да суперкомпьютер деген эмне? Азырынча мунун так аныктамасы жок. Бирок, ар бир учурдагы суперкомпьютердин мүнөздүү өзгөчөлүгү - бул өтө жогорку эсептөө күчү. Жөнөкөйлөтүлгөн аныктаманы Интернеттен тапса болот, ага ылайык суперкомпьютер - бул, жок эле дегенде, 1 терафлоптун эсептөө натыйжалуулугуна жете турган машина, башкача айтканда 1012 секундасына (триллион) калкыма чекит операциялары. Бул кадимки үй компьютерлерине салыштырмалуу көп.
Эгерде мурда компьютерлердин ылдамдыгы IPS (секундадагы нускамалар) менен ченелген болсо, анда суперкомпьютерлер үчүн жаңы бирдик - FLOPS, башкача айтканда секундасына калкып жүрүүчү чекиттик операцияларды ойлоп табуу керек болчу. Бул сан канчалык жогору болсо, компьютер ошончолук күчтүү.
Албетте, белгилүү бир эсептөө босогосуна негизделген ыкма тез эле эскирип калат, анткени бул машиналардын өзөгүн түзгөн процессорлордун өндүрүмдүүлүгү тынымсыз өнүгүп, өсүп жатат. Жаңы процессорлордун ар бир чыгарылышы менен заманбап компьютерлердин өндүрүмдүүлүгү да жогорулайт. Бирок аларды куруу өтө кыйын жана каржылык жактан кымбат.
Ошондой эле окуңуз: Адамдын мээси долбоору: Адамдын мээсин тууроо аракети
Кайсы суперкомпьютерлер эң ылдам?
Бул маселе боюнча бизде акыркы маалыматтар бар. 2023-жылдын ноябрында, көп жылдар бою жер бетиндеги эң күчтүү компьютерлердин иштөө рейтингдерин үзгүлтүксүз жарыялап келген Top500.org веб-сайты Топ62 рейтингинин акыркы, 500-чыгарылышын жарыялады, анда учурда бар болгон 500 эң эффективдүү суперкомпьютер көрсөтүлгөн. .
Frontier системасы дагы деле планетадагы эң эффективдүү суперкомпьютер. Бул суперкомпьютер дүйнөдөгү биринчи эксашкалдуу эсептөө системасы, башкача айтканда, анын ылдамдыгы 1 экзафлоптан ашты. Frontier өзү АКШнын Теннесси штатындагы Оук Ридж шаарында жайгашкан Улуттук лабораторияда жайгашкан. Бул суперкомпьютер 1193 EFlops (эксафлоп – квинтилион же 10) боюнча HPL упайы (High Performance LINPACK – суперкомпьютерлердин чийки өндүрүмдүүлүгүн баалоочу атайын тест) менен учурдагы лидер.18 секундасына калкыма чекиттин эсептөөлөрү).
Салыштыруу үчүн: эң күчтүү чиптин ылдамдыгы Apple M1 Ultra болжол менен 21 терафлопту (бир триллион FLOPS) түзөт. Сан абдан чоң, бул факт. Таң калыштуусу, 2002-жылы андан да чоң ылдамдыкта иштеп чыккан компьютер бар болчу - бул япониялык технология гиганты NEC корпорациясынын Earth Simulator суперкомпьютери. Анын ылдамдыгы болжол менен 36 терафлоп болгон!
Frontier AMD EPYC 64C 2 ГГц процессорлорун колдонот жана эң акыркы HPE Cray EX235a архитектурасына негизделген. Ал 9408 AMD EPYC процессорлорунан жана 37632 AMD Instinct MI250x тездеткичтеринен чогултулган. Жалпысынан тутумда 8 699 904 процессор жана графикалык өзөк бар. Кошумчалай кетсек, Frontier 52,59 GFlops/ватт кубаттуу эффективдүүлүгүнө ээ жана маалыматтарды өткөрүү үчүн HPE Slingshot 11 тармагын колдонот. Ошентип, сыноолордун жүрүшүндө, ал 1,1 exaflops чейин чыгара алат. Эң жогорку көрсөткүчү 1,686 экзафлопка жетти. Аппараттын баасы 600 миллион долларга бааланган.
Бул флоп режиминде иштеген дүйнөдөгү биринчи жана азырынча жалгыз суперкомпьютер. Frontier бир жыл мурун лидер болгон, бирок 2023-жылдын июнь айындагы рейтингинде эч кимге анын позициясына кол салууга жол берген эмес. Азырынча, 2024-жылдын башында, америкалык суперкомпьютер дүйнөдөгү эң жемиштүү болуп саналат.
Бирок окумуштуулар балким бир канча убакыт өткөндөн кийин ал дагы бир америкалык машинанын: Аврора суперкомпьютеринин артыкчылыгын моюнга алышы мүмкүн деп болжолдошууда.
Акыркы рейтингге ылайык, Intel Sapphire Rapids чиптери бар жаңы Aurora суперкомпьютери АКШнын Иллинойс штатындагы Argonne Leadership Computing Facility базасында иштейт, HPL көрсөткүчү 585,34 PFlops менен экинчи орунда турат. Бул Frontier компаниясынын флагмандык суперкомпьютеринин жарымын гана аткарса да, Аврора системасы али бүтө элек жана пландаштырылган акыркы системанын жарымы гана иштеп жатат. Аяктагандан кийин, Auroraнын болжолдонгон көрсөткүчү 2 EFlops ашат. Intel тарабынан түзүлгөн Aurora суперкомпьютери HPE Cray EX архитектурасына негизделген - Intel Exascale Compute Blade, Intel Xeon CPU Max Series процессорлорун жана Intel Data Center GPU Max Series акселераторлорун колдонот. Frontier сыяктуу эле, HPE Slinghot-11 тармагы маалыматтарды өткөрүү үчүн жооптуу.
Үчүнчү эң эффективдүү суперкомпьютер - бул Eagle деп аталган жаңы система Microsoft АКШдагы Azure. Бул кандайдыр бир технологиялык кызыкчылык, анткени Eagle булуттук суперкомпьютер жана Top500 рейтингиндеги үчүнчү позиция булут тутуму буга чейин жеткен эң жогорку позиция. Microsoft Eagle 561,2 PFlops HPL көрсөткүчтөрү менен мактанат, эсептөөчү жүрөгү Intel Xeon Platinum 8480C процессорлору жана акселераторлору. NVIDIA H100.
Бул жерде Fugaku япондук суперкомпьютерин айта кетели, анын өндүрүмдүүлүгү Frontierден үч эсе аз жана мурунку эң жемиштүү суперкомпьютерлердин бири - LUMI. Кытайлар дагы эле күчтүү бир нерсе куруп жатканы менен, анын баары келечекте.
Ошондой эле кызыктуу: 2024-жылга технологиялык божомолдор: эмнени күтүш керек?
Эмне үчүн бизге мынчалык көп эсептөө күчү керек?
Сиз жер жүзүндөгү эң ылдам машиналардын эффективдүүлүгүнө суктансаңыз болот, бирок алар жетишкен көрсөткүчтөр рекорддорду жаңыртуу эмес, эң кыска мөөнөттө каалаган эсептөө натыйжаларын алуу. Эч бир суперкомпьютер колдонуучу бул машинаны электрондук кат жазуу же презентация даярдоо үчүн колдонбойт. Үйүбүздөгү түзмөктөрдө аткара ала турган иштерди аткаруу үчүн мындай машиналарды колдонуу коркунучтуу ысырап болмок. Анткени, суперкомпьютерлердин эсептөө потенциалы жөнөкөй компьютерлерде жок иш-аракеттерди жасоого мүмкүндүк берет.
Биз кандай милдеттер жөнүндө айтып жатабыз? Биринчиден, чыныгы пайда алып келе тургандар жөнүндө, булар сөзсүз эле акчага айландырыла тургандар эмес. Эске сала кетсек, Frontier суперкомпьютерин түзүүгө 600 миллионго жакын АКШ доллары гана сарпталган. Албетте, аны пайдалануу жана үзгүлтүксүз тейлөөгө кеткен чыгымдар да олуттуу. Суперкомпьютер 680 чарчы метр аянтты ээлеп, 21 МВт электр энергиясын керектейт.
Frontier, башка суперкомпьютерлер сыяктуу эле, климатты моделдөө, изилдөө жана адамзат үчүн маанилүү жаңы дарыларды өндүрүү, жаңы материалдык технологияларды изилдөө ж.б.у.с. сыяктуу милдеттер үчүн колдонулат. Албетте, жабдуулардын бул түрү аткарган милдеттердин көлөмү алда канча кененирээк жана, мисалы, ар кандай типтеги ири маалымат топтомдорун талдоо камтыйт: каржылык, медициналык, спутниктик сүрөттөр, физикалык кубулуштарды моделдөө жана көптөгөн башка. Frontier биринчи масштабдуу суперкомпьютер экени ага башка суперкомпьютерлерде да кыйын болгон тапшырмаларды аткарууга мүмкүндүк берет.
Мисал катары термоядролук реактордун бүткүл жашоо циклин моделдөө мүмкүн. Ооба, бул ката эмес. Азырынча дүйнөдө бир да термоядролук электр станциясы жок, бирок Frontierдин кубаттуу экса масштабдуу эсептөө күчү гипотетикалык синтез реакторунун жүрүм-турумун имитациялоого жана мындай реактордогу плазманын жүрүм-турумун алдын ала айтууга мүмкүндүк берет. Албетте, термоядролук энергия коммерциялаштырылмайынча, анын пайдасы жөнүндө ойлонуу кыйын, бирок дүйнөдө эч ким термоядролук энергияны түзүүгө жана өнүктүрүүгө салым кошо турган жана бүткүл адамзатты энергиянын таңсыктыгынан сактап кала турган эсептөөчү кубаттуулуктун эч кандай баалуулугунан күмөн санабайт. инвестиция.
Ошондой эле окуңуз: Бардык жөнүндө Microsoft Копилот: келечек же туура эмес жол?
Суперкомпьютер жана медицина
Суперкомпьютерлердин колдонулушунун бири химиялык заттардын жана органикалык кошулмалардын түзүлүшү менен байланышкан татаал жана энергияны көп талап кылуучу эсептөөлөр. Берилген кошулмалардын жүрүм-турумун абдан так деңгээлде симуляциялоо жөндөмдүүлүгүнүн аркасында мүмкүн болгон айрым заттардын жүрүм-турумун кылдат талдоо жаңы, кыйла эффективдүү дарыларды иштеп чыгууга мүмкүндүк берүүчү курал болуп саналат.
2020-жылы, Frontier суперкомпьютери ишке киргенге чейин, Oak Ridge улуттук лабораториясынын окумуштуулары, анда Summit суперкомпьютери болгон (бул машина 2018-жылы эң эффективдүү суперкомпьютер болгон, ал дагы эле колдонулуп, эффективдүүлүгү менен 7-орунду ээлеген) 148,8 PFlops) аны рактын жаңы түрүн иштеп чыгуу үчүн колдонгон. Жаңы дары мурда колдонулган каражаттарга караганда 10% жакшыраак, дарылоодо эффективдүү болуп чыкты. Албетте, 10% анчалык деле көп эмес, бирок ошол "кичинекей" айырмачылыктын аркасында өмүрүн сактап калган бейтаптарга айтыңыз. Адам өмүрү, албетте, баа жеткис, бирок эффективдүүлүгү жогору болгон ар кандай дары-дармек саламаттыкты сактоо системасы үчүн эбегейсиз ресурстарды үнөмдөп, дарылоого кеткен чыгымдарды азайтат. Бул жерде Frontier жардамга келет. Анын мүмкүнчүлүктөрү ошол эле Summit суперкомпьютеринен алда канча жогору.
Ошондой эле окуңуз:
- Apple Vision Pro iPhone'дон кийинки эң революциялык түзүлүш. Бирок бир нюанс © бар
- Өтүү Apple M2 процессору менен MacBook Air: карап чыгуу жана менин таасирлерим
Чек ара жана жаңы климат модели
Климатты моделдөө Жердин миң жылдык тарыхынын моделин талдоону жана негиздөөнү талап кылат. Албетте, бул чоң көлөмдөгү эсептөө ресурстарын талап кылган иш. Биз климаттын өзгөрүшүн канчалык так моделдесек жана узак мөөнөттүү келечекте эмне болорун алдын ала билсек, бизге ошончолук тез жана күчтүү суперкомпьютерлер керек.
Сандиа Улуттук лабораториясынын кызматкери Марк Тейлор, дүйнөдөгү биринчи узак мөөнөттүү климаттык болжолдоолордун үстүндө иштеген изилдөөчүлөрдүн бири, бир жолу мындай деп белгиледи: "Frontier суперкомпьютеринин уникалдуу эсептөө архитектурасы биз мурда жасай албаган нерселерди ишке ашырууга мүмкүндүк берет". Башкача айтканда, бул машинанын эсептөө күчү бир нече күнгө чейин жыл талап кылынган эсепти азайтат. Ошол эле учурда, ал изилдөөчүлөргө климаттын өзгөрүшүнүн жана экстремалдык аба ырайынын узак мөөнөттүү кесепеттерин деталдуу баалоого мүмкүндүк берет. "Бул климатты моделдөө үчүн жаңы алтын стандарт", - деп кошумчалайт Тейлор.
Кандай пайдасы бар? Алар жөн эле зор. Аба ырайынын катастрофалык өзгөрүүлөрүн алдын ала билүү жөндөмдүүлүгү он миңдеген, балким миллиондогон адамдардын өмүрүн сактап калат. Ал эми климаттын жылышынын глобалдык жана региондук суу циклдерине тийгизген ыктымал таасирин талдоо келечектеги өзгөрүүлөргө алдын ала даярданууга мүмкүндүк берет. Заманбап мейкиндик моделдери бар, бирок алар абдан эсептөөнү талап кылат. Акыркы убакка чейин, өтө талап. Ооба, алар бизге аба ырайы же климат деп атаган нерсени түзгөн ар кандай элементтердин ортосундагы татаал өз ара аракеттенүүнү теориялык жактан болжолдоого мүмкүндүк берет, мисалы, булуттардын пайда болушу менен коштолгон конвективдик кыймыл, бирок ал жерде маалыматтын эбегейсиз агымын иштеп чыгуу зарыл. жана укмуштуудай татаалдыктагы эсептөөлөрдү жүргүзүшөт.
Frontier суперкомпьютеринин болушу буга чейин эле муну өзгөрттү. Energy Exascale Earth System Model (E3SM) долбоору бул тоскоолдуктарды жаңы программалык камсыздоо ыкмаларын масштабдуу exascale аткаруу менен айкалыштыруу аркылуу жеңет. Сарат Срипати, изилдөөнүн авторлорунун бири жана E3SM долбоорунун координатору жана SCREAM деп аталган E3SM атмосфера моделинин авторлошунун автору: "Климатты моделдөө коомчулугу ондогон жылдар бою болжолдоолорду жеңилдетүү үчүн километрдик масштабдагы моделдерди иштетүүнү көптөн бери кыялданып келген жана азыр бул чындык..
Башкача айтканда, чек арасыз мындай долбоор маалыматтарды иштетүү көлөмүнүн жоктугунан улам ишке ашпай калат. Бирок, негизги эсептөө күчү гана эмес, ошондой эле моделдердин өздөрүн оптималдаштыруу маанилүү экенин белгилей кетүү керек. Лоуренс Ливермор улуттук лабораториясынын климатологу Питер Колдуэлл жана анын командасы акыркы беш жылды нөлдөн баштап жаңы булут моделин курууга жумшашкан. Ал графикалык процессорлордо (GPU) натыйжалуу иштейт, алар бүгүнкү күндө заманбап суперкомпьютерлердин эсептөө кубаттуулугунун абдан маанилүү компоненти болуп саналат. Бул жерде өзүнүн классындагы эң кызыктуу унааны да кошсо болот.
Элестет. Кодду GPUларда иштетүүгө ыңгайлаштыруу аткаруунун олуттуу өсүшүнө алып келди. SCREAM 8192 сааттык бир эсептөө сессиясында адатта бир жылдан ашык убакытты талап кылган глобалдык булут түзүлүштөрүн имитациялоо үчүн 1,25 24 Frontier түйүндөрүндө иштей алат. 30-40 жылга созулган узак мөөнөттүү симуляцияларды Чек арада бир нече жуманын ичинде жасоого болот. Окумуштуулар мурда мындай эсептөөлөрдү жүргүзүү дээрлик мүмкүн эмес экенин белгилешет. Бул изилдөөлөр жөнүндө көбүрөөк билүүгө кызыкдар адамдар болот жаңы илимий басылма менен таанышат Марк Тейлор жана анын командасы.
Ошондой эле кызыктуу:
- АКШнын армиясы Санта Клаусту кантип көзөмөлдөйт
- сатууга тыюу салуу Apple АКШда көрүңүз: иштин бардык чоо-жайы
- карап чыгуу Lenovo Yoga Book 9i: эки дисплейи бар конвертирленген ноутбук
Чек ара жана материалдык технологиялар
Frontier суперкомпьютеринин масштабдуу мүмкүнчүлүктөрүн пайдаланган кызыктуу долбоорлордун бири материал технологиясы тармагындагы иш. Бул өзүнүн эсептөө эффективдүүлүгүнүн аркасында дээрлик кванттык деңгээлдеги тактыкка жетишүүгө мүмкүндүк берген эритмелердин эң чоң эсептөө симуляцияларынын бири. Мичиган университетинен Викрам Гавини тарабынан жүргүзүлгөн бул изилдөө ар кандай материалдардын жүрүм-турумун моделдөө үчүн Шредингердин теңдемесин колдонгону менен инновациялык. Фронтиердин чоң эсептөө күчү ага 75 000 атомдон турган магний эритмеси системасын имитациялоого мүмкүндүк берди.
Магний эритмелери абдан кызыктуу материал болуп саналат. Бул абдан жеңил жана ошол эле учурда күчтүү. Бирок магний эритмелери кээ бир кемчиликтерге, негизинен дислокацияларга (б.а. материалдын кристаллдык түзүлүшүндөгү массалык дефекттерге) сезгич болушат, алар механикалык касиеттерин кескин өзгөртөт. Бул келечектүү материалды жараксыз металлдын кесимине айлантат, анткени ал оңой жарака берет, морт жана туруксуз. Окумуштуулар Фронтиердин эсептөө күчү менен магний эритмелериндеги бул кемчиликтердин айрымдарын оңдоого жетишти. Бирок бул эмгектин башталышы гана.
Ошондой эле кызыктуу:
- Нейрондук тармактар деген эмне жана алар кантип иштешет?
- Жөнөкөй сөз менен айтканда, кванттык компьютерлер жөнүндө
суперкомпьютерлердин келечеги?
Кадимки компьютерлер кээ бир илимий жана техникалык көйгөйлөрдү чече албайт. Суперкомпьютерлердин эсептөө күчү алда канча көп, алар жөнөкөй компьютерлерде мүмкүн эмес же өтө көп убакытты талап кыла турган эсептөөлөрдү жүргүзүүгө мүмкүндүк берет. Суперкомпьютерлерди түзүү менен окумуштуулар биздин билимибиздин жана мүмкүнчүлүктөрүбүздүн чектерин кеңейтүүгө, ошондой эле биздин келечегибизге реалдуу таасир тийгизе турган көйгөйлөрдү чечүүгө умтулушат.
Мурдун мыйзамында компьютерлердин күчү экспоненциалдуу түрдө өсөт деп айтылат. Ар эки жыл сайын эсептөөлөрдүн ылдамдыгы эки эсеге өсөт, инженерлер жана илимпоздор мурда мүмкүн эмес деп эсептелген маселелерди чечүү жолдорун таба алышат.
Бир күнү суперкомпьютерлер кадимки нерсеге айланат. Анткени, он жыл мурун эле виртуалдык реалдуулук, булут оюндары жана мета аалам сыяктуу түшүнүктөр бир нече техно-эксперттердин жана гейктердин элестетүүсүндө гана бар болчу, ал эми бүгүнкү күндө бул биздин чындык. Келечектеги муун суперкомпьютерлердин мүмкүнчүлүктөрүн пайдалануу үчүн IT билимин алып, Google компаниясына жумушка орношуунун да кереги жок болот: алар смартфон, ноутбук жана башка нерселер сыяктуу эле күнүмдүк жашоонун бир бөлүгү болуп калышат.
Ошондой эле окуңуз: