Kam jis naudojamas? Siena, galingiausias ir greičiausias superkompiuteris pasaulyje, veikiantis Oak Ridge nacionalinėje laboratorijoje? Nuo reaktoriaus modeliavimo iki klimato prognozavimo.
Šis klausimas turi platesnį kontekstą. Manęs dažnai klausia, kodėl mes iš viso statome tokias galingas mašinas, jei kiekvienas iš mūsų gali turėti kompiuterį? Žinoma, superkompiuteriai yra labai brangios mašinos, sunaudojančios didžiulį kiekį energijos, tačiau tai, ką iš jų gauname, yra daug vertingesnė. Šiandien pabandysiu tai paaiškinti naudodamas Frontier superkompiuterio pavyzdį.
Taip pat įdomu: OpenAI istorija: kas tai buvo ir kas laukia įmonės
Kodėl mums reikia superkompiuterių?
Trumpai tariant, superkompiuteriai gali apdoroti didžiulius informacijos srautus. Mūsų pasaulis keičiasi labai greitai, žmonija sukūrė didžiulę duomenų bazę, kurią reikia apdoroti, analizuoti, grupuoti, išsaugoti, pagaliau. Tai padės mums, pavyzdžiui, gauti naujų, pigesnių ir efektyvesnių vaistų, patvaresnių medžiagų, prognozuoti klimato pokyčius dešimtmečiams ir pan. Superkompiuteriai leidžia modeliuoti objektų, kuriuos ketiname statyti, pvz., branduolių sintezės reaktorių, elgesį. Ir tai tik keli greičiausių superkompiuterių taikymo pavyzdžiai. Taip, juos labai brangu gaminti ir prižiūrėti, bet jie to verti.
Bet pradėkime nuo pagrindų. Kas vis dėlto yra superkompiuteris? Aiškaus to apibrėžimo dar nėra. Tačiau būdingas kiekvieno šiuo metu veikiančio superkompiuterio bruožas yra labai didelė skaičiavimo galia. Internete galima rasti supaprastintą apibrėžimą, pagal kurį superkompiuteris yra mašina, galinti pasiekti bent 1 teraflopso skaičiavimo našumą, ty 1012 (trilijonai) slankiojo kablelio operacijų per sekundę. Tai yra daug, palyginti su įprastais namų kompiuteriais.
Jei anksčiau kompiuterių greitis buvo matuojamas IPS (instrukcijomis per sekundę), tai superkompiuteriams reikėjo išrasti naują vienetą – FLOPS, tai yra slankiojo kablelio operacijos per sekundę. Kuo šis skaičius didesnis, tuo kompiuteris galingesnis.
Žinoma, metodas, pagrįstas tam tikru skaičiavimo slenksčiu, gana greitai pasensta, nes procesorių, kurie yra šių mašinų branduolys, našumas nuolat tobulėja ir auga. Su kiekvienu naujų procesorių išleidimu didėja ir šiuolaikinių kompiuterių našumas. Tačiau juos pastatyti labai sunku ir finansiškai brangu.
Taip pat skaitykite: Žmogaus smegenų projektas: bandymas imituoti žmogaus smegenis
Kurie superkompiuteriai yra greičiausi?
Turime naujausius duomenis šiuo klausimu. 2023 m. lapkritį Top500.org svetainė, kuri daugelį metų reguliariai skelbia galingiausių Žemėje kompiuterių našumo reitingus, paskelbė naujausią, 62-ąjį Top500 reitingo leidimą, kuriame pristatomi 500 šiuo metu efektyviausių superkompiuterių. .
„Frontier“ sistema vis dar yra efektyviausias superkompiuteris planetoje. Šis superkompiuteris yra pirmoji pasaulyje eksaskalės skaičiavimo sistema, ty jo greitis viršijo 1 eksaflopą. Pati „Frontier“ yra Nacionalinėje laboratorijoje, kuri yra Oak Ridge mieste, Tenesio valstijoje, JAV. Šis superkompiuteris šiuo metu yra lyderis su HPL balu (High Performance LINPACK – specialus testas, įvertinantis neapdorotą superkompiuterių našumą) esant 1193 EFlops (eksaflopas yra kvintilijonas arba 10).18 slankiojo kablelio skaičiavimai per sekundę).
Palyginimui: galingiausio lusto greitis Apple M1 Ultra yra apie 21 teraflops (vienas trilijonas FLOPS). Skaičius didžiulis, tai faktas. Keista, bet dar 2002 metais buvo kompiuteris, kuris išvystė dar didesnę spartą – tai Japonijos technologijų milžinės NEC Corporation superkompiuteris Earth Simulator. Jo greitis buvo apie 36 teraflopus!
„Frontier“ naudoja AMD EPYC 64C 2 GHz procesorius ir yra pagrįsta naujausia HPE Cray EX235a architektūra. Jis surinktas iš 9408 AMD EPYC procesorių ir 37632 AMD Instinct MI250x greitintuvų. Iš viso sistemoje yra 8 699 904 procesoriaus ir grafikos branduoliai. Be to, „Frontier“ turi įspūdingą energijos vartojimo efektyvumą – 52,59 GFlops/vatą, o duomenų perdavimui naudoja HPE Slingshot 11 tinklą. Taigi bandymų metu jis gali pagaminti iki 1,1 eksaflopo. Didžiausias našumas pasiekė rekordinį 1,686 600 eksaflopą. Apskaičiuota, kad įrenginio kaina siekia XNUMX mln.
Tai pirmasis ir kol kas vienintelis superkompiuteris pasaulyje, veikiantis šnipštas režimu. „Frontier“ lyderiu tapo prieš metus, tačiau niekam neleido net įsiveržti į savo poziciją 2023 metų birželio reitinge. O kol kas, 2024 metų pradžioje, amerikietiškas superkompiuteris yra produktyviausias pasaulyje.
Tačiau mokslininkai jau dabar siūlo, kad galbūt po kurio laiko jam teks pripažinti kitos amerikietiškos mašinos – superkompiuterio „Aurora“ – pranašumą.
Remiantis naujausiu reitingu, naujasis superkompiuteris Aurora su Intel Sapphire Rapids lustais, veikiantis Argonne Leadership Computing Facility gamykloje Ilinojaus valstijoje, JAV, užima antrą vietą su 585,34 PFlops HPL našumu. Nors tai tik pusė „Frontier“ pavyzdinio superkompiuterio našumo, „Aurora“ sistema dar nebaigta, o šiuo metu veikia tik pusė planuojamos galutinės sistemos. Tikėtina, kad baigus Auroros našumas viršys 2 EFlopus. „Intel“ sukurtas superkompiuteris „Aurora“ yra pagrįstas HPE Cray EX architektūra – „Intel Exascale Compute“ Blade, naudoja Intel Xeon CPU Max serijos procesorius ir Intel Data Center GPU Max serijos greitintuvus. Kaip ir Frontier, HPE Slinghot-11 tinklas yra atsakingas už duomenų perdavimą.
Trečias efektyviausias superkompiuteris yra nauja debesų sistema, vadinama Eagle Microsoft Azure JAV. Tai yra kažkoks technologinis kuriozas, nes „Eagle“ yra debesų superkompiuteris, o trečioji vieta Top500 reitinge yra aukščiausia, kurią kada nors pasiekė debesų sistema. Microsoft „Eagle“ gali pasigirti 561,2 PFlops HPL našumu, o skaičiavimo širdis yra „Intel Xeon Platinum 8480C“ procesoriai ir greitintuvai NVIDIA H100.
Čia verta paminėti japonų superkompiuterį Fugaku, kurio našumas yra daugiau nei tris kartus mažesnis nei Frontier, ir vieną produktyviausių praeityje superkompiuterių – LUMI. Nors kinai vis dar kuria kažką galingo, visa tai – ateityje.
Taip pat įdomu: Technologinės prognozės 2024 metams: ko tikėtis?
Kodėl mums reikia tiek daug skaičiavimo galios?
Galite žavėtis greičiausių mašinų Žemėje efektyvumu, tačiau jų pasiekiamas našumas yra ne rekordų sumušimas, o norimų skaičiavimo rezultatų gavimas per trumpiausią įmanomą laiką. Joks superkompiuterio vartotojas nenaudoja to įrenginio elektroniniam laiškui rašyti ar pristatymui ruošti. Būtų siaubingas švaistymas tokiomis mašinomis atlikti užduotis, kurias galime atlikti savo namuose esančiuose įrenginiuose. Juk superkompiuterių skaičiavimo potencialas leidžia atlikti veiksmus, kurių įprastuose kompiuteriuose nėra.
Apie kokias užduotis mes kalbame? Pirmiausia apie tuos, kurie gali atnešti realios naudos, ir tai nebūtinai tuos, kuriuos galima iš karto paversti pinigais. Verta priminti, kad „Frontier“ superkompiuteriui sukurti buvo išleista tik apie 600 milijonų JAV dolerių. Žinoma, nemažos yra ir jo naudojimo bei nuolatinės priežiūros išlaidos. Superkompiuteris užima 680 kvadratinių metrų plotą ir sunaudoja 21 MW elektros energijos.
Frontier, kaip ir kiti superkompiuteriai, be kita ko, naudojamas tokioms užduotims kaip klimato modeliavimas, naujų, žmonijai gyvybiškai svarbių vaistų tyrimams ir gamybai, naujų medžiagų technologijų tyrimams ir kt. Žinoma, tokio tipo įranga atliekamų užduočių apimtys yra daug platesnės ir apima, pavyzdžiui, didžiulių įvairaus tipo duomenų rinkinių analizę: finansinių, medicininių, palydovinių vaizdų, fizinių reiškinių modeliavimą ir daugybę kitų. Faktas, kad „Frontier“ yra pirmasis egza skalės superkompiuteris, leidžia atlikti užduotis, kurios būtų sudėtingos net ir kituose superkompiuteriuose.
Pavyzdys gali būti viso termobranduolinio reaktoriaus gyvavimo ciklo modeliavimas. Taip, tai nėra klaida. Pasaulyje kol kas nėra nė vienos branduolių sintezės jėgainės, tačiau galinga Frontier eksaskalės skaičiavimo galia leidžia imituoti hipotetinio branduolių sintezės reaktoriaus elgseną ir numatyti plazmos elgseną tokiame reaktoriuje. Žinoma, kol termobranduolinė energija nebus komercializuota, sunku galvoti apie naudą, tačiau niekas pasaulyje neabejoja, kad skaičiavimo galia, kuri prisidės prie termobranduolinės energijos kūrimo ir plėtros bei išgelbės visą žmoniją nuo energijos trūkumo, yra verta bet kokio. investicija.
Taip pat skaitykite: Viskas apie Microsoft Antrasis pilotas: ateitis ar neteisingas kelias?
Superkompiuteriai ir medicina
Vienas iš superkompiuterių pritaikymo būdų yra sudėtingi ir daug energijos reikalaujantys skaičiavimai, susiję su cheminių medžiagų ir organinių junginių struktūra. Kruopšti atskirų medžiagų elgsenos analizė, kuri įmanoma dėl galimybės labai tiksliai imituoti tam tikro junginio elgesį, yra įrankis, leidžiantis kurti naujus, veiksmingesnius vaistus.
Dar 2020 m., prieš paleisdamas superkompiuterį Frontier, Oak Ridge nacionalinės laboratorijos, kurioje tuomet buvo superkompiuteris Summit, mokslininkai (šis aparatas buvo efektyviausias superkompiuteris 2018 m., jis vis dar naudojamas ir užėmė 7 vietą, kurio efektyvumas yra 148,8 PFlops) naudojo jį naujo tipo vaistui nuo vėžio sukurti. Naujasis vaistas pasirodė esąs apie 10% geresnis, veiksmingesnis gydant nei anksčiau naudotos priemonės. Žinoma, 10% nėra tiek daug, bet pasakykite tai pacientams, kuriems dėl to „mažo“ skirtumo pavyko išgelbėti gyvybę. Žmogaus gyvybė, be abejo, neįkainojama, tačiau bet koks didesnio veiksmingumo vaistas gali sutaupyti didžiulius sveikatos priežiūros sistemos išteklius ir sumažinti gydymo išlaidas. Čia „Frontier“ gali praversti. Jo galimybės yra daug didesnės nei to paties „Summit“ superkompiuterio.
Taip pat skaitykite:
- Apple Vision Pro yra revoliucingiausias įrenginys nuo iPhone. Tačiau yra niuansas ©
- Pereiti prie Apple MacBook Air su M2 procesoriumi: apžvalga ir mano įspūdžiai
Frontier ir naujas klimato modelis
Klimato modeliavimas reikalauja analizuoti ir pagrįsti tūkstantmetės Žemės istorijos modelį. Žinoma, tai yra didžiulių skaičiavimo resursų reikalaujantis uždavinys. Kuo tiksliau galime modeliuoti klimato kaitą ir numatyti, kas nutiks ilgainiui, tuo greitesnių ir galingesnių superkompiuterių mums reikės.
Markas Tayloras iš Sandia National Laboratories, vienas iš tyrėjų, dirbančių su pirmaisiais pasaulyje ilgalaikiais klimato prognozėmis naudojant didėjantį skaičiavimą, kartą pažymėjo: „Unikali Frontier superkompiuterio skaičiavimo architektūra įgalina tai, ko negalėjome padaryti anksčiau. Tai reiškia, kad šios mašinos skaičiavimo galia sumažina skaičiavimą, kuris anksčiau užtrukdavo kelerius metus iki kelių dienų. Tuo pačiu metu mokslininkai gali gauti išsamius ilgalaikio klimato kaitos ir ekstremalių oro sąlygų poveikio įvertinimus. „Tai naujas auksinis klimato modeliavimo standartas“, – priduria Taylor.
Kokie privalumai? Jie tiesiog didžiuliai. Gebėjimas numatyti katastrofiškus oro pokyčius gali išgelbėti dešimtis tūkstančių, o gal net milijonus gyvybių. O galimo klimato atšilimo poveikio pasauliniam ir regioniniam vandens ciklams analizė leidžia iš anksto pasiruošti būsimiems pokyčiams. Egzistuoja šiuolaikiniai erdviniai modeliai, tačiau jie reikalauja itin daug skaičiavimo. Dar neseniai per daug reiklus. Taip, jie leidžia teoriškai numatyti sudėtingą sąveiką tarp įvairių elementų, sudarančių tai, ką vadiname oru ar klimatu, pavyzdžiui, konvekcinį judėjimą, kuris lydi debesų susidarymą, tačiau ten būtina apdoroti didžiulį informacijos srautą. ir atlikti neįtikėtino sudėtingumo skaičiavimus.
„Frontier“ superkompiuterio buvimas tai jau pakeitė. „Energy Exascale Earth System Model“ (E3SM) projektas įveikia šias kliūtis derindamas naujus programinės įrangos metodus su didžiuliu eksaskalės našumu. Sarath Sripathy, tyrimo bendraautorė ir E3SM projekto koordinatorė bei E3SM atmosferos modelio SCREAM bendraautorė, paaiškina: “Klimato modeliavimo bendruomenė jau seniai svajojo apie kilometrų mastelio modelius paleisti pakankamai greitai, kad palengvintų dešimtmečius trukusias prognozes, o dabar tai tapo realybe..
Kitaip tariant, toks projektas be „Frontier“ tiesiog žlugtų, nes trūksta duomenų apdorojimo apimčių. Tačiau verta paminėti, kad svarbi ne tik pagrindinė skaičiavimo galia, bet ir pačių modelių optimizavimas. Peteris Caldwellas, Lawrence'o Livermore'o nacionalinės laboratorijos klimatologas, ir jo komanda pastaruosius penkerius metus praleido kurdami naują debesies modelį nuo nulio. Jis efektyviai veiks su grafikos procesoriais (GPU), kurie šiandien yra labai svarbus šiuolaikinių superkompiuterių skaičiavimo galios komponentas. Čia taip pat gali būti įtrauktas įdomus aukščiausios klasės automobilis savo klasėje.
Įsivaizduok. Kodo pritaikymas veikti GPU žymiai padidino našumą. SCREAM gali veikti 8192 1,25 „Frontier“ mazguose, kad imituotų globalius debesų susidarymus, kurie paprastai užtrukdavo ilgiau nei metus (tiksliau 24 metų) per vieną 30 valandų skaičiavimo seansą. Ilgalaikiai 40–XNUMX metų modeliai „Frontier“ gali būti atlikti per kelias savaites. Tyrėjai pažymi, kad anksčiau tokių skaičiavimų atlikti buvo beveik neįmanoma. Žmonės, norintys sužinoti daugiau apie šias studijas, gali susipažinti su nauju moksliniu leidiniu Markas Tayloras ir jo komanda.
Taip pat įdomu:
- Kaip JAV armija seka Kalėdų Senelį
- Prekybos draudimas Apple Žiūrėti JAV: visos bylos detalės
- Apžvalga Lenovo Yoga Book 9i: konvertuojamas nešiojamasis kompiuteris su dviem ekranais
Pasienio ir medžiagų technologijos
Vienas įdomus projektas, kuriame išnaudojamas „Frontier“ superkompiuterio eksamastas potencialas, yra darbas medžiagų technologijų srityje. Tai vienas didžiausių kada nors atliktų lydinio skaičiavimo modeliavimų, kuris dėl savo skaičiavimo efektyvumo leido pasiekti beveik kvantinio lygio tikslumą. Šis tyrimas, kurį atliko Vikramas Gavini iš Mičigano universiteto, yra naujoviškas tuo, kad naudoja Schrödingerio lygtį skirtingų medžiagų elgsenai modeliuoti. Didžiulė „Frontier“ skaičiavimo galia leido imituoti magnio lydinio sistemą, kurią sudaro 75 000 atomų.
Magnio lydiniai yra labai įdomi medžiaga. Jis yra labai lengvas ir tuo pačiu stiprus. Tačiau magnio lydiniai yra jautrūs tam tikriems defektams, daugiausia išnirimams (t. y. dideliems medžiagos kristalinės struktūros defektams), kurie smarkiai pakeičia jų mechanines savybes. Taip perspektyvi medžiaga paverčiama netinkamu naudoti metalu, nes ji lengvai trūkinėja, yra trapi ir nestabili. Mokslininkai, pasitelkę „Frontier“ skaičiavimo galią, sugebėjo ištaisyti kai kuriuos iš šių magnio lydinių defektų. Tačiau tai tik sunkaus darbo pradžia.
Taip pat įdomu:
Superkompiuterių ateitis?
Įprasti kompiuteriai negali išspręsti kai kurių mokslinių ir techninių problemų mums keliamų iššūkių. Superkompiuteriai turi daug didesnę skaičiavimo galią, todėl jie gali atlikti skaičiavimus, kurių įprastuose kompiuteriuose būtų neįmanoma arba užtruktų per daug laiko. Kurdami superkompiuterius, mokslininkai siekia išplėsti mūsų žinių ir galimybių ribas, taip pat išspręsti problemas, kurios gali turėti didžiulę realią įtaką mūsų ateičiai.
Moore'o dėsnis teigia, kad kompiuterių galia didėja eksponentiškai. Kas dvejus metus skaičiavimų greitis padvigubėja, inžinieriams ir mokslininkams pavyksta rasti sprendimus problemoms, kurios anksčiau buvo laikomos neįmanomomis.
Vieną dieną superkompiuteriai taps kasdienybe. Juk dar prieš dešimt metų tokios sąvokos kaip virtuali realybė, debesų žaidimai ir metavisata egzistavo tik kelių techno ekspertų ir geikų vaizduotėje, o šiandien tai yra mūsų realybė. Ateities kartai net nereikės įgyti IT išsilavinimo ir įsidarbinti „Google“, kad galėtų pasinaudoti superkompiuteriais: jie tyliai ir nepastebimai taps kasdienybės dalimi, kaip ir išmanieji telefonai, nešiojamieji kompiuteriai ir kiti dalykai.
Taip pat skaitykite: