Kādam nolūkam to lieto? Robeža, pasaulē jaudīgākais un ātrākais superdators, kas darbojas Oak Ridge National Laboratory? No reaktora modelēšanas līdz klimata prognozēšanai.
Šim jautājumam ir plašāks konteksts. Man bieži jautā, kāpēc mēs vispār būvējam tik jaudīgas mašīnas, ja katram no mums var būt dators? Protams, superdatori ir ļoti dārgas mašīnas, kas patērē milzīgu enerģijas daudzumu, taču tas, ko mēs no tiem iegūstam, ir daudz vērtīgāks. Šodien es mēģināšu to izskaidrot, izmantojot Frontier superdatora piemēru.
Interesanti arī: OpenAI vēsture: kas tas bija un kas uzņēmumam sagaida
Kāpēc mums ir vajadzīgi superdatori?
Īsāk sakot, superdatori var apstrādāt milzīgas informācijas plūsmas. Mūsu pasaule mainās ļoti strauji, cilvēce ir izveidojusi milzīgu datu bāzi, kas ir jāapstrādā, jāanalizē, jāgrupē, jāsaglabā, beidzot. Tas mums palīdzēs, piemēram, iegūt jaunas, lētākas un efektīvākas zāles, izturīgākus materiālus, prognozēt klimata pārmaiņas uz gadu desmitiem utt. Superdatori ļauj mums modelēt objektu, ko mēs gatavojamies būvēt, piemēram, kodolsintēzes reaktoru, uzvedību. Un tie ir tikai daži piemēri ātrāko superdatoru pielietojumam. Jā, to ražošana un uzturēšana ir ļoti dārga, taču tās ir tā vērtas.
Bet sāksim ar pamatiem. Kas vispār ir superdators? Tam vēl nav skaidras definīcijas. Tomēr katram šobrīd strādājošam superdatoram raksturīga iezīme ir ļoti liela skaitļošanas jauda. Internetā var atrast vienkāršotu definīciju, saskaņā ar kuru superdators ir mašīna, kas var sasniegt vismaz 1 teraflopu skaitļošanas veiktspēju, t.i., 1012 (triljoni) peldošā komata operāciju sekundē. Tas ir daudz, salīdzinot ar parastajiem mājas datoriem.
Ja agrāk datoru ātrumu mērīja IPS (instrukcijas sekundē), tad superdatoriem bija jāizgudro jauna vienība - FLOPS, t.i., peldošā komata operācijas sekundē. Jo lielāks šis skaitlis, jo jaudīgāks ir dators.
Protams, pieeja, kas balstīta uz noteiktu skaitļošanas slieksni, diezgan ātri noveco, jo procesoru, kas ir šo iekārtu kodols, veiktspēja nepārtraukti attīstās un pieaug. Ar katru jaunu procesoru izlaišanu palielinās arī mūsdienu datoru produktivitāte. Tomēr to veidošana ir ļoti sarežģīta un finansiāli dārga.
Lasi arī: Cilvēka smadzeņu projekts: mēģinājums atdarināt cilvēka smadzenes
Kuri superdatori ir ātrākie?
Mums ir jaunākie dati par šo jautājumu. 2023. gada novembrī vietnē Top500.org, kas jau daudzus gadus regulāri tiek publicēti Zemes jaudīgāko datoru veiktspējas reitingi, tika publicēts Top62 reitinga jaunākais, 500. izdevums, kurā apkopoti 500 šobrīd visefektīvākie superdatori. .
Frontier sistēma joprojām ir visefektīvākais superdators uz planētas. Šis superdators ir pasaulē pirmā eksamēroga skaitļošanas sistēma, tas ir, tā ātrums pārsniedza 1 eksaflopu. Pati Frontier atrodas Nacionālajā laboratorijā, kas atrodas Oak Ridžā, Tenesī, ASV. Šis superdators ir pašreizējais līderis ar HPL punktu skaitu (High Performance LINPACK — īpašs tests, kas novērtē superdatoru neapstrādātu veiktspēju) ar 1193 EFlops (eksaflops ir kvintiljons jeb 10).18 peldošā komata aprēķini sekundē).
Salīdzinājumam: visspēcīgākās mikroshēmas ātrums Apple M1 Ultra ir aptuveni 21 teraflops (viens triljons FLOPS). Skaits ir milzīgs, tas ir fakts. Pārsteidzošā kārtā tālajā 2002. gadā bija dators, kas attīstīja vēl lielāku ātrumu – tas ir Japānas tehnoloģiju giganta NEC Corporation superdators Earth Simulator. Tā ātrums bija aptuveni 36 teraflopi!
Frontier izmanto AMD EPYC 64C 2 GHz procesorus, un tā pamatā ir jaunākā HPE Cray EX235a arhitektūra. Tas ir samontēts no 9408 AMD EPYC procesoriem un 37632 AMD Instinct MI250x paātrinātājiem. Kopumā sistēmā ir 8 699 904 procesoru un grafikas kodoli. Turklāt Frontier ir iespaidīga jaudas efektivitāte 52,59 GFlops/vats, un datu pārsūtīšanai tiek izmantots HPE Slingshot 11 tīkls. Tātad testu laikā tas spēj radīt līdz 1,1 eksaflopam. Maksimālais sniegums sasniedza rekordu 1,686 eksaflopus. Ierīces izmaksas tiek lēstas 600 miljonu dolāru apmērā.
Šis ir pirmais un pagaidām vienīgais superdators pasaulē, kas darbojas flops režīmā. Frontier par līderi kļuva pirms gada, taču nevienam neļāva pat iejaukties savā pozīcijā 2023. gada jūnija rangā. Un līdz šim, 2024. gada sākumā, amerikāņu superdators ir produktīvākais pasaulē.
Taču zinātnieki jau liek domāt, ka varbūt pēc kāda laika viņam nāksies atzīt citas amerikāņu mašīnas — superdatora Aurora — pārākumu.
Saskaņā ar jaunāko reitingu jaunais Aurora superdators ar Intel Sapphire Rapids mikroshēmām, kas darbojas Argonne Leadership Computing Facility Ilinoisā, ASV, ieņem otro vietu ar HPL veiktspēju 585,34 PFlops. Lai gan šī ir tikai puse no Frontier vadošā superdatora veiktspējas, Aurora sistēma vēl nav pabeigta, un pašlaik darbojas tikai puse no plānotās galīgās sistēmas. Pēc pabeigšanas Aurora prognozētais sniegums, visticamāk, pārsniegs 2 EFlops. Intel radītais superdators Aurora ir balstīts uz HPE Cray EX arhitektūru - Intel Exascale Compute Blade, izmanto Intel Xeon CPU Max sērijas procesorus un Intel Data Center GPU Max sērijas paātrinātājus. Tāpat kā Frontier, HPE Slinghot-11 tīkls ir atbildīgs par datu pārsūtīšanu.
Trešais visefektīvākais superdators ir jauna uz mākoņiem balstīta sistēma ar nosaukumu Eagle Microsoft Azure ASV. Tas ir sava veida tehnoloģisks kuriozs, jo Eagle ir mākoņu superdators, un trešā vieta Top500 reitingā ir augstākā mākoņsistēmu jebkad sasniegtā pozīcija. Microsoft Eagle lepojas ar HPL veiktspēju 561,2 PFlops, skaitļošanas sirds ir Intel Xeon Platinum 8480C procesori un paātrinātāji. NVIDIA H100
Šeit ir vērts pieminēt japāņu superdatoru Fugaku, kura veiktspēja ir vairāk nekā trīs reizes mazāka nekā Frontier, un vienu no savulaik produktīvākajiem superdatoriem - LUMI. Lai gan ķīnieši joprojām būvē kaut ko spēcīgu, tas viss ir nākotnē.
Interesanti arī: Tehnoloģiskās prognozes 2024. gadam: ko sagaidīt?
Kāpēc mums ir vajadzīga tik liela skaitļošanas jauda?
Jūs varat apbrīnot ātrāko iekārtu efektivitāti uz Zemes, taču to sasniegtā veiktspēja nav saistīta ar rekordu pārsniegšanu, bet gan ar vēlamo aprēķinu rezultātu iegūšanu pēc iespējas īsākā laikā. Neviens superdatoru lietotājs neizmanto šo mašīnu, lai rakstītu e-pastu vai sagatavotu prezentāciju. Būtu briesmīgi izšķērdība izmantot šādas mašīnas, lai veiktu uzdevumus, ko mēs varam veikt ar ierīcēm mūsu mājās. Galu galā superdatoru skaitļošanas potenciāls ļauj veikt darbības, kas nav pieejamas parastajos datoros.
Par kādiem uzdevumiem mēs runājam? Pirmkārt, par tiem, kas var dot reālu labumu, un tie nav obligāti tie, kurus var uzreiz pārvērst naudā. Der atgādināt, ka Frontier superdatora izveidei tika iztērēti tikai aptuveni 600 miljoni ASV dolāru. Protams, ievērojamas ir arī tā lietošanas un pastāvīgās uzturēšanas izmaksas. Superdators aizņem 680 kvadrātmetru platību un patērē 21 MW elektroenerģijas.
Frontier, tāpat kā citi superdatori, cita starpā tiek izmantots tādiem uzdevumiem kā klimata modelēšana, jaunu, cilvēcei vitāli svarīgu zāļu izpēte un ražošana, jaunu materiālu tehnoloģiju izpēte utt. Protams, šāda veida iekārtu veikto uzdevumu loks ir daudz plašāks un ietver, piemēram, milzīgu dažāda veida datu kopu analīzi: finanšu, medicīnas, satelītattēlu, fizisko parādību modelēšanu un daudzus, daudzus citus. Fakts, ka Frontier ir pirmais eksa mēroga superdators, ļauj tam veikt uzdevumus, kas būtu sarežģīti pat citos superdatoros.
Piemērs var būt visa termokodolreaktora dzīves cikla modelēšana. Jā, tā nav kļūda. Pasaulē vēl nav nevienas kodolsintēzes spēkstacijas, taču Frontier jaudīgā eksa mēroga skaitļošanas jauda ļauj simulēt hipotētiskā kodolsintēzes reaktora uzvedību un prognozēt plazmas uzvedību šādā reaktorā. Protams, kamēr kodolenerģija nav komercializēta, ir grūti domāt par ieguvumiem, taču neviens pasaulē nešaubās, ka skaitļošanas jauda, kas veicinās kodoltermiskās enerģijas radīšanu un attīstību un izglābs visu cilvēci no enerģijas trūkuma, ir jebkura vērta. investīcijas.
Lasi arī: Viss par Microsoft Otrais pilots: nākotne vai nepareizs ceļš?
Superdatori un medicīna
Viens no superdatoru pielietojumiem ir sarežģīti un energoietilpīgi aprēķini, kas saistīti ar ķīmisko vielu un organisko savienojumu struktūru. Rūpīga atsevišķu vielu uzvedības analīze, kas ir iespējama, pateicoties spējai ļoti precīzā līmenī simulēt konkrētā savienojuma uzvedību, ir instruments, kas ļauj izstrādāt jaunas, efektīvākas zāles.
Vēl 2020. gadā, pirms Frontier superdatora palaišanas, zinātnieki no Oak Ridge National Laboratory, kurā toreiz bija Summit superdators (šī iekārta bija visefektīvākais superdators 2018. gadā, tas joprojām tiek izmantots, un ieņēma 7. vietu ar efektivitāti 148,8 PFlops) to izmantoja, lai izstrādātu jauna veida vēža zāles. Jaunās zāles izrādījās par aptuveni 10% labākas, efektīvākas ārstēšanā nekā iepriekš lietotie līdzekļi. Protams, 10% nav tik daudz, bet pastāstiet to pacientiem, kuriem izdevās glābt dzīvību, pateicoties šai "mazajai" atšķirībai. Cilvēka dzīvība, protams, ir nenovērtējama, taču jebkuras zāles ar augstāku efektivitāti var ietaupīt milzīgus resursus veselības aprūpes sistēmai un samazināt ārstēšanas izmaksas. Šeit var noderēt Frontier. Tā iespējas ir daudz augstākas nekā tam pašam Summit superdatoram.
Lasi arī:
- Apple Vision Pro ir visrevolucionārākā ierīce kopš iPhone. Bet ir nianse ©
- Pāriet uz Apple MacBook Air ar M2 procesoru: apskats un mani iespaidi
Robeža un jaunais klimata modelis
Klimata modelēšanai nepieciešama Zemes tūkstošgadu vēstures modeļa analīze un pamatojums. Protams, tas ir uzdevums, kas prasa milzīgus skaitļošanas resursus. Jo precīzāk mēs varam modelēt klimata pārmaiņas un paredzēt, kas notiks ilgtermiņā, jo ātrāki un jaudīgāki superdatori mums ir nepieciešami.
Marks Teilors no Sandia National Laboratories, viens no pētniekiem, kas strādā pie pasaulē pirmajām ilgtermiņa klimata prognozēm, izmantojot pieaugošo skaitļošanu, reiz atzīmēja: "Frontier superdatora unikālā skaitļošanas arhitektūra ļauj darīt lietas, ko mēs iepriekš nevarējām izdarīt." Tas nozīmē, ka šīs iekārtas skaitļošanas jauda samazina aprēķinu, kas agrāk prasīja vairākus gadus, līdz dažām dienām. Tajā pašā laikā tas ļauj pētniekiem iegūt detalizētus aprēķinus par klimata pārmaiņu un ekstremālu laika apstākļu ilgtermiņa ietekmi. "Šis ir jaunais zelta standarts klimata modelēšanai," piebilst Teilors.
Kādi ir ieguvumi? Tie ir vienkārši milzīgi. Spēja paredzēt katastrofālas laikapstākļu izmaiņas var izglābt desmitiem tūkstošu un varbūt pat miljonus dzīvību. Klimata sasilšanas iespējamās ietekmes uz globālajiem un reģionālajiem ūdens cikliem analīze ļauj mums iepriekš sagatavoties turpmākajām izmaiņām. Mūsdienu telpiskie modeļi pastāv, taču tie ir ārkārtīgi prasīgi skaitļošanas ziņā. Vēl nesen pārāk prasīga. Jā, tie ļauj teorētiski paredzēt sarežģīto mijiedarbību starp dažādiem elementiem, kas veido to, ko mēs saucam par laikapstākļiem vai klimatu, piemēram, konvektīvo kustību, kas pavada mākoņu veidošanos, taču tur ir nepieciešams apstrādāt milzīgu informācijas plūsmu. un veikt neticami sarežģītus aprēķinus.
Frontier superdatora klātbūtne to jau ir mainījusi. Energy Exascale Earth System Model (E3SM) projekts pārvar šos šķēršļus, apvienojot jaunas programmatūras pieejas ar milzīgu eksa mēroga veiktspēju. Sarath Sripathy, pētījuma līdzautore un E3SM projekta koordinatore un E3SM atmosfēras modeļa SCREAM līdzautore, skaidro: "Klimata modelēšanas kopiena jau sen ir sapņojusi par kilometru mēroga modeļu palaišanu pietiekami ātri, lai atvieglotu gadu desmitiem ilgas prognozes, un tagad tā ir realitāte..
Citiem vārdiem sakot, šāds projekts bez Frontier vienkārši izgāztos datu apstrādes apjomu trūkuma dēļ. Tomēr ir vērts atzīmēt, ka svarīga ir ne tikai pamata skaitļošanas jauda, bet arī pašu modeļu optimizācija. Pīters Kaldvels, Lawrence Livermore Nacionālās laboratorijas klimatologs, un viņa komanda pēdējos piecus gadus ir pavadījuši jaunu mākoņa modeli no nulles. Tas efektīvi darbosies uz grafikas procesoriem (GPU), kas mūsdienās ir ļoti svarīga mūsdienu superdatoru skaitļošanas jaudas sastāvdaļa. Šeit var iekļaut arī interesantu top auto savā klasē.
Iedomājies. Koda pielāgošana darbam ar GPU ir ievērojami uzlabojusi veiktspēju. SCREAM var darboties 8192 Frontier mezglos, lai modelētu globālus mākoņu veidojumus, kas parasti aizņem vairāk nekā gadu (precīzāk 1,25 gadus) vienā 24 stundu skaitļošanas sesijā. Ilgtermiņa simulācijas, kas aptver 30–40 gadus, Frontier var veikt dažu nedēļu laikā. Pētnieki atzīmē, ka iepriekš šādus aprēķinus bija gandrīz neiespējami veikt. Cilvēki, kuri vēlas uzzināt vairāk par šiem pētījumiem, var iepazīties ar jauno zinātnisko publikāciju Marks Teilors un viņa komanda.
Interesanti arī:
- Kā ASV armija izseko Ziemassvētku vecīti
- Pārdošanas aizliegums Apple Skatīties ASV: visas lietas detaļas
- Pārskats Lenovo Yoga Book 9i: konvertējams klēpjdators ar diviem displejiem
Robežtehnoloģijas un materiālu tehnoloģijas
Viens interesants projekts, kas izmanto Frontier superdatora eksa mēroga potenciālu, ir darbs materiālu tehnoloģiju jomā. Šī ir viena no visu laiku lielākajām sakausējuma skaitļošanas simulācijām, kas, pateicoties tās skaitļošanas efektivitātei, ir ļāvusi sasniegt gandrīz kvantu līmeņa precizitāti. Šis pētījums, ko veica Vikrams Gavini no Mičiganas universitātes, ir novatorisks, jo tas izmanto Šrēdingera vienādojumu, lai modelētu dažādu materiālu uzvedību. Frontier masīvā skaitļošanas jauda ļāva tai simulēt magnija sakausējuma sistēmu, kas sastāv no 75 000 atomiem.
Magnija sakausējumi ir ļoti interesants materiāls. Tas ir ļoti viegls un tajā pašā laikā spēcīgs. Tomēr magnija sakausējumi ir jutīgi pret noteiktiem defektiem, galvenokārt dislokācijām (t.i., masīviem materiāla kristāliskās struktūras defektiem), kas krasi maina to mehāniskās īpašības. Tas daudzsološu materiālu pārvērš nederīgā metāla gabalā, jo tas viegli plaisā, ir trausls un nestabils. Zinātniekiem ar Frontier skaitļošanas jaudas palīdzību izdevās labot dažus no šiem magnija sakausējumu defektiem. Bet tas ir tikai smaga darba sākums.
Interesanti arī:
Superdatoru nākotne?
Parastie datori nevar atrisināt problēmas, ko mums rada dažas zinātniskas un tehniskas problēmas. Superdatoriem ir daudz lielāka skaitļošanas jauda, kas ļauj veikt aprēķinus, kas parastajos datoros būtu neiespējami vai aizņemtu pārāk daudz laika. Radot superdatorus, zinātnieki cenšas paplašināt mūsu zināšanu un iespēju robežas, kā arī risināt problēmas, kurām var būt milzīga reāla ietekme uz mūsu nākotni.
Mūra likums nosaka, ka datoru jauda palielinās eksponenciāli. Ik pēc diviem gadiem aprēķinu ātrums dubultojas, inženieriem un zinātniekiem izdodas rast risinājumus problēmām, kuras iepriekš tika uzskatītas par neiespējamām.
Kādu dienu superdatori kļūs par ikdienu. Galu galā tikai pirms desmit gadiem tādi jēdzieni kā virtuālā realitāte, mākoņu spēles un metavisums pastāvēja tikai dažu tehno ekspertu un gīču iztēlē, un šodien tā ir mūsu realitāte. Nākamajai paaudzei pat nebūs jāiegūst IT izglītība un jāiegūst darbs Google, lai izmantotu superdatoru priekšrocības: tie klusi un nemanāmi kļūs par ikdienas sastāvdaļu, tāpat kā viedtālruņi, portatīvie datori un citas lietas.
Lasi arī: