За што се користи? Граница, најмоќниот и најбрзиот суперкомпјутер во светот кој работи во Националната лабораторија Оук Риџ? Од моделирање на реактор до прогнозирање на климата.
Ова прашање има поширок контекст. Често ме прашуваат зошто воопшто правиме толку моќни машини, ако секој од нас може да има компјутер? Се разбира, суперкомпјутерите се многу скапи машини кои трошат огромна количина на енергија, но она што го добиваме од нив е многу повредно. Денес ќе се обидам да го објаснам користејќи го примерот на суперкомпјутерот Frontier.
Исто така интересно: Историја на OpenAI: Што беше тоа и што ја чека компанијата
Зошто ни се потребни суперкомпјутери?
Накратко, суперкомпјутерите можат да обработуваат огромни текови на информации. Нашиот свет се менува многу брзо, човештвото создаде огромна база на податоци што треба конечно да се обработи, анализира, групира, зачува. Ова ќе ни помогне, на пример, да добиеме нови, поевтини и поефикасни лекови, потрајни материјали, да ги предвидуваме климатските промени со децении итн. Суперкомпјутерите ни овозможуваат да го моделираме однесувањето на објектите што ќе ги изградиме, како што се реактори за фузија. А ова се само некои примери за примена на најбрзите суперкомпјутери. Да, тие се многу скапи за производство и одржување, но вредат.
Но, да почнеме со основите. Што е сепак суперкомпјутер? Сè уште нема јасна дефиниција за ова. Сепак, карактеристична карактеристика на секој тековно оперативен суперкомпјутер е многу високата компјутерска моќ. На Интернет може да се најде поедноставена дефиниција, според која суперкомпјутер е машина која може да постигне компјутерски перформанси од најмалку 1 терафлопс, односно 1012 (трилиони) операции со подвижна запирка во секунда. Ова е многу во споредба со обичните домашни компјутери.
Ако порано брзината на компјутерите се мереше во IPS (инструкции во секунда), тогаш требаше да се измисли нова единица за суперкомпјутери - FLOPS, т.е. операции со подвижна запирка во секунда. Колку е поголема оваа бројка, толку е помоќен компјутерот.
Се разбира, пристапот заснован на одреден пресметковен праг застарува доста брзо, бидејќи перформансите на процесорите кои се јадрото на овие машини постојано се развиваат и растат. Со секое издавање на нови процесори, се зголемува и продуктивноста на современите компјутери. Сепак, нивното градење е многу тешко и финансиски скапо.
Прочитајте исто така: Проект за човечки мозок: обид да се имитира човечкиот мозок
Кои суперкомпјутери се најбрзи?
Ги имаме најновите податоци за ова прашање. Во ноември 2023 година, веб-страницата Top500.org, која со години редовно објавува рејтинзи за најмоќните компјутери на Земјата, го објави најновото, 62-то издание на рангирањето Топ500, кое ги претставува 500-те најефикасни суперкомпјутери кои постојат во моментот. .
Системот Frontier сè уште е најефикасниот суперкомпјутер на планетата. Овој суперкомпјутер е првиот светски компјутерски систем егзаскала, односно неговата брзина надмина 1 егзафлопс. Самата граница се наоѓа во Националната лабораторија, која се наоѓа во Оук Риџ, Тенеси, САД. Овој суперкомпјутер е актуелен лидер со HPL резултат (High Performance LINPACK - специјален тест кој ги проценува необработените перформанси на суперкомпјутерите) со 1193 EFlops (ексафлоп е квинтилион или 1018 пресметки со подвижна запирка во секунда).
За споредба: брзината на најмоќниот чип Apple M1 Ultra е околу 21 терафлопс (еден трилион FLOPS). Бројката е огромна, тоа е факт. Изненадувачки, уште во 2002 година имаше компјутер кој разви уште поголема брзина - ова е суперкомпјутерот Earth Simulator на јапонскиот технолошки гигант NEC Corporation. Неговата брзина беше околу 36 терафлопи!
Frontier користи AMD EPYC 64C процесори од 2 GHz и се базира на најновата архитектура HPE Cray EX235a. Склопен е од 9408 AMD EPYC процесори и 37632 AMD Instinct MI250x акцелератори. Севкупно, системот има 8 процесорски и графички јадра. Покрај тоа, Frontier има импресивна енергетска ефикасност од 699 GFlops/watt и ја користи мрежата HPE Slingshot 904 за пренос на податоци. Значи, за време на тестовите, тој е во состојба да произведе до 52,59 егзафлопс. Врвната изведба достигна рекордни 11 егзафлопи. Цената на уредот се проценува на 1,1 милиони долари.
Ова е првиот и досега единствениот суперкомпјутер во светот кој работи во режим на флопс. „Фронтиер“ стана лидер пред една година, но не дозволи никому да ја засегне нејзината позиција на рангирањето во јуни 2023 година. И досега, на почетокот на 2024 година, американскиот суперкомпјутер е најпродуктивниот во светот.
Но, научниците веќе сугерираат дека можеби по некое време тој ќе мора да ја признае супериорноста на друга американска машина: суперкомпјутерот Аурора.
Според најновото рангирање, новиот суперкомпјутер Aurora со Intel Sapphire Rapids чипови, кој работи во Argonne Leadership Computing Facility во Илиноис, САД, е на второто место со перформанси HPL од 585,34 PFlops. Иако ова е само половина од перформансите на водечкиот суперкомпјутер на Frontier, системот Аурора сè уште не е завршен, а само половина од планираниот финален систем е моментално оперативен. По завршувањето, проектираните перформанси на Аурора најверојатно ќе надминат 2 EFlops. Суперкомпјутерот Аурора, создаден од Интел, се базира на архитектурата HPE Cray EX - Intel Exascale Compute Blade, користи процесори Intel Xeon CPU Max Series и Intel Data Center GPU Max Series акцелератори. Како и во Frontier, мрежата HPE Slinghot-11 е одговорна за пренос на податоци.
Третиот најефикасен суперкомпјутер е новиот систем базиран на облак наречен Eagle Microsoft Azure во САД. Ова е еден вид технолошки куриозитет, бидејќи Eagle е облак суперкомпјутер, а третата позиција во рангирањето Топ 500 е највисоката досега постигната од облак систем. Microsoft Eagle може да се пофали со перформанси на HPL од 561,2 PFlops, компјутерското срце се процесори и акцелератори Intel Xeon Platinum 8480C NVIDIA H100.
Овде вреди да се спомене јапонскиот суперкомпјутер Fugaku, чии перформанси се повеќе од три пати помали од Frontier, и еден од најпродуктивните суперкомпјутери во минатото - LUMI. Иако Кинезите сè уште градат нешто моќно, сето тоа е во иднина.
Исто така интересно: Технолошки прогнози за 2024 година: што да очекуваме?
Зошто ни треба толку многу компјутерска моќ?
Можеби ќе се восхитувате на ефикасноста на најбрзите машини на Земјата, но перформансите што ги постигнуваат не се однесуваат на соборување рекорди, туку на добивање на посакуваните резултати од пресметката во најкус можен рок. Ниту еден корисник на суперкомпјутер не ја користи таа машина за да напише е-пошта или да подготви презентација. Би било страшно губење да користиме такви машини за извршување на задачи што можеме да ги извршуваме на уредите во нашите домови. На крајот на краиштата, пресметковниот потенцијал на суперкомпјутерите ви овозможува да вршите дејства што не се достапни на обичните компјутери.
За какви задачи зборуваме? Пред сè, за оние што можат да донесат вистинска корист, а тоа не мора да се оние што можат веднаш да се претворат во пари. Вреди да се потсетиме дека за создавањето на суперкомпјутерот Frontier се потрошени само околу 600 милиони американски долари. Се разбира, неговата употреба и трошоците за тековно одржување се исто така значајни. Суперкомпјутерот зафаќа површина од 680 метри квадратни и троши 21 MW електрична енергија.
Frontier, како и другите суперкомпјутери, се користи, меѓу другото, за задачи како климатско моделирање, истражување и производство на нови лекови од витално значење за човештвото, истражување на нови материјални технологии итн. Се разбира, опсегот на задачите што ги извршува овој тип опрема е многу поширок и вклучува, на пример, анализа на огромни збирки податоци од различни видови: финансиски, медицински, сателитски снимки, моделирање на физички феномени и многу, многу други. Фактот дека Frontier е првиот суперкомпјутер со егзаскали му овозможува да извршува задачи кои би биле тешки дури и на други суперкомпјутери.
Пример може да биде моделирањето на целиот животен циклус на термонуклеарниот реактор. Да, ова не е грешка. Сè уште нема ниту една електрана на фузија во светот, но моќната пресметковна моќ на Ексаскала на Frontier овозможува да се симулира однесувањето на хипотетички реактор за фузија и да се предвиди однесувањето на плазмата во таков реактор. Се разбира, додека термонуклеарната енергија не се комерцијализира, тешко е да се размислува за придобивките, но никој во светот не се сомнева дека компјутерската моќ што ќе придонесе за создавање и развој на термонуклеарна енергија и ќе го спаси целото човештво од недостиг на енергија вреди инвестиција.
Прочитајте исто така: Сите за Microsoft Копилот: иднина или погрешен пат?
Суперкомпјутери и медицина
Една од примените на суперкомпјутерите се сложени и енергетски интензивни пресметки поврзани со структурата на хемикалиите и органските соединенија. Внимателната анализа на однесувањето на поединечните супстанции, што е возможно поради способноста да се симулира однесувањето на дадено соединение на многу прецизно ниво, е алатка која овозможува развој на нови, поефикасни лекови.
Уште во 2020 година, пред лансирањето на суперкомпјутерот Frontier, научниците од Националната лабораторија Oak Ridge, која тогаш го имаше суперкомпјутерот Summit (оваа машина беше најефикасниот суперкомпјутер во 2018 година, тој сè уште се користи и беше рангиран на 7-то место со ефикасност од 148,8 PFlops) го искористија за да развијат нов тип на лек за рак. Новиот лек се покажа дека е околу 10% подобар, поефикасен во лекувањето од претходно користените средства. Се разбира, 10% не се толку многу, но кажете им го тоа на пациентите кои успеале да си го спасат животот благодарение на таа „мала“ разлика. Човечкиот живот е, се разбира, бесценет, но секој лек со поголема ефикасност може да заштеди огромни ресурси за здравствениот систем и да ги намали трошоците за лекување. Ова е местото каде што Frontier може да ни се најде. Неговите можности се многу повисоки од оние на истиот суперкомпјутер Summit.
Прочитајте исто така:
- Apple Vision Pro е најреволуционерниот уред уште од iPhone. Но, постои една нијанса ©
- Префрли се на Apple MacBook Air со M2 процесор: преглед и мои впечатоци
Граница и новиот климатски модел
Моделирањето на климата бара анализа и оправдување на моделот на илјадагодишната историја на Земјата. Се разбира, ова е задача која бара огромна количина на компјутерски ресурси. Колку попрецизно можеме да ги моделираме климатските промени и да предвидиме што ќе се случи на долг рок, толку побрзи и помоќни суперкомпјутери ни се потребни.
Марк Тејлор од Sandia National Laboratories, еден од истражувачите кои работат на првите долгорочни климатски предвидувања во светот со користење на ескалирачки пресметувања, еднаш забележа: „Уникатната компјутерска архитектура на суперкомпјутерот Frontier овозможува работи што не можевме да ги направиме порано“. Односно, компјутерската моќ на оваа машина ја намалува пресметката која порано траеше со години на неколку дена. Во исто време, им овозможува на истражувачите да добијат детални проценки за долгорочните ефекти од климатските промени и екстремните временски услови. „Ова е новиот златен стандард за климатско моделирање“, додава Тејлор.
Кои се придобивките? Тие се едноставно огромни. Способноста да се предвидат катастрофални временски промени може да спаси десетици илјади, а можеби дури и милиони животи. А анализата на веројатното влијание на затоплувањето на климата врз глобалните и регионалните водни циклуси ни овозможува однапред да се подготвиме за идните промени. Модерни просторни модели постојат, но тие се екстремно пресметковни барани. До неодамна, премногу напорен. Да, тие ни овозможуваат теоретски да ја предвидиме сложената интеракција помеѓу различните елементи кои го сочинуваат она што го нарекуваме време или клима, на пример, конвективното движење кое го придружува формирањето на облаците, но таму е неопходно да се обработи огромен проток на информации и направи пресметки со неверојатна сложеност.
Присуството на суперкомпјутерот Frontier веќе го промени тоа. Проектот Energy Exascale Earth System Model (E3SM) ги надминува овие пречки со комбинирање на нови софтверски пристапи со масивни перформанси на егзаскала. Сарат Срипати, коавтор на студијата и координатор на проектот E3SM и коавтор на моделот на атмосферата E3SM наречен SCREAM, објаснува: “Заедницата за моделирање на климата долго време сонуваше да трча модели од километар доволно брзо за да ги олесни повеќедецениските предвидувања, а сега тоа е реалност“..
Со други зборови, таков проект без Frontier едноставно би пропаднал поради недостаток на обем на обработка на податоци. Сепак, вреди да се напомене дека не е важна само основната компјутерска моќ, туку и оптимизацијата на самите модели. Питер Калдвел, климатолог во Националната лабораторија Лоренс Ливермор, и неговиот тим ги поминаа последните пет години градејќи нов модел на облак од нула. Ќе работи ефикасно на графички процесори (GPU), кои денес се многу важна компонента на компјутерската моќ на современите суперкомпјутери. Тука може да се вклучи и интересен врвен автомобил во својата класа.
Замислете. Приспособувањето на кодот да работи на графички процесори резултираше со значителни придобивки во перформансите. SCREAM може да работи на 8192 гранични јазли за да симулира глобални облак формации на кои обично им требаше повеќе од една година (точно 1,25 години) во една 24-часовна компјутерска сесија. Долгорочните симулации кои опфаќаат 30-40 години може да се направат на Frontier за неколку недели. Истражувачите забележуваат дека претходно било речиси невозможно да се направат такви пресметки. Луѓето кои се заинтересирани да дознаат повеќе за овие студии можат запознајте се со новата научна публикација Марк Тејлор и неговиот тим.
Исто така интересно:
- Како американската армија го следи Дедо Мраз
- Забрана за продажба Apple Погледнете во САД: Сите детали за случајот
- Преглед Lenovo Yoga Book 9i: конвертибилен лаптоп со два дисплеа
Гранични и материјални технологии
Еден интересен проект кој го користи потенцијалот за егзаскала на суперкомпјутерот Frontier е работата на полето на технологијата на материјали. Ова е една од најголемите досегашни пресметковни симулации на легура, која, благодарение на нејзината пресметковна ефикасност, овозможи да се постигне точност на речиси квантно ниво. Ова истражување, спроведено од Викрам Гавини од Универзитетот во Мичиген, е иновативно по тоа што ја користи Шредингеровата равенка за моделирање на однесувањето на различни материјали. Огромната компјутерска моќ на Frontier му овозможи да симулира систем од легура на магнезиум составен од 75 атоми.
Легурите на магнезиум се многу интересен материјал. Многу е лесен и во исто време силен. Сепак, легурите на магнезиум се чувствителни на одредени дефекти, главно дислокации (т.е. масивни дефекти во кристалната структура на материјалот), кои драматично ги менуваат нивните механички својства. Ова го претвора ветувачкиот материјал во парче неупотреблив метал, бидејќи лесно пука, е кршлив и нестабилен. Научниците со помош на компјутерската моќ на Frontier успеаја да поправат некои од овие дефекти во легурите на магнезиум. Но, ова е само почеток на напорна работа.
Исто така интересно:
Иднината на суперкомпјутерите?
Конвенционалните компјутери не можат да ги решат предизвиците што ни ги поставуваат некои научни и технички проблеми. Суперкомпјутерите имаат многу поголема компјутерска моќ, што им овозможува да вршат пресметки кои би биле невозможни или би одзеле премногу време на обичните компјутери. Со создавање на суперкомпјутери, научниците се стремат да ги прошират границите на нашето знаење и способности, како и да решат проблеми кои можат да имаат огромно реално влијание врз нашата иднина.
Законот на Мур вели дека моќта на компјутерите се зголемува експоненцијално. На секои две години, брзината на пресметките се удвојува, инженерите и научниците успеваат да најдат решенија за проблемите кои претходно се сметаа за невозможни.
Еден ден, суперкомпјутерите ќе станат секојдневие. На крајот на краиштата, пред само десет години такви концепти како виртуелна реалност, игри во облак и метауниверзум постоеја само во имагинацијата на неколку техно експерти и гикови, а денес тоа е нашата реалност. Идната генерација нема да мора ни да добива ИТ образование и да се вработи во Google за да ги искористи предностите на суперкомпјутерите: тие тивко и незабележливо ќе станат дел од секојдневниот живот, исто како паметните телефони, лаптопи и други работи.
Прочитајте исто така: