Ano ang gamit nito? Hangganan, ang pinakamakapangyarihan at pinakamabilis na supercomputer sa mundo na tumatakbo sa Oak Ridge National Laboratory? Mula sa pagmomodelo ng reaktor hanggang sa pagtataya ng klima.
Ang tanong na ito ay may mas malawak na konteksto. Madalas akong tanungin kung bakit tayo gumagawa ng napakalakas na mga makina, kung ang bawat isa sa atin ay maaaring magkaroon ng isang computer? Siyempre, ang mga supercomputer ay napakamahal na mga makina na kumonsumo ng malaking halaga ng enerhiya, ngunit kung ano ang nakukuha natin mula sa kanila ay mas mahalaga. Ngayon ay susubukan kong ipaliwanag ito gamit ang halimbawa ng Frontier supercomputer.
Kawili-wili din: Kasaysayan ng OpenAI: Ano ito at kung ano ang hinaharap para sa kumpanya
Bakit kailangan natin ng mga supercomputer?
Sa madaling salita, ang mga supercomputer ay maaaring magproseso ng malalaking daloy ng impormasyon. Ang ating mundo ay napakabilis na nagbabago, ang sangkatauhan ay lumikha ng isang malaking database na kailangang iproseso, suriin, igrupo, i-save, sa wakas. Makakatulong ito sa amin, halimbawa, upang makakuha ng bago, mas mura at mas epektibong mga gamot, mas matibay na materyales, mahulaan ang mga pagbabago sa klima sa loob ng mga dekada, atbp. Pinapayagan tayo ng mga supercomputer na i-modelo ang pag-uugali ng mga bagay na gagawin natin, tulad ng mga fusion reactor. At ito ay ilan lamang sa mga halimbawa ng aplikasyon ng pinakamabilis na supercomputer. Oo, ang mga ito ay napakamahal sa paggawa at pagpapanatili, ngunit sulit ang mga ito.
Ngunit magsimula tayo sa mga pangunahing kaalaman. Ano pa rin ang isang supercomputer? Wala pang malinaw na kahulugan nito. Gayunpaman, ang isang katangian ng bawat kasalukuyang gumaganang supercomputer ay napakataas na kapangyarihan sa pag-compute. Ang isang pinasimple na kahulugan ay matatagpuan sa Internet, ayon sa kung saan ang isang supercomputer ay isang makina na maaaring makamit ang pagganap ng pag-compute ng hindi bababa sa 1 teraflops, ibig sabihin, 1012 (trillion) floating point operations kada segundo. Malaki ito kumpara sa mga ordinaryong computer sa bahay.
Kung mas maaga ang bilis ng mga computer ay sinusukat sa IPS (mga tagubilin sa bawat segundo), kung gayon ang isang bagong yunit ay kailangang imbento para sa mga supercomputer - FLOPS, i.e. mga floating-point na operasyon sa bawat segundo. Kung mas mataas ang bilang na ito, mas malakas ang computer.
Siyempre, ang isang diskarte na batay sa isang tiyak na computational threshold ay nagiging lipas na sa panahon, dahil ang pagganap ng mga processor na pangunahing bahagi ng mga makina na ito ay patuloy na nagbabago at lumalaki. Sa bawat paglabas ng mga bagong processor, tumataas din ang pagiging produktibo ng mga modernong computer. Gayunpaman, ang pagbuo ng mga ito ay napakahirap at mahal sa pananalapi.
Basahin din: Human Brain Project: Isang pagtatangka na gayahin ang utak ng tao
Aling mga supercomputer ang pinakamabilis?
Mayroon kaming pinakabagong data sa isyung ito. Noong Nobyembre 2023, ang website ng Top500.org, na regular na nag-publish ng mga rating ng pagganap ng pinakamakapangyarihang mga computer sa Earth sa loob ng maraming taon, ay nag-publish ng pinakabago, ika-62 na edisyon ng Top500 ranking, na nagtatanghal ng 500 pinaka mahusay na supercomputer na umiiral sa ngayon. .
Ang Frontier system pa rin ang pinaka mahusay na supercomputer sa planeta. Ang supercomputer na ito ay ang unang exascale computing system sa mundo, ibig sabihin, ang bilis nito ay lumampas sa 1 exaflops. Ang Frontier mismo ay matatagpuan sa National Laboratory, na matatagpuan sa Oak Ridge, Tennessee, USA. Ang supercomputer na ito ang kasalukuyang nangunguna na may marka ng HPL (High Performance LINPACK - isang espesyal na pagsubok na sinusuri ang raw performance ng mga supercomputer) sa 1193 EFlops (isang quintillion ang exaflop, o 1018 mga kalkulasyon ng floating point bawat segundo).
Para sa paghahambing: ang bilis ng pinakamalakas na chip Apple Ang M1 Ultra ay humigit-kumulang 21 teraflops (isang trilyong FLOPS). Napakalaki ng bilang, katotohanan iyon. Nakapagtataka, noong 2002 mayroong isang computer na nakabuo ng mas mataas na bilis - ito ang Earth Simulator supercomputer ng Japanese technology giant na NEC Corporation. Ang bilis nito ay halos 36 teraflops!
Gumagamit ang Frontier ng mga processor ng AMD EPYC 64C 2GHz at batay sa pinakabagong arkitektura ng HPE Cray EX235a. Ito ay binuo mula sa 9408 AMD EPYC processor at 37632 AMD Instinct MI250x accelerators. Sa kabuuan, ang system ay may 8 processor at graphics core. Bilang karagdagan, ang Frontier ay may kahanga-hangang power efficiency na 699 GFlops/watt at gumagamit ng HPE Slingshot 904 networking para sa paglilipat ng data. Kaya, sa panahon ng mga pagsubok, nakakagawa ito ng hanggang 52,59 exaflops. Ang peak performance ay umabot sa record na 11 exaflops. Ang halaga ng device ay tinatayang nasa $1,1 milyon.
Ito ang una at sa ngayon ang tanging supercomputer sa mundo na gumagana sa flops mode. Naging pinuno ang Frontier noong nakaraang taon, ngunit hindi pinahintulutan ang sinuman na makapasok sa posisyon nito sa pagraranggo ng Hunyo 2023. At sa ngayon, sa simula ng 2024, ang American supercomputer ay ang pinaka-produktibo sa mundo.
Ngunit ang mga siyentipiko ay nagmumungkahi na marahil pagkatapos ng ilang oras ay kailangan niyang aminin ang higit na kahusayan ng isa pang Amerikanong makina: ang Aurora supercomputer.
Ayon sa pinakabagong ranggo, ang bagong Aurora supercomputer na may Intel Sapphire Rapids chips, na tumatakbo sa Argonne Leadership Computing Facility sa Illinois, USA, ay pumapangalawa sa pagganap ng HPL na 585,34 PFlops. Bagama't kalahati lang ito ng performance ng flagship supercomputer ng Frontier, hindi pa kumpleto ang Aurora system, at kalahati lang ng nakaplanong final system ang kasalukuyang gumagana. Sa pagkumpleto, ang hinulaang pagganap ng Aurora ay malamang na lumampas sa 2 EFlops. Ang Aurora supercomputer, na nilikha ng Intel, ay batay sa arkitektura ng HPE Cray EX - Intel Exascale Compute Blade, ay gumagamit ng mga processor ng Intel Xeon CPU Max Series at mga accelerator ng Intel Data Center GPU Max Series. Tulad ng sa Frontier, ang HPE Slinghot-11 network ay responsable para sa paglipat ng data.
Ang ikatlong pinaka mahusay na supercomputer ay isang bagong cloud-based na sistema na tinatawag na Eagle Microsoft Azure sa US. Ito ay isang bagay ng isang teknolohikal na kuryusidad, dahil ang Eagle ay isang cloud supercomputer, at ang ikatlong posisyon sa Top500 na ranggo ay ang pinakamataas na nakamit ng isang cloud system. Microsoft Ipinagmamalaki ng Eagle ang HPL performance ng 561,2 PFlops, ang computing heart ay Intel Xeon Platinum 8480C processors at accelerators NVIDIA H100
Narito ito ay nagkakahalaga ng pagbanggit sa Japanese supercomputer Fugaku, na ang pagganap ay higit sa tatlong beses na mas mababa kaysa sa Frontier, at isa sa mga pinaka-produktibong supercomputer sa nakaraan - LUMI. Kahit na ang mga Tsino ay nagtatayo pa rin ng isang makapangyarihang bagay, lahat ito ay nasa hinaharap.
Kawili-wili din: Mga teknolohikal na pagtataya para sa 2024: ano ang aasahan?
Bakit kailangan natin ng napakaraming kapangyarihan sa pag-compute?
Maaari mong humanga ang kahusayan ng pinakamabilis na makina sa Earth, ngunit ang pagganap na naabot nila ay hindi tungkol sa pagsira ng mga rekord, ngunit tungkol sa pagkuha ng ninanais na mga resulta ng pagkalkula sa pinakamaikling posibleng panahon. Walang gumagamit ng supercomputer na gumagamit ng makina na iyon upang magsulat ng isang email o maghanda ng isang presentasyon. Isang kakila-kilabot na pag-aaksaya ang paggamit ng gayong mga makina upang magsagawa ng mga gawain na maaari nating gawin sa mga device sa ating mga tahanan. Pagkatapos ng lahat, ang potensyal na computational ng mga supercomputer ay nagpapahintulot sa iyo na magsagawa ng mga aksyon na hindi magagamit sa mga ordinaryong computer.
Anong mga gawain ang pinag-uusapan natin? Una sa lahat, tungkol sa mga maaaring magdala ng tunay na pakinabang, at ang mga ito ay hindi kinakailangan ang mga maaaring agad na ma-convert sa pera. Ito ay nagkakahalaga ng pag-alala na halos 600 milyong US dollars lamang ang ginugol sa paglikha ng Frontier supercomputer. Siyempre, ang paggamit nito at ang patuloy na mga gastos sa pagpapanatili ay makabuluhan din. Ang supercomputer ay sumasakop sa isang lugar na 680 square meters at kumokonsumo ng 21 MW ng kuryente.
Ang Frontier, tulad ng iba pang mga supercomputer, ay ginagamit, bukod sa iba pang mga bagay, para sa mga gawain tulad ng pagmomodelo ng klima, pananaliksik at paggawa ng mga bagong gamot na mahalaga sa sangkatauhan, pananaliksik sa mga bagong materyal na teknolohiya, atbp. Siyempre, ang saklaw ng mga gawain na ginagawa ng ganitong uri ng kagamitan ay mas malawak at kasama, halimbawa, ang pagsusuri ng malalaking set ng data ng iba't ibang uri: pinansiyal, medikal, mga imahe ng satellite, pagmomodelo ng mga pisikal na phenomena at marami, marami pang iba. Ang katotohanan na ang Frontier ay ang unang exascale supercomputer ay nagbibigay-daan dito na magsagawa ng mga gawain na magiging mahirap kahit na sa iba pang mga supercomputer.
Ang isang halimbawa ay maaaring ang pagmomodelo ng buong ikot ng buhay ng isang thermonuclear reactor. Oo, hindi ito isang error. Wala pang isang planta ng fusion power sa mundo, ngunit ginagawang posible ng malakas na exascale computing power ng Frontier na gayahin ang gawi ng isang hypothetical fusion reactor at mahulaan ang gawi ng plasma sa naturang reactor. Siyempre, hanggang sa komersyalisado ang thermonuclear energy, mahirap isipin ang tungkol sa mga benepisyo, ngunit walang sinuman sa mundo ang nag-aalinlangan na ang kapangyarihan ng pag-compute na mag-aambag sa paglikha at pag-unlad ng thermonuclear energy at iligtas ang lahat ng sangkatauhan mula sa mga kakulangan sa enerhiya ay nagkakahalaga ng anumang pamumuhunan.
Basahin din: Ang lahat ng tungkol sa Microsoft Copilot: ang hinaharap o ang maling paraan?
Mga supercomputer at gamot
Ang isa sa mga aplikasyon ng mga supercomputer ay kumplikado at masinsinang kalkulasyon na may kaugnayan sa istruktura ng mga kemikal at mga organikong compound. Ang maingat na pagsusuri ng pag-uugali ng mga indibidwal na sangkap, na posible dahil sa kakayahang gayahin ang pag-uugali ng isang naibigay na tambalan sa isang napaka-tumpak na antas, ay isang tool na nagpapahintulot sa pagbuo ng mga bago, mas epektibong gamot.
Noong 2020, bago ang paglunsad ng Frontier supercomputer, ang mga siyentipiko sa Oak Ridge National Laboratory, na noon ay nagkaroon ng Summit supercomputer (ang makinang ito ay ang pinaka mahusay na supercomputer noong 2018, ito ay ginagamit pa rin, at niraranggo ang 7 na may kahusayan ng 148,8 PFlops) ginamit ito upang bumuo ng isang bagong uri ng gamot sa kanser. Ang bagong gamot ay naging halos 10% na mas mahusay, mas epektibo sa paggamot kaysa sa dating ginamit na paraan. Siyempre, hindi ganoon kalaki ang 10%, ngunit sabihin iyon sa mga pasyenteng nakapagligtas ng kanilang buhay salamat sa "maliit" na pagkakaibang iyon. Ang buhay ng tao, siyempre, ay hindi mabibili, ngunit ang anumang gamot na may mas mataas na bisa ay maaaring makatipid ng napakalaking mapagkukunan para sa sistema ng pangangalagang pangkalusugan at mabawasan ang mga gastos sa paggamot. Dito maaaring magamit ang Frontier. Ang mga kakayahan nito ay mas mataas kaysa sa parehong Summit supercomputer.
Basahin din:
- Apple Ang Vision Pro ay ang pinaka-rebolusyonaryong device mula noong iPhone. Ngunit mayroong isang pananarinari ©
- Lumipat sa Apple MacBook Air na may M2 processor: pagsusuri at ang aking mga impression
Frontier at ang bagong modelo ng klima
Ang pagmomodelo ng klima ay nangangailangan ng pagsusuri at pagbibigay-katwiran sa modelo ng kasaysayan ng millennial ng Earth. Siyempre, ito ay isang gawain na nangangailangan ng isang malaking halaga ng mga mapagkukunan ng computing. Kung mas tumpak na mai-modelo natin ang pagbabago ng klima at mahulaan kung ano ang mangyayari sa mahabang panahon, mas mabilis at mas makapangyarihang mga supercomputer ang kailangan natin.
Mark Taylor ng Sandia National Laboratories, isa sa mga mananaliksik na nagtatrabaho sa mga unang pangmatagalang hula sa klima sa mundo gamit ang dumadami na computing, minsan ay nagsabi, "Ang natatanging computing architecture ng Frontier supercomputer ay nagbibigay-daan sa mga bagay na hindi natin magagawa noon." Iyon ay, ang kapangyarihan ng pag-compute ng makina na ito ay binabawasan ang isang pagkalkula na dating tumatagal ng mga taon hanggang sa ilang araw. Kasabay nito, pinapayagan nito ang mga mananaliksik na makakuha ng mga detalyadong pagtatantya ng mga pangmatagalang epekto ng pagbabago ng klima at matinding kondisyon ng panahon. "Ito ang bagong pamantayang ginto para sa pagmomolde ng klima," dagdag ni Taylor.
Ano ang mga benepisyo? Malaki lang sila. Ang kakayahang hulaan ang mga sakuna na pagbabago sa panahon ay makapagliligtas ng sampu-sampung libo, at marahil kahit milyon-milyon, ng mga buhay. At ang pagsusuri ng malamang na epekto ng pag-init ng klima sa pandaigdigan at rehiyonal na mga siklo ng tubig ay nagpapahintulot sa amin na maghanda nang maaga para sa mga pagbabago sa hinaharap. Ang mga modernong spatial na modelo ay umiiral, ngunit ang mga ito ay lubhang hinihingi sa computation. Hanggang kamakailan lang, masyadong demanding. Oo, pinahihintulutan nila tayong hulaan sa teorya ang kumplikadong pakikipag-ugnayan sa pagitan ng iba't ibang elemento na bumubuo sa tinatawag nating panahon o klima, halimbawa, ang convective movement na kasama ng pagbuo ng mga ulap, ngunit doon ay kinakailangan upang iproseso ang isang malaking daloy ng impormasyon. at gumawa ng mga kalkulasyon ng hindi kapani-paniwalang pagiging kumplikado.
Ang pagkakaroon ng Frontier supercomputer ay nagbago na. Ang Energy Exascale Earth System Model (E3SM) na proyekto ay nagtagumpay sa mga hadlang na ito sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga bagong software approach na may napakalaking exascale na pagganap. Si Sarath Sripathy, co-author ng pag-aaral at coordinator ng E3SM project at co-author ng E3SM atmosphere model na tinatawag na SCREAM, ay nagpapaliwanag: “Ang komunidad ng pagmomolde ng klima ay matagal nang pinangarap na magpatakbo ng mga modelong may sukat na kilometro nang sapat na mabilis upang mapadali ang mga hula sa loob ng mga dekada, at ngayon ito ay isang katotohanan.".
Sa madaling salita, ang naturang proyekto na walang Frontier ay mabibigo lamang dahil sa kakulangan ng dami ng pagproseso ng data. Gayunpaman, nararapat na tandaan na hindi lamang ang pangunahing kapangyarihan ng pag-compute ang mahalaga, kundi pati na rin ang pag-optimize ng mga modelo mismo. Si Peter Caldwell, isang climatologist sa Lawrence Livermore National Laboratory, at ang kanyang koponan ay gumugol sa nakalipas na limang taon sa pagbuo ng isang bagong modelo ng ulap mula sa simula. Ito ay mahusay na gagana sa mga graphics processor (GPU), na ngayon ay isang napakahalagang bahagi ng kapangyarihan ng pag-compute ng mga modernong supercomputer. Ang isang kawili-wiling nangungunang kotse sa klase nito ay maaari ding isama dito.
Imagine. Ang pag-aangkop sa code upang tumakbo sa mga GPU ay humantong sa isang makabuluhang pagtaas sa pagganap. Maaaring tumakbo ang SCREAM sa 8192 Frontier node para gayahin ang mga pandaigdigang cloud formation na karaniwang tumatagal ng higit sa isang taon (1,25 taon kung eksakto) sa isang solong 24 na oras na computing session. Ang mga pangmatagalang simulation na sumasaklaw sa 30-40 taon ay maaaring gawin sa Frontier sa loob ng ilang linggo. Napansin ng mga mananaliksik na dati ay halos imposible na gumawa ng gayong mga kalkulasyon. Ang mga taong interesadong matuto nang higit pa tungkol sa mga pag-aaral na ito ay maaaring kilalanin ang bagong publikasyong siyentipiko Mark Taylor at ang kanyang koponan.
Kawili-wili din:
- Paano Sinusubaybayan ng US Army si Santa Claus
- Pagbabawal sa pagbebenta Apple Panoorin sa USA: Lahat ng detalye ng kaso
- Pagsusuri Lenovo Yoga Book 9i: isang convertible laptop na may dalawang display
Frontier at materyal na teknolohiya
Isang kawili-wiling proyekto na sinasamantala ang napakalaking potensyal ng Frontier supercomputer ay ang trabaho sa larangan ng teknolohiya ng mga materyales. Isa ito sa pinakamalaking simulation ng computational ng isang haluang metal, na, salamat sa kahusayan sa pag-compute nito, pinahintulutan na makamit ang katumpakan na umabot sa halos antas ng quantum. Ang pananaliksik na ito, na isinagawa ni Vikram Gavini ng Unibersidad ng Michigan, ay makabago sa paggamit nito ng equation ng Schrödinger upang imodelo ang pag-uugali ng iba't ibang materyales. Ang napakalaking kapangyarihan ng pag-compute ng Frontier ay nagbigay-daan dito na gayahin ang isang magnesium alloy system na binubuo ng 75 atoms.
Ang mga haluang metal ng magnesiyo ay isang napaka-kagiliw-giliw na materyal. Ito ay napakagaan at sa parehong oras ay malakas. Gayunpaman, ang mga magnesium alloy ay sensitibo sa ilang mga depekto, pangunahin ang mga dislokasyon (i.e., napakalaking mga depekto sa kristal na istraktura ng materyal), na kapansin-pansing nagbabago sa kanilang mga mekanikal na katangian. Ginagawa nitong isang piraso ng hindi nagagamit na metal ang isang promising material, dahil madali itong mabibitak, malutong at hindi matatag. Nagawa ng mga siyentipiko sa tulong ng kapangyarihan ng pag-compute ng Frontier na itama ang ilan sa mga depektong ito sa mga magnesium alloy. Ngunit ito ay simula lamang ng pagsusumikap.
Kawili-wili din:
- Ano ang mga neural network at paano ito gumagana?
- Tungkol sa mga quantum computer sa simpleng salita
Ang kinabukasan ng mga supercomputer?
Hindi malulutas ng mga kumbensyonal na kompyuter ang mga hamon na idinudulot sa atin ng ilang mga problemang pang-agham at teknikal. Ang mga supercomputer ay may higit na kapangyarihan sa pag-compute, na nagpapahintulot sa kanila na magsagawa ng mga kalkulasyon na magiging imposible o magtagal ng masyadong maraming oras sa mga ordinaryong computer. Sa pamamagitan ng paglikha ng mga supercomputer, sinisikap ng mga siyentipiko na palawakin ang mga hangganan ng ating kaalaman at kakayahan, gayundin ang paglutas ng mga problema na maaaring magkaroon ng malaking tunay na epekto sa ating hinaharap.
Ang Batas ni Moore ay nagsasaad na ang kapangyarihan ng mga kompyuter ay tumataas nang husto. Bawat dalawang taon, ang bilis ng mga kalkulasyon ay nagdodoble, ang mga inhinyero at siyentipiko ay namamahala upang makahanap ng mga solusyon sa mga problema na dating itinuturing na imposible.
Isang araw, magiging karaniwan na ang mga supercomputer. Pagkatapos ng lahat, sampung taon lamang ang nakalipas ang mga konsepto tulad ng virtual reality, cloud games at metauniverse ay umiral lamang sa imahinasyon ng ilang techno expert at geeks, at ngayon ito ang ating realidad. Ang susunod na henerasyon ay hindi na kailangang kumuha ng IT na edukasyon at makakuha ng trabaho sa Google upang samantalahin ang mga supercomputer: sila ay tahimik at hindi mahahalata na magiging bahagi ng pang-araw-araw na buhay, tulad ng mga smartphone, laptop at iba pang mga bagay.
Basahin din: