Ne için kullanılır? SınırDünyanın en güçlü ve en hızlı süper bilgisayarı Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda mı çalışıyor? Reaktör modellemesinden iklim tahminine.
Bu sorunun daha geniş bir bağlamı var. Her birimizin bir bilgisayarı varsa, neden bu kadar güçlü makineler ürettiğimiz bana sık sık soruluyor. Elbette süper bilgisayarlar çok pahalı, çok fazla enerji tüketen makineler ama onlardan elde ettiğimiz şey çok daha değerli. Bugün bunu Frontier süper bilgisayarı örneğini kullanarak açıklamaya çalışacağım.
Ayrıca ilginç: OpenAI'nin Tarihçesi: Neydi ve şirketi neler bekliyor?
Neden süper bilgisayarlara ihtiyacımız var?
Kısacası süper bilgisayarlar çok büyük bilgi akışlarını işleyebilir. Dünyamız çok hızlı değişiyor, insanlık işlenmesi, analiz edilmesi, gruplandırılması, kaydedilmesi gereken devasa bir veri tabanı oluşturdu. Bu, örneğin yeni, daha ucuz ve daha etkili ilaçlar, daha dayanıklı malzemeler elde etmemize, iklim değişikliklerini onlarca yıl boyunca tahmin etmemize vb. yardımcı olacaktır. Süper bilgisayarlar, füzyon reaktörleri gibi inşa edeceğimiz nesnelerin davranışını modellememize olanak tanıyor. Ve bunlar en hızlı süper bilgisayarların uygulamalarının yalnızca birkaç örneğidir. Evet, üretimi ve bakımı çok pahalıdır ama buna değer.
Ama temel bilgilerle başlayalım. Süper bilgisayar nedir ki? Bunun henüz net bir tanımı yok. Ancak şu anda çalışan her süper bilgisayarın karakteristik özelliği çok yüksek bilgi işlem gücüdür. İnternette basitleştirilmiş bir tanım bulunabilir; buna göre süper bilgisayar, en az 1 teraflop hesaplama performansı elde edebilen bir makinedir, yani 1012 Saniyede (trilyon) kayan nokta işlemi. Bu, sıradan ev bilgisayarlarıyla karşılaştırıldığında çok fazla.
Daha önce bilgisayarların hızı IPS (saniye başına talimat) cinsinden ölçülüyorsa, süper bilgisayarlar için yeni bir birimin icat edilmesi gerekiyordu - FLOPS, yani. saniye başına kayan nokta işlemleri. Bu sayı ne kadar yüksek olursa bilgisayar o kadar güçlü olur.
Tabii ki, belirli bir hesaplama eşiğine dayalı bir yaklaşım, bu makinelerin çekirdeğini oluşturan işlemcilerin performansının sürekli olarak gelişmesi ve büyümesi nedeniyle oldukça hızlı bir şekilde geçerliliğini yitirmektedir. Yeni işlemcilerin her piyasaya sürülmesiyle birlikte modern bilgisayarların üretkenliği de artıyor. Ancak bunları inşa etmek çok zor ve mali açıdan pahalıdır.
Ayrıca okuyun: İnsan Beyni Projesi: İnsan beynini taklit etme girişimi
Hangi süper bilgisayarlar en hızlıdır?
Bu konuyla ilgili son verilere sahibiz. Uzun yıllardır düzenli olarak dünyadaki en güçlü bilgisayarların performans derecelendirmelerini yayınlayan Top2023.org web sitesi, Kasım 500'te, şu anda var olan en verimli 62 süper bilgisayarı sunan Top500 sıralamasının en son 500. baskısını yayınladı. .
Frontier sistemi hâlâ gezegendeki en verimli süper bilgisayardır. Bu süper bilgisayar dünyanın ilk exascale hesaplama sistemidir, yani hızı 1 exaflop'u aşmıştır. Frontier'ın kendisi, Oak Ridge, Tennessee, ABD'de bulunan Ulusal Laboratuvar'da bulunmaktadır. Bu süper bilgisayar, 1193 EFlops'luk (bir exaflop bir kentilyon veya 10'dur) HPL puanıyla (Yüksek Performanslı LINPACK - süper bilgisayarların ham performansını değerlendiren özel bir test) şu anda liderdir.18 saniye başına kayan nokta hesaplamaları).
Karşılaştırma için: en güçlü çipin hızı Apple M1 Ultra yaklaşık 21 terafloptur (bir trilyon FLOPS). Sayı çok büyük, bu bir gerçek. Şaşırtıcı bir şekilde, 2002'de daha da yüksek bir hız geliştiren bir bilgisayar vardı - bu, Japon teknoloji devi NEC Corporation'ın Earth Simulator süper bilgisayarıdır. Hızı yaklaşık 36 terafloptu!
Frontier, AMD EPYC 64C 2GHz işlemcileri kullanır ve en yeni HPE Cray EX235a mimarisini temel alır. 9408 AMD EPYC işlemci ve 37632 AMD Instinct MI250x hızlandırıcıdan oluşturulmuştur. Toplamda sistemde 8 adet işlemci ve grafik çekirdeği bulunmaktadır. Ayrıca Frontier, 699 GFlops/watt'lık etkileyici bir güç verimliliğine sahiptir ve veri aktarımı için HPE Slingshot 904 ağını kullanır. Yani testler sırasında 52,59 exaflop’a kadar üretim yapabiliyor. Zirve performansı 11 exaflop ile rekora ulaştı. Cihazın maliyetinin 1,1 milyon dolar olduğu tahmin ediliyor.
Bu, dünyada flop modunda çalışan ilk ve tek süper bilgisayardır. Frontier bir yıl önce lider oldu ancak Haziran 2023 sıralamasındaki konumuna kimsenin tecavüz etmesine bile izin vermedi. Ve şu ana kadar, 2024'ün başında, Amerikan süper bilgisayarı dünyadaki en üretken bilgisayardır.
Ancak bilim insanları, bir süre sonra başka bir Amerikan makinesinin, Aurora süper bilgisayarının üstünlüğünü kabul etmek zorunda kalabileceğini şimdiden öne sürüyorlar.
Son sıralamaya göre ABD'nin Illinois eyaletindeki Argonne Leadership Computing Facility'de çalışan Intel Sapphire Rapids çipli yeni Aurora süper bilgisayarı 585,34 PFlop HPL performansıyla ikinci sırada yer alıyor. Bu, Frontier'ın amiral gemisi süper bilgisayarının performansının yalnızca yarısı olmasına rağmen, Aurora sistemi henüz tamamlanmadı ve planlanan son sistemin yalnızca yarısı şu anda çalışır durumda. Tamamlandığında Aurora'nın tahmin edilen performansının 2 EFlop'u aşması muhtemeldir. Intel tarafından oluşturulan Aurora süper bilgisayarı, HPE Cray EX mimarisini temel alır - Intel Exascale Compute Blade, Intel Xeon CPU Max Serisi işlemcileri ve Intel Veri Merkezi GPU Max Serisi hızlandırıcıları kullanır. Frontier'da olduğu gibi, HPE Slinghot-11 ağı veri aktarımından sorumludur.
Üçüncü en verimli süper bilgisayar, Eagle adı verilen yeni bir bulut tabanlı sistemdir. Microsoft ABD'de Azure. Eagle bir bulut süper bilgisayarı olduğundan ve Top500 sıralamasındaki üçüncü sıra, bir bulut sistemi tarafından şimdiye kadar elde edilen en yüksek konum olduğundan, bu bir tür teknolojik meraktır. Microsoft Eagle, 561,2 PFlop'luk HPL performansına sahiptir; bilgi işlem kalbi Intel Xeon Platinum 8480C işlemciler ve hızlandırıcılardır. NVIDIA H100.
Burada performansı Frontier'dan üç kat daha düşük olan Japon süper bilgisayarı Fugaku'dan ve geçmişteki en üretken süper bilgisayarlardan biri olan LUMI'dan bahsetmeye değer. Her ne kadar Çinliler hala güçlü bir şeyler inşa ediyor olsa da bunların hepsi gelecekte.
Ayrıca ilginç: 2024 için teknolojik tahminler: ne bekleniyor?
Neden bu kadar çok bilgi işlem gücüne ihtiyacımız var?
Dünyanın en hızlı makinelerinin verimliliğine hayran olabilirsiniz, ancak onların elde ettiği performans rekor kırmak değil, istenen hesaplama sonuçlarına mümkün olan en kısa sürede ulaşmaktır. Hiçbir süper bilgisayar kullanıcısı bu makineyi e-posta yazmak veya sunum hazırlamak için kullanmaz. Evimizdeki cihazlarda gerçekleştirebildiğimiz görevleri bu tür makineleri kullanarak gerçekleştirmek korkunç bir israf olur. Sonuçta, süper bilgisayarların hesaplama potansiyeli, sıradan bilgisayarlarda bulunmayan eylemleri gerçekleştirmenize olanak tanır.
Hangi görevlerden bahsediyoruz? Her şeyden önce, gerçek fayda sağlayabilecek olanlar hakkında ve bunların hemen paraya çevrilebilecek olanlar olması gerekmez. Frontier süper bilgisayarının oluşturulmasına yalnızca yaklaşık 600 milyon ABD dolarının harcandığını hatırlamakta fayda var. Elbette kullanım ve devam eden bakım maliyetleri de önemlidir. Süper bilgisayar 680 metrekarelik alanı kaplıyor ve 21 MW elektrik tüketiyor.
Frontier, diğer süper bilgisayarlar gibi, diğer şeylerin yanı sıra, iklim modelleme, insanlık için hayati önem taşıyan yeni ilaçların araştırılması ve üretimi, yeni malzeme teknolojilerinin araştırılması vb. gibi görevler için kullanılır. Elbette, bu tür ekipmanların gerçekleştirdiği görevlerin kapsamı çok daha geniştir ve örneğin çeşitli türlerdeki devasa veri setlerinin analizini içerir: finansal, tıbbi, uydu görüntüleri, fiziksel olayların modellenmesi ve daha birçokları. Frontier'ın ilk exascale süper bilgisayar olması, diğer süper bilgisayarlarda bile zor olabilecek görevleri gerçekleştirmesine olanak tanıyor.
Bir örnek, bir termonükleer reaktörün tüm yaşam döngüsünün modellenmesi olabilir. Evet bu bir hata değil. Dünyada henüz tek bir füzyon enerji santrali yok, ancak Frontier'ın güçlü üst ölçekli hesaplama gücü, varsayımsal bir füzyon reaktörünün davranışını simüle etmeyi ve böyle bir reaktördeki plazmanın davranışını tahmin etmeyi mümkün kılıyor. Elbette termonükleer enerji ticarileşene kadar faydalarını düşünmek zordur, ancak termonükleer enerjinin yaratılmasına ve geliştirilmesine katkıda bulunacak ve tüm insanlığı enerji kıtlığından kurtaracak hesaplama gücünün her şeye değeceğinden dünyada hiç kimse şüphe duymuyor. yatırım.
Ayrıca okuyun: Hakkında her şey Microsoft Yardımcı pilot: gelecek mi yoksa yanlış yol mu?
Süper bilgisayarlar ve tıp
Süper bilgisayarların uygulamalarından biri, kimyasalların ve organik bileşiklerin yapısına ilişkin karmaşık ve enerji yoğun hesaplamalardır. Belirli bir bileşiğin davranışını çok hassas bir düzeyde simüle etme yeteneği nedeniyle mümkün olan tek tek maddelerin davranışlarının dikkatli analizi, yeni, daha etkili ilaçların geliştirilmesine olanak sağlayan bir araçtır.
2020'de, Frontier süper bilgisayarının piyasaya sürülmesinden önce, o zamanlar Summit süper bilgisayarına sahip olan Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndaki bilim adamları (bu makine 2018'deki en verimli süper bilgisayardı, hala kullanımda ve 7 kat verimlilikle 148,8. sırada yer alıyor). 10 PFlops) bunu yeni bir kanser ilacı türü geliştirmek için kullandı. Yeni ilacın daha önce kullanılan yöntemlere göre yaklaşık %10 daha iyi ve tedavide daha etkili olduğu ortaya çıktı. Elbette %XNUMX çok fazla değil ama bunu o "küçük" fark sayesinde hayatını kurtarmayı başaran hastalara anlatın. İnsan hayatı elbette paha biçilemez, ancak daha yüksek etkinliğe sahip herhangi bir ilaç, sağlık sistemi için çok büyük miktarda kaynak tasarrufu sağlayabilir ve tedavi maliyetlerini azaltabilir. Frontier'ın kullanışlı olabileceği yer burasıdır. Yetenekleri aynı Summit süper bilgisayarından çok daha yüksek.
Ayrıca okuyun:
- Apple Vision Pro, iPhone'dan bu yana en devrimsel cihazdır. Ama bir nüans var ©
- Çevirmek Apple M2 işlemcili MacBook Air: inceleme ve izlenimlerim
Sınır ve yeni iklim modeli
İklim modelleme, Dünya'nın bin yıllık tarihine ilişkin modelin analizini ve gerekçelendirilmesini gerektirir. Elbette bu, büyük miktarda bilgi işlem kaynağı gerektiren bir görevdir. İklim değişikliğini ne kadar doğru modelleyebilir ve uzun vadede ne olacağını tahmin edebilirsek, o kadar hızlı ve güçlü süper bilgisayarlara ihtiyacımız var.
Artan hesaplamayı kullanarak dünyanın ilk uzun vadeli iklim tahminleri üzerinde çalışan araştırmacılardan biri olan Sandia Ulusal Laboratuvarlarından Mark Taylor bir keresinde şöyle demişti: "Fronier süper bilgisayarının benzersiz bilgi işlem mimarisi, daha önce yapamadığımız şeyleri mümkün kılıyor." Yani bu makinenin hesaplama gücü, yıllar süren bir hesaplamayı birkaç güne indiriyor. Aynı zamanda araştırmacıların iklim değişikliğinin ve aşırı hava koşullarının uzun vadeli etkilerine ilişkin ayrıntılı tahminler elde etmelerine olanak tanıyor. Taylor, "Bu, iklim modellemede yeni altın standarttır" diye ekliyor.
Faydaları nelerdir? Onlar sadece çok büyükler. Felaket yaratan hava değişikliklerini tahmin etme yeteneği on binlerce, hatta belki de milyonlarca hayatı kurtarabilir. İklim ısınmasının küresel ve bölgesel su döngüleri üzerindeki muhtemel etkisinin analizi, gelecekteki değişikliklere önceden hazırlanmamızı sağlıyor. Modern mekansal modeller mevcuttur, ancak bunlar son derece hesaplama gerektirir. Yakın zamana kadar çok talepkardı. Evet, hava veya iklim dediğimiz şeyi oluşturan çeşitli unsurlar arasındaki karmaşık etkileşimi, örneğin bulutların oluşumuna eşlik eden konvektif hareketi teorik olarak tahmin etmemize olanak tanıyorlar, ancak burada çok büyük bir bilgi akışının işlenmesi gerekiyor. ve inanılmaz karmaşıklıkta hesaplamalar yapın.
Frontier süper bilgisayarının varlığı bunu zaten değiştirdi. Enerji Exascale Dünya Sistemi Modeli (E3SM) projesi, yeni yazılım yaklaşımlarını devasa exascale performansıyla birleştirerek bu engellerin üstesinden geliyor. Çalışmanın ortak yazarı ve E3SM projesinin koordinatörü ve SCREAM adlı E3SM atmosfer modelinin ortak yazarı Sarath Sripathy şöyle açıklıyor: "İklim modelleme topluluğu uzun süredir kilometre ölçeğindeki modelleri onlarca yıllık tahminleri kolaylaştıracak kadar hızlı çalıştırmanın hayalini kuruyordu ve artık bu bir gerçek.".
Başka bir deyişle, Frontier'sız böyle bir proje, veri işleme hacimlerinin eksikliği nedeniyle başarısız olacaktır. Ancak sadece temel bilgi işlem gücünün değil, aynı zamanda modellerin optimizasyonunun da önemli olduğunu belirtmekte fayda var. Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'nda iklim bilimci olan Peter Caldwell ve ekibi, son beş yılını sıfırdan yeni bir bulut modeli oluşturmak için harcadı. Günümüzde modern süper bilgisayarların bilgi işlem gücünün çok önemli bir bileşeni olan grafik işlemciler (GPU'lar) üzerinde verimli bir şekilde çalışacaktır. Sınıfının ilginç bir üst düzey arabası da buraya dahil edilebilir.
Hayal etmek. Kodun GPU'larda çalışacak şekilde uyarlanması performansta önemli bir artışa yol açtı. SCREAM, tek bir 8192 saatlik bilgi işlem oturumunda genellikle bir yıldan fazla (tam olarak 1,25 yıl) süren küresel bulut oluşumlarını simüle etmek için 24 Frontier düğümünde çalışabilir. Frontier'da 30-40 yılı kapsayan uzun vadeli simülasyonlar birkaç hafta içinde yapılabiliyor. Araştırmacılar, daha önce bu tür hesaplamalar yapmanın neredeyse imkansız olduğunu belirtiyor. Bu çalışmalar hakkında daha fazla bilgi edinmek isteyenler, yeni bilimsel yayınla tanışın Mark Taylor ve ekibi.
Ayrıca ilginç:
- ABD Ordusu Noel Baba'yı Nasıl Takip Ediyor?
- Satış yasağı Apple ABD'de izle: Davanın tüm detayları
- Gözden geçirmek Lenovo Yoga Book 9i: iki ekranlı dönüştürülebilir dizüstü bilgisayar
Sınır ve malzeme teknolojileri
Frontier süper bilgisayarının üst düzey potansiyelinden yararlanan ilginç bir proje de malzeme teknolojisi alanındaki çalışmalardır. Bu, bir alaşımın şimdiye kadarki en büyük hesaplamalı simülasyonlarından biridir ve hesaplama verimliliği sayesinde kuantum seviyesine yakın doğruluk elde etmeyi mümkün kılmıştır. Michigan Üniversitesi'nden Vikram Gavini tarafından yürütülen bu araştırma, farklı malzemelerin davranışını modellemek için Schrödinger denklemini kullanması açısından yenilikçidir. Frontier'ın muazzam bilgi işlem gücü, 75 atomdan oluşan bir magnezyum alaşımı sistemini simüle etmesine olanak sağladı.
Magnezyum alaşımları çok ilginç bir malzemedir. Çok hafif ve aynı zamanda güçlüdür. Bununla birlikte, magnezyum alaşımları, mekanik özelliklerini önemli ölçüde değiştiren esas olarak dislokasyonlar (yani malzemenin kristal yapısındaki büyük kusurlar) gibi belirli kusurlara karşı hassastır. Bu, gelecek vaat eden bir malzemeyi kullanılamaz bir metal parçasına dönüştürür çünkü kolayca çatlar, kırılgan ve dengesizdir. Frontier'ın bilgi işlem gücünün yardımıyla bilim adamları, magnezyum alaşımlarındaki bu kusurlardan bazılarını düzeltmeyi başardılar. Ancak bu, sıkı çalışmanın yalnızca başlangıcıdır.
Ayrıca ilginç:
Süper bilgisayarların geleceği?
Geleneksel bilgisayarlar bazı bilimsel ve teknik sorunların bize sunduğu zorlukları çözemez. Süper bilgisayarlar çok daha fazla bilgi işlem gücüne sahip olup, sıradan bilgisayarlarda imkansız olan veya çok fazla zaman alan hesaplamaları yapmalarına olanak tanır. Bilim insanları, süper bilgisayarlar yaratarak bilgi ve yeteneklerimizin sınırlarını genişletmeye ve geleceğimiz üzerinde büyük bir gerçek etkiye sahip olabilecek sorunları çözmeye çalışıyorlar.
Moore Yasası, bilgisayarların gücünün katlanarak arttığını belirtir. Her iki yılda bir hesaplamaların hızı iki katına çıkıyor, mühendisler ve bilim adamları daha önce imkansız olduğu düşünülen sorunlara çözüm bulmayı başarıyorlar.
Bir gün süper bilgisayarlar yaygınlaşacak. Sonuçta, yalnızca on yıl önce sanal gerçeklik, bulut oyunları ve meta evren gibi kavramlar yalnızca birkaç tekno uzmanının ve meraklısının hayal gücünde vardı ve bugün bizim gerçekliğimiz haline geldi. Gelecek neslin süper bilgisayarlardan yararlanmak için BT eğitimi almasına ve Google'da iş bulmasına bile gerek kalmayacak: onlar da tıpkı akıllı telefonlar, dizüstü bilgisayarlar ve diğer şeyler gibi sessizce ve fark edilmeden günlük yaşamın bir parçası haline gelecekler.
Ayrıca okuyun: